智能病房呼叫系统课程设计报告资料.docx
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智能病房呼叫系统课程设计报告资料
吉林建筑大学
电气与电子信息工程学院
数字电子技术课程设计报告
设计题目:
专业班级:
学生姓名:
学号:
指导老师:
设计时间:
教师评语:
成绩:
评阅老师日期
目录
1、设计任务和要求
2、总体框图
3、选择器件
4、功能模块及运行结果
5、总设计电路原理图
心得体会总结
1、设计任务和要求
1、1---5个开关模拟5个病房的呼叫输入信号,1号的优先级最高;1---5优先级依次降低;
2、用一个数码管显示呼叫信号的号码;没信号呼叫时显示0;又多个信号呼叫时,显示优先级最高的呼叫号(其他呼叫号用指示灯显示);
3、凡有呼叫发出5秒的呼叫声;
4、功能扩展:
对优先级低的呼叫声进行存储,处理完高优先级的呼叫,再进行低优先级的处理(发挥部分)。
2、设计原理
1、设计思路:
下面对4个要求逐一进行分析。
首先,根据题目要求用5个开关模拟5个病房的呼叫信号,由于1---5优先级依次降低,所以我们用优先编码器来控制其优先级;为了调和显示优先编码的顺序,我们用到了并行加法器;其次,要显示病房号码,就要使用数码管以及能将优先编码器产生的8421码转化为数码管显示的译码器;能够发出呼叫声,在仿真中就需要蜂鸣器来实现这个功能;对于存储呼叫信息,由于使用了优先编码器,当同时闭合两个开关或多个开关时,它会遵循优先级最高的来实现,当优先级高的开关断开后,之后的优先级较高的会进行操作,这个过程是自动的。
2、原理框图
图(A)原理框图
三、器件选择
1、所用器件
表一:
设计所用的器件表
器件名称
数量
单刀开关
5
直流电源电压
7
灯泡
5
电阻
7
电容
2
非门
5
74LS148
1
74LS283
1
4511
2
数码管
1
555定时器
1
蜂鸣器
1
2、主要器件的功能介绍
(1)单刀开关:
设计中用5个单刀开关控制灯的亮与灭,将5个开关由上而下分别设置成从K5--K1,当按下对应键位后,则相应的灯亮,断开开关后,则对应的灯灭。
图
(1)单刀开关图
(2)非门:
又称反相器,是实现逻辑“非”运算的逻辑电路,其逻辑函数式为:
。
图
(2)非门图
(3)74LS148:
8线—3线优先编码器74LS148,该编码器的输入输出都是低电平有效。
它的管脚功能介绍:
为16脚的集成芯片,I0—I7为输入信号,A2,A1,A0为三位二进制编码输出信号,EI是使能输入端,EO是使能输出端,GS为片优先编码输出端。
使能端EO(芯片是否启用)的逻辑方程:
EO =I0·I1·I2·I3·I4·I5·I6·I7·E I
当EO输入EI=1时,禁止编码、输出(反码):
A2,A1,A0为全1。
当EO输入EI=0时,允许编码,在I0~I7输入中,输入I7优先级最高,其余依次为:
I6,I5,I4,I3,I2,I0,I0等级排列。
图(3)8线—3线优先编码器74LS148的逻辑符号图及内部连线图
表二:
74LS148的功能表
输入
输出
0
1
2
3
4
5
6
7
1
X
X
X
X
X
X
X
X
1
1
1
1
1
0
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
0
0
X
X
X
X
X
X
X
0
0
0
0
0
1
0
X
X
X
X
X
X
0
1
0
0
1
0
1
0
X
X
X
X
X
0
1
1
0
1
0
0
1
0
X
X
X
X
0
1
1
1
0
1
1
0
1
0
X
X
X
0
1
1
1
1
1
0
0
0
1
0
X
X
0
1
1
1
1
1
1
0
1
0
1
0
X
0
1
1
1
1
1
1
1
1
0
0
1
0
0
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
0
1
1-高电平0-低电平X-任意
(4)74LS283:
它是个四位超前进位加法器。
它的引脚功能:
A3~A0为运算输入端;B3~B0为运算输入端;CO为进位输入端,S3~S0为和输出端;C4为进位输出端。
74LS283实现的是两个四位二进制数的加法运算,它的逻辑表达式为:
S3S2S1S0=A3A2A1A0+B3B2B1B0。
图(5)加法器74LS283的逻辑符号图
(5)4511:
它是一个用于驱动共阴极LED(数码管)显示器的BCD码—七段码译码器,特点如下:
具有BCD转换、消隐和锁存控制、七段译码及驱动功能的CMOS电路能提供较大的拉电流,可直接驱动LED显示器。
图(6)4511的逻辑符号图
它的引脚功能:
其中ABCD为8421BCD码输入,A为最低位。
LT为灯测试端,加高电平时,显示器正常显示,加低电平时,显示器一直显示数码“8”,各笔段都被点亮,以检查显示器是否有故障。
BI为消隐功能端,低电平时使所有笔段均消隐,正常显示时,BI端应加高电平。
另外,4511有拒绝伪码的特点,当输入数据越过十进制数9(1001)时,显示字形也自行消隐。
LE是锁存控制端,高电平时锁存,低电平时传输数据。
A~G是7段输出端,可驱动共阴LED数码管。
4511的工作真值表如下:
输入
输出
LE
BI
LI
D
C
B
A
a
b
c
d
e
f
g
显示
X
X
0
X
X
X
X
1
1
1
1
1
1
1
8
X
0
1
X
X
X
X
0
0
0
0
0
0
0
消隐
0
1
1
0
0
0
0
1
1
1
1
1
1
0
0
0
1
1
0
0
0
1
0
1
1
0
0
0
0
1
0
1
1
0
0
1
0
1
1
0
1
1
0
1
2
0
1
1
0
0
1
1
1
1
1
1
0
0
1
3
0
1
1
0
1
0
0
0
1
1
0
0
1
1
4
0
1
1
0
1
0
1
1
0
1
1
0
1
1
5
0
1
1
0
1
1
0
0
0
1
1
1
1
1
6
0
1
1
0
1
1
1
1
1
1
0
0
0
0
7
0
1
1
1
0
0
0
1
1
1
1
1
1
1
8
0
1
1
1
0
0
1
1
1
1
0
0
1
1
9
0
1
1
1
0
1
0
0
0
0
0
0
0
0
消隐
0
1
1
1
0
1
1
0
0
0
0
0
0
消隐
0
1
1
1
1
0
0
0
0
0
0
0
0
消隐
0
1
1
1
1
0
1
0
0
0
0
0
0
0
消隐
0
1
1
1
1
1
0
0
0
0
0
0
0
0
消隐
0
1
1
1
1
1
1
0
0
0
0
0
0
0
消隐
1
1
1
X
X
X
X
锁存
锁存
(6)数码管:
设计图中采用的是共阴级七段数码显示管,由发光二极管组成。
图(7)七段数码管的逻辑符号图
(7)555定时器:
555定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。
它构成多谐振荡器,组成信号产生电路,如图(8)所示。
图(8)555定时器构成的多谐振荡图
它的引脚功能:
1脚:
外接电源负端VSS或接地,一般情况下接地;
8脚:
外接电源VCC,双极型时基电路VCC的范围是4.5~16V,CMOS型时基电路VCC的范围为3~18V。
一般用5V;
3脚:
输出端Vo;
2脚:
低触发端;
6脚:
TH高触发端;
4脚:
是直接清零端。
当此端接低电平,则时基电路不工作,此时不论TR、TH处于何电平,时基电路输出为“0”,该端不用时应接高电平;
5脚:
VC为控制电压端。
若此端外接电压,则可改变内部两个比较器的基准电压,当该端不用时,应将该端串入一只0.01μF电容接地,以防引入干扰;
7脚:
放电端。
该端与放电管集电极相连,用做定时器时电容的放电。
4、模块功能
1、指示灯显示模块
如图(9),开关由上而下分别是K5-K1,依次闭合时,对应的灯泡会发光。
此时,闭合了开关K5和K2,对应的灯泡L5和L3发光。
运行结果如下:
图(9)指示灯显示模块及闭合K5、K2时的运行结果
2、优先显示模块
由设计要求,数码管要显示优先级最高的病房的呼叫信号,所以我们须得对病房呼叫信号进行选优。
优先级最高为1,然后为2,依次到5。
在开关全部打开时显示为0。
电路路如图(10)所示:
图(10)优先显示模块
此电路图由5个开关控制,经优先编码器74LS148进行优先筛选,译码出的信号送入加法器74LS283,再进入4511驱动数码管显示对应的数字,运行结果如下:
(1)没有信号输入时,开关全部打开,数码管显示为0。
运行结果如下图:
(2)闭合开关K5时的运行结果:
(3)同时闭合开关K5和K2的运行结果:
(4)闭合全部开关时的运行结果:
3、呼叫模块
根据设计要求开关全部打开时,蜂鸣器不发出响声;有一个或多个开关闭合时,蜂鸣器发出5秒响声。
因此,我们利用555集成时基电路组成的脉冲启动型多谐振荡电路,产生一定频率f的信号,驱动蜂鸣器发出呼叫。
如图(11)所示:
图(11)呼叫模块
根据实际情况,在电路图当中,我们取电容值C=0.01uF,R1=R2,设计中要求呼叫声为5s,即振荡周期T=5,它的振荡周期的计算公式为
T=0.7(R1+2R2)C,经计算求得R1=R2=240k。
因此当有信号输入时,就实现了蜂鸣器发出5s呼叫声的功能。
5、总电路原理图
图(11)总电路原理图
2、总电路图运行结果
(1)开关全打开,没有信号输入时,指示灯都不亮,蜂鸣器不响,数码管显示为0。
运行结果如下:
(2)闭合开关K5时,灯泡L5亮,蜂鸣器响起(5秒),数码管显示为5。
运行结果如下:
(3)同时闭合开关K5和K2时,灯泡L5和L2亮,蜂鸣器响起,数码管显示为2。
运行结果如下:
(4)当所有开关闭合时,灯泡L5、L4、L3、L2、L1全部亮,蜂鸣器响起,数码管显示为1。
运行结果如下:
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