病房呼唤系统的简单设计.docx
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病房呼唤系统的简单设计.docx
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病房呼唤系统的简单设计
赣南师院
物理与电子信息学院
课程设计报告书
姓名:
胡娇
班级:
电子科学与技术06级
学号:
060803051
时间:
2008年12月29日
目录
第一设计方案
第一设计方案论证
第三电路仿真
第四实现方案及结果
第五改进方法
第六课程设计心得
第七参考文献
论文题目
病房呼叫系统的简单设计
课程论文
要求
1.用1~5个开关模拟5个病房的呼叫输入信号,1号优先级最高;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;没信号时显示0;有多个信号呼叫时,显示优先级最高的呼叫号(其他呼叫用指示灯显示);
3.凡有呼叫发出5秒的呼叫声;
4.对低优先级的呼叫进行存储,处理完高优先级的呼叫,再进行低优先级呼叫的处理(附加)。
设计过程
1.设计分析
根据实验要求可知,本实验的功能与优先编码器的功能一样,即允许同时输入两个以上的信号(本课程设计即为5个病房呼叫信号,按键开关),但设计电路已经将有的输入信号按优先顺序排好了队(本课程设计即为1好优先级最高;1—5优先级依次降低)。
此外根据实验靠求,需呼叫发出5秒呼叫声,则需一输出接出蜂鸣器。
同时此系统有存储功能,即用LED显示次级等呼叫信号,对低优先级的呼叫进行存储,处理完高优先级的呼叫,再进行低优先级呼叫的处理,所以必须设计一滤过最高级将其他输入信号一LED灯显示的电路,还需考虑将寄存器74175的输出信号延时。
大概需完成这些模块设计:
设计一模块完成当RESET端有信号输入时,将对所有病房信号清除;设计一低级等信号显示模块,其功能是滤除最高优先级的信号,保持其他的信号;设计一模块输出蜂鸣器模块,当输入端有病房有信号输出时,输出端(接蜂鸣器)将给出高电平,1秒以后CLK1HZ将从模块(fenpin)得出1HZ的脉冲,计数器计4秒即可,输出端将得到5秒钟的高电平,即蜂鸣器发出5秒的呼叫;设计一反馈模块,将寄存器的输出信号延时后以后反馈到输入端。
2.设计方案:
方案一:
用MAX+Plus软件原理图输入法设计
电路图总的结构如下,可以实现本实验的功能。
设计过程
方案二:
采用单片机控制。
利用单片机丰富的IO端口,及其控制的灵活性,实现优先级的设置与数码管的控制,实现病房呼叫系统的功能。
方案三:
用MAX+Plus文本输入法设计。
该方法需输入VHDL源程序,由源程序生成原理图,实现仿真波形。
由于模块比较复杂,暂不列举。
3.系统设计方案的论证:
方案一:
用MAX+Plus软件原理图输入法设计。
实验要求简洁明了,该方法能比较简洁的实现实验的要求,且符合我们现在所学的知识结构。
既能达到实验的功能要求,又能锻炼我的实际操作能力,所以决定采用此方案。
方案二:
采用单片机控制。
单片机是数字电路设计的一个重要的设计元器件,利用单片机,通过编程的控制可以灵活的实现各种功能,制作各种不同的电路,并且单片机的价格便宜,性能稳定,抗干扰的能力和强,功耗也比较小,所以也是制作该多路抢答器的理想的逻辑器件,但是由于软件和硬件的限制,还不能够利用单片机进行设计。
所以没有利用该设计方案。
方案三:
用MAX+Plus文本输入法设计。
是利用VHDL语言进行编写程序,通过MAX-PLUSⅡ进行编译生成逻辑器件仿真。
因为VHDL语言使用比较灵活,可以利用VHDL生成有各种设定逻辑功能的逻辑器件。
并且可以通过MAX-PLUSⅡ进行编译,然后利用MAX-PLUSⅡ进行波形的仿真,可以比较直观的了解电路的设计情况是否符合设计的要求。
但由于时间仓促就暂时不进行这方面的学习。
且实验一就能简洁的实现实验的要求。
间接说明该方案不符合实验要求简洁的要求,所以不利用该设计方案。
4.方案一的具体论述
上述电路图可拆分为4个电路,分别实现不同的功能:
①:
病房输入信号经优先编码器和译码器显示优先级最高的病房号;在没有信号输入的时候显示管显示为0;当护士接受到信号,按下RESET复位键时显示管被清零。
②:
病房输入信号经模块(xinhaodeng)将滤除优先级高的病房号,其它病房输入信号将在输出端(deng2~deng5)显示出来。
③:
病房输入信号经与非门、D触发器、模块(fenpin)、模块(jishuqi)后接蜂鸣器,当输入端有一个低电平时,蜂鸣器将发出5秒的呼叫声。
④:
将完成题目要求的附加功能,对低优先级的呼叫进行存储,处理完高优先级的呼叫,再进行低优先级呼叫的处理。
经一寄存器74175和一延时电路(模块yanshi)将储存的低优先级信号反馈到输入端,对其进行重新处理。
下面将分别介绍各个模块的电路:
(1)模块(qingling)
其功能为保持病房输入信号,当RESET端有信号输入时,将对所有病房信号清除,其具体电路如下所示:
(2)模块(xinhaodeng)
其功能是滤除最高优先级的信号,保持其他的信号,具体电路如下所示:
(3)模块(fenpin)
将732HZ的时钟信号经732进制的计数器后得出1HZ的时钟信号,同时当RESET端有信号输出时,732进制计数器将被清零,具体电路如下所示:
(4)模块(yanshi)
将寄存器74175的输出信号延时16/732秒以后反馈到输入端,具体电路如下所示:
(5)模块(jishuqi)
当输入端有病房有信号输出时,输出端(接蜂鸣器)将给出高电平,1秒以后CLK1HZ将从模块(fenpin)得出1HZ的脉冲,计数器计4秒即可,输出端将得到5秒钟的高电平,即蜂鸣器发出5秒的呼叫,具体电路如下所示:
5.电路仿真
对总图进行波形仿真,在不考虑延时的情况下,得出下面的波形图,与预计的结果相符:
1)打开菜单File/New,选WaveformEditorFile(.scf),OK;
2)在波形编辑器窗口的Name下单击鼠标右键,出现浮动菜单,选EnterNodesfromSNF…出现对话框;
3)在Type区选Inputs和Outputs,单击List按钮,可在其右下方看到设计中的输入输出信号,单击=>可将这些信号选到SelectedNodes&Groups区,OK;
4)在菜单File中选Save。
6.实现方案及结果
根据试验的总的原理图,利用MAX-PLUSⅡ软件在编译没有错误的情况下,将电路图按照说明书下载到实验箱,依管角编号正确连线。
将呼叫信号接到按扭开关上(按下给出低电平,即病人给出呼叫信号或护士给出接受信号)。
在没有呼叫信号时译码器显示0。
当有多个呼叫信号时显示优先级最高的病房号,蜂鸣器发出5秒的呼叫声,其它有呼叫的病房号将以(deng2~deng5)的指示灯显示。
当护士按下RESET键以后,将对刚才以指示灯存储的信号进行处理,数
码显示管显示其中最高的的病房号,蜂鸣器发出5秒的呼叫声,其它有呼叫的病房号将以(deng2~deng5)的指示灯显示,直到所有呼叫全部处理完,数码显示管将显示0,(deng2~deng5)的指示灯将不亮。
经实验,证明硬件实验结果与理论相符。
7.改进方法
在实际的接线过程中,会发现仿真上的有些情况和实际的很不一样,有些甚至不能在实际中实现,这就要求我们对电路进行改进。
改进如下:
在RESET键的后面接一防抖动电路,这样可以消除实验箱上按扭的抖动现象,具体改进电路如下:
CLK2接0.5HZ——1HZ的脉冲,这样就可以防止按一下RESET得出几个脉冲的现象,通过实验验证,确能达到上述所说的效果。
8.心得与体会
在这次的设计中,让我收获很大,总的来说,有如下体会:
该课程设计是利用数字EDA技术实现的,所以要完成电路的设计任务首先要根据电路的设计要求进行实验原理图的设计,然后根据上一步设计中电路的原理,电路功能的实现,利用硬件描述语言VHDL进行程序的编写,利用硬件描述语言将每一个器件的功能实现;然后利用软件MAX-PLUSⅡ对编写的程序进行编译检测,检测没有错误的时候再生成逻辑器件;以上的步骤完成以后,再将所有生成的逻辑器件按照设计要求连接起来,生成总的实验原理图,然后对总的实验原理图进行编译下载,利用MAX-PLUSⅡ的仿真功能进行对设计电路图的模拟仿真,检查涉及功能是否有错误,若出现问题在分析出现的原因,然后针对出错的模块进行修改;最后将设计好的编译下载到FPGA硬件芯片上进行实现其功能了,即在数字电路实验室里的数字电路实验箱上即EDA—IV上进行功能的模拟实现。
激发了学习的积极性,通过该课程设计,全面系统的理解了这个实验的构造的一般原理和基本实现方法。
把死板的课本知识变得生动有趣,激发了学习的积极性。
巩固了我的数字电子技术的基础知识。
通过对软件MAX+plusII9.3Baseline的应用,我对知识有了很深的理解。
把自己的理论知识和实践结合起来,只有理论知识是远远不够的,只有把所学的理论知识与实践相结合起来,从理论中得出结论,才能真正为社会服务,从而提高自己的独立思考的能力。
明白在设计时应先将整个系统模块根据不同的功能化分成各个小模块,再分别对每个小模块进行设计,分析,最后将各个模块组合起来,这样可以使自己的电路设计起来更加简单,功能更易实现,调试过程更加方便。
提高了我的动手能力。
并使我的思维更敏捷,视野更开阔。
本次设计使我懂得做事要细心,有耐心。
不容一丝马虎。
每一个子模块的编写调试成功都要在细心的检查,反复多次找出了错误和警告的基础下才能完成。
在器件的选择上也有一定的技巧,只有选择了合适当前电路所适合的器件,编译才能得到完满成功。
学会分析解决设计上的问题。
在设计课题中,没一步都要自己去分析解决问题,通过多次的尝试改进来解决问题,有时一点微小的错误都会影响结果的正确与否,而许多的设计细节问题又是非常难以突破的,所以需要学会仔细分析问题,努力解决问题。
要全面的考虑问题,使功能得到逐步的完善。
本次实验较成功,实现了病房呼叫系统的基本功能,将自己所学的应用到实践中去了。
在设计的过程中发现了自己的不足之处,让我明白自己的动手能力,思维方式以及相关的知识面都相当欠缺,对以前所学过的知识理解得不够深刻,掌握得不够牢固。
要做好一个课程设计并非易事,它需要平时的知识积累。
所以今后一定要注意在平时多思考相关问题,多接触这种设计性的题目,以增强自己的动手能力,思考能力。
这样做不仅可以巩固所学过的知识,而且学到了
很多在书本上所没有学到过的知识。
该实验是通过EDA——电子设计自动化来完成的,用到了EPM7128SLC84—15这块大规模芯片,利用这块芯片可以解决很多电路设计问题,如利用一个PLD可以设计出很多功能作用不同的电路,我们认识到了这种集成芯片的广泛用途,还有数字电路基础,这些都是编程的基础,只有牢固地掌握这些基础科目才能编出一个较为实用的逻辑功能电路,的确,这些都是前提条件,都是数字电路非常基础的东西,所以要好好掌握。
在设计电路的过程中,我遇到了不少难题,但通过自己的努力和老师、同学们的帮助,最终都解决了。
设计电路要求细心,也要求有耐心。
不怕困难,不怕麻烦才能最终取得成功。
虽然我这次设计的题目难度一般,但是通过它,我知道了设计一个电路的大体过程,这对我们今后的学习和工作有很大的帮助作用。
最重要的是这次设计培养了我们严谨的科学态度,我们设计出来的电路需要经过多次的调试及验证,最后准确实现其功能,这才能算是一次课程设计的成功之处,否则一个小小的错误就会导致整个电路无法正常运行,所以在设计过程中我们不能有一丝马虎。
这次课程设计终于顺利完成了,在设计中遇到了很多编程问题,最后在老师的辛勤指导下,终于游逆而解。
同时,在老师的身上我学得到很多实用的知识,在次我表示感谢!
8.参考文献
1.卢毅,《赖杰VHDL与数字电路设计》[M].北京:
科学出版社,2001
2.潘松《VHDL实用教程》[M].成都:
电子科技大学出版社,2000
3.徐志军《大规模可编程逻辑器件及其应用》[M].成都:
电子科技大学出版社,2000
4.赵曙光《可编程逻辑器件原理、开发与应用》[M].西安:
西安电子科技大学出版社,2000
5.薛萍,陈海燕,裴树军《基于ISP芯片的可编程数字频率计的设计》[J].电测与仪表,2002,
(2):
2123
6顾巨峰,周浩洋,朱建华《基于可编程逻辑器件(Lattice)的多功能数字频
率计》[J]电子工程师,2002,
(1):
2832
相关网站、网络文献:
http:
//www.et-
附:
赣南师范学院2008—2009学年第_一_学期课程论文
课程论文题目:
病房呼叫系统的简单设计
设计要求:
1.用1~5个开关模拟5个病房的呼叫输入信号,1号优先级最高;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;没信号时显示0;有多个信号呼叫时,显示优先级最高的呼叫号(其他呼叫用指示灯显示);
3.凡有呼叫发出5秒的呼叫声;
4.对低优先级的呼叫进行存储,处理完高优先级的呼叫,再进行低优先级呼叫的处理(附加)。
教师评语:
教师签字:
年月日
行政班级电子科学与技术06级学号060803051姓名胡娇
选课班级电子科学与技术06级任课教师杨汉祥成绩_________
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- 病房 呼唤 系统 简单 设计