1、 摘 要病房里不是每时每刻都会有护士，当病人出现危险状况时，应最快的让相关护士得到通知。在病房里安置“呼喊”器，建立病房与护士室间的即时联系，保障病人的安全。病人按下按钮后产生瞬时电平信号，利用 74LS273 芯片的锁存功能将此信号锁存，再通过 74HC148 的优先编码输出二进制编码，输入到74LS48，驱动共阴极数码管，显示病房号的信息。同时在 74HC的 GS 输出端设计的发声模块发声报警。护士病房的开关作为系统的主控端具有清零消声的功能，拨动开关先下再上解除锁存，电路继续工作。另一个方面是用市电通过 7805 芯片模块及相关电路得到直流 5V 稳压电源给“呼喊”电路供电。关键词：病房
2、；译码器；报警目录摘 要 1一、任务要求 41.1 本课程设计的目的 41.2 本课程设计主要技术要求 .4二、设计方案 52.1 方案一 .52.1.1 总体方案设计 .52.1.2 具体电路设计 .52.2 方案二 .72.2.1 总体方案设计 .72.3 方案三 .9三 、系统调试与仿真 113.1 Proteus 介绍 113.2 呼喊功能的调试 123.3 显示功能的调试 .12四、各单元模块功能介绍 .144.1 优先编码器 74LS148 144.2 74LS47 译码器 184.3 74LS30 八输入与非门 .204.4 七段数码管 .224.5 蜂鸣器 .25五、课程设计总
3、结 .26六、致谢 .27附录 1 方案一元件清单 28附录 2 方案三元件清单 29主要参考文献 .30一、任务要求1.1 本课程设计的目的为了让医院能够最好的为病人服务，减少医护人员的巡查次数和工作量，设计医院住院病人呼喊器是十分必要的。应用本设计可使病人及时通知医生，并使医生能够通过显示器和报警声很快的知道求助病人的确切床位，从而及时抢救。1.2 本课程设计主要技术要求1、住院病人可通过按动自己的床位按钮开关向医护人员发出“呼喊”信号。2、一旦有病人发出“呼喊”信号，医护人员值班室设置的显示器即显示该病人的床位编号，同时扬声器发出声响信号提示值班人员。二、设计方案2.1 方案一2.1.1
4、 总体方案设计根据系统的要求，确定系统的总体方案如图 1 所示。按钮输入电 路锁 存电 路优 先 编码 电 路发生报警模块译码管 驱动电路显 示 模 块主控端电路解锁寄存器，同时消声清零电源设计电路系统供电图 1 系统总体设计方案2.1.2 具体电路设计（1）按钮输入电路的设计按钮输入电路如图 2 所示。按钮一端接地，一段与高电平相接，一旦开关闭合，74LS273 的的输入端就会得到一个高电平，以达到电路输入的功能。图 2 按钮输入电路（2）锁存器电路的设计74LS273 的输入输出接线如图 2 所示。本电路采用带有清除端的 8D 触发器 74LS273 实现锁存功能。只有在清除端保持高电平时
5、，才具有锁存功能，锁存控制端为 11 脚 CLK，采用上升沿锁存。1D8D 为数据输入端，1Q8Q 为数据输出端，正脉冲触发，低电平清除，常用作 8 位地址锁存器。按钮按下后相应的输入端就会有一个高电平，且此时清除端 MR 为高电平，具有锁存功能。（3）优先编码电路的设计本电路采用 74HC148 优先编码器实现电路的优先编码功能。输入输出接线如图 3 所示。锁存器的输出信号经过反相器后输入74HC148 的输入端，编码后输入到 74LS148 的输入端。输出端 GS 同时控制发生报警报警模块。(4)译码管驱动电路的设计由于 74HC148 是三位编码器，而 74LS48 是四位数码管驱动器，
6、所以最高位 D 默认接地。LT 、 RBI、BI 接高电平，右边七个输出接共阴极数码显示管，数码显示管共阴极接地。2.2 方案二2.2.1 总体方案设计根据系统的要求，确定系统的总体方案如图 3 所示。图 3 系统总体设计方案（1）按钮输入电路的设计按钮输入电路如图 2 所示。按钮一端接地，一段与高电平相接，一旦开关闭合，74LS30 的的输入端就会得到一个低电平，74LS148 优先编码器得到一个有效输入。图 4 按钮输入电路（2）优先编码电路的设计从按钮输入电路获取有效低电平，74LS148 编码器按期规律编码。输出的编码为 07.(3)译码管驱动电路的设计由于 74HC148 是三位编码
7、器，而 74LS47 是四位数码管驱动器，所以最高位 D 默认接地。LT、RBI、BI 接高电平，右边七个输出接共阳极数码显示管，数码显示管共阳极接直流源。图 5 编码、译码驱动电路2.3 方案三在对方案一和方案二进行仔细分析后，并综合考虑课程设计要求，秉着性能符合要求，电路最简最优的标准，我们得出了方案三。方案三是在方案二的基础上去除了电路中的 555 定时器得到的。整体电路如下图。图 6 方案三整体电路三 、系统调试与仿真 3.1 Proteus 介绍Proteus 是世界上著名的 EDA 工具(仿真软件)，从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到 PCB 设计，真正实
8、现了从概念到产品的完整设计。是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB 设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086 和MSP430 等，2010 年又增加了 Cortex 和 DSP 系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型在编译方面，它也支持 IAR、Keil 和 MPLAB等多种编译器。此电路我们需要调试的东西不多，首先将各个模块连接到一起后，注意检查各个部分是否连接正确和是否连接好。注意我们所需要的芯片参数是否正确，在测试看看各管脚的电平是否符合我们理论上达到的值，同时观察
9、各个集成器件的各个管脚的电平变化情况，以及数码管显示器的显示是否正确。如有不正确的就将其逐个问题解决了再进行后面的调试，直到所有的问题都解决了为止。3.2 呼喊功能的调试编号床位的病人按下按钮后都会有声音信号，具有呼喊功能。在 protues 中测试结果如图 7 所示。调试描述：按钮按下后，经过八输入与非门得到高电平信号，再经过与门控制 BUZZER 元件发声。如图所示，BUZZER 上下端分别是高低电平，可以发声。3.3 显示功能的调试在发声的同时，护士室的显示模块会显示出相应的病床号，调试结果如图 7 所示。声音和显示模块同时反应，确保病人能在第一时间得到相应的处理。图 7“呼喊”及显示电
10、路调试四、各单元模块功能介绍4.1 优先编码器 74LS148有些单片机控制系统和数字电路中，无法对几个按钮的同时响应做出反映，如电梯控制系统在这种情况下就出出现错误，这是绝对不允许的。于是就出现了 74ls148 优先编码器，先说一下他的基本原理.他允许同时输入两个以上编码信号。不过在设计优先编码器时已经将所有的输入信号按优先顺序排了队，当几个输入信号同时出现时，只对其中优先权最高的一个进行编码。74LS148 管脚功能 74LS148 引脚图74ls148 优先编码器管脚功能介绍:为 16 脚的集成芯片，电源是 VCC(16) GND(8),I0I7 为输入信号，A2,A1,A0 为三位二
11、进制编码输出信号，IE 是使能输入端，OE 是使能输出端，GS 为片优先编码输出端。当 OE 输入 IE=1 时，禁止编码、输出(反码 )： A2,A1,A0 为全 1。当 OE 输入 IE=0 时，允许编码，在 I0I7 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。输入 输出EI I0 I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7 A2 A1 A0 GS EO1 x x x x x x x x 1 1 1 1 10 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 00 x x x x x x x 0 0 0 0 0 10 x x x x x
12、x 0 1 0 0 1 1 00 x x x x x 0 1 1 0 1 0 1 00 x x x x 0 1 1 1 0 1 1 1 00 x x x 0 1 1 1 1 1 0 0 1 00 x x 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 00 x 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 00 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0从以上的的功能表中可以得出，74ls148 输入端优先级别的次序依次为 I7， I6， ，I0 。当某一输入端有低电平输入，且比它优先级别高的输入端没有低电平输入时，输出端才输出相应该输入端的代码。例如：I5=0 且 I6=I7=1(I6、 I7
13、 优先级别高于 I5) 则此时输出代码 010 (为(5)10=(101)2 的反码)这就是优先编码器的工作原理。由 74ls148 真值表可列输出逻辑方程为： A2 = (I4+I5+I6+I7)IE A1 = (I2I4I5+I3I4I5+I6+7)IE A0 = (I1I2I4I6+I3I4I6+I5I6+I7)IE 用两个 74ls148 优先编码器芯片扩展为十六线-四线优先编码器的电路连线图 4.2 74LS47 译码器 74LS47 是输出低电平有效的七段字形译码器，它在这里与数码管配合使用。译码器的逻辑功能是将每个输入的二进制代码译成对应的输出的高、低电平信号。常用的译码器电路有
14、二进制译码器、二-十进制译码器和显示译码器。译码为编码的逆过程。它将编码时赋予代码的含义“翻译”过来。实现译码的逻辑电路成为译码器。译码器输出与输入代码有唯一的对应关系。74LS47 是输出低电平有效的七段字形译码器，它在这里与数码管配合使用，表列出了 74LS47 的真值表，表示出了它与数码管之间的关系。LTRBI/ OD C B A a b c d e f g 说明0 X 1 X X X X 0 0 0 0 0 0 0 试灯X X 0 X X X X 1 1 1 1 1 1 1 熄灭1 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 灭零1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0
15、0 1 01 X 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 1 1 11 X 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 21 X 1 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 0 31 X 1 0 1 0 0 1 0 0 1 1 0 0 41 X 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1 0 0 51 X 1 0 1 1 0 1 1 0 0 0 0 0 61 X 1 0 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 71 X 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 874LS47 是 BCD-7 段数码管译码器/驱动器， 74LS47 的功能用于将 BCD 码转化成数码块中的数字,通过它解码
16、， 可以直接把数字转换为数码管的显示数字。 74LS47 为低电平作用。管脚图如下图所示。（1）LT()：试灯输入，是为了检查数码管各段是否能正常发光而设置的。当 LT()=0 时，无论输入 A3 ，A2 ，A1 ，A0 为何种状态，译码器输出均为低电平，也就是七段将全亮,若驱动的数码管正常，是显示 8。 (2)BI()：灭灯输入，是为控制多位数码显示的灭灯所设置的。当BI()=0 时，不论 LT()和输入 A3 ，A2 ，A1，A0 为何种状态，译码器输出均为高电平，使共阳极数码管熄灭。 (3)RBI()：灭零输入，它是为使不希望显示的 0 熄灭而设定的。当对每一位 A3= A2 =A1 =
17、A0=0 时，本应显示 0，但是在 RBI(-)=0 作用下，使译码器输出全为高电平。其结果和加入灭灯信号的结果一样，将 0 熄灭。 (4)RBO()：灭零输出，它和灭灯输入 BI()共用一端，两者配合使用，可以实现多位数码显示的灭零控制。4.3 74LS30 八输入与非门当有一个输入为低电平时，输出为高电平74LS30 管脚图4.4 七段数码管 LED 数码管中各段发光二极管的伏安特性和普通二极管类似，只是正向压降较大，正向电阻也较大。在一定范围内，其正向电流与发光亮度成正比。由于常规的数码管起辉电流只有 12mA，最大极限电流也只有 1030mA（静态总电流 80mA（每段 10mA） ；
18、动态平均电流 4-5mA，峰值电流 100mA） ，所以它的输入端在 5V电源或高于 TTL 高电平(3.5 V)的电路相接时，一定要串加限流电阻，以免损坏器件在数字测量仪表和各种数字系统中，都需要将数字量直观地显示出来，一方面供人们直接读取测量和运算的结果；另一方 面用于监视数字系统的工作情况。因此，数字显示电路是许多数字设备不可缺少的部分。数码显示器是用来显示数字、文字或符号的器件，现在已有多种不同类型的产品，广泛应用于各种数字设备中，目前数码显示器件正朝着小型、低功耗、平面化方向发展。数码的显示方式一般有三种：第一种是字形重叠式，它是将不同字符的电极重叠起来，要显示某字符，只须使相应的电
19、极发 亮即可，如辉光放电管、边光显示管等。第二种是分段式，数码是由分布在同一平面上若干段发光的笔划组成，如荧光数码管等。第三种是点阵式，它由一些按一定规律排列的可发光的点阵所组成，利用光点的不同组合便可显示不同的数码。数字显示方式目前以分段式应用最普遍，图表示七段式数字显示器利用不同发光段组合方式，显示 015 等阿拉伯数字。在实际应用中，1015 并不采用，而是用 2 位数字显示器进行显示。其七段数字显示器发光组合图如下所示，它是通过译码器对其A.B.C.D.E.F.G 段二极管的明暗进行控制，最后使得其显示出一定的数字模式，如图所示。七段数字显示器显示数字4.5 蜂鸣器蜂鸣器是一种一体化结
20、构的电子讯响器，采用直流电压供电，广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、电话机、定时器等电子产品中作发声器件。我们本次设计就是用这种设备来模拟，它的外形常见的有以下几种，如图所示。一般呈圆柱状，下面两针长短不同，长的就为正极，短为负极，我们只要在正负极加上正向电压其便可以发出声响。常见蜂鸣器外形五、课程设计总结“电 子 线 路 课 程 设 计 ”是 电 子 技 术 课 程 的 实 践 性 教 学 环节 ， 是 对 我 学 习 电 子 技 术 的 综 合 性 训 练 。 我 非 常 珍 惜 这 次 做 课程 设 计 的 机 会 .本 设 计 是 为 在 病 人 紧 急
21、 需 要 时 能 很 快 进 行救 治 的 呼 叫 系 统 ,增 强 医 护 人 员 更 好 的 监 护 病 人 。 此 系 统的 优 点 特 色 在 于 可 以 设 立 呼 叫 优 先 等 级 而 不 是 单 纯 的 病 人 呼 叫 ，这 样 避 免 在 有 多 个 病 人 同 时 呼 叫 时 ， 医 护 人 员 不 知 道 应 该 先 救治 哪 个 。 利 用 本 系 统 设 立 呼 叫 等 级 后 ， 当 有 多 个 呼 叫 信 号 时 ，呼 叫 系 统 会 自 动 先 显 示 最 高 级 别 的 呼 叫 ， 使 病 情 严 重 的 病 人 得到 优 先 救 治 。 同 时 系 统 自
22、动 锁 存 其 它 的 呼 叫 信 号 ， 在 高 级 别 呼叫 清 零 后 自 动 对 其 它 信 号 进 行 显 示 呼 叫 。 这 样 让 所 有 病 人 都 能够 获 得 救 治 ， 这 种 由 医 院 根 据 病 人 病 情 设 立 的 具 有 呼 叫 等 级 的控 制 系 统 可 有 效 控 制 因 病 人 突 发 病 情 而 医 护 人 员 却 未 能 及 时 救治 导 致 病 人 病 情 严 重 甚 至 死 亡 的 严 重 后 果 。 同 时 这 种 病 情 严 重者 优 先 的 呼 叫 系 统 也 体 现 了 人 性 的 美 德 和 医 院 救 人 的 精 神 。在 设 计
23、初 期 我 们 遇 到 了 很 多 困 难 ， 感 觉 对 课 题 无 从 下手 ， 不 知 道 从 何 开 始 ， 当 我 们 查 阅 了 大 量 资 料 和 询 问 了 老 师 同学 后 ， 才 开 始 有 些 眉 目 起 初 我 们 不 知 道 怎 样 区 分 病 人 的 优 先 级 ；当 多 信 号 同 时 呼 叫 时 ， 对 较 低 等 级 的 呼 叫 信 号 不 知 道 怎 样 处 理 ，才 能 保 证 当 高 级 别 的 信 号 被 清 零 后 ， 低 级 别 的 信 号 能 及 时 的 由系 统 呼 出 等 等 。 这 些 问 题 困 扰 了 我 好 长 时 间 ， 后 来 在
24、 我 翻 阅 相关 书 籍 和 浏 览 相 关 网 页 后 找 到 了 解 决 问 题 的 办 法 。 这 也 使 我 对解 决 问 题 的 方 式 有 了 更 深 的 认 识 ， 对 理 论 联 系 实 际 有 了 更 加 深刻 的 体 会六、致谢 首先，我们学校和系领导精心为我们安排了这次课程设计，不但可以检验我们的理论知识的掌握知识，更能锻炼我们的实际动手能力。这不仅可以提高我们的学习兴趣，同时还使我们认识到我们所学专业在实际中的广泛应用，使我们不再对所学专业感到陌生，而且还可以培养大家的积极性。尤其要感谢我们的指导老师余平老师，她给予了我们理论知识上的指导，使我们最后能够顺利的完成设计
25、任务，没有她的指导，我们是很难取得成功的。我还想感谢答辩时张斌老师和黄家兵老师提出的改进意见。最后感谢我的搭档，是我们的相互配合和相互鼓励才会有最后的成功。我觉得在此次课程设计中培养了我们的团队精神，我们两个人一起做一个设计，我们发挥各自的特长，锻炼了我们，也让我们得到了自信。附录 1 方案一元件清单元器件 对应符号 数量七段译码显示器 7SEG-COM-CATHODE 1反相器 NOT 11扬声器 SPEAKER 1编码器 74HC148 1单刀双掷开关 SW-SPDT-MON 1电阻 PULLUP 10k*8 100*8 触发器 74LS273 1显示管驱动器 74LS48 1晶体管 2N
26、5065 1按钮 BUTTON 8 二极管 1N4148 8 附录 2 方案三元件清单元器件 对应符号 数目编码器 74LS148 1译码器 74LS47 1蜂鸣器 BUZZER 1红色发光二极管 LED-RED 1 8 输入与非门 74LS30 1电阻 PULLUP 10k*2,1k*8按钮 BUTTON 8电容 CAP 1nF*2七段译码显示器 7SEGCOMA 1主要参考文献【1】康华光.电子技术基础（数字电路部分） .高等教育出版社.北京.1988 年【2】鬲淑芳.数字电子技术基础 陕西师范大学出版社.西安.1998 年【3】阎石. 数字电子技术基础.北京.高等教育出版社.2008 年【4】刘修文.实用电子电路制作 300 例.中国电力出版社.北京.2004 年
