1、电子技术课程设计报告医院住院病人“呼喊”器 学 院： 机械与电子工程 年级专业： 机械电子工程专业* 班 学 号： * 姓 名： * 指导教师： 郭文川 完成时间： 2011.1.10 成 绩： 中国 陕西 杨凌医院住院病人“呼喊”器摘 要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，医院住院病人呼喊器十分必要的。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。以 555 构成的单稳触发器为核心，用 5 秒呼叫模块，优先编码显示模块，呼叫显示模块来设计的病房呼叫系统。该系统具有优先级，造价低廉，能确保呼叫信息不流失，终
2、端数码管显示呼叫地址，声音报警等功能。关键词：呼喊器；5 55 定 时 器 ； 优 先 编 码 显 示Room Call SystemAbstractIn order to let the hospital can best service to patients and reduce the search times and medical personnel, hospital patient cry workload is very necessary. Use this design can make patient promptly notify the doctor, and ma
3、ke the doctor can pass a display and alarm sound immediately that help the patients exact beds, thus timely rescue. The design, in order to form a single stable flip-flop 555 as the core, with a 5 second call module, priority code display module, the call display module is used to be hospital patien
4、t cry workload. The system has priority, low cost, to ensure that the call information is not lost, terminal digital display call address, voice alarm and other functions.Keyword：Pager；Flip-flop 555； Priority code display目录1. 设计任务 .11.1 设计目的和意义 11.2 设计要求及任务 12. 系统设计 .12.1 总体方案设计 12.1.1 工作原理 .12.1.2
5、系统组成 .22.2 各单元模块功能介绍及电路设计 .32.2.1 5 秒呼叫模块 .32.2.2 呼叫显示模块 62.2.3 优先显示模块 72.2.4 所需 5V 直流稳压电源电路模块 103. 电路仿真及测试 .103.1 电路仿真 103.2 系统功能测试 104. 实习总结 .11参考文献 .13附录 .141. 设计任务1.1 设计目的和意义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，医院住院病人呼喊器十分必要的。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。本设计的病房呼叫系统是应用 555 计时器逻
6、辑门电路，采用数字、模拟电路的一些基础原件来，来实现的具有优先级的结构简单，安装方便病房呼叫系统。当有病人进行呼叫时，系统会自动先处理具有优先级别的病房的编号，同时产生光信号和 5 秒钟的声音信号。另外在产生信号的同时系统会显示呼叫病人的病房编号。这样医护人员可以根据呼叫信号的优先级别及时对每一位呼叫病人进行救治。当有多个病人同时进行呼叫时，系统会根据优先级别自动呼出当前呼叫中的最高级别呼叫信号而对其它低级别的呼叫信号进行自动保存，在当前的最高级呼叫信号被医护人员完成后，按下清零后，自动输出所保存信号呼叫中最高级别的呼叫，直到每位病人处理完毕。1.2 设计要求及任务设计一种有线“呼喊” 器，供
7、住院病人“ 呼喊”医护人员时使用。其基本功能要求如下：1. 住院病人可通过按动自己的床位按扭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出该病人的床位编号，同时扬声器发出信号提示值班人员；3. 设计“呼喊”器所需的直流稳压电源。2. 系统设计我们通过查阅相关资料，对各个模块进行独立分析。其中包括 5 秒呼叫模块、呼叫显示模块、优先显示模块、所需 5V 直流稳压电源等各模块。我们通过对比和总结，结合实际能力，选择和搭配了如下的硬件模块结构。2.1 总体方案设计2.1.1 工作原理用锁存器锁存，再用一个 8 线-3 线优先编码器 74LS148
8、D 对病房号编码，再用译码器 74LS48D译出最高级的病房号。当有病房号呼叫时，通过译码器和逻辑门触发（由 555 构成的单稳触发器）从而控制蜂鸣器发出 5 秒钟的呼叫声。呼叫信号控制晶闸管从而控制病房报警灯的关亮。若有多个病房同时呼叫，待医护人员处置好最高级的病房后，由人工将系统复位（手动） 。系统工作流程图如图 1 所示。呼叫信号 译码器数码管显示手动复位蜂鸣器逻辑门电路图 1 工作流程图2.1.2 系统组成根据设计要求可设计出如下合理的逻辑门电路。病房呼叫系统的逻辑门电路如图 2 所示。它由模拟开关、优先编码器、锁存器、数码管、逻辑门、信号灯、单稳态触发器、蜂鸣器组成。模拟病房号通过优
9、先编码器显示优先级最高的病床号。并且通过锁存器储存起来，按清零键清除已处理的信号。呼叫显示模块5 秒呼叫模块复位按扭锁存优先显示模块病房图 2 病房呼叫系统的逻辑方框图2.2 各单元模块功能介绍及电路设计2.2.1 5 秒呼叫模块图 3 5 秒呼叫模块截图5 秒呼叫模块截图如图 3 所示。利用 555 集成时基电路组成脉冲启动型单稳态电路，产生定长时间的震荡信号驱动蜂鸣器呼叫。配以相应参数的阻容器件，可将振荡时间准确的控制在要求的 5秒钟。此电路由 74LS20D 双 4 输入与非门、74F02D 或门、555 构成的单稳态触发器和蜂鸣器组成。开关初始状态为全低电平，将开关的所有输入端经与非门
10、后接入 555 的触发输入端，再由 555 的输出端接蜂鸣器。当无病房呼叫时，模拟开关无低电平输入给逻辑门。由于由 555 构成的单稳态触发器是低电平触发，且无触发时输出低电平。所以此时蜂鸣器无声音。只要有病房呼叫时，555 将接入低电平，触发器被触发，进入暂稳态状态中。其输出 5 秒的高电平，则蜂鸣器呼叫 5 秒钟。呼叫时间 5 秒即为单稳态的暂态时间。由 555 构成的单稳态的暂态（即输出高电平时间）公式算得。Th=RCLn3 =4541031010-61.1=5 s这里取 470k 的标准电阻。（1）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，其电路原理图如图
11、 4。一般用双极性工艺制作的称为 555，用 CMOS 工艺制作的称为 7555，除单定时器外，还有对应的双定时器 556/7556。 555 定时器的电源电压范围宽，可在 4.5V16V 工作，7555 可在 318V 工作，输出驱动电流约为 200mA，因而其输出可与 TTL、CMOS 或者模拟电路电平兼容。图 4 555 定时器555 定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。它也常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等方面。它内部包括两个电压比较器，三个等值串联电阻，一个 RS 触发器，
12、一个放电管 T 及功率输出级。它提供两个基准电压 VCC /3 和 2VCC /3555 定时器的功能主要由两个比较器决定。两个比较器的输出电压控制 RS 触发器和放电管的状态。在电源与地之间加上电压，当 5 脚悬空时，则电压比较器 C1 的同相输入端的电压为 2VCC /3，C 2 的反相输入端的电压为 VCC /3。若触发输入端 TR 的电压小于 VCC /3，则比较器 C2 的输出为 0，可使 RS 触发器置 1，使输出端 OUT=1。如果阈值输入端 TH 的电压大于 2VCC/3，同时 TR 端的电压大于 VCC /3，则 C1 的输出为 0，C 2 的输出为 1，可将 RS 触发器置
13、 0，使输出为 0 电平。（2） 蜂鸣器蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，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 5 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。图 5 常见蜂鸣器外形（3）74LS20D74LS20D 为双 4 输入与非门，由两组 4 输入端与非门（正逻辑）构成，其引脚图管脚图如图 6所示。74LS20D 的输入输出逻辑表达式为 Y= 。图 6 74LS20D 引脚
14、图管脚图2.2.2 呼叫显示模块图 7 呼叫显示模块截图呼叫显示模块截图如图 7 所示。利用发光二极管的特性，使发光二极管串联在电源上，使用呼叫信号控制相应的发光二极管，当有病房呼叫信号来时，二极管发光报警，直到人为复位清零。当无呼叫时，呼叫开关都处在断开状态，二极管不亮。当有呼叫时，相应的模拟开关会接通低电平，这时二极管两端有足够的正向压降且有足够的触发电压，满足导通的条件，管子导通，小灯发光报警，信号触发出稳定的报警输出，直到人为处理。该电路总共采用 8 路，分别代表 8 个病床，如果想要扩展，可在该基础上进行扩展。此处为了便于设计，采用 8 路按钮开关。另外，该开关电路优先级是不同的，代
15、表着病人的病危程度，以便及时抢救，即优先级由 07 逐级递减，0 级为最高级，病人病情最严重，病房级别最高。也就是说如果某一高级病床呼叫，在报警期间，其他较低级开关无效。我们设计的报警时长是 5s。我们此处设计的是简易装置，如果需要优先级或者可查询，可在此基础上进行软硬件的扩展，实现所需功能。2.2.3 优先显示模块图 8 优先显示模块截图优先显示模块截图如 8。本设计采用各个呼叫信号通过优先编码器进行采集输入信号并编码再通过锁存器进行锁存再送入译码器的方法。此方法简单实用，易于实现。用可编程逻辑控制电路，在应用中能非常方便有效的控制，而且对于以后附加功能的实现、电路功能的扩展很方便，只是需要
16、掌握一定的编码优先位及相应电路的应用，在熟悉可编程控制电路的应用的情况下也是可行的，而且对于实用来说更有意义。此电路由模拟开关、优先编码器 74LS148D，74F02D、译码器 74LS48D、数码管等组成。2.2.3.1 74LS48 优先编码器74LS48 为有内部上拉电阻的 BCD七段译码器/ 驱动器，共有 54/7448、54/74LS48 两种线路结构型式。其逻辑图和功能表分别如图 9 和表 1 所示。图 9 74LS48 逻辑图表 1 74LS48 功能表2.2.3.2 74LS1488 线3 线优先编码器 简要说明： 148 为 8 线3 线优先编码器，共有 54/74148
17、和 54/74LS148 两种线路结构型式，148 将 8 条数据线（ 07）进行 3 线(4-2-1)二进制（八进制）优先编 码，即对最高位数据线进行译码。其管脚图和功能表分别如 10 图和表 2 所示。图 10 74LS148 管脚图表 2 74LS148 功能表2.2.3.3 数码显示器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
18、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 5.3.6 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
19、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 11 所示。图 11 七段数字显示器显示数字2.2.4 所需 5V 直流稳压电源电路模块图 12 所需 5V 直流稳压电源电路模块截图集成稳压器的典型应用电路如图 12 中电源部分所示，这是一个输出正 5V 直流电压的稳压电源电路。IC 采用集成稳压器 7805，C1、C2 分别为输入端和输出端滤波电容， RL 为负载电阻。当输出电较大时，7805 应配上散热板。另外，XSC1 用来观察电源输出电压的波形是否稳定。3. 电路仿真及测试3.1 电路仿真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
20、,注意检查各个部分是否连接正确和连接端是否连接好。 注意我们所需要的芯片参数是否正确，电解电容的极性是否连接正确，在测试看看各管脚的电平是否符合我们理论上达到的值，同时观察各个集成器件的各个管脚的电平变化情况，以及数码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，直到所有问题都解决了为止。各模块连接好之后就可以对电路进行调试了。首先触发一个病人信号，看是否产生声、光报警，并且声音响 5 秒，数码管是否显示对应的病人编号；直到完成了此功能，进行下一向调试。下一向调试触发多个病人信号，同样看是否产生声、光报警，并且声音响 5 秒，数码管是否显示最优先的病人编号；如能完成此
21、功能那么它是正确的。3.2 系统功能测试在有多个呼叫信号同时产生时，对已有的最高级别信号进行清零，观察系统是否能够对剩余信号中的最高级别信号进行优先呼叫。或者在原有呼叫信号的基础上再输入一个最高级别的呼叫信号，观察系统是否能将此最高呼叫信号优先呼叫。此设计是用于医院病人的紧急呼叫，它的功能如下：1.当病人按下呼救信号按钮，呼救灯亮，同时显示病人编号，蜂鸣器发出 5 秒呼救声，等待医护人员来护理。2.按照病人的病情划分出优先级别，有多个病人同时呼救时，系统优先显示最高级别的呼救编号。3.当医护人员处理完最高级别呼救后，按下清零键，系统按优先等级先后显示其他病人编号。系统仿真结果显示图见图 13。
22、4. 实习总结“电子技术课程设计” 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
23、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。在设计初期我遇到了很多困难，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么处理，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自动呼出等等。这些问题苦恼了我很长的时间，后来才在我翻阅相关书籍和浏览相关网站时找到了解决问题的办法，才知道这些问题的解决方法。这也使我对学习的认识有了更深入的了解，对理论联系
24、实际有了更加深刻的体会。通过对电路图通过 Multisim 仿真的结果的分析可知道此电路基本符合此次课程设计的设计要求。V1220 Vrms 50 Hz 0 T124 D11B4B421243C11mF C2100nF C3100FU2A XSC1A BExt Trig+_ + _R3510R4510R5510R6510R7510R8510R9510R10510U374LS148DA09 A17 A26GS14 D313D4 1D5 2D212D111D010D7 4D6 3EI 5EO15 GND 8VCC16U474LS48DA 7B 1C 2D 6OA13OD10 OE9 OF15 OC
25、11 OB12OG14 LT 3RBI 5BI/RBO 4GND 8VCC16R2560R11560R12560R13560R14560 R15560 R16560U5ABCDEFGCKR1560LED1U6A74F02D=1 U7A74F02D=1U1LM7805CTJ1A按按 = 6 J10A按按 = 5 J11A按按 = 4 J12A按按 = 3 J13A按按 = 2 J14A按按 = 1 J15A按按 = 0 J16A按按 = 7 U874LS20D1A1BNC1C1D1YGND2Y2D2CNC12B2AVCCC410nF C510FR26470U11A74F02D=1LED3LED4
26、LED5LED6LED7LED8LED9LED10VCCOUTU9555_TIMER_RATEDGNDDISRSTTHRCONTRIU10SONALERT200 Hz 图 13 系统仿真结果显示图参考文献1 臧春华.电子线路设计与应用.北京：高等教育出版社， 2005.62 高平.电子线路设计基础.北京：化学工业出版社，2007.13 谢自美.电子线路设计实验与测试.武汉：华中科技大学出版社， 2005.94 彭军.电子线路设计与制作.北京：科学出版社，2005.45 徐敏.电子线路实习指导教程.北京：机械工业出版社， 2005.86 安真菊.电子技术课程设计.北京：机械工业出版社，2007.
27、17 阎石. 数字电子技术基础.北京： 高等教育出版社，2009.128 吴慎山.电子线路设计与实践.北京 ：电子工业出版社 ，2005.99 李银华.电子线路设计指导.北京：北京航空航天大学出版社 ，2005.610 童诗白. 华成英.模拟电子技术基础.北京：高等教育出版社， 2009.1211 葛汝明.电子线路实验与课程设计.济南：山东大学出版社， 2006.312 宋家友.张友汉.新编电子线路设计实用手册.福州：福建科学技术出版社， 2007.513 李洋.现代电子设计与创新.北京：中国电力出版社， 2007.7附录医院住院病人呼喊器整体电路图如下：V1220 Vrms 50 Hz 0
28、T124 D11B4B421243C11mF C2100nF C3100FU2A XSC1A BExt Trig+_ + _R3510R4510R5510R6510R7510R8510R9510R10510U374LS148DA09 A17 A26GS14 D313D4 1D5 2D212D111D010D7 4D6 3EI 5EO15 GND 8VCC16U474LS48DA 7B 1C 2D 6OA13OD10 OE9 OF15 OC11 OB12OG14 LT 3RBI 5BI/RBO 4GND 8VCC16R2560R11560R12560R13560R14560 R15560 R16
29、560U5ABCDEFGCKR1560LED1U6A74F02D=1U7A74F02D=1U1LM7805CTJ1A按按 = 6 J10A按按 = 5 J11A按按 = 4 J12A按按 = 3 J13A按按 = 2 J14A按按 = 1 J15A按按 = 0 J16A按按 = 7 U874LS20D1A1BNC1C1D1YGND2Y2D2CNC12B2AVCCC410nF C510FR26470U11A74F02D=1LED3LED4LED5LED6LED7LED8LED9LED10VCCOUTU9555_TIMER_RATEDGNDDISRSTTHRCONTRIU10SONALERT200 Hz
