数字逻辑课设报告(输液倒计时).doc

沈阳航空航天大学课 程 设 计（说明书）输液自动报警器的设计班 级 网络1301 学 号 2013040102003 学 生 姓 名 指 导 教 师 沈阳航空航天大学课 程 设 计 任 务 书课 程 名 称 数字逻辑课程设计 课程设计题目 输液自动报警器的设计 课程设计的内容及要求：一、设计说明与技术指标设计一个输液报警器电路，技术指标如下：具有显示输液量的功能； 具有预置数功能； 具有零报警功能； 二、设计要求1在选择器件时，应考虑成本。2根据技术指标，通过分析计算确定电路和元器件参数。3画出电路原理图（元器件标准化，电路图规范化）。三、实验要求1根据技术指标制定实验方案；验证所设计的电路，用multisim软件仿真。2进行实验数据处理和分析。四、推荐参考资料1. 童诗白，华成英主编模拟电子技术基础M北京：高等教育出版社，2006年五、按照要求撰写课程设计报告成绩评定表：序号评定项目评分成绩1设计方案正确，具有可行性，创新性（15分）2设计结果可信（例如：系统分析、仿真结果）（15分）3态度认真，遵守纪律（15分）4设计报告的规范化、参考文献充分（不少于5篇）（25分）5答辩（30分）总分最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定）指导教师签字： 2015 年 7 月 19 日1、 概述 随着医学技术的不断发展，现在医院对医疗设备的要求也越来越高，由此本课设要求设计一套输液自动报警器电路装置。此电路装置具有显示输液量，预置输液量，调节输液速度的功能，并且当输入量为零时，电路会自动报警。设计思路是将倒计时的电路模拟成输液装置，设置预置数功能用来设置输液量，通过脉冲来设置和调节输液速度。基本设计原理及方法为定时器脉冲与减法计数器相结合。此电路装置可以分为脉冲发生器电路、预置倒计时电路、显示、报警电路四个部分。2、 方案设计图1 输液报警器电路的原理框图 输液报警器原理框图如图1所示。功能的电路采用模块化设计，分别都有各自的功能。 输液报警器包括脉冲发生器，预置倒计时，显示器，报警器四个部分。本设计方案根据555计时器输出的脉冲信号接到十进制减法计数器，从而形成倒计时。开关接到预置数一端时，设置输液量的毫升数，设置完成后开关接到倒计时一端，计数器开始实现输液倒计时功能，显示器会显示剩余输液量。脉冲发生器具有控制调节输液速度的功能，当输液量为零时，报警器发出警报。整个电路主要器件需要四个芯片，即一个555芯片，三个74LS192十进制减法芯片，还需要三个显示管，三个按键开关，一个报警灯即可。3、 电路设计1. 脉冲发生器电路 用555定时器构成多谐振荡器电路如图2所示。多谐振荡电路没有稳态,只有两个暂稳态也不需要外加触发信号,利用电源VCC通过R1和R2向电容器C1充电,使输出电压逐渐升高,升到2VCC/3时,电容C1通过电阻R2放电,使输出电压下降,降到VCC/3时,电源VCC又通过R1和R2向电容器C充电。如此循环,振荡不停。 555脉冲发生器的周期与其充电的时间有关，充电时间电容C1、电阻R1和R2所决定周期的计算公式为：（1） 由图2所示将R1与一个滑动变阻器R4串联形成了一个新的电阻，通过调节滑动变阻器R4来改变电阻阻值，进而改变周期来达到调节输液速度的目的。图2 脉冲发生器电路2. 预置输液量电路 本设计中计数器选用中规模集成电路74LS190进行设计，74LS190是十进制同步计数器，采用8421BCD码二-十进制编码，其功能表如表1所示。表1 74LS90功能表输入输出注LDCTUDCP 0 X X X异步并行置数 1 0 0 X X X X加法计数 1 0 1 X X X X减法计数 1 1 X X X X X X保持 由表1看出，当LD=1，CT=0，UD=1时，如果有时钟脉冲加到CP端，则计数器在预置数的基础上进行减法计数，当计数到0时，RCO端输出借位，从低位到高位依次将芯片的借位输出端RCO接到下一位芯片的借位输入端CTEN上，就形成了三位十进制减法计数器。当LOAD=0时，计数器为置数状态，将三个倒计时芯片的LOAD接到一个开关S3上，开关S3的一端接VCC，另一端接地为置数端。具体电路由图3所示，图中的QA-QD分别接到译码显示器的输入端，CLK端接到脉冲发生器的脉冲输出端。开关S3接地时置数，接VCC端开始倒计，当低位计数器的借位输出端RCO输出借位时，高位计数器才开始进行减法计数。当计数到高、低位计数器都为零时，倒计时结束。 图3 预制倒计时电路3. 显示电路 显示模块用来显示剩余输液量。显示模块由三个译码显示管组成，计时模块输出计时信号通过译码器译码由数码管显示出来。如图4所示。图4 显示电路4. 报警电路 当计数器递减计数到零(即定时时间到)时,控制电路应发出报警信号,使计数器保持零状态不变,同时报警电路工作，如图5所示。当计数到零时,计数器最高位借位端输出为0，因此本设计将报警灯连接一个非门接入到最高位借位输出端RCO形成报警装置，正常计数时，借位输出端为1，连接非门后报警灯不亮，计数为零时，借位输出端为0，报警灯亮发出警报。图5 报警器电路4、 性能的测试1.脉冲信号发生电路的仿真 将脉冲信号发生器接到示波器上，如图6所示。观察输出波形，如图7所示。图6 脉冲信号发生电路仿真图图7 脉冲信号波形图2.输液仿真测试 S3开关接到置数端成置数功能，此测试将输液量设置为120，如图8所示，将S3开关接到输液端开始输液即开始倒计时，倒计时过程如图9所示，倒计时中可以通过调节滑动变阻器来改变输液速度，如图10。计时完毕即输液完毕报警灯亮发出警报，如图11所示。图8 预置输液量仿真图图9 输液过程图10 调节输液速度仿真图图11 输液结束仿真图5、 结论 根据实验结果，本设计方案基本完成了设计的要求，实现了显示输液量，预置数，零报警的功能，而且可以调节输液速度。总的来说该方案是十分可行的，电路结构简单，成本低，条理清晰，结果符合要求，易连接并且功能容易实现，操作方便可行，整体效率比较高。参考文献1 童诗白，华成英主编模拟电子技术基础M北京：高等教育出版社，2006年2 刘修文主编实用电子电路设计制作M北京：中国电力出版社，2005年3 朱定华主编电子电路测试与实验M北京：清华大学出版社，2004年4 路勇主编电子电路实验及仿真M北京：北京交通大学出版社，2004年5 王毓银主编数字电路逻辑设计（脉冲与数字电路第三版）M北京：高等教育出版社，1999年6 高吉祥主编电子技术基础实验与课程设计M北京：电子工业出版社，2002年7 孙人杰主编电路数据手册TTL电路M北京：电子工业出版社，1989年8 唐颖主编数字电路M重庆：重庆大学出版社，2003年9 阎石主编数字电子技术基础（第五版）M北京：高等教育出版社，2005年10 董玉冰主编Multisim9在电工电子技术中的应用M北京：清华大学出版社，2003 年11 吴玉吕，胡水强，王文娟主编基于CPLD/FPGA的74ls190的设计与实现L北京： 电子工业出版社，2007年12 王金明主编数字系统设计与verilogHDLM北京：电子工业出版社，2011年附录I 总电路图附录II 元器件清单序号编号名称型号数量1A1 555定时器555_VIRTUA12U4A二输入一输出与非门74HC00D_4V13U8A四输入四输出非门74LS0414X1灯泡2.5V15U1,U2,U3译码显示