电子技术课程设计-设计并制作一个8路呼叫器.docx

上 海 电 力 学 院 课题名称 8路呼叫器 课题代码 208 院（系） 电气工程学院 专 业 电气工程及其自动化 班 级 2012021 学 生 邓 时 间 2015年1月23日 指导教师签名： 教研室主任（系主任）签名： 一、设计目的1、了解并掌握电子电路的一般设计方法，具备初步的独立设计能力。2、通过查阅手册和文献资料，进一步熟悉常用电子器件的类型和特性，提高识读中小规模集成芯片的能力。并掌握合理选用集成电路器件的原则；进一步掌握电子仪器的正确使用方法。3、熟悉八路呼叫器的工作原理，运用数字电子技术、模拟电子技术的知识进行电路设计。4、学会使用eda软件multisim对电子电路进行仿真设计。5、初步掌握普通电子电路的安装、布线、调试等基本技能，提高电路布局、布线及检查和排除故障的能力。6、提高综合运用所学的理论知识独立分析和解决问题的能力，学会撰写课程设计总结报告；培养严肃认真的工作作风和严谨的科学态度。二、设计任务及要求。 1、任务： 设计并制作一个8路呼叫器。2、要求：1）当某一路有呼叫时，能显示该路的编号，同时给出声光报警信号，报警时间为2s左右。2）报警状态可以手动切除。3）设计出实现电路；4）用multisim软件对该系统进行仿真；5）用面包板接器件，制作电路，完成调试、撰写设计报告；三、总体设计方案及原理框图呼叫器原理框图如图1所示。如果某一路有呼叫请求，则该呼叫信号被送入10-4优先编码器（74hc147）进行编码，编码器信号经过反相器（74hc04）后编码输出，经锁存器（74hc1373）后加上锁存控制信号八与非门（74hc30）送来的信号相结合完成q=d以及信号锁存的功能，然后送到译码器（cd4511）经保护电阻后送入显示电路，显示这一路的编号。同时锁存控制信号经（74hc00-a）触发单稳态电路，产生脉宽大约2s的脉冲信号。控制信号一路控制多谐振荡器，多谐振荡器输出2s的声报警信号，一路控制二极管产生大约2s的光报警信号。声光报警状态可以用一个手动按键消除。 图1 呼叫器原理框图四、单元电路设计1.呼入/编码/锁存/译码/显示电路：锁存控制信号输出电路结构及工作原理： 电路由按键开关、10-4线优先编码器（74hc147）、反相器（74hc04）、锁存器（74hc1373）、八与非门（74hc30）、译码/驱动器cd4511、共阴极七段数码管及保护电阻构成。 当1至8中某一个按键按下时，表明该路有呼叫。在74hc147的输出端有相应的编码（反码）输出。通过反相器（74hc04）输入锁存器（74hc1373），由锁存控制（74hc30）锁存后再输出给cd4511译码驱动数码管显示相应的按键数。例如，当8按键按下时，表明8所在的这一路有呼叫。这时8的低电平输入74hc148，编码器把输入的01111111进行编码输出0111。0111经反相器74hc04反相后输出0111,1000输入锁存器（74hc1373）而八与非门（74hc30）送来的信号相结合完成q=d以及信号锁存的功能输出1000。1000由cd4511译码驱动，数码显示器显示数码8。 注：设计要求有提到用8-3线优先编码器（74hc148），此编码器能够实现数字07的编码，若再加一个八输入与非门（74hc30）和一个反相器（74hc04）也可以实现18的编码。10-4线优先编码器（74hc147）能轻松的实现18的编码。考虑到电路的简易性以及护士看显示屏的习惯、显示的美观性等，我们组选用了10-4线优先编码器（74hc147）。2. 2s宽脉冲输出电路：2s宽脉冲信号输出电路结构及工作原理：电路由按键、8与非门74hc30、反相器、单稳态电路组成。当1至8中某一个按键按下时，表明该路有呼叫。使得74hc30输出高电平，经反相器74hc00，产生低电平窄脉冲触发单稳态电路输出高持续电平。高电平持续时间为： tw=1.1rc=1.11831031010-6=2.013s由此达到报警2s的目的。由实验仿真测得单稳态电路的脉冲宽度如下：由示波器读得：tw=2.008s与计算值相符。3. 声光报警电路：电路如下图：器件为74hc00、多谐电路、蜂鸣器、发光二极管led。 由2s宽脉冲来的信号与低电平的手动切除信号（手动切除信号不作用时）与非之后再反相输出给多谐振荡器的4端使其产生频率f =1.43（r1+2r2）c=1.43(2000+2702)0.110-6=5630hz的振荡方波供蜂鸣器发声。由仿真图测得：f =1t=1185.606=5388hz 与理论值相符合二极管测量图如下所示：由图可知二极管的电流为4.748ma与二极管的导通电流相近。4. 手动切除电路：1）手动切除电路具有很大的可变性，实现的方法很多。在本次8路呼叫器课程中我主要负责手动切除和锁存器部分的设计。 下表为手动切除电路的设计方案，以及其优缺点：方案原理图优、缺点用单开直接切断优点：结构简单、容易实现。缺点：一旦关断，需要再打开才能工作且再打开的时间要在前一次触发两秒之后。用芯片74hc373锁存切除信号优点：用按键开关、有锁存功能把输入的下降沿变成稳定的“1”输出。缺点：关断后需要再按一次才能工作，且再打开的时间要在前一次触发两秒之后。用555把切除信号变成宽脉冲优点：用按键开关，把输入的下降沿变成稳定的“1”输出2s，经非门后输出2s的低电平实现声光报警的切除，不用再开一次很便捷。缺点：关断后两秒之内不能再触发。综合以上三种电路，最终我选择了第三种，即用一个555计时器、按键开关、保护电阻实现在声光报警启动或护士手动切除报警。总报警和切除电路如下图所示： 2）工作过程：在没有呼叫时。1为“0”，2为“0”则3为“1”。因此4为“1”，5为“0”多谐电路不工作，二极管不发光，没有声光报警。在有呼叫时。1为“1”，2为“0”则3为“1”。因此4为“0”，5为“1”多谐电路工作，二极管发光，声光报警启动。在有呼叫时，按下手动控制开关。此时1为“1”，2为“1”则3为“0”。因此4为“1”，5为“0”多谐电路部工作，二极管部发光，声光报警切除。手动切除的宽脉冲时间选择为2s是因为，若手动切除的脉冲消失后2s延时电路的信号还没有完的话声光报警会再次启动给护士造成误导。若选择的时间太长则会给下次的触发报警造成较长时间的延迟，不利于高效工作。3）硬件电路的测试过程、测试结果、电路工作过程分析：测试方法：在测试过程中我用的是电平测试的方法，也可采用示波器观察波形，但实验室的示波器最小精度为达不到仿真时的要求波形不清晰于是我还是采用了电平测试。用导线一端连接试验台led显示灯一端连接待测点。若待测点为高电平则led灯亮，低电平则led灯不亮测试过程：面包板通电，连好测试电路。用点触的方法测试待测点。在不按动呼叫端按键开关的时候，分别把led连线与待测各点接触。测得1点为低电平，2点为低电平，3点为高电平，4点为高电平，5点为低电平。与预计效果相符合。在按动按键呼叫段开关后，分别把led连线与待测各点接触。测得1点为高电平2点为低，3点为高电平，4为低电平，5为高电平。与预计效果相符合。在按动按键呼叫段开关后，按下手动控制开关。此时1点为高电平2点为高，3点为低电平，4为高电平，5为低电平。与预计效果相符合。硬件电路连接图如上图所示五、系统仿真模型拼接每一部分电路我们得到以下的模型：本电路图符合8路呼叫器的任务要求：当医院发生紧急情况时，应用于医院病房需要呼叫具有优先级别的呼叫系统。当有病人需要呼救时，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2秒钟的声音信号。显示病人的创号，医护人员可以根据呼叫信号的优先级别即使对每一位呼叫病人进行救治。此呼叫系统的使用能让医院出现紧急状况是临危不乱，不仅使医护人员能够对病人的病情有一定的了解，还能对病人的突发情况进行及时有效的治疗，让救护工作紧张有序的进行。同时，医院可以在有本系统的情况下，更加合理有效地安培值班的医护人员，为医院节省更多人力物力财力。指导思想是设计一个当病人紧急呼叫时，产生声光信号提示，并显示病人的病房编号；然后根据病人病情进行优先级别处置，当有多人呼叫时，病情严重优先。六、计过程中所遇到的各种问题，对问题的分析、解决方法、解决结果设计过程中的问题：1、首先我们考虑到cd4511具有锁存的功能，想用单稳态的输出来控制锁存但是这会使电路更加的复杂，且锁存起来有一定的延时。于是我们选用了74hc373来做锁存的工作。2、74hc148有限编码器的显示不符合我们的常规逻辑。经过分析考虑到电路的简便性，我们换用74hc147编码，虽然少用了以为但简化了电路。3、蜂鸣器不响。一开始我们以为是频率不对导致蜂鸣器不响，再精确的设置多谐的电压或是不用多谐电路蜂鸣器都不响。再多次调试后发现是因为蜂鸣器的默认电压参数为9v，把它修改为5v就没有问题了。4、7段数码管接好后只能一段一段的显示。在仿真时选择成为共阳极ca，不能显示正确数字，改成ck就没有问题了。在硬件拼装以及调试中的问题：1、优先编码器（74hc147）与锁存器（74hc373）由74hc04连接，但在拼装时对错位置，导致led显示出错；2、连电路时cd4511有几个使能端没有接，导致显示器不能显示数字；3、74hc00芯片管脚输入输出接反，导致声光报警电路一通电就响个不停；4、蜂鸣器和二极管连接时没有考虑正负极导致不工作；5、仿真时不用多谐电路蜂鸣器也能发出声音，但在实际电路中却不能发出清脆的响声，接入多谐电路后可以听见稳定的蜂鸣。6、刚开始接线时没有考虑到美观的问题，有的线接的比较歪曲，但在我们改接之后就显得很清晰、简洁、美观。七、课程设计小结八、致谢九、所选用集成电路的逻辑符号图、引脚排列图、功能表1. 10线-4线优先编码器74hc147管脚图：管脚图2.六反相器74hc04管脚图：6位反相器。第7脚gnd，电源地。第14脚vcc，电源正极。信号由a端输入y端反相输出，a1与y1为一组，其它类推。例：a1=“1”则y1=“0”、a1=“0”则y1=“1”，其它组功能一样。3.驱动芯片cd4511管脚图： cd4511是一片cmos bcd锁存/七段译码/驱动器，引脚排列如图所示。其中a1、a2 、a3、a4为bcd码输入，a1为最低位。bi：消隐输入控制端，当bi=0 时，不管其它输入端状态如何，七段数码管均处于熄灭（消隐）状态，不显示数字。lt：测试输入端，当bi=1，lt=0 时，译码输出全为1，不管输入 dcba 状态如何，七段均发亮，显示“8”。它主要用来检测数码管是否损坏。 le：锁定控制端，当le=0时，允许译码输出。 le=1时译码器是锁定保持状态，译码器输出被保持在le=0时的数值。另外cd4511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。ag是7段输出,可驱动共阴led数码管。另外，cd4511显示数“6”时，a段消隐；显示数“9”时，d段消隐，所以显示6、9这两个数时，字形不太美观 。所谓共阴 led 数码管是指7段led的阴极是连在一起的，在应用中应接地。限流电阻要根据电源电压来选取，电源电压5v时可使用300的限流电阻。4.74hc00管脚图：74hc04是六非门（反相器），其内部含有6个cmos反相器，作用就是反相把1变成0，或0变成1。5.八与非门74hc30管脚图：a-h为输入端，y为输出端，其逻辑关系如下：八个输入信号中只要有一个是低电平则输出“1”6.四与非门74hc00管脚图：逻辑关系：y=(ab)7.555定时器 555定时器内部电路：555定时器可构成单稳态触发器和多谐振荡器，电路图如下： 单稳态触发器 多谐振荡器7.锁存器74hc373当三态允许控制端 oe 为低电平时，o0o7 为正常逻辑状态，可用来驱动负载或总线。当 oe 为高电平时，o0o7 呈高阻态，即不驱动总线，也不为总线的负载，但锁存器内部的逻辑操作不受影响。当锁存允许端 le 为高电平时，o 随数据 d 而变。当 le 为低电平时，o被锁存在已建立的数据电平。8、共阴极八段数码显示管bs202其他原件参数：1.发光二极管发光二极管led使用低