病房呼叫 燕山大学.doc

课 程 设 计 说 明 书题目：病房呼叫学院（系）：电气工程学院 年级专业： 学 号： 学生姓名： 指导教师：教师职称：实验师 实验师燕山大学课程设计（论文）任务书院（系）：电气工程学院 基层教学单位：电子实验中心 学 号电气工程学院学生姓名专业（班级）设计题目病房呼叫设计技术参数用一个数码管显示呼叫信号的号码没信号呼叫时显示0；有多个信号呼叫时，显示优先级最高的呼叫号用5个拨码开关设置功能键，1号优先级最高，1-5号优先级依次降低用指示灯指示对应的病房有呼叫，有呼叫时蜂鸣3秒。设计要求 用静态数码管显示呼叫的病房号。 用蜂鸣器发出蜂鸣用蜂鸣器发出蜂鸣。工作量 学会使用Max+PlusII软件和实验箱； 独立完成电路设计，编程下载、连接电路和调试； 参加答辩并书写任务书。工作计划1. 了解EDA的基本知识，学习使用软件Max+PlusII，下发任务书，开始电路设计；2. 学习使用实验箱，继续电路设计；3. 完成电路设计；4. 编程下载、连接电路、调试和验收；5. 答辩并书写任务书。参考资料数字电子技术基础.阎石主编.高等教育出版社.EDA课程设计指导书.指导教师签字基层教学单位主任签字金海龙说明：此表一式四份，学生、指导教师、基层教学单位、系部各一份。2011年12 月 16 日 目 录第一章 摘要3第二章 引言3 第三章 基本原理4 一、设计说明4 二、原理图7 三、波形仿真图13 四、管脚锁定及硬件连线14第四章 总结16参考文献 17第一章 摘 要病房呼叫器对于住院的人来说很重要，尤其是需要经常有护士护理的病人来讲。呼叫器对医院来讲也很重要，它决定着医院能够提供给病人的服务质量。但是因护士人员数量有限，护士不能时刻保证呆在每一位病人身边，病床呼叫系统能够使病人在危急时刻及时的联系上医生或者护士，从而得到及时的救治或看护。所以一套功能完善的病床呼叫系统，对一个寻求高质量服务的医院来讲是非常重要的。这个设计所要求的整个呼叫系统由拨动开关(病人和医生都能控制)、控制电路、蜂鸣器、计时器、LED灯等几个部分所组成，病人在身边没有医生但却需要护理的时候能够做到及时的告知医务人员，医生也能够通过该系统准确的判断出是哪个床位的病人需要护理。这个设计所要求的整个呼叫系统由两路开关（分别有医生和病人控制）、控制电路、蜂鸣器、计时器等几个部分所组成，病人在需要护理的时候能及时通过呼叫装置的告知医务人员，医生也能够通过该系统显示的数字确定哪个床位的病人需要护理。该系统最突出的一个优点是具有优先选择功能，能够在第一时间做到对最需要救助的人进行帮助。第二章 引 言在本课程设计要求的病床呼叫系统中，当无病人呼叫时，蜂鸣器不响，且数码管显示为0。若1号病人当病人拨动求助开关时呼叫，则数码管显示1号，蜂鸣器发出三秒的响声，但是数码管仍然显示。这样可以保证医院安静的工作环境。本系统存在优先呼叫功能，1号优先级最高，1-5号优先级依次降低。当优先级较高的病床呼叫时，可以屏蔽其他病床的呼叫。例如当1号和2号病床同时呼叫或者1号晚于2号呼叫，数码管显示1号，自动屏蔽了2号的呼叫。当1号解除警报时具有下一优先级的病床才能呼叫，这样保证了最急需救助的病人优先救治。在此基础上，该设计还有如下功能：医生端有5个开关对应5个病床，当几个病人同时呼叫的时候，蜂鸣器依旧响三秒，医生可以派出护士并通过控制对应的开关屏蔽掉其中优先级最高的病房呼叫信号，这时数码管显示为次优先级的病床号，医生可以再派出护士直到所有病人得到护理，开关全部全部复位，依旧显示为0。这样可以保证每个病人都能按优先级及时得到护理。若医生不小心将其控制的某个开关置位，数码管显示为“7”，为异常状态，可提醒医生将开关复位。第三章 基本原理一、设计说明3.1.1基本实验要求：（1）用一个静态数码管显示呼叫信号的号码。（2）没信号呼叫时显示0；有多个信号呼叫时，显示优先级最高的呼叫号。（3）用5个拨码开关设置功能键，1号优先级最高，1-5号优先级依次降低。（4）用指示灯指示对应的病房有呼叫，有呼叫时蜂鸣3秒。3.1.2 设计思路（1）用一个74LS148，来控制5个病房优先级的先后。当有一个或多个多个病人拨动开关时，这时病人输入端为0，指示灯亮，蜂鸣器响并将7N管脚置1，输出连数码管，通过数码管显示对应的数字。（2）用一个74LS161，来控制让蜂鸣器响的时间。3.1.3 模块介绍及其真值表（1）8线-3线优先编码器741488线-3线优先编码器74148，允许同时输入两个及两个以上的信号，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，只对优先级别最高的一个进行编码显示。74HC148器件图及其真值表如下：EIN始终为0，7N-0N的优先级依次降低，对应输出0-7。当所有病人的开关置1的时候，7N为0。本次设计要求1-5号病床输入信号时分别显示1-5，其中1号优先级最高，故1-5号病床输入分别对应6N-2N。当病床有输入信号的时候，即某一端或者几端置0时，7N端要置1，与此同时最高优先级的输入为0，通过数码管，显示此时最高优先级的号码。（2）四位同步二进制可预制计数器74LS16174161为四位可预置数计数器，此装置完成响铃3秒。器件图、功能表其真值表如清0预置控制时钟预置数据输入输出CLRNLDNENPENTCLKA3A2A1A00000010dcbadcba110保持1111计数LDN与ENT始终接高电平。无病人呼叫，CLRN保持为0，计数器保持为0；当有病人呼叫时，CLRN为高电平，通过74161控制输出端反馈回ENP端。当反馈信号为0时，74161保持该计数值，并且使蜂鸣器不响。直到CLRN端再次为0时，计数器再次置0。二、原理图2.1.1病人输入端A1-A5初始状态下，病人控制端A1-A5都为1，医生控制端D1-D5都为0，经过或门后为1。当病人呼叫时，病人控制其中一端或几端为0，经或门后为0，同时经过下面介绍的五与非门，使7N端变为1，这样74148的输出接数码管，就显示为对应的床号数，从而护士可以去帮助病患。2.1.2 五与非门和灯五与非门的五端分别接与A1-A5。无呼叫时，A1-A5为1，经过五与非门，输出为0。当有一端或几端为0时，经过五与非门，输出为1。这时指示灯亮，同时通过输出控制7N端使其为1。2.1.3 74148端与数码管经过8线-3线优先编码器74148，显示出优先级最高的床位。由于显示的数为0-5，所以数码管最高位始终接地。数码管其他三端分别接对应数码管的三端。2.1.4 74148的7N端和74161的CLRN端当有病人呼叫，五与非门端输出为1，经过或门输出也为1，接到7N端使得7N置1，从而可使2N-6N端中最高优先级的有效。同时与上EON使输出为1接到CLRN端。2.1.5 控制3秒响铃模块CLK为4Hz的时钟脉冲信号。当无人呼叫，74161的CLRN端始终为0,清0端有效。当有人呼叫，74161的CLRN端为1，同时QD、QC、QB、QA为0，经过4与非门为1，和CLRN与后为高电平，接蜂鸣alarm，蜂鸣器响。同时，4与非门输出的1接ENP端，由真值表，可知74161工作在计数状态，当CLK经过一个上升沿，74161计数加1，QD、QC、QB、QA即为0001，此时四与非门输出仍为1，保持计数状态不变直到当QD、QC、QB、QA为1010时，即为十进制数12，4与非门输出为0。由于CLK为4Hz，所以这时的时间为3秒。4与非门与上CLRN的输入端，使得alarm为低电平，蜂鸣不响。同时接到ENP端，使得ENP为0，由真值表，可知74161工作在保持状态，即保持计数12。直至医生和病人的输入端复位后，CLRN为0，此时74161再次置0。2.1.6医生控制端D1-D5（附加部分）D1-D5都接在一个五或门上。初始状态下，病人控制端A1-A5都为1，医生控制端D1-D5都为0，经过或门后为1。当有一个病人呼叫的时候，对应的病人输入端为0。而此时，数码管显示是对应病人的床号。这时可以医生将对应床号的开关由0变为1，经过或门后仍为1。此时，D1-D5经过五或门为1，使得7N端仍为1，从而74148仍处在0状态，此时灯亮。护士处理完病人事宜后将病人开关由0变1，此时灯灭，控制室中的医生可以将控制的开关重新复位。当有多个病人呼叫的时候，几个病人输入端为0，此时数码管显示优先级最高的病人的床号。这时控制室的医生可以将数码管显示的床号的开关变1，此时数码管显示次优先级的床号病人的呼叫直至将这几个对应病人的开关全部变1之后，数码管0N-7N端全部为高电平，数码管显示为“7”，此时即需要帮助的病人床号都可知，从而可以同时派出几个护士。当病人端没有呼叫时，而不小心医生将医生端某开关置0，此时数码管显示为7，可以提示医生开关没有置0。2.1.7 实验全图三、波形仿真图3.3.1当有病人呼叫时的显示如图，当5号病人呼叫时，数码管输出为5，此时灯常亮而蜂鸣3秒。而当4号病人呼叫后，数码管输出4。依此类推。从而实现了高优先级的优先性。3.3.2 当有医生控制呼叫时的显示如图，当几个病人呼叫后，医生清除最高优先级呼叫，则次优先级显示，再次清除次级呼叫，然后显示再次优先级直至数码管显示为7，即所有呼叫都纪录完毕。3.3.3当有医生误操作后的显示当有医生误操作将开关置位后，数码管显示为7。再次清零后为0。而误操作后，不影响其他路的正常使用。四、管脚锁定及硬件连线连接好的原理图的输入与输出端口经管脚锁定与“CPLD/FPGA扩展板”相连接，下边简要介绍床呼叫系统的管脚锁定。1、A1-A5管脚2、D1-D5管脚3、数码管4、指示灯5、时钟脉冲6、蜂鸣器第四章 总 结经过这一周的EDA课程设计，让我基本掌握了Max Plus II软件这个新鲜的软件。在设计病床呼叫系统的过程中，我对以前学过的数电知识有了一个大概的复习过程，对组合逻辑电路和时序逻辑电路有了更深的理解和掌握。在画电路图的时候，轻松的方式和复杂的头脑风暴，现在回想起来依旧觉得很愉悦。当时就想着自己是一个设计师，自己的设计事关人命，要求自己在保证准确、可靠的基础上，尽量使操作简便。经过几次失败，通过翻阅数电课本，并查看软件给出的真值表，发现了74161的真值表的保持状态的错误，经过反复多次的实验，才得出最终的实验结果，查错能力也得到了锻炼。在验箱的过程中，自己的动手能力也得到了提升。在设计电路的过程中，遇到了许多的问题，例如软件给出的74161的真值表错误，通过反复的波形模拟和思考分析，另外也有和同学一起探讨，我也认识到了团结合作的重要意义，尤其是最终得到结论的时候，心里感到心花怒放。我做完实验后，也和其他同学一起思考别人的课题，和同学一起交流我设计的那个74161的计时电路，自己的成果拿出来和别人一起交流探讨，心里也很愉悦。希望学校以后能够提供更多类似的机会，让我们在步入社会之前得到更多的锻炼。参考文献1.阎 石数字电子技术基础高等教育出版社 2006年5月2. 周莲莲郑兆兆李艳艳EDA课程设计B指导书 2010年燕山大学课程设计评审意