八路呼叫器设计报告.doc

电子技术综合训练设计报告题目： 八路呼叫器 姓名： 学号： 班级： 同组成员： 指导教师： 日期： 主要设计理念 八路呼叫器是病人通过按键呼叫值班医生的一种工具，当安装在值班室的报警铃和指示灯工作时，提醒医生有病人呼叫，此时通过数字显示屏，医生可准确得知是哪位病人发出呼叫信号并前往进行即使救治，期间医生也可通过按键管段2s报警铃和指示灯并使显示屏清零。本设计采用TTL等器件，运用数字电路技术基础只是实现。关键字：呼叫器、报警铃、指示灯、显示屏目 录设计任务书11 设计任务和要求2 1.1设计任务 2 1.2设计要求 22 系统设计 3 2.1系统要求 3 2.2方案设计 3 2.3系统工作原理 43 单元电路设计 5 3.1 编码/锁存/译码/显示电路5 3.1.1电路结构及工作原理 5 3.1.2电路仿真 63.1.3元器件的选择及参数确定 6 3.2 单稳态电路10 3.2.1电路结构及工作原理11 3.2.2电路仿真113.2.3元器件的选择及参数确定11 3.3 报警电路/手动控制电路 12 3.3.1 电路结构及工作原理12 3.3.2 电路仿真12 3.3.3 元器件的选择及参数确定12 3.4 电源12 3.4.1 电路结构及工作原理12 3.4.2 电路仿真134 系统仿真145 电路安装、调试与测试16 5.1电路安装16 5.2电路调试16 5.3系统功能及性能测试17 5.3.1测试方法设计175.3.2测试结果及分析176 结论187 参考文献198 总结、体会和建议20 附录一：元器件明细表 附录二：元器件引脚图24电子技术综合训练任务书1 2011 年 秋 季学期学 生 姓 名李丽莉学 号09230737专 业 方 向班 级电气七班题 目 名 称八路呼叫器制作一、设计内容及技术要求：设计并制作一个八路呼叫器，基本要求：1、当某一路有呼叫时，能显示该路的编号，该编号由数码管显示，要能够进行锁存；2、某路有呼叫时，要给出声光指示信号，指示时间为2S左右，指示状态可以通过按键（而不是开关）手动切除； 3、按照以上技术要求设计电路，绘制电路图，对设计的电路用Multisim或OrCAD/PspiceAD9.2进行仿真，用万用板焊接元器件，制作电路，完成调试、测试，撰写设计报告； 4、电源：220V/50HZ的工频交流电供电。 （注：直流电源部分仅完成设计即可，不需制作，用实验室提供的稳压电源调试，但要求设计的直流电源能够满足电路要求）发挥部分：自行设计二、提交成果：1、设计报告2、作品3、电路原理图：要求提交两份，一份为CAD/EDA软件绘制，另一份为手工绘制，图纸大小自定，但要符合标准，电路图绘制要规范。三、设计进度：1、时间：三周 2、进度安排：（1）第一周 选题，熟悉题目，分析要求，查找资料，选择方案，优化方案，确定原理方框图，单元电路设计，选择元器件；（2）第二周 进行电路仿真，确定电路原理图，画出电路原理图，购买元器件，焊接电路；（3）第三周 电路调试，电路测试，绘制电路原理图，完成设计报告，答辩。指导教师签字：设计任务和要求1.1 设计任务 设计并制作一个八路呼叫器，供住院病人呼叫医护人员实用。1.2设计要求1. 住院病人可通过按动自己的床位按钮向医护人员发出呼叫信号。2. 一旦有病人发出呼叫信号，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，同时扬声器发出声响信号发光二极管发出光信号提示值班人员，且报警时间为2s左右，报警状态可以手动切除。3. 设计呼叫器所需的直流稳压电源。（注：直流电源部分仅完成设计即可，不需制作，用实验室提供的稳压电源调试，但要求设计的直流电源能够满足电路要求）4. 按照以上技术要求设计电路，绘制电路图，对设计的电路用Multisim或OrCAD/PspiceAD9.2进行仿真，用万用板焊接元器件，制作电路，完成调试、测试，撰写设计报告。系统设计 2.1 系统要求 1. 当某一路有呼叫器时，能显示该路的编号，该编号由数码管显示，要能够进行锁存。 2. 某路有呼叫时，要给出声光只是信号，指示时间为2s左右，指示状态可以通过按键手动切除。 3. 直流电源：220V/50Hz的工频交流电供电。2.2 方案设计 方案一：呼叫输入编码器计数器译码/驱动显示电路手动控制单稳态电路声光信号当某一路有呼叫信号输入时，该信号会在编码器中进行编码，然后经锁存器存储信号后分别输入到译码/驱动电路和单稳态电路中，译码器输出到显示电路，同时锁存信号触发单稳态电路产生2s的报警信号。期间可手动消除显示状态和报警状态。方案二：呼叫输入编码器计数器译码/驱动显示电路单稳态电路声光信号手动控制与方案一的区别是，手动控制电路只消除报警状态，对显示电路不起作用。综合比较以上两种方案，方案二的操作只关闭扬声器与发光二极管，未关闭显示屏，在实际生活中可能造成医生人员的误解，造成不必要的麻烦。所以确定方案一为最终方案。2.3 系统工作原理当某一路有呼叫信号输入时，该信号会被送到编码器中进行编码，编码器信号经过锁存器经锁存后输入到译码器，然后译码器在输出到显示电路，显示这一路的编码。同时触发单稳态电路，产生2s的警报信号，报警状态可以通过手动按键消除。八路呼叫器的电路主要由编码/锁存/译码/显示电路、单稳态电路、报警电路/手动控制电路组成。单元电路设计3.1 编码/锁存/译码/显示电路 3.1.1 电路结构及工作原理 电路由按键、8线3线优先编码器74LS148、六反相器74LS04、三态输出锁存器74LS373、BCD锁存/7段译码器/驱动器CD4511、七段LED数码管显示管以及保护电阻构成。 当J1至J8中某一个按键按下时，表明该路有呼叫。在74LS148的输出端有相应的编码输出。通过反相器送入74LS373锁存，再由CD4511译码驱动数码显示器显示相应的数码管。例如，当J3按键按下时，表明J3所在的这一路有呼叫，这时J3的低电平输入74LS148进行编码。经反相器74LS04反相后输入锁存器74LS373，并通过CD4511译码驱动，数码显示器显示数码2.显示电路只需要将锁存器74LS373输出的1Q、2Q、3Q分别送入译码/驱动电路驱动七段LED即可。 3.1.2 电路仿真 图3-1 单元电路仿真图一 3.1.3 元器件的选择与参数确定74LS148编码器74LS148为八线三线编码器，为了使显示器的数码管显示零至七，需以D0至D7为输入端，输出端输出000111。74LS148优先编码器有八个输入端和三个输出端。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：D5=0且D6=D7=1(D6、D7优先级别高于D5) 则此时输出代码010。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D0D7输入中，输入D7优先级最高，其余依次为：D6,D5,D4,D3,D2,D1，D0等级排列。74LS148的引脚图见附录图3-2 74LS148逻辑符号 表3-1 74LS148功能表74LS373锁存器 74LS373是带有三态门的八D锁存器，当使能信号线OE为低电平时，三态门处于导通状态，允许1Q-8Q输出到OUT1-OUT8，当OE端为高电平时，输出三态门断开，输出线OUT1-OUT8处于浮空状态。 图3-3 74LS373逻辑符号当74LS373用作地址锁存器时，首先应使三态门的使能信号OE为低电平，这时，当输入端为高电平时，锁存器输出（1Q-8Q）状态和输入端（1D-8D）状态相同；当输入端从高电平返回到低电平（下降沿）时，输入端（1D-8D）的数据锁入1Q-8Q的八位锁存器中。表3-2 73LS373功能表CD4511译码器 CD4511是一个用于驱动共阴极 LED （数码管）显示器的 BCD 码七段码译码器，特点：具有BCD转换、消隐和锁存控制、七段译码及驱动功能的CMOS电路能提供较大的拉电流。可直接驱动LED显示器。 图3-4 CD4511逻辑符号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。 A、B、C、D为8421BCD码输入端。 a、b、c、d、e、f、g：为译码输出端，输出为高电平1有效。表3-3 CD4522功能表74LS04反相器 74LS04是六非门（反相器），其工作电压为5V，其内部含有6个CMOS反相器，74LS04的作用就是反相把1变成0，或0变成1。74LS21是两个4输入与门为防止数码显示器的损坏，在CD4511与显示器之间连接约为470的电阻。3.2 单稳态电路3.2.1 电路结构及工作原理电路由555构成的单稳态触发器以及保护电阻、电容构成。单稳态电路的作用是将呼叫信号（实际上是一个下降沿脉冲）转换为2s的脉冲信号，可以采用555定时器实现。由于此脉冲可以通过外接电阻和电容的值设定，因此本实验选用555定时器构成输出脉冲为2s的电路3.2.2 电路仿真图3-5 单元电路仿真图二3.2.3 元器件的选择与参数确定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。图3-6 555逻辑符号引出端符号：地GND；触发 TRI；输出 OUT；复位 RST；控制电压 CON；门限（阈值） THR；放点 DIS；电源电压 VCC改变电阻和电容的值，可改变输出脉冲宽度，从而可以用于定时控制。电路的脉冲宽度表达式为TW=1.1RC。取R=180k，根据1.1RC=2，则有C=10.1uf，所以取10uf。3.3 报警电路/手动控制电路3.3.1 电路结构及工作原理 电路由按键、2输入四与门74LS00、六反相器74LS04、三极管、LED发光二级管以及保护电阻构成。此处LED灯极为模拟的简要报警装置。当按键按下时低电平输入经反相器使其清零，LED灯熄灭。3.3.2 电路仿真图3-7 单元电路仿真图三3.3.3 元器件的选择及参数确定 为避免LED灯的损坏，在其与电源之间需接入电阻，这里选择50即可。3.4 电源设计部分3.4.1 电路结构及工作原理稳压电路部分由三端集成稳压管7805来稳压，使用方便，外围电路设计简单，内部有限流保护，过热保护和过压保护电路工作安全可靠。直流稳压电源一般由变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路组成，其工作原理图入3-8所示。直流稳压电源各部分的功能： 1）变压器用于把220V的交流电转换成整流电路所需要的电压U2； 2）整流电路把交流电U2转变为脉动的直流电； 3）滤波电路的作用是将脉动直流电压变为脉动较小的直流电Uf； 4）稳压电路的作用是将比较稳定的直流电转换成稳定的直流电压。3.4.2 电路仿真图3-8 单元电路仿真图四系统仿真将各个单元电路级联，构成系统，进行仿真。（仿真电路如图4-1）将按键、8线3线优先编码器74LS148、六反相器74LS04、锁存器74LS373、BCD七段译码器/驱动器CD4511、七段LED数码显示管、4输入双与门74LS21、2输入四与门74LS08、555组成的单稳态触发器、LED发光二极管以及保护电阻根据方框图连接起来。 仿真结果： 按下不同的按键，显示管显示相应的数码，且LED灯发光约2s（即声光报警信号为2s）。若在2s内按下J9按键（即手动切除），LED等熄灭。通过仿真，与设计要求完全相同，说明该设计方案可行。电路安装、调试与测试51电路安装购买适当的元器件（见附录），一般还应必备直流稳压电源和万用表，搭建电路进行试验。1. 布局。按照原理图并依整体布局情况摆放器件。2. 连线。根据器件的摆放先手绘各个管脚的连线，有利于焊接实验的顺利进行。3. 焊接。（期间应严格按规定操作，注意安全，防止烫伤。）4. 接入电源，进行实验。（不要在带电的情况下插、拔或焊接集成电路，以防损坏器件或造成电路故障。）5.2 电路调试该步是实验的关键环节，是理论与实践相结合的关键阶段。1. 检查电路。焊接完成后，对照电路图，按信号的流向逐级检查电路的安装是否准确无误。2. 通电观察。电源接通，先观察电路是否有异常情况，如冒烟、异常气味、放电、发光、元器件不正常的发烫、电源电压是否掉下来等现象。若有，排除故障后重新接通电源，然后测量电路的电源电压是否正常，每个集成电路的电源引脚电压是否正常，以确信集成电路是否已通电工作。3. 静态调试。不加输入信号，测量电路关键点的电位是否正常。4. 动态调试。加上输入信号，观测电路输出信号是否符合要求。5. 指标测试。对课题要求的技术指标进行测试，做出测试结论，确定电路的技术指标是否符合技术指标。 在实际调试中，我组焊接的电路板起初无法正常运行，经万用表检查后发现74LS00和CD4511上有两个焊点接触在了一起，并且在接直流稳压电源是所接端子错接为“+5V”与“接地”，后经查询后改为接端子“+5V”与“COM”。经修改进行再次测试时，蜂鸣器正常运行并报警2s后消除，同时也可手动消除，但芯片CD4511烧坏，经万用表检查并查询资料后，七段LED数码显示管为共阳极，后购买器件七段LED数码显示管共阴极，再次修改测试后，数码管上只显示奇数1,3,5,7,9，经检查后发现接错了74LS373和CD4511之间的线路，再次修改后，电路符合设计要求。系统功能及性能测试测试方法设计首先对不同的单元电路进行分布测试，再整体调整，检查是否满足设计任务。测试结果及分析测试结果：当按下一号按钮，显示管显示数码0，并启动2s声光信号。当按下手动按钮时，报警信号切除。按下不同的按键均按设想显示。结果分析：通过测试，理论得到进一步的证实，再次肯定设计原理正常。结论 本次课设的目的是设计一个八路呼叫器，主要目的是实现当医院发生紧急情况是，病房之中又有多个病人需要护理的一个优先级别电路应用于医院病房呼叫具有优先级别的呼叫系统，当病人需要呼救时系统自动处理具有优先级别的编号，同时产生2秒的声音信号，另外在产生信号的同时，系统会显示呼叫病人病房编号。这样医护人员可根据系统的优先级别对每个病人进行救治。当有多个病人同时呼救时，系统会会根据优先级别呼出当前最高信号，按下清零键后，声音信号停止。本设计的主导思想是设计一个当病人紧急呼叫时，产生声音信号提示，并显示病房编号，然后根据病人病情优先级别处理，当多人呼叫时，病情严重者优先。通过此电路的设计，让我明白如何将理论与实践相结合，对Multisim软件的应用更为灵活；通过电路板的焊接，增强了自己的实际动手能力，同时对各器件的工作原理有了更进一步的理解。在现实生活中，此设计可得到进一步的改善。例如，在每个按键旁安装反馈信号（声光信号），使病人明确得知医护人员已接受呼叫信号，可有效防止重复呼叫等。参考文献1阎 石 数字电子技术M 北京：高等教育出版社，2000，52毕满清 电子技术实验与课程设计（第三版）M北京：机械工业出版社，2005，73赵曙光 可编程器件原理、开发及应用M 西安：西安电子科技大学出版社，2002,24电子发烧友网站/总结及体会通过三周的课程设计训练，让我知道试验时一个发现问题并解决问题的过程，也让我真正理解了理论与实际相结合的意义。平时觉得只要上课听