医院病人紧急呼叫系统课程设计

湖南工程学院课程设计
课程名称数字电子技术
课题名称医院病人紧急呼叫系统
专业
班级
学号
姓名
指导教师
2011年 1 月 5 日
湖南工程学院
课程设计任务书
课程名称: 数字电子技术
题目: 医院病人紧急呼叫系统
专业班级:
学生姓名:
学号:
指导老师:
审批:
任务书下达日期 2010年12月27日星期一设计完成日期 2011年1月5日星期五
说明书目录
第一章设计总体思路，基本原理和框图（总电路图）1．1 设计要求 (7)
1．2 设计总体思路 (7)
1．3整体设计框图 (8)
二单元电路设计（各单元电路图）
2．1信号锁存 (9)
2．2优先编码 (10)
2．3进制转换 (11)
2．4其他器件 (13)
2．5总电路图 (13)
三安装、调试步骤
3．1安装步骤 (15)
3．2调试步骤 (15)
四故障分析与电路改进 (16)
五总结与体会 (17)
附录 (18)
评分表 (19)
第一章
1.1 设计要求：
1.当病人出现紧急情况需要医生急救时，按下床旁边的点动开关，此时在医护室就可以看到病人的编号（在此设定为1-4号四个病人，病情依次加重）。

2.根据病人病情设置优先级别。

当有多人同时按下开关时，病情严重者优先（4号优先级最高）。

3.医护人员处理完当前最高级别的呼叫后，按下清除键，系统按优先级别显示其它呼叫病人的编号。

1.2 设计总体思路：
依据设计要求，要实现多个病人同时呼叫时显示优先级最高的那个，所以应首先考虑优先权问题，这个可以用优先编码器解决；又考虑到呼叫信号需要反馈又涉及到锁存问题，可以用触发器解决，同时也可以实现信号的清除，大体思路如下：
整个系统由信号锁存，信号优先编码，二进制译码，信号显示及逻辑控制清除等几部分组成。

电路核心部分为优先编码器，当有信号输入时，用触发器锁存相应的按键信号，由优先编码器完成信号优先级的选送，并提供相应的显示输出编码；呼叫信号由信号锁存（触发器）进入，再进入优先编码（优先编码器）；同时信号回馈给信号锁存区，循环运作，直至呼叫信号完全提示，同时加入逻辑控制(清0)。

其中信号锁存用到双D触发器74LS74,优先编码用8-3优先编码器74LS148,二进制译码用3-8二进制译码器74LS138, 信号呼入用到六反相器74LS04.
1.3 总体设计框图：
第二章单元电路设计
2.1 信号锁存
信号锁存用74LS74正边双D触发器，其真值表如下图：
输入输出
预置清除时钟
D Q Q’
SD’RD’CP
0 1 x x 1 0
1 0 x x 0 1
0 0 x x 1 1
1 1 ↑ 1 1 0 1 1 ↑0 0 1 1 1 0 x Q0 Q0’
其管脚图如下：
74LS74双D触发器的动作特点是在选通端接高低不同电平时有不同的作用。

由真值表可知：预置端接低电平时，输出端Q为1；预置端接高电平，清零端接低电平时，输出端Q为0；预置端和清零端同时接高电平时，输出端Q与输入端D相同。

假设Q的初始状态为低电平，当给SD’一个高电平，输入一个时钟信号时，D触发器被强制翻转，这时Q输出变成高电平，Q’输出为低电平。

触发器可以保持信号,同时接受反馈信号，最后还可以实现逻辑清0.
此电路先用到2个7474分别代表4个病人，事先把D端接高电平，当给了时钟脉冲CP后，Q端出高电平1，Q’端出低电平0。

由于优先编码器74148为低电平输入有效，所以我们要用的为输出端为低电平的Q’。

当清除端给触发器R D’（即CLR端）信号0后，Q’端出1，利用这点可以对信号进行清除，接着便会显示次优先级病人的信号。

后面还会再用到2个7474锁存由74138出来的信号，用来当作清除开关，利用此信号接至前面2个D触发器的清除端。

2.2 优先编码
在优先编码器电路中，允许同时输入两个以上编码信号，而优先编码器已经将输入信号的优先顺序进行了安排，当同时有几个信号输入时，只对其中优先级最高的那个进行编码输出。

在此设计电路中，优先编码器可以用8-3线优先编码器74LS148.其真值表如下：
其引脚图如下：
由真值表可以看出，在E1＝0时，电路正常工作，0-7输入端当中可以同时有几个输入端为低电平。

其中7的优先权最高，0的优先权最低，当7＝0时，无论其它输入端有无信号输入，输出端只给出7的编码，其余的类似。

而在本试验中给出的四路信号中4号位的优先给最高，所以事先把I7-I5接高电平，把4号触发器的信号接至I4，3-1号分解接至I3-I1。

当4号病人按下按钮（CP）时，I4出0，无论I1-I3出什么信号都只出011，所以I4的优先权最高，同理I3的优先权大于I2，I1的优先权最低。

2.3 进制转换
二进制译码器的输入是一组二进制代码，输出是一组与输入代码一一对应的十进制高低电平信号。

由于需要反馈信号，要用2进制进行转换，由此用到3-8二进制译码器74138.其引脚图如下：
其真值表如下：
输入输出
S1 A2 A1 A0
× 1 ××× 1 1 1 1 1 1 1 1
0 ×××× 1 1 1 1 1 1 1 1
1 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1
1 0 0 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1
1 0 0 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1
1 0 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1
1 0 1 0 0 1 1 1 1 0 1 1 1
1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1
1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1
1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0
由功能表中可知：74LS138的八个输出引脚，任何时刻要么全为高电平1—芯片处于不工作状态，要么只有一个为低电平0，其余7个输出引脚全为高电平1。

此电路中，当Y3’出0时就是清除了4号病人的呼叫信号，Y4’-Y6’出0时分别清除了病人3、2、1号病人的呼叫信号。

2.4 其他元件
信号呼入要用到CT74LS04反相器，其引脚图如下：
真值表如下：
A | Y
-------
1 | 0
0 | 1
反向器功能较简单，就起了反向的作用，当输入为0时输出为1，当输入为1时输出为0。

由于我们用的是共阴级数码管，高电平有效，所以必须把信号取反，数码管才能显示。

2.5 总电路图
整个电路的电路图如下：
第3章安装及调试步骤
3.1 安装步骤
安装步骤较简单，就是把系统所需的所有元器件安插在面包板上，但要注意布局合理，为减少布线带来的麻烦，尽量使相互连线多的芯片之间的距离拉近，这样还可以节省导线，还会降低由于导线的质量问题带来故障的风险。

3.2 调试步骤
调试其实是一件既要细心仔细又要全神贯注的事情，稍一分神就容易出错。

可能会把线安插在错误的管孔里，导致调试检查的时候很难发现。

第一步，在所有器件安插完毕后不要急着通电，因为可能会有哪里的线接错没有被发现而造成短路，损坏器件，所以要先仔细检查各器件的电源、地线是否接对，各芯片的管脚是否接好，是否有漏接或多次重复接的现象。

第二步，就可以通电检查调试了。

这时再检查是否有管脚接错孔，或接触不良的情况。

第三步，分块调试。

根据具体的设计情况，对具体的每一个芯片进行调试，包括检查管脚是否接对，是否有接触不良，在它的下一个芯片处是否有它的输出信号。

此实验线路中，首先测试从4个D触发器出来的信号是否正常（清零也要测量），然后信号通过74148和74LS04后出来的信号可以直接接到数码管上测量，然后测试信号经过74138后是否正确，最后测量通过4个7474的信号，如果正确就可以把信号接回到模拟4个病人的D触发器的清零端。

第四步，联机调试。

把全部电路联通后，对整个电路进行连贯的检测，看是否和预期结果相同。

第4章故障分析与电路改进
由于整个电路不是特别复杂，线路不是特别多，所需的导线也不是很多，所以分析起来较容易。

一开始把整个电路连通后试电，并没有出现结果，甚至按开关都没用反应，检查线路也没用错误，就僵在那里一段时间。

后来把整个电路拆了才发现板子的右边那块小的部分是不能用的，因为它与左边的板子无法连接到一起，就算连了电源线和底线过去也没用。

最终只能用左边的部分了。