数字电路医院呼叫系统的设计

医院呼叫系统设计
一、概述
当今时代，随着科学技术的不断进步，各类疾病和交通事故频繁发生，这就使得对于呼叫系统的应用要求越来越广泛。

正因为医院呼叫系统被广泛地应用于医院紧急事故的抢救呼叫，该系统在设计上要求设计成本低、设计简单易于使用和故障后的维修。

本文的研究目的是通过查找资料，以及自己的动手实践，利用一些电路元件设计一个简单的电路并且仿真出结果的过程以达到对于所学的知识进一步的了解和运用。

该系统设计的技术指标是要实现对病人请求的光、声以及数码管显示的转换，同时要求在实践上，在多人呼叫的同时，对于病重的病人实现优先请求。

所以，在以八路的病房呼叫系统为例时，由八个开关组成呼叫系统的呼叫电路，八个开关分别对应八个病房。

在八个病房中八号病房的病人病情最为严重，依次向下病人病情逐渐减轻，一号病房病人病情最轻。

该呼叫系统具有优先编码的功能，即当八号病房的病人呼叫时不管其他病房的病人有没有呼叫都只显示八号病房的号码请求，然后再依次显示其他病房的号码请求。

二、方案论证
利用数字逻辑电路设计一个八路医院呼叫系统，实现将病人的请求及时传递给医院值班的医生和护士，并对病情严重的病人呼叫实现优先编码的过程，提醒值班人员做好抢救工作和服务。

方案一：
方案一原理框图如图1所示。

工作原理：当病人按下呼叫按钮时，开关导通，用74LS147芯片对请求信号进行优先编码，且1~8号病房的病人请求信号被编译的优先级依次增加。

经过优先编码后，进入显示报警电路。

其中，用由四个反相器74LS04D构成的译码
电路控制LED数码管将发出请求的病房号码显示出来，用一个四路或门OR4控制灯的亮灭，再用一个与门7408N和一个信号发生器控制蜂鸣器以发出声的警报。

当优先级别高的病房的请求处理完后再依次处理其他的病房请求。

最后，当所有请求都被处理完后，所有的呼叫按钮又处于断开状态，等待下一次的呼叫。

然后利用一个开关进行复位。

方案二：
方案二原理框图如图2所示。

工作原理：通过按钮控制呼叫信号，用两片74LS74芯片实现对74LS148的输入信号控制，用74LS148控制电路信号的优先编码，再利用74LS138将74LS148的输出信号编译出来，用LED数码管显示呼叫请求的病房号码，用闪光灯提示并利用蜂鸣器发出声的警报。

由以上工作原理框图可以看出，方案一和方案二的工作原理的主要组成原理是相同的。

比较这两种设计方案，为了考虑设计的简便以及使用方便，更主要是考虑设计的成本，在实现同一功能的基础上，方案一的电路更加直观简单，易于理解且成本较低便于以后的简单维修，所以此次设计，我采用方案一进行电路的设计以及仿真。

三、电路设计
1.呼叫电路
呼叫电路的设计采用简便的核心宗旨，仅仅由八个开关组成，分别代表1~8号病房。

当有一个病房的病人发出请求时，该病房对应的开关处于导通状态。

2.优先编码电路
优先编码电路主要对输入的请求信号进行优先编码过程。

该部分的电路设计同样简单易懂，由一个二—十进制的优先编码器74LS147组成。

当有病房的病人发出请求信号时，若只有1号病房的按钮按下，LED数码管上显示数字“1”。

当2号病房的按钮被按下，3~8号病房按钮未按下，不管1号病房按钮按没有按下都只显示2号病房的号码。

依此类推，以8号病房的优先级最高即8号病房的病人病情最为严重。

当有多个病人同时按下按钮时，先处理优先级高的病房的请求，再依次处理其他病房的请求，直到处理完所有的请求。

74LS147芯片的功能表及芯片如表1和图3所示。

表1 二—十进制编码器74LS147的功能表
可知优先权以I9′为最高，I1′为最低。

又由电路可知只用到了I8′,I7′,I6′,I5′,I4′,I3′,I2′,I1′这八个输入端，I9′一直接高电平。

U1
74LS147D
HPRI/BCD A 9B 7C 6D
14
31341522121118574639
10
图3 74LS147芯片
优先编码电路原理图如图4所示。

图4 优先编码电路原理图
电路中K1~K8为8个呼叫按钮开关，K9为清零开关。

R1~R8为8个100Ω的电阻用来保证优先编码器的输入在应许的范围内，74LS147为二—十进制游戏那编码器对输入信号进行优先编码。

3.译码电路
在接收到优先编码器的优先输出编码后，利用译码电路将信号输出。

译码电路由四个反相器74LS04组成，输出Z4Z3Z2Z1四个二进制的数,其中以Z4为
高位，Z1为低位。

译码电路功能表如表2所示。

表2 译码电路功能表
译码电路的原理图见图5。

U1
74LS147D
HPRI/BCD A 9B 7C 6D
14
31341522121118574639
10
U2A
74LS04D
U3A
74LS04D U4A
74LS04D U5A
74LS04D
9
10
11
12
图5 译码电路原理图
U2—U5为四个反相器，其中，U2的输出为Z1，U3的输出为Z2，U3的输出为Z4，Z4为高位，Z1为低位。

四个反相器将获得的Y1′、Y2′、Y3′、
Y4′转变为Z1、Z2、Z3、Z4。

4.显示报警电路
显示报警电路由三大部分组成：LED数码管数字显示部分、闪光灯显示部分和蜂鸣器警报部分。

LED数码管接收译码电路的输出信号，将其编译的二进制数转变成相应的十进制数字。

当有一个病房发出请求信号时，闪光灯就会发光以提示值班人员，所以只要将译码电路的输出信号进行或运算就能控制闪光灯的亮灭即L=Z1+Z2+Z3+Z4。

而蜂鸣器警报在一旦有病房发出请求信号就发出蜂鸣声以警告值班人员，所以可以利用闪光灯的输出信号与上一个高电平（5V电源和信号发生器串联）就能保证输出只和电路的输入有关即F=L·1。

只有当显示报警电路所有的请求都被处理完后，系统才能够不发出光和蜂鸣声。

显示报警电路的原理图如图6所示。

U6
图6 显示报警原理图
电路中U6为LED数码管显示病房号码，U7为一个四路的或门用来控制闪光灯X1的亮灭，与门U8将或门的输出和高电平与来控制蜂鸣器U9。

四、性能的测试
电路整体性能的测试：
将电路接通+5V的直流电源后，按照要求逐个地拨动开关，这时发现LED 数码管显示相应的病房号码，闪光灯也发光提示值班人员，但是蜂鸣器不发声。

断开电源后检测到电路的各条接线和引脚都符合要求。

再检测蜂鸣器，发现蜂鸣器的一些参数没有改。

将修改后的电路再进行仿真，按要求拨动开关，LED数码管显示号码，闪光灯也发光，蜂鸣器也能正常发声。

由以上测试可知，该电路符合设计要求。

五、结论
本次课设的题目为医院呼叫系统的设计。

本次课程设计的电路设计符合任务书中要求的各项指标，即当病人紧急呼叫时，会产生声、光提示，并显示病人编号；且根据病人病情设置优先级，当有多人呼叫时，病情严重者优先；医护人员处理完当前最高级别呼叫后，系统按优先级别显示其它呼叫病人的号码。

电路的仿真结果也是同样的符合课设的要求，鉴于该电路该有的功能都具有，却难以加入其它的一些功能，所有就按照自己的设计将电路设计成简单易懂且制作成本较低的电路。

六、性价比
本次课程设计采用的元件都是比较常见的一些电路元件，例如优先编码器74LS147，反相器74LS04等等，价格便宜，性能优异，且便于以后的简单维修。

由此可见，此次课程设计的性价比是比较高的。

七、课设体会及合理化建议
通过此次的数字电子技术基础的课程设计，在单独完成整个课设的过程中，我不但将已学的课本知识巩固了一遍，还学会了许多课外的知识，更加学会了multisim10仿真软件的使用。

这些都为以后的学习生活以及工作增加了许多的实践经验。

在课设的过程中，由于该电路的设计多采用已学的课本芯片，并且是基本按照课本中时序逻辑电路的设计来设计的电路。

在仿真的过程中，每一条连线不但考验我的细心还考验我的耐心，更加锻炼了我的一种整体上的思维，且学会了去走一步就提前去想下一步的该怎么走的思维方式。

而且，对于此次课设，除了要求我们达到要求外，还要求我们善于发现问题所在，及时解决问题，弄懂一些知识，并不仅仅局限于片面的了解。

因此，从此次课设，我学会了“心动不如行动”才是真理！而且，此次课设还要非常感谢葛老师的耐心指导！至于合理化的建议，我觉得课设老师做得都相当好，所以，只能由衷地表示感谢！
参考文献
[1] 阎石著. 数字电子技术基础[M]. 北京：高等教育出版社，2005年
[2] 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
[3] 赵淑范、王宪伟主编.电子技术实验与课程设计[M].北京：清华大学出版社，2006年
[4] 孙肖子、邓建国主编.电子设计指南[M].北京：高等教育出版社，2006年
附录I 总电路图
附录II 元器件清单。