医院病人紧急呼叫系统课程教学设计.doc

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 星期五设计内容与设计要求一 设计内容：1、 设计一医院病人紧急呼叫系统要求如下:1）. 根据病人病情设置优先级别。当有多人呼叫时，病情严重者优先。 2）. 医护人员处理完当前最高级别的呼叫后，系统按优先级别显示其它呼叫病人的编号。2、 用EWB进行仿真3、 在实验室组装实际电路并调试通过4、 写出设计报告 二、设计要求：1、思路清晰，给出整体设计框图和总电路图；2、单元电路设计，给出具体设计思路和电路；3、写出设计报告；主要设计条件1 提供调试用实验室；2 提供调试用实验箱和电路所需元件及芯片；说明书格式1 课程设计封面；2 任务书；3 说明书目录；4 设计总体思路，基本原理和框图（总电路图）；5 单元电路设计（各单元电路图）；6 安装、调试步骤；7 故障分析与电路改进；8 总结与体会；9 附录（元器件清单）；10 参考文献11、课程设计成绩评分表进度安排 第一周星期一 上午 布置任务、讲解 星期一 下午-星期二下午 查资料进行设计 第二周星期一上午 领元件（实验楼四楼电子实习实验室） 星期一 下午-星期四下午调试电路（实验楼四 楼电子实习实验室） 星期五 答辩参考文献数字电子技术基础 周良权编电子技术课程设计指导 彭介华编电子技术基础实验 陈大钦编说明书目录第一章 设计总体思路，基本原理和框图（总电路图）11 设计要求712 设计总体思路713整体设计框图8二 单元电路设计（各单元电路图）21信号锁存922优先编码1023进制转换1124其他器件1325总电路图13三 安装、调试步骤31安装步骤1532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E10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70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S1A2A1A011111111101111111110000011111111000110111111100101101111110011111011111010011110111101011111101110110111111011011111111110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。 从新连了一遍后，整个线路没有问题，但数码管显示的数字不对，总显示4，我们就从数码管的这根线开始往回找问题的错误点。边检查边用镊子拨动导线，终于发现了症结所在，是一根线接触不良，换了个管孔就可以显示0了。 其实整个线路没有连错，基本上就是线与管孔接触的问题，有些管孔曾经出现过短路，估计被烧坏了，不能用了，就只能换个插了。对于电路的改进，我们觉得用2个7474触发器发送清零信号回触发器的清零端太麻烦了，根据要求，我们想到了用74LS160代替那两个触发器来实现逻辑清零。这样一来少用了一个芯片还少用了四个开关和很多导线，感觉可以试试，并进行了试验，结果可行。第5章 总结与体会经过两周的课程设计，真的学到了很多，不仅对数电的知识进行了复习与应用，还提高了动手操作和解决问题的能力。开始是用EWB软件进行数字电路的仿真，由于原来学过一些这个软件，所以这个对我来说没什么难的，而且还帮助同学学习了点软件的应用知识。很快就连好了线路，并仿真成功了。接下来是接线，这个也不是很难，按照电路图仔细的接，这点很重要，因为它直接影响到后来的调试。接线最好是一个人接，这样出现错误的几率较小，而且检查起来也好发现错误的线路。再后来就是调试了，这个环节应该是最让人头痛的，因为结果不对，你检查的方式不对，很难发现错在哪里，一但进入一个死胡同而不想换个思路重新检测，那就很难出来，很难解决问题。这期间，我发现问题解决问题的能力得到了很好的提高，知道什么样的问题如何去检查，如何去应对，如何去找到解决办法。这两周的时间真的过的很充实，很值得，因为学到了上课学不到的，而且会对以后的学习、工作有很大的帮助的经验，知识。附录(元器件清单)CT74LS04 1片CT74LS74 4片CT74LS148 1片CT74LS138 1片（可用74LS160代替两片74LS74实现逻辑清零）参考文献数字电子技术基础 周良权编电子技术课程设计指导 彭介华编电子技术基础实验 陈大钦编 电气与信息工程系课程设计评分表项 目评 价优良中及格差设计方案的合理性与创造性(10%)硬件设计或软件编程完成情况(10%)硬件测试或软件调试结果*(10%)设计说明书质量(10%)设计图纸质量(10%)答辩汇报的条理性和独特见解(10%)答辩中对所提问题的回答情况(10%)完成任务情况(10%)独立工作能力(10%)出勤情况（10%）综 合 评 分 指导教师签名：_ 日 期：_