八路呼叫器设计报告.docx

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1、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：3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，提示医生有病人呼叫，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展即使救治，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。本设计承受TTL 等器件，运用数字电路技术根底只是实现。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21.1 设计任务21.2 设计要求22 系统设计32.1 系统要求32.2 方案设计32.3 系统工作原理43 单元电路

2、设计53.1 编码/锁存/译码/显示电路53.1.1 电路构造及工作原理53.1.2 电路仿真63.1.3 元器件的选择及参数确定63.2 单稳态电路103.2.1 电路构造及工作原理113.2.2 电路仿真113.2.3 元器件的选择及参数确定113.3 报警电路/手动掌握电路123.3.1 电路构造及工作原理123.3.2 电路仿真123.3.3 元器件的选择及参数确定123.4 电源123.4.1 电路构造及工作原理123.4.2 电路仿真134 系统仿真145 电路安装、调试与测试165.1 电路安装165.2 电路调试165.3 系统功能及性能测试175.3.1 测试方法设计175.

3、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：元器件引脚图电子技术综合训练任务书 12023年秋季学期2学 生 姓 名专 业 方 向李丽莉学号09230737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， 根本要求：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，要能够进展锁存；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、依据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/PspiceA

4、D9.2 进展仿真，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 的工频沟通电供电。注：直流电源局部仅完成设计即可，不需制作，用试验室供给的稳压电源调试， 但要求设计的直流电源能够满足电路要求发挥局部： 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，电路图绘制要标准。三、设计进度：1、时间：三周2、进度安排：（1） 第一周 选题，生疏题目，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） 其次周 进展电路仿

5、真，确定电路原理图，画出电路原理图，购置元器件， 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，辩论。指导教师签字：1.1 设计任务设计任务和要求设计并制作一个八路呼叫器，供住院病人呼叫医护人员有用。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：直流电源局部仅完成设计即可，不需制作，用试验室供给的稳压电源调试，

6、但要求设计的直流电源能够满足电路要求4. 依据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 进展仿真，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。2.1 系统要求系统设计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掌握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，要能够进展锁存。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 的工频沟通电供电。2.2 方案设计方案一：当某一路有呼叫信号输入时，该信号会在

7、编码器中进展编码，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。期间可手动消退显示状态和报警状态。方案二：单稳态电路声光信号手动掌握呼叫输入编码器计数器译码/驱动显示电路与方案一的区分是，手动掌握电路只消退报警状态，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会， 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展编码，编码器信号经过锁存器经锁存后输入到译码器，

8、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退。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/手动掌握电路组成。单元电路设计3.1 编码/锁存/译码/显示电路3.1.1 电路构造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，说明该路有呼叫。在74LS148 的输出端有相应的编码输出。通过反相器送入

9、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，说明J3 所在的这一路有呼叫，这时J3 的低电平输入 74LS148 进展编码。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8U7110193121619R 0 10 1074R7472R 2 3 40 10 10 165213274R74R74R74 R74222231 21 1 01 9 51

10、 41VAO BO CO DO EO FO GO7U5_DBAD BD CD DLE IBC 879102 6 5 4 3 C 154CVV51 1 2V02 5 6 9 21 51 61 91Q Q Q Q Q Q Q QN1 2 3 4 5 6 7 86U73S413 4 7 8 1 1 1 1D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D83 4 7 881CO GNE1 1L4743A3U044UN4AN4A7045U69 7 67741 510475D1U0A 1A 2A SG OE8410SA0D 1D 2D 3D 4D 5D 6D 7D IE01 1 21 31 1 2 3 4 5

11、L47U1A 231 S013U 47DL23923A 2132 S34U71282ABCDEEFG1J=2yeJ3=4=5=JKyeJKyeJK0yeyeJ=67=8=J9=KKyeJKyeJKKH=K1Rk201Rk 301Rk 401Rk501R 6k 6k 7k 8k 1C01R01R01R01R01VC5 CVCV0D 04S L7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。

12、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， 输出端才输出相应当输入端的代码。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，制止编码、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9 7 610A 1A 2AU41 51D4SG OE 81SL70D 1D 2D 3D 4D 5D 6D 7D IE 401 1 21 31

13、1 2 3 4 5图 3-2 74LS148 规律符号表 3-1 74LS148 功能表774LS373 锁存器74LS373 是带有三态门的八D 锁存器，当使能信号线 OE 为低电寻常，三态门处于导通状态，允许 1Q-8Q 输出到OUT1-OUT8， 当 OE 端为高电寻常，输出三态门断开，输出线OUT1-OUT8 处于浮空状态。2 5 6 9 2115 61 91N1Q Q2 Q31U1D D2 D34Q Q5 Q64D D5 D67Q Q87D D8CO3734S LGNE 73 4 7 8 3114 71 81 1 1图 3-3 74LS373 规律符号当 74LS373 用作地址锁存

14、器时，首先应使三态门的使能信号OE 为低电平，这时，当输入端为高电寻常，锁存器输出1Q-8Q 状态和输入端 1D-8D状态一样；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8CD4511 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、消隐和锁存掌握、七段译码及驱动功能的 CMOS 电路能供给较大的拉电流。可直接驱动 LED 显示器。7126543DA DB DC DDELBILTOA OB OC OD OE OF OG1312111091514

15、U14511BD_5V图 3-4 CD4511 规律符号BI：消隐输入掌握端，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：锁定掌握端，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。974LS04 反相器表 3-3 CD4522 功能表74

16、LS04 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 电路构造及工作原理电路由 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，可以承受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，因此本试验选用 555 定时器构成输出脉冲为 2s 的电路103.2.2 电路仿真5VU2R

17、4100k555_TIMER_RATEDVCCVCCRSTOUT DISTHRVCC14VCC12TRICON5VC333uFC4100nFGND0VCC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。OC VDNGTSR SID RHT IRT NOCD E T A R2U_ R E MTI_ 555图 3-6 555 规律符号引出端符号：地GND；触发 TRI；输出 OUT；复位 RST； 掌握电压 CON；门限阈值 THR；放点 DIS；电源电压 VCC 转变电阻和电容的值，可转变输出脉冲宽度，从而可以

18、用于定时掌握。电路的脉冲宽度表达式为TW=1.1RC。取R=180k，依据 1.1RC=2，则有 C=10.1uf，所以取 10uf。173.3 报警电路/手动掌握电路3.3.1 电路构造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VCC5VVCC5VVCCR16VCCU9 555_TIMER_RATEDLED137U12A180k3313RST DIS THRVCCOUT38U10AJ953U11A39

19、Q145 R18442k74LS04D36TRIC3C4 CON10uF10nF0GND0Key = Space74LS01DR1710kVCC74LS04D2N17110VCC5V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开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 电源设计局部3.4.1 电路构造及工作原理稳压电路局部由三端集成稳压管 7805 来稳压，使用便利，外围电路设计简洁，内部有限流保护，过宠保护和过压保护电路工作安全牢靠。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。直流稳压电源各局部的

20、功能：1） 变压器用于把 220V 的沟通电转换成整流电路所需要的电压U2；2） 整流电路把沟通电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V112U1 LM109HVCC5VVCC4LINEVOLTAGEVREG120 Vrms60 Hz0T12D5COMMON41C1C2 4.7mF 330nFC3 4.7uF0IRON_CORE_XFORMER331B4B425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，进展仿真。仿真电路如图 4-1C V

21、V5C V1DE1L731QN208U481Rk254KCG F E D C B AA1D1U40SL9347615411A01U024937R 181SLC171571 k0CVVDE 83ap9Sec9R_R0 eK07 01R407 1407 21R07 31R07 41R07 510TARJ82R 7246425 4944 R74E2 2203CV59U5UOC31 21 1 01 9 51 41VCVND G7O O O O O O OA B C D E F GV5TSRU_DCSID RHTB1172132 6 5 CV4 3AD BD CD DIRT NOC63 C4CVCV52

22、 2V31061Rk08313C 13C u010F2 5 6 9 21 51 61 916Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 Q8NU13D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D8 3214 7 82331 41 71 81CO GNE 1 1SL1U474764A3U47UA4947U141 5147019 7 6D1UA A A G E41A4 00D 1D 2D 3D 4D 5D 6D 7D IE01 1 21 31 1 2 3 4 5SL1U47D1 47081UL414 50234744A 12241442U471JA=y2JBCDGHeK3J=y4JeK=y5JeKE=

23、y6JeK=y7JFeK=y8JeKeK0eK1Rk02Rk0 3Rk0 4Rk0 5RV5 C V1111k0 R6k0 7R11CVk0 8R11V5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依据方框图连接起来。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。假设在 2s 内按下 J9 按键即手动切除， LED

24、等熄灭。通过仿真，与设计要求完全一样，说明该设计方案可行。5.1 电路安装电路安装、调试与测试购置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，搭建电路进展试验。1. 布局。依据原理图并依整体布局状况摆放器件。2. 连线。依据器件的摆放先手绘各个管脚的连线，有利于焊接试验的顺当进展。3. 焊接。期间应严格按规定操作，留意安全，防止烫伤。4. 接入电源，进展试验。不要在带电的状况下插、拔或焊接集成电路，以防损坏器件或造成电路故障。5.2 电路调试该步是试验的关键环节，是理论与实践相结合的关键阶段。1. 检查电路。焊接完成后，比照电路图，按信号的流向逐级检查电路的安装是否准确无误。2. 通

25、电观看。电源接通，先观看电路是否有特别状况，如冒烟、特别气味、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。假设有，排解故障后重接通电源，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展测试，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，经万用表检查后觉察 74LS00 和 CD4511 上有两个焊点接触在了一起，并且在接直

26、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”。经修改进展再次测试时，蜂鸣器正常运行并报警 2s 后消退，同时也可手动消退，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， 后购置器件七段 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，经检查后觉察接错了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展分布测试，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

27、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明，再次确定设计原理正常。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状况是，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。这样医护人员可依据系统的优先级别对每个病人进展救治。当有多个病人同时呼救时，系统会会依据优先级别呼出当前最高信号，按下清零键后，声音信号停顿。本设计的主导思

28、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，然后依据病人病情优先级别处理，当多人呼叫时，病情严峻者优先。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 软件的应用更为敏捷；通过电路板的焊接，增加了自己的实际动手力量，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响信号声光信号，使病人明确得知医护人员已承受呼叫信号，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，2023，5 2毕满清 电子技术试验与课程设计第三版M北京：机械工业出版社，2023，73 赵曙光 可编

29、程器件原理、开发及应用M 西安：西安电子科技大学出版社，2023,24 电子发烧友网站 :/ elecfans /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觉察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。寻常觉得只要上课听懂教师讲的，弄懂原理就可以解决问题，但在试验过程中却一次次失败，但在一次次失败中，也理解了很多我们寻常我困惑的问题， 培育了我们对试验的兴趣。试验刚开头时，原理图完成的特别快，也觉得挺简洁的，到了仿真阶段，问题就发生了，重复试验过程是常有的，一切要从最简洁开头做起，学起，但在重复过程中，我们也理解和明白了很多问题，渐渐的我们就可以完成单元电路的仿真

30、了，最终的成功给了我们很大的劝慰。焊板过程是最需要急躁和细心的过程了，必需要生疏的把握每个需要的芯片的引脚排列。总体来说，这次课程设计使我受益匪浅。通过本次试验对数电学问有了更深入的了解，将其运用到了实际中，明白了学习电子技术根底的意义，也到达了其培育的目的，即培育了我的设计思维，更提高了我的动手力量和团队协作力量。另外，这次设计让我体会到了设计电路的艰辛的同时，更让我体会到了成功的喜悦和团队合作精神。本次课设最主要的心得就是在以后的学习中，尤其是专业课的学习，学好每一门专业学问相当重要，并和实际相结合，才能融会贯穿附录一元器件明细表：74LS04 反相器74LS21 四输入与门74LS00 两输入与非门74LS148 编码器74LS373 锁存器CD4511 译码/驱动器555 定时器电阻10k、470、2k、180k 电容10uF、10nF蜂鸣器共阴极八段数码显示管按钮共九个附录二元器件引脚图图 9-1 74LS04 引脚图图 9-2 74LS00 引脚图22图 9-3 74LS148 引脚图图 9-4 74LS21 引脚图图 9-5 74LS373 引脚图图 9-6 CD4511 引脚图图 9-7 555 定时器引脚图23图 9-8 数码显示管引脚图图 9-9 三极管引脚图24