病房呼叫系统设计报告

病房呼叫系统设计报告

一、设计要求 (2)

二、设计的具体实现 (2)

1、系统概述 (2)

2、单元电路设计与分析 (4)

2.1 5秒呼叫模块 (4)

2.2 呼叫显示模块 (6)

2.3 优先显示模块 (7)

一、设计要求

此设计是用于医院病人的紧急呼叫，其设计要求如下：

1．当病人按下呼救信号按钮，呼救灯亮，同时显示病人编号，蜂鸣器发出5秒呼救声，等待医护人员来护理。

2．按照病人的病情划分出优先级别，有多个病人同时呼救时，系统优先显示最高级别的呼救编号。

3．当医护人员处理完最高级别呼救后，按下清零键，系统按优先等级先后显示其他病人编号。

二、设计的具体实现

1.系统概述

本设计的指导思想是设计一个当病人紧急呼叫时，产生声光提示，并显示病人编号；然后根据病人病情进行优先级别设置，当有多人呼叫时，病情严重优先；医护人员处理完当前最高级别的呼叫后，清除已处理的最高级别的呼叫信号，系统按优先级别显示其他呼叫病人的编号。由呼叫信号的锁存，CD4532优先编码，由744511译码显示和逻辑控制清除几部分构成，其核心在CD4532优先编码器。

方案：病房呼叫系统的逻辑门电路如图1.1所示。它由模拟开关、优先编码器、锁存器、数码管、逻辑门、信号灯、单稳态触发器、蜂鸣器组成。模拟病房号通过优先编码器显示优先级最高的病床号。并且通过锁存器储存起来，按R键将清除已处理的信号。

病房呼叫系统的逻辑方框图

由上述图文说明可看出此方案能够对最优先级别的呼叫信号进行处理，编码和译码，最后显示出来。在完成最优先级呼叫信号的处理之后，可以通过医护人员手动复位，从而对其他信号的处理。

工作原理：用D锁存器锁存，再用一个8线-3线优先编码器4532对病房号编码，再用译码器4511译出最高级的病房号。当有病房号呼叫时，通过译码器和逻辑门触发（由555构成的单稳触发器）从而控制蜂鸣器发出5秒钟的呼叫声。呼叫信号控制晶闸管从而控制病房报警灯的关亮。若有多个病房同时呼叫，待医护人员处置好最高级的病房后，由人工将系统的复位（手动）。

工作流程图

2、单元电路设计与分析

2.1 5秒呼叫模块

利用555集成时基电路组成脉冲启动型单稳态电路，产生定长时间的震荡信号驱动蜂鸣器呼叫。配以相应参数的阻容器件，可将震荡时间准确的控制在要求的5秒钟。

电路原理图

此电路由模拟开关、4输入或非门集成芯片4002、由555构成的单稳态触发器和蜂鸣器组成。模拟开关初始状态为全低电平。将模拟开关的所有输入端经与非门后接入555的触发输入2端。再由555的输出端3接蜂鸣器。

当无病房呼叫时，模拟开关全为低电平输入给逻辑门，之后输入555的2端口时依旧是高电平。由于由555构成的单稳态触发器是低电平

触发，

且无触发时输出低电平。所以此时蜂鸣器无声音。

只要有病房呼叫时，555的2端将接入低电平，触发器被触发，进入暂稳态状态中。其输出端3输出5秒的高电平，则蜂鸣器呼叫5秒钟。呼叫时间5秒即为单稳态的暂态时间。由555构成的单稳态的暂

态（即输出高电平时间）公式算得。

Th=RCLn3 =454×103×10×10-6×1.1=5 s 这里取470k的标准电阻。蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用直流电压供电，广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、电话机、定时器等电子产品中作发声器件。我们本次设计就是用这种设备来模拟，它的外形常见的几种(图2.2)，一般呈圆柱状，下面两针长短不同，长的就为正极，短为负极，我们只要在正负极加上正向电压其便可以发出声响。

常见蜂鸣器

555定时器电路的内部结构如下图所示，其有两个比较器C1和C2，且它们各有一个输入端连接到三个电阻R组成的分压器上，比较器的

输出接到RS触发器上。此外还有输出级和放电管，输出级的驱动电流可达200mA。其内部结构如图

由其内部结构我们可以得到它的功能表如下所示：

555定时器功能表

2.2 呼叫显示模块

因为病房中的呼叫开关1~4都是可自动弹起的按扭开关，其提供信号不稳定不确定，所以设计中只能利用呼叫时的一个脉冲信号，才能保证呼叫的及时、准确。

利用晶闸管的开关特性，使晶闸管与信号灯串联在电源上，使用呼叫

信号控制相应的信号灯串联晶闸管，当有病房呼叫信号来时，晶闸管导通使对应的小灯点亮报警，直到人为复位清零。

其电路原理图如图2.6。

当无呼叫时，呼叫开关都处在低电平，尽管晶闸管的两端加上了足够的正向电压，但由于G端无触发信号而不能导通，小灯不亮。当有呼叫时，相应的模拟开关会接通高电平，这时晶闸管两端有足够的正向压降且有足够的触发电压，满足导通的条件，管子导通，小灯发光，报警。实验中将12v直流电源与复位开关、报警灯以及晶闸管正向连接，利用模拟开关控制晶闸管的打开，用复位开关控制晶闸管的断开，以达到利用呼叫的不稳定信号，触发出稳定的报警输出，直到人为处理。

2.3优先显示模块

用可编程逻辑控制电路，这种方法在应用中能非常方便有效的控制，而且对于以后附加功能的实现、电路功能的扩展很方便，只是需要掌

握一定的编码优先位及相应电路的应用，在熟悉可编程控制电路的应用的情况下也是可行的，而且对于实用来说更有意义。但考虑到作者对编程控制的应用能力有限，以及实际应用的成本和控制部件的利用率等问题。

此电路由模拟开关、优先编码器4532，D锁存器7475、译码器4511、数码管等组成。模拟开关初始状态为全高电平。将模拟开关的所有输入端接D锁存器后，D锁存器输出分别4532的D0-D3。其他D接入端都接地，EI接高电平Vcc.4532的输出Q0,Q1,Q2分别接入译码器4511的A,B,C；D接地。译码器4511的输出A-G对应接数码管的a-g。

优先编码器4532功能表

在本设计中我们用的是CD4511来对数码管进行控制。下面来看一下4511的功能引脚图3.9

系统调试方法介绍和系统功能

系统调试方法介绍：此电路我们需要调试的东西不多，首先将各个模块连接到一起后,注意检查各个部分是否连接正确和连接端是否连接好。注意我们所需要的芯片参数是否正确，电解电容的极性是否连接正确，在测试看看各管脚的电平是否符合我们理论上达到的值，同时观察各个集成器件的各个管脚的电平变化情况，以及数码显示器的显示是否正确.如有不正确的就将其逐个问题解决了再进行后面的调试，直到所有问题都解决了为止。

各模块连接好之后就可以对电路进行调试了。首先触发一个病人信号，看是否产生声、光报警，并且声音响5秒，数码管是否显示对应的病人编

号；直到完成了此功能，进行下一向调试。下一向调试触发多个病人信号，同样看是否产生声、光报警，并且声音响5秒，数码管是否显示最优先的病人编号；如能完成此功能那么它是正确的。

系统功能：在有多个呼叫信号同时产生时，对已有的最高级别信号进行清零，观察系统是否能够对剩余信号中的最高级别信号进行优先呼叫。或者在原有呼叫信号的基础上再输入一个最高级别的呼叫信号，观察系统是否能将此最高呼叫信号优先呼叫。

(1)1脚是输出使能(OE),是低电平有效,当1脚是高电平时,不管输入3、4、7、8、13、14、17、18如何,也不管11脚(锁存控制端,G)如何,输出2(Q0)、5(Q1)、6(Q2)、9(Q3)、12(Q4)、15(Q5)、16(Q6)、19(Q7)全部呈现高阻状态(或者叫浮空状态)。

(2)当1脚是低电平时,只要11脚(锁存控制端,G)上出现一个上升沿,输出2(Q0)、5(Q1)、6(Q2)、9(Q3)、12(Q4)、15(Q5)、16(Q6)、19(Q7)立即呈现输入脚3、4、7、8、13、14、17、18的状态。

锁存端LE 由高变低时，输出端8 位信息被锁存，直到LE 端再次有效。当三态门使能信号OE为低电平时，三态门导通，允许Q0~Q7输出，OE为高电平时，输出悬空。当74LS373用作地址锁存器时，应使OE为低电平，此时锁存使能端G为高电平时，输出Q0~Q7 状态与输入端D1~D7状态相同；当G发生负的跳变时，输入端D0~D7 数据锁入Q0~Q7。51单片机的ALE信号可以直接与74LS373的G连接。

：

E1为选通输入端，低电平有效。即只有在E1 ＝0时，编码器才能正常编码。当E1 ＝1时，无论输入端如何，所有输出端均被封锁在高电平。输入端和输出端都是低电平有效。7端的优先权最高，0端的优先权最低。只要7端为“0”，输入端6 ～0为任何值都可以，但是只对7进行编码，即输出A2A 1A0＝000 ，表最后一行中，只有7～1都是无效的输入电平时（高电平），才对0的输入低电平进行编码，即输出A2A 1A0 ＝111。除此以外，还有两个扩展输出端，用于扩展编码器的功能。其中称为扩展端，低电平有效。称为选通输出端，低电平有效。由表4.5还可以看出，第一行、第二行和第十行中编码输出都是2 10＝111，把它们区分开，靠这些端钮互相配合来完成。如第一行E1 ＝1，GS＝1 EO＝1表示“此片未工作”；

第二行E1 ＝0 GS ＝1 EO ＝0表示“此片工作，但无编码输入”；第十行E1 ＝0 GS ＝0 EO ＝1表示“此片工作，且有编码输入”。

输入输出

EI I7I6I5I4I3I2I1I0Y2Y1Y0GS EO L X X X X X X X X L L L L L H L L L L L L L L L L L L H H H X X X X X X X H H H H L H L H X X X X X X H H L H L H L L H X X X X X H L H H L H L L L H X X X X H L L H L H L L L L H X X X L H H H L H L L L L L H X X L H L H L H L L L L L L H X L L H H L H L L L L L L L H L L L H L

CD4511 是一组用来作为BCD 对共阴极LED 七段显示器译码的包装。其引脚图，图1与真值表

图2所示，其各脚功能如下： LT ：做灯泡测试用，当LT=0，则不论其它输入状态为何，其输出abcdefg=1111111，使七段显示器全亮，即显示8，以便观测七段显示器是否正常。当LT=1，则正常*。

BI ：空白输入控制，当BI=0 (LT 为1 时) 则不论DCBA 之输入为何，其输出abcdefg 皆为0，即七段显示器完全不亮，此脚可供使用者控制仅对有效数据译码，避免在无意义的数据输入时显示出来造成字型的系乱。

LE ：数据栓锁致能控制；在CD4511 中，不但具译码功能，更具有数据栓锁的记忆功能。当LE=0 时(LT=1 且 BI=1)，DCBA 数据会被送入IC 的缓存器中保存，以供译码器码；当LE=1 时，则IC 中的暂存器会关

闭，仅保存原来在LE=0 时的DCBA 数据供译码器译码。换句话说当LE=1 时，不论DCBA 的输入数据为何，皆不影响其输出，其输出abcdefg 仍保留原来在LE 由0 转为1。

定时器功能表

输入 输出 Rc V 11 V 12 Vo T D 状态 0 × × 低 导通 1 >2Vcc/3 >Vcc/3 低 导通 1 <2Vcc/3 >Vcc/3 不变 不变 1 <2Vcc/3

>2Vcc/3

高

截止

输入输出I0 I1 I2I3Q0

0 0 0 0 1

1 X X X 0

X 1 X X 0 X X 1 X 0 X X X 1 0