病床呼叫系统设计

电子技术课程设计

题目病床呼叫系统设计系（部）班级姓名学号指导教师

2014 年12 月15 日至12 月19 日共 1 周

2014年12 月19 日

课程设计成绩评定表

目录

1 设计题目. (3)

1 病床呼叫系统设计 (3)

2 课题背景 (4)

3 系统设计 (6)

3.1 设计内容 (6)

3.2 设计思路 (6)

3.3 需要器件 (7)

3.4 结构框图 (7)

3.5 系统原理图及其工作原理 (8)

3.6 各部分功能模块 (12)

3.6.1 床位呼叫控制转换模块及原理图. (12)

3.6.2 优先选择模块设计 (14)

3.6.3 译码显示模块设计. (16)

3.6.4 蜂鸣器模块. (17)

4．软件仿真及其调试 (18)

4.1 软件介绍 (18)

4.2 仿真方法介绍 (18)

4.3 故障分析 (19)

5．结论 (20)

6．心得体会 (21)

参考资料 (22)

附录1 仿真电路全图 (23)

附录2 元件清单. (24)

1 设计题目

1 病床呼叫系统设计

2 课题背景

在这个瞬息万变，竞争激烈的时代，选择一个优越的工具往往能提升企业在这个市场上的竞争力。尤其医院的竞争越来越激烈，商业医院的生存是第一位，提升档次和服务质量迫在眉睫，陪护问题一直是医患矛盾的主体，也是长期困扰卫生系统服务质量的大问题，使用病房呼叫系统，方便病人更快找到医生，以节约病人的宝贵时间。

病床呼叫系统是一种应用于医院病房、养老院等地方，用来联系沟通医护人员和病员的专用呼叫系统，是提高医院水平和病室护理水平的必备设备之一。让患者需要服务时，只要按一下随身携带的呼叫器，信息立马就能传至护工处. 避免没有看护人在时, 病人急需服务却无法通知医生的情况。病床呼叫系统的优劣直接影响到病员的安危，历来受到各大医院的普遍重视。它要求及时、准确可靠、简便可行、利于推广。

3 系统设计

3.1 设计内容

1 设计一个具有优先级别的10 路病床呼叫系统，病床号码用数码管显示。

2 每个呼叫病床有一个控制开关，病人按下按键时数码管显示病床号码，10 个病床

的优先等级不同，两个或个病人同事按下按键时，显示优先级别高的病床号码，同时响铃，当按键断开时，关闭响铃。同时数码管熄灭。

3.2 设计思路

1 首先用

2 片74LS148 扩展成16 线-4 线的优先编码器

16 线-4线优先编码器的16 个输入分别记作A'0，A'1?A'15, A'15 优先级别最

高，A'0 优先级别最低。

16线-4线优先编码器的4个输出分别记作Z0，Z1，Z2，Z3,;Z3 为最高位，

Z0 为最低位。

当A'15=0 （其余为任意值）时，输出Z3Z2Z1Z0=1111;

当A'15=1，A'14=0（其余为任意值）时，Z3Z2Z1Z0=1110;??

当A'15= A'14=?=A'1=1，A'0=0 时，Z3Z2Z1Z0=0000

第一片74HC148 输入优先级别高的8个输入，第二片输入优先级别低的8输入，即

第一片的S'接地：

A'15接第一片的I'7，A'14 接第一片的I'6?..A'8 接第一片的I'0;

A'7接第二片的I'7，A'6 接第二片的I'6?.A'0 接第二片的I'0。

将两片的输出Y'12，Y'11,Y'10，Y'EX1,Y '22，Y'21，Y'20，Y'EX2 经门电路实现16-4 优先编码器的输出Z3Z2Z1Z0。

根据74LS148编码表，在第一片的输入A'15-A'8 均无有效电平时，第二片工作，则将第一片的输出选通端Y's 按第二片的输入选通端S'端。

3.3 需要器件

型号名称数目7400N与非门

3

7406N非门

1

74LS148D10-4 线优先编码器2

74LS248D七段字形译码器1

七段共阴极数码管

1

10KΩ电阻11

开关10

蜂鸣器

1

直流稳压源5V

1

111Ω电阻7

表 3.3 设计所需主要仪器

3.4 结构框图

注：呼叫信号为开关按下，接通低电平，信号输出。然后优先编码器进行接收，选择，编码输出信号到译码器和蜂鸣报警器，译码器对信号进行译码显示出信号发出的位置，蜂鸣报警器收到信号开始蜂鸣提醒。

3.

低电平有效，

其工作原

理

课程

如图1 为零号床位呼叫

设计说明书

图 1 0 号床位按下开关

如图2 为8 和9 号床位同时呼叫。9 号优先

图2 8,9 号床位同时按下开关

如图3 为2 号床位呼叫

图 3 2 号床位按下开关

如图4 为0 和1 号床位同时呼叫，1 号优先

图 4 0 ，1 号床位同时按下开关

工作原理：病房呼叫系统分为四个主要功能模块：呼叫模块，优先选择模块译码显示模块，以及蜂鸣器模块。这些模块共同工作完成本电路的功能实现。其中运用了10 线—4 线优先编码器74LS148D来实现优先选择模块主要功能，其中运用自己设计的小规模逻辑门电路，7 段字形译码器74LS248D和共阴极七段数码管来实现译码显示模块主要功能，运用蜂鸣器来实现呼叫模块。信号呼叫由呼叫显示模块的各个呼叫开关发出，接着，信号传到优先选择模块，将优先级别最高的患者的信号选择出来，并传到呼叫模块与译码显示模块：呼叫模块通过电路令蜂鸣器鸣叫，同时译码显示模块通过小规模逻辑门集成电路与74LS148D 将信号变换成对应的患者床号，并由七段数码管显示出来。当该病患治疗后，断开其对应的呼叫开关，此时该系统将显示下一名较高优先级的病患床号。

3.6 各部分功能模块

本病床呼叫系统的功能模块分为病床呼叫模块，优先选择模块，译码显示模块，以及蜂鸣器模块。通过各个模块的协调作用使得病床呼叫系统功能得以实现。

3.6.1 床位呼叫控制转换模块及原理图

一个或者多个病人通过关闭其对应的呼叫开关，来开启其支路的呼叫显示模块，进而开启整个病房呼叫系统。显示模块采用一般开关驱动，低电平有效，当一名或者多名病人闭合各自的呼叫开关时，其对应的支路接通，，并且同时将有效信号传到下一个功能模块—优先选择模块。根据设计要求，呼叫显示模块的设计如图5

图5 显示按下开关的床位

3.6.2 优先选择模块设计

如图6，根据设计要求，数码管要显示优先级别最高病房的呼叫信号，所以我们要对病房呼叫信号进行优先选择并输出。在本设计中，0 号病床为优先级最低，然后依次是1，2,3,4,5,6,7,8,9, 号病床。在这里，应用了16 线-4 线优先编码器( 74LS148D)进行此功能的实现。其输入为低电平有效，输出编码为反码形式。

74LS148 芯片极介绍：芯片管脚:0 －7 编码输入端（低电平有效） EI 选通输入端（低电平有效）,A0 、A1、A2 三位二进制编码输出信号即编码输出端

（低电平有效）,GS 片优先编码输出端即宽展端（低电平有效）,EO 选通输出端，即使能输出端。

7 4LS248 七段显示译码器. 输入的是8421BCD码，输出的是能驱动七显示器的高低电平信号。所以它有四个输入端，分别为D C BA 和一些控制输入端。七个输出端分别是A、B、C、D、E、FG。这类译码器全称为BCD七段译码器/ 驱动器。

74LS148 编码表（8线-3 线优先编码器）

输入输出

S' I0 ' I1'I2' I3 ' I4 'I5'I6' I 7' Y2' Y1 ' Y0 ' Y'EX YS' 1 x x x x x x x x 1 1 1 1 1

0 x x x x x x x00 0 0 0 1

0 x x x x x x 010 0 1 0 1

0 x x x x x 0 110 1 0 0 1

0 x x x x 0 1 110 1 1 0 1

0 x x x 0 1 1 11 1 0 0 0 1

0 x x0 1 1 1 11 1 0 1 0 1

0 x 0 1 1 1 1 11 1 1 0 0 1

0 0 1 1 1 1 1 11 1 1 1 0 1

0 1 1 1 1 1 1 11 1 1 1 1 0

3.6.3 译码显示模块设计

图7 显示译码数字

如图7，模块由两小模块构成，即译码模块与数码管显示模块。先由译码模

块将16 线-4 线优先编码器( 74LS148D)输出的编码转换成病床号所对应的BCD 码，再将该BCD 码输入到七段字形译码器 (74LS248D)并由七段阴极数码管显示病床号数字。

1. 译码模块设计因为优先选择模块输出的三位二进制编码不是所需的病床号码(在BCD码上相差1)，所以要用译码将将16 线-4 线优先编码器( 74LS148D) 输出的编码转换成病床号所对应的BCD码。模块译码模块是由基本逻辑门设计而成的小规模逻辑门电路。

2. 数码管显示模块通过译码模块处理后的信号成为了与病床相对应的BCD 码，此时将该BCD 码输入到数码管显示模块，将正确的呼叫床号显示出来。数码管显示模块由七段字形译码器

( 74LS248D )，共阴极七段数码管，以及一些逻辑非门和限流电阻组成。其功能是将输入的BCD 码以十进制数字的形式在七段数码管上

3.6.4 蜂鸣器模块

图8 蜂鸣报警器

如图8，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。

4．软件仿真及其调试

4.1 软件介绍

Multisim 是美国国家仪器（NI）有限公司推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/ 数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。

工程师们可以使用Multisim 交互式地搭建电路原理图，并对电路进行仿真。

Multisim 提炼了SPICE仿真的复杂内容，这样工程师无需懂得深入的SPICE技术就可以很快地进行捕获、仿真和分析新的设计，这也使其更适合电子学教育。通过Multisim 和虚拟仪器技术，PCB设计工程师和电子学教育工作者可以完成从理论到原理图捕获与仿真再到原型设计和测试这样一个完整的综合设计流程。

4.2 仿真方法介绍

1. 按照任务书上的要求，结合题型的目的，画出相应的电路框图。根据电路图选

择器件连接电路。

2. 设计各个模块的功能以及其详细的电路连接方法。

3. 先在Multisim 中将各个模块连接到一起, 注意检查各个部分是否连接正确和连

接端是否连接好。

4. 检查设计思路以及电路，按照设计框图原理，查看仿真电路与原理图是否吻

合。如果不吻合则需要就将其逐个问题解决，直到所有问题都解决了为止。反之就可以进行下一步。

5. 单击运行按钮运行仿真。

6. 根据仿真情况与课程设计任务对比，对于不能实现的任务修改并调试程序，重

新装载并重新运行调试仿真，直到实现能完全实现所要求的功能为止。（注意所选择的芯片参数是否正确，是否连接正确，在测试看看各管脚的电平是否符合理论计算上达到的值，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。）

7. 进一步改进和简化程序在进行调试仿真。

4.3 故障分析

了解一些常见的故障对于正确快速地调试系统是很有必要的。对这些故障的处理是对一个系统设计者的综合考验，它不但要求对硬件电路容易出现的故障有

很好的了解，而且对整个系统的设计更要有一个深刻的认识。

下面是一些分析的总结：

1. 忘记加电

所有的集成芯片都要在接入电源的情况下才能工作，在实验中往往忘记为一些芯片加电源，尤其是有些集成的门电路芯片

2. 元器件错误

这类错中主要包括看错元器件的型号，或者粗心将元器件的管脚连错，还有器件错插以及元器件已损坏等现象。所以每连接完一个功能模块，都要先仔细的排查电路连接是否正确，再接通电源进行该模块的调试，以免发生短路或电源接反等情况出现。在调试一个模块的时候，要时刻注意元器件的情况，以避免元器件损坏。当发现模块中的某一个模块的某个元器件过热的时候，就应对这个元器件进行测试，是否损坏。

3. 设计的错误

这类错误主要在设计的阶段发现，在系统设计时，应该对设计方案精益求精，对设计原理进行反复推敲，以发现系统的设计错误。当然这类错误也可能在调试过程中才发现，若发现实际值跟理论值出现较大出入而又找不到其他的原因，这个时候就应该对系统原理再进行分析。

4. 错误的排查

首先要通过电路错误输出来初步判断是哪个电路功能模块出了问题。紧接着，熟练运用万用笔来排查该模块的每一个原件，直到找到错误出现的原件，并更正错误。注意：在更换原件或者更改电路连接时一定要切断电源，并且连接后

要检查，以免发生类似短路的问题。

5．结论

1. 能实现的功能当有病人紧急呼叫时，产生声音提示，并显示病人的编号；根据病人的病情设计优先级别，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的呼叫后，系统按优先级别显示其他呼叫病人的病号。

2. 本设计分为四个主要功能模块：病床呼叫模块，优先选择模块，译码显示模块，以及蜂鸣器模块。这些模块共同工作完成本电路的功能实现。

3. 其中运用了16线—4 线优先编码器74LS148D来实现优先选择模块主要功能，其中运用自己设计的小规模逻辑门电路，7 段字形译码器74LS248D 和共阴极七段数码管来实现译码显示模块主要功能，运用蜂鸣器来实现呼叫模块。信号呼叫由呼叫显示模块的各个呼叫开关发出，接着，信号传到优先选择模块，将优先级别最高的患者的信号选择出来，并传到呼叫模块与译码显示模块：呼叫模块通过电路令蜂鸣器鸣叫，同时译码显示模块通过小规模逻辑门集成电路与74LS148D将信号变换成对应的患者床号，并由七段数码管显示出来。当该病患治疗后，断开其对应的呼叫开关，

此时该系统将显示下一名较高优先级的病患床号。

4. 用较为简单的数字电路实现了一个具有实际应用背景的病房呼叫系统的设计。