数字电路医院呼叫系统的设计

数字电路医院呼叫系统的设计

数字电子课程设计

题目医院呼叫系统设计姓名XXX

学号XXXXXXX

学院信息学院

摘要

随着科技的进步，人性化，智能化的医疗服务体系越来越接近人们的生活，为了满足医院各个病房的病人的需要，有必要设计并制作一个医院呼叫系统来满足这个需求。本文研究的目的是在利用自己所学的数字电路及模拟电路的知识，设计一个电路系统来满足要求，并在设计和具体的实践过程中提高自己数字电路的学习水平。该系统设计的技术指标是要实现对病人请求的声与数码管显示的转换，同事在实际操作中，根据病人病情的轻重缓急，加以区分优先级，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。

关键字：医院呼叫系统、数字电路、优先级电路、

目录

1.方案论证-----------------------------------------------------------------------3

2.电路设计-----------------------------------------------------------------------4

3.性能的测试--------------------------------------------------------------------8

4.结论-----------------------------------------------------------------------------9

5.性价比--------------------------------------------------------------------------9

6.课设体会-----------------------------------------------------------------------9

7.参考文献-----------------------------------------------------------------------9

8.附录1---------------------------------------------------------------------------10

9.附录2---------------------------------------------------------------------------10

10.附录3---------------------------------------------------------------------------11

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，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。

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

××××××××0 0 1 ×××××××0 1 0 1 ××××××0 1 1 1 0 ×××××0 1 1 1 1 0 ××××0 1 1 1 1 1 0 ×××0 1 1 1 1 1 1 0 ××0 1 1 1 1 1 1 1 1 ×0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

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。

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KEY-1~KEY-8为8个呼叫按钮开关，KEY-0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。

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

显示报警电路由两大部分组成：LED数码管数字显示部分、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。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LED数码管的输入信号相或，并将或门的输出Z1+Z2+Z3+Z4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，系统才能够不发出蜂鸣声。

显示报警电路的原理图如图6所示。

图6 显示报警原理图

电路中U6为LED数码管显示病房号码，与门U8将或门的输出和高电平与来控制蜂鸣器U9。

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，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。

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。

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。

课设体会

通过这次数字电路课程设计的学习，使我对数电的了解有更深了一步，在设计的过程中，我重新看了一遍数电书，巩固了以前学习的知识，加深了对电路的理解，对芯片的具体规格参数及功能有了更详细的了解，为以后的工作打下了很好的基础。这次设计将所学知识与实际应用相结合，使我对我所选择的专业兴趣更为浓厚，在学习中也更有兴趣。

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

序号编号名称型号数量

1 U1优先编码器74LS147D 1

2 U2 反相器74LS04D 4

3 U6 LED数码管DCD_HEX 1

4 U7 或门OR2 3

5 U8 与门7408N 1

6 U9 蜂鸣器BUZZER 1

7 J1 开关key 9

8 R1 电阻100Ω8 附录ⅢPROTEL 99SE 生成的网表