病房呼叫系统设计报告.doc-资料库

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电信工程学院课程设计报告书姓名：胡超谈明峰班级：电科 092 班完成日期： 2011 年 6 月 13 日至 6 月 24 日 1

目录设计要求--------------------------------------------------------------------------3 一、整体设计构想--------------------------------------------------------------3 二、仿真软件简要介绍--------------------------------------------------------3 三、系统分模块设计过程-----------------------------------------------------3 1、开关控制指示灯模块---------------------------------------------------------------3 2、编码器与译码器转换模块----------------------------------------------------------4 3、数码管显示模块-------------------------------------------------------------------7 4、蜂鸣器呼叫模块-------------------------------------------------------------------7 四、系统完成电路图-----------------------------------------------------------8 五、课程设计总结--------------------------------------------------------------9 2

设计题目病房呼叫系统一、整体设计构想本次数字电子电路课程设计我组选择的题目是病房呼叫系统，要求如下： 1．用 1~5 个开关模拟 5 个病房的呼叫输入信号，1 号优先级最高； 1~5 优先级依次降低； 2．用一个数码管显示呼叫信号的号码；没信号呼叫时显示 0；又多个信号呼叫时，显示优先级最高的呼叫号（其它呼叫号用指示灯显示）； 3．凡有呼叫发出 5 秒的呼叫声； 4．对低优先级的呼叫进行存储，处理完高优先级的呼叫，再进行低优先级呼叫的处理下面对 4 个要求进行逐一分析。首先，根据题目要求用 5 个开关模拟 5 个病房的呼叫信号，由于 1~5 优先级依次降低，所以我们使用优先编码器来控制其优先级；其次，要显示病房号码，就要使用数码管以及能将编码器产生的 8421 码转化为数码管显示格式的译码器；能够发出呼叫声，在仿真中就需要蜂鸣器来实现这个功能；对于存储呼叫信息，由于要使用优先编码器，当同时闭合两个开关时，它会遵循优先级最高的来执行操作，当优先级高的开关断开后，之后的优先级较高的会进行操作，这个过程是自动的，所以不用考虑。设计过程二、仿真软件简要介绍本次课程设计我们主要使用 Multisim 10 来进行仿真。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。Multisim 软件有许多版本，这次我们选择 Multisim 10 是因为该版本比较普遍，兼容性也较强。三、系统分模块设计过程根据课程设计要求，在设计整个系统时我们采取了分模块设计的方法，这样，设计过程清晰，也便于检查其中错误。主要将系统分为：开关控制指示灯模块、编码器与译码器转换模块、数码管显示模块、蜂鸣器呼叫模块。下面分模块来介绍： 1、开关控制指示灯模块该模块的仿真图如下图所示，5 个开关分别控制 5 个指示灯的亮与灭， VCC 为正极 +5V。将 5 个开关的键位分别设置为从“1”到“5”，当按下对应数字键后，开关闭合，相应的指示灯亮。 3

2、编码器与译码器转换模块 1)为了使各个病房具有优先顺序，我组使用优先编码器来实现此功能，我们使用较为简单的 74ls148 优先编码器。对于 74ls148，有 I0~I7 八个输入端，A0~A2 三个输出端，E0 为选通输出端，当所有编码输入为高电平且 EI=1 时 E0 为 0;GS 为扩展端用于扩展编码功能，只要任何一个输入端有低电平信号且 EI=1 时 GS 才为 0;EI 为选通输入端只有在 EI=0 时编码器才能正常工作。下表为其功能表 EI I0 I1 I2 输入 I3 I4 I5 I6 I7 A2 A1 输出 A0 GS EO x 1 x x 0 1 1 1 1 1 x 1 x 0 1 1 1 1 1 1 x 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 x 1 x x x x x x x 0 x 1 x x x x x x 0 1 x 1 x x x x x 0 1 1 x 1 x x x x 0 1 1 1 x 1 x x x 0 1 1 1 1 4

根据要求，本系统只需要 5 个输入端，所以选取 IO~I4 五个输入端，由于 I4 的优先级最高，所以 I4 对应病房为 1 号以此类推，连接后的电路图如下： 2)由于要用数码管来显示号码，所以要使用相应的译码器来翻译 74ls148 编码器输出的 BCD 码。我们使用 74ls47 译码器来进行翻译，74LS47 是 BCD-7 段数码管译码器/驱动器， 74LS47 的功能用于将 BCD 码转化成数码块中的数字,通过它解码，可以直接把数字转换为数码管的显示数字，其功能表如下：输入输出显示数字符号 LT(——) RBI(——-) A3 A2 A1 A0 BI(—)/RBO(———) a(—) b(—) c(—) d(—) e(—) f(—) g(—) 1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 1 X 0 0 0 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 X 0 0 1 0 1 0 0 1 0 0 1 0 2 1 X 0 0 1 1 1 0 0 0 0 1 1 0 3 1 X 0 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 4 1 X 0 1 0 1 1 0 1 0 0 1 0 0 5 1 X 0 1 1 0 1 1 1 0 0 0 0 0 6 1 X 0 1 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 7 1 X 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 8 5

1 X 1 0 0 1 1 0 0 0 1 1 0 0 9 X X X X X X 0 1 1 1 1 1 1 1 熄灭 1 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 熄灭 0 X X X X X 1 0 0 0 0 0 0 0 8 对于本次课程设计我们仅使用 1~5 字码，所以仅选用 1~5 来使用。由功能表得出 LT、RBI、BI/RBO 三个使能端可给以高电平，使用 A、B、C、 D 分别表示输入端 A0、A1、A2、A3，所以按要求可列出 74ls148 编码器与 74ls47 之间转换的真值表：输入 A1 1 0 0 1 1 A2 0 1 1 1 1 A0 1 0 1 0 1 输出显示数字 A 1 0 1 0 1 B 0 1 1 0 0 C 0 0 0 1 1 D 0 0 0 0 0 1 2 3 4 5 由真值表可以得出如下逻辑表达式： A=(A1+A2) •A0 B=A2•A1’ C=A1•A2 D=0 由逻辑表达式可得电路图如下： 6

3、数码管显示模块本次课程设计我组使用的是 7 段共阴数码管，分为 abcdefg 七段二极管来控制其显示的数字，所以根据 74ls47 译码器的功能表对该模块的电路设计如下： 4、蜂鸣器呼叫模块根据要求有开关闭合时，蜂鸣器发出五秒的响声，由于蜂鸣器在仿真中无法看出效果，所以采用指示灯来代替，以便看出效果，为了控制时间，我们使用函数信号发生器和 74160 计数器来进行控制。我们考虑到给予灯泡高电平时，并且有五秒的时间限制，所以采用计数器来给予其高电平。74160 是十进制计数器，其 QA 输出端连接灯泡，上图中的两个数码管在系统中并没有真正的用途，只是用来检测 74160 7

芯片的计数功能。在我们的构想中，计数部分每循环一次就会有五个高电平与五个低电平交替输出，这样灯泡就能闪烁五次，之后使用芯片的置位端来保持一个状态，使循环“停止”，灯泡不亮。但是经过多次的验证之后，发现一片 74160 组成的“十进制”不能满足“亮暗”要求。为了解决这个问题，我们采用两片 74160 组成一个“十一进制”的计数部分，当一次“十一进制”结束后，由进位输出给予置位端脉冲，使其停在“11（QA 端输出低电平）”这个状态，就是“停止”。函数信号发生器接 74160 的 CLK 端，并将其波形调为“方波”，频率调节为“2Hz”，这样就能保证指示灯闪烁的总时间为 5 秒钟。四、系统完成电路图 8

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