數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計——醫(yī)院緊急呼叫系統(tǒng)

1、物理與機電工程學(xué)院課程設(shè)計報告課程名稱：數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計系 部：物理與機電工程學(xué)院專業(yè)班級：07電子信息工程（2）班學(xué)生姓名：闕開燦指導(dǎo)教師：張衛(wèi)平、傅智河老師完成時間：2009年10月20日報告成績:評閱意見：評閱教師日期摘要：本次實訓(xùn)的目的是想讓大家能夠較全面地鞏固和應(yīng)用 “數(shù)字電子技術(shù)” 課程 中所學(xué)的基本理論和基本方法， 并初步掌握小型數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計的基本方法。 同時 能合理、靈活地應(yīng)用各種標準集成電路（ SSI、MSI、LSI 等）器件實現(xiàn)規(guī)定的數(shù) 字系統(tǒng)。根據(jù)醫(yī)院病人緊急呼叫系統(tǒng)的設(shè)計任務(wù)， 從選擇設(shè)計方案開始， 進行電路設(shè) 計；選擇合適的器件，畫出設(shè)計電路圖；通過安裝、調(diào)試，不

2、斷地完善設(shè)計的目 的，直至實現(xiàn)當(dāng)病人緊急呼叫時，產(chǎn)生聲、光提示，并顯示病人編號；根據(jù)病人病 情設(shè)置優(yōu)先級別。當(dāng)有多人呼叫時，病情嚴重者優(yōu)先；醫(yī)護人員處理完當(dāng)前最高級 別的呼叫后，系統(tǒng)按優(yōu)先級別顯示其它呼叫病人的編號的全部功能。對電路要求 布局合理，走線清晰，工作可靠，經(jīng)驗收合格后，寫出完整的課程設(shè)計報告。 關(guān)鍵詞： 優(yōu)先編碼器 譯碼顯示器 開關(guān)電路組成醫(yī)院緊急呼叫系統(tǒng)一、設(shè)計任務(wù)與要求 :1、設(shè)計任務(wù)：這次實訓(xùn)的四個課題都很有代表性， 如智力搶答器、 彩燈設(shè)計、 醫(yī)院緊急呼 叫系統(tǒng)、數(shù)字密碼鎖等，都是些常見的電子器件，也是些實用的電子器件，應(yīng)用 非常廣泛，使我們對電子信息這門科產(chǎn)生了更濃厚的興

3、趣。 但總的來說， 我對第 三個課題比較熟悉，所以我選醫(yī)院緊急呼叫系統(tǒng)的設(shè)計任務(wù)。2、設(shè)計要求：方案要求：當(dāng)病人緊急呼叫時，產(chǎn)生聲、光、提示，并顯示病人編號； 根據(jù)病人病情設(shè)置優(yōu)先級別。當(dāng)有多人呼叫時，病情嚴重者優(yōu)先； 醫(yī)護人員處理完當(dāng)前最高級別的呼叫后，系統(tǒng)按優(yōu)先級別顯示其它呼叫病 人的編號。運用數(shù)字電子電路實現(xiàn)醫(yī)院緊急呼叫系統(tǒng)的設(shè)計任務(wù)所需功能的電路主要技術(shù)指標要求：開關(guān)能夠控制發(fā)光二級管的亮與滅；發(fā)光二極管能夠按優(yōu)先級別先后發(fā)光；揚聲器能夠很好有效地進行聲鳴提示，頻率響應(yīng)5020kHz。二、方案設(shè)計與論證：利用單刀雙擲開關(guān)進行鎖存器輸入控制，利用74LS74進行高低電平轉(zhuǎn)換，禾U 用74

4、LS147或 74LS148進行優(yōu)先信號控制，利用74LS138實現(xiàn)對輸入信號的譯碼功 能，利用74LS00實現(xiàn)反相器功能。方案一、用兩塊74LS74芯片實現(xiàn)74LS147的輸入信號控制，用74LS147控制優(yōu)先級， 用74LS138把74LS147的輸出信號譯出來，用發(fā)光二極管檢測電路功能是否正確， 用蜂鳴揚聲器來警示醫(yī)護人員。VCCsv24蘭17S工LED1I 8LEDZ足口 LED3LED4R1方案二、用兩塊74LS74芯片實現(xiàn)74LS148的輸入信號控制，用74LS148控制優(yōu)先級, 用74LS138把74LS148的輸出信號譯出來，用發(fā)光二極管檢測電路功能是否正確， 用蜂鳴揚聲器來警

5、示醫(yī)護人員。U674LS13EDU4m iI V1 3SIH方案論證:由于實驗室所給的 元件清單中沒有提供74LS148芯片，只能用用74LS147 控制優(yōu)先級，用74LS138把74LS147的輸出信號譯出來，所以方案二的電路不能實 現(xiàn)，我選擇方案一。三、單元電路設(shè)計與參數(shù)計算 ：電路設(shè)計：電路主要分為輸入部分、優(yōu)先選擇部分和輸出部分1、輸入部分（由4個開關(guān)和4個SR鎖存器組成）SR鎖存器所采用的芯片是74LS74, SR鎖存器的特性表如下：SRQQ*11001111010101111000101000010011當(dāng) S=1、R=0 時，Q=Q Q=1; 當(dāng) S=0、R=1 時，Q=1, Q

6、=0;當(dāng)S=R=1時，電路維持原來的狀態(tài)不變；當(dāng)S=R=0時，輸出端狀態(tài)不定。2、優(yōu)先選擇部分（由1個74LS147優(yōu)先編碼器和1個74LS138譯碼器組成）U274LS138D Gk -1U3*S74LS147的邏輯圖:v*cc CLR1 QZ CkM i PR tg雙列直插封裝74LS147的功能表如下:輸入輸出I11213I4I5I6I7I8I9Y3Y2Y1Y01111111111111xxxxxxxx00110xxxxxxx010 :111xxxxxx0111000xxxxx01111001xxxx011111010xxx0111111011xx01111111100x01111111

7、1 :1010111111111110可知優(yōu)先權(quán)以19為最高，10為最低。又由電路可知只用到I7、16、15、I4部分，當(dāng)18、 為高電平I7為低電平時，輸出為1000;當(dāng)I7、I8、I9為高電平I6為低電平時，輸出為1001;當(dāng)I6、I7、I8、I9為高電平I5為低電平時，輸出為1010;當(dāng)I5、I6、I7、I8、I9為高電平I4為低電平時，輸出為101174LS138的功能表如下:輸入輸出S1S2+S3A2A1A0Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y70xxxx11111111x1xxx111111111000001111 :11r 1100011011111110010110111111001

8、111101 :11r 110100111101111010111111011101101111110r 11011111111110可知當(dāng)S仁1、S2+S3=0時，譯碼器處于工作狀態(tài) 又由電路可知只用到輸入為000-011部分，當(dāng)輸入為000時，只有丫0輸出為低電平，其他輸出端為高電平；當(dāng)輸入為001時，只有丫1輸出為低電平，其他輸出端為高電平；當(dāng)輸入為010時，只有丫2輸出為低電平，其他輸出端為高電平；當(dāng)輸入為011時，只有丫3輸出為低電平，其他輸出端為高電平。3、輸出部分（由四個與非門、四個發(fā)光二極管和一個8Q的揚聲器組成）與非門的功能是構(gòu)成反相器，在優(yōu)先選擇輸出信號為低電平時，經(jīng)過反相

9、器變 成高電平，從而使發(fā)光二極管發(fā)光。參數(shù)計算:揚聲器電阻R=8Q ,R=U/I四、仿真過程與仿真結(jié)果仿真過程:運用EDA連接好電路進行仿真，電路如下:圖為：fcJoL :LRCED卜1HCT=H二：ntn* H 匚 n-Ek囂仿真結(jié)果:由于用的是集成塊內(nèi)部原理進行仿真， 存在著一定的誤差。但其結(jié)果也基本 上符合設(shè)計標準的要求。在仿真的時候，由于懸空相當(dāng)于低電平，所以開關(guān)接 +5V電源。實際上在安 裝與調(diào)試的時候開關(guān)要接地。在仿真過程的過程中，可以發(fā)現(xiàn)發(fā)光二級管能夠按 優(yōu)先級別先后發(fā)光。五、總原理圖及元器件清單1、總原理圖:J13r SpictJ2Key = SpaceJ3r.Kt 骨=Spi

10、f-JdKay = Spacef：t対1、J：174La.nB=iLED1741 SOODL0213USDg741 snooU；L o T1L300D71LSOODW3CLEDS11FTM2、元件清單:元件序號型號主要參數(shù)數(shù)量備注SR鎖存器74LS7414引腳，雙D觸發(fā)器2優(yōu)先編碼器74LS14716引腳，二-十進制編碼器1譯碼器74LS13816引腳，用與非門組成 的3線-8線譯碼器1與非門74LS0014引腳，2輸入與非門1集成座8腳雙列式2集成座7腳雙列式3開關(guān)單刀雙擲4二級管發(fā)光4揚聲器蜂鳴1銅板單面1打印紙1導(dǎo)線若干六、安裝與調(diào)試 :安裝：醫(yī)院緊急呼叫系統(tǒng)印制線路預(yù)覽圖：可以根據(jù)印制

11、線路圖自行制作印制線路板，制作印制板時特別要注意集成 電路部分的印制板的大小，確保集成電路能夠正確地插入。根據(jù)印制線路圖把墨打到板上， 然后去腐蝕板， 接著打孔完成印制線路板， 當(dāng)印制線路板制作完畢，上好助焊劑并檢查無誤后，就可以進行安裝了。按電路圖焊接電路，在動手焊接前請用萬用表將各元件測量一下，做到心 中有數(shù)，安裝時請先安裝低矮和耐熱的元件 （如電阻 ），然后再安裝大一點的元件 （如電位器），最后裝怕熱的元件 （如三極管），把地端與電源端引出線就完成安 裝了。安裝注意事項 :? 安裝元器件前，要先檢測元器件是否完好，損壞或不良的元器件不能安裝。? 安裝有極性的電解電容時要分清極性。? 是把

12、集成電路直接焊接在電路板上，一定要注意集成電路的正反面。調(diào)試：全部元器件安裝完成后， 應(yīng)檢查無誤后才可進行通電試驗。 撥動單刀雙擲開 關(guān)，使揚聲器發(fā)出聲音。如果完全無聲，應(yīng)先測量各芯片的電源引腳有無 5V 電 壓。如有說明電源供電正常，故障在供電電路以外；如沒有 5V 電壓，說明故障 在電源供電部分， 應(yīng)檢查電路板的焊接是否正確， 有無虛焊。當(dāng)電源供電正常時， 可以用手拿鑷子的金屬部分依次去敲擊 Ui 正極端，聽揚聲器是否會隨著敲擊發(fā) 出聲音，說明這一點之后的電路是正常工作的，這種稱為“敲擊法” 。之后應(yīng)檢 查集成電路有無問題、焊接中有無虛焊、假焊、漏焊和連焊，接地端是否可靠接 地，集成電路與

13、集成座之間是否接觸良好， 開關(guān)的焊接處是否使其接觸良好， 如 有類似的問題應(yīng)予以排除，如無，就應(yīng)更換集成塊。調(diào)試結(jié)果:LED亮的邏輯都符合優(yōu)先順序要求揚聲器的輸出端電壓為3.34V揚聲器的輸出端電流為417.5mA揚聲器的電阻 R二U/l=3.34V/417.5mA=8 Q?結(jié)果符合設(shè)計要求七、性能測試與分析：第一次測試：將制好的電路板接上+5V直流穩(wěn)壓電源，按要求逐個撥動開關(guān)，這時發(fā)現(xiàn) 4 個發(fā)光二極管都能按優(yōu)先順序發(fā)光， 提示醫(yī)護人員，但蜂鳴揚聲器不發(fā)聲，斷開 電源，各連線與引腳都符合要求，也無虛焊等現(xiàn)象，接著檢查自己設(shè)計的電路圖， 發(fā)現(xiàn)輸入端高低電平轉(zhuǎn)換出錯，把單刀雙擲開關(guān)中間端接+5V

14、時，無論怎樣撥動 開關(guān)，SR鎖存器的S、R端都為高電平，因為懸空為高電平，出錯原因是仿真 時，仿真軟件懸空為低電平，故應(yīng)修改電路，將 4個單刀雙擲開關(guān)中間端接+5V 的都改為接地，修改好電路后再次測試。第二次測試：將修改后的電路板接上+5V直流穩(wěn)壓電源，按要求逐個撥動開光，發(fā)光二極 管符合優(yōu)先順序發(fā)光，蜂鳴揚聲器發(fā)出響亮的聲音，可知此時電路板符合要求。八、結(jié)論與心得：由于有上學(xué)期的模擬電子課程設(shè)計的實訓(xùn)經(jīng)歷，我們都對電子制作有了一定 的認識，因此對于制板的過程大家都能很順利的單獨完成，也讓我認識到實訓(xùn)是讓我們提升動手能力的絕好機會，這也能讓我們可以把以前學(xué)到的理論知識在實 踐中得到認證，我期盼

15、在今后的課程中能得到更多像這樣的機會讓同學(xué)們得到鍛 煉。同時通過這次對醫(yī)院緊急呼叫系統(tǒng)的設(shè)計與制作，讓我不僅掌握了用 Multisim仿真軟件的設(shè)計電路，Protel DXP軟件的使用，焊接技術(shù)，還懂得了電 路板的制作過程。而且設(shè)計一個電路時只有先通過仿真，仿真成功之后再實際接 線。但是最后的成品卻不一定與仿真時完全一樣，因為，再實際接線中有著各種各樣的條件制約著，其中制板成功與否就是一個非常重要的因素。而且，在仿真中無法成功的電路接法，在實際中因為芯片本身的特性而能夠成功。 所以，在設(shè) 計時應(yīng)考慮兩者的差異，從中找出最適合的設(shè)計方法。通過本次實訓(xùn)，讓我在重溫過去所學(xué)知識的同時還接觸到了過去所

16、不了解 的方面。讓我對各種電路都有了大概的了解，讓我進一步了解了各芯片的功能； 動手能力提高了；更加熟悉了 multisim和Protel DXP軟件的使用；明白了 PCB 板的制作過程，為以后更好的設(shè)計制作電路打下了基礎(chǔ)。同時讓我知道了電子產(chǎn) 品給人們的精神生活和文化交流提供了極大的方便， 提高了我學(xué)習(xí)這門課程的興 趣。這次實訓(xùn)還使我認識到， 電路設(shè)計需要耐心， 需要一種整體的思維， 而且遇 到點問題很正常，關(guān)鍵要學(xué)會分析問題，善于解決問題，很多東西要弄懂弄透， 不斷積累經(jīng)驗。 所以說， 坐而言不如立而行， 對于這些電路還是應(yīng)該自己動手實 際操作才會有深刻理解。九、參考文獻 :1 付家才 電子實驗與與實踐 高等教育出版社2 彭介華 電子