病床呼叫系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)

1、-. z學(xué) 號(hào)：能力拓展訓(xùn)練題 目病床呼叫系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué) 院自動(dòng)化學(xué)院專 業(yè)自動(dòng)化專業(yè)班 級(jí)自動(dòng)化1001班姓 名三指導(dǎo)教師曉明2014年6月24日能力拓展訓(xùn)練任務(wù)書(shū)學(xué)生：三 專業(yè)班級(jí)：自動(dòng)化1001班指導(dǎo)教師：曉明 工作單位：自動(dòng)化學(xué)院題 目: 病床呼叫系統(tǒng)設(shè)計(jì)初始條件：計(jì)算機(jī)、Ma*+plus、EDA實(shí)驗(yàn)箱。要求完成的主要任務(wù): 包括課程設(shè)計(jì)工作量及其技術(shù)要求，以及說(shuō)明書(shū)撰寫(xiě)等具體要求設(shè)計(jì)病床呼叫系統(tǒng)，使用3*8矩陣開(kāi)關(guān)分別模擬醫(yī)院病房與病床位數(shù)，當(dāng)*開(kāi)關(guān)按下時(shí)，系統(tǒng)顯示呼叫的病房與病床、呼叫的時(shí)間。處理完畢可去除該呼叫顯示記錄。提高局部：同時(shí)有數(shù)個(gè)病床呼叫時(shí)，可以循環(huán)呼叫記錄顯示。任務(wù)安排：

2、設(shè)計(jì)任務(wù)及要求分析方案比擬及認(rèn)證說(shuō)明系統(tǒng)原理闡述，寫(xiě)出設(shè)計(jì)方案構(gòu)造圖。軟件設(shè)計(jì)課題需要說(shuō)明：軟件思想，流程圖，源程序及程序注釋調(diào)試記錄及結(jié)果分析、總結(jié)參考資料5篇以上附錄：程序清單時(shí)間安排：D1：安排設(shè)計(jì)任務(wù)；收集資料；方案選擇D2：程序設(shè)計(jì)D3：實(shí)驗(yàn)室調(diào)試程序并演示D4：撰寫(xiě)報(bào)告D5：交能力拓展訓(xùn)練報(bào)告主要參考資料：1 譚會(huì)生，昌凡EDA 技術(shù)及應(yīng)用：電子科技大學(xué)20042 曉明EDA實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)：理工大學(xué)教材中心，20071指導(dǎo)教師簽名： 曉明 2021年 6 月 24 日系主任或責(zé)任教師簽名： 年 月 日摘要該段主要介紹背景、意義等。如數(shù)據(jù)采集技術(shù)廣泛應(yīng)用于通信、雷達(dá)、航空航天、工業(yè)等領(lǐng)域

3、。隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速開(kāi)展，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的性能在不斷提高，功能在不斷增強(qiáng)。該段主要介紹使用什么原理、什么核心芯片、什么手段、什么工具組成什么電路。其軟硬件的特點(diǎn)。解決了什么問(wèn)題等如如多通道模擬量數(shù)據(jù)采集是并行數(shù)據(jù)采集技術(shù)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn) ,其控制核心一般采用單片機(jī)、DSP或者FPGA實(shí)現(xiàn)。但是,從處理速度、執(zhí)行效率、總線寬度、體積、功耗等方面考慮, FPGA的優(yōu)勢(shì)比擬明顯。同時(shí),在數(shù)據(jù)處理方面,可以充分利用FPGA通用或?qū)Ｓ玫腎P核,靈活有效地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高速處理。該段介紹得到了什么結(jié)論。關(guān)鍵詞：35個(gè)目錄TOC o 1-3 h z uHYPERLINK l _Toc359335057

4、1 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求分析 PAGEREF _Toc359335057 h 6HYPERLINK l _Toc3593350581.1 設(shè)計(jì)任務(wù) PAGEREF _Toc359335058 h 6HYPERLINK l _Toc3593350591.2 任務(wù)要求分析 PAGEREF _Toc359335059 h 6HYPERLINK l _Toc3593350602 方案設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc359335060 h 6HYPERLINK l _Toc3593350612.1 設(shè)計(jì)思路 PAGEREF _Toc359335061 h 6HYPERLINK l _Toc3593350622.

5、2 單片機(jī)設(shè)計(jì)方案 PAGEREF _Toc359335062 h 7HYPERLINK l _Toc3593350632.3 FPGA設(shè)計(jì)方案 PAGEREF _Toc359335063 h 7HYPERLINK l _Toc3593350642.4 方案選擇 PAGEREF _Toc359335064 h 7HYPERLINK l _Toc3593350653 智能搶答器硬件電路設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc359335065 h 7HYPERLINK l _Toc3593350663.1 智能搶答器硬件電路系統(tǒng)組成 PAGEREF _Toc359335066 h 7HYPERLINK l

6、 _Toc3593350673.2 顯示單元設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc359335067 h 8HYPERLINK l _Toc3593350683.3 控制電路單元設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc359335068 h 8HYPERLINK l _Toc3593350693.4 等等電路 PAGEREF _Toc359335069 h 8HYPERLINK l _Toc3593350704 智能搶答器軟件設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc359335070 h 8HYPERLINK l _Toc3593350714.1 智能搶答器軟件流程組成 PAGEREF _Toc359335071 h 9

7、HYPERLINK l _Toc3593350724.2 顯示程序設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc359335072 h 9HYPERLINK l _Toc3593350734.3 計(jì)時(shí)程序設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc359335073 h 9HYPERLINK l _Toc3593350744.4 防抖延時(shí)等等程序設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc359335074 h 9HYPERLINK l _Toc3593350755 調(diào)試記錄與仿真結(jié)果分析 PAGEREF _Toc359335075 h 9HYPERLINK l _Toc3593350765.1 調(diào)試結(jié)果 PAGEREF _Toc359

8、335076 h 10HYPERLINK l _Toc3593350775.2 仿真結(jié)果分析 PAGEREF _Toc359335077 h 10HYPERLINK l _Toc3593350786 心得體會(huì) PAGEREF _Toc359335078 h 11HYPERLINK l _Toc359335079參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc359335079 h 11HYPERLINK l _Toc359335080附錄 PAGEREF _Toc359335080 h 11HYPERLINK l _Toc359335081本科生能力拓展訓(xùn)練成績(jī)?cè)u(píng)定表 PAGEREF _Toc3593350

9、81 h 131 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求分析雖然國(guó)與國(guó)外在數(shù)據(jù)采集技術(shù)上存在差距，但是總體來(lái)看這個(gè)差距在不斷縮小，在不久的將來(lái)中國(guó)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)肯定會(huì)晉升國(guó)際一流的水準(zhǔn)。隨著數(shù)字化步伐的不斷加深，數(shù)據(jù)采集技術(shù)作為走進(jìn)數(shù)字世界1.1 設(shè)計(jì)任務(wù)國(guó)外數(shù)據(jù)采集技術(shù)較上世紀(jì)有了很大的開(kāi)展，從最近國(guó)外公司展示的新產(chǎn)品可以看出，主要的開(kāi)展方向可以概括為使用方便、功能多樣和體積減小三個(gè)方面9,國(guó)數(shù)據(jù)采集技術(shù)起步比擬晚，國(guó)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與國(guó)外數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相比，在技術(shù)上仍然存在一定的差距，主要表現(xiàn)在：1.2 任務(wù)要求分析數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)常見(jiàn)的構(gòu)造有三種：多通道分時(shí)復(fù)用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、多通道同步數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，

10、其中多通道同步數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是目前數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的主流設(shè)計(jì)構(gòu)造。在現(xiàn)代信號(hào)處理系統(tǒng)中，多通道同步數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于各種軍用、商用和工業(yè)領(lǐng)域中，如雷達(dá)系統(tǒng)、彈上設(shè)備及通信系統(tǒng)等為了更快速更全面地分析系統(tǒng)，在采集系統(tǒng)主要信號(hào)時(shí)，往往需要對(duì)一些相關(guān)信號(hào)進(jìn)展測(cè)量10。早先的多通道分時(shí)復(fù)用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)只能實(shí)現(xiàn)循環(huán)采集多路信號(hào)，不能得到多個(gè)通道同一時(shí)刻的采樣點(diǎn)，并且數(shù)據(jù)采集的速率也不是很高，而多通道同步數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)恰恰彌補(bǔ)了分時(shí)復(fù)用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的缺乏2 方案設(shè)計(jì)雖然國(guó)與國(guó)外在數(shù)據(jù)采集技術(shù)上存在差距，但是總體來(lái)看這個(gè)差距在不斷縮小，在不久的將來(lái)中國(guó)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)肯定會(huì)晉升國(guó)際一流的水準(zhǔn)。隨著數(shù)字化步伐的不斷

11、加深，數(shù)據(jù)采集技術(shù)作為走進(jìn)數(shù)字世界的一把鑰匙，只有掌握了尖端的數(shù)據(jù)采集技術(shù)才能在這個(gè)飛速變化的世界具有競(jìng)2.1 設(shè)計(jì)思路了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的用途和意義，以及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的組成構(gòu)造。然后闡述了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的理論知識(shí)號(hào)采樣、模數(shù)轉(zhuǎn)換等根本理論。接著提出了基于FPGA的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案及完成對(duì)硬件電路設(shè)計(jì)。在此根底上完成對(duì)FPG-. z2.2 單片機(jī)設(shè)計(jì)方案數(shù)據(jù)采集就是將被測(cè)對(duì)象的各種參量(可以是物理量，也可以是化學(xué)量、生物量等)通過(guò)各種傳感器做適當(dāng)轉(zhuǎn)換后，再經(jīng)信號(hào)處理電路對(duì)信號(hào)進(jìn)展調(diào)理、采樣、量化、編碼、傳輸?shù)炔襟E，最后送到控制器進(jìn)展數(shù)據(jù)處理和存儲(chǔ)記錄的過(guò)程。這里所用的控制器一般是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)

12、。2.3 FPGA設(shè)計(jì)方案數(shù)據(jù)采集就是將被測(cè)對(duì)象的各種參量(可以是物理量，也可以是化學(xué)量、生物量等)通過(guò)各種傳感器做適當(dāng)轉(zhuǎn)換后，再經(jīng)信號(hào)處理電路對(duì)信號(hào)進(jìn)展調(diào)理、采樣、量化、編碼、傳輸?shù)炔襟E，最后送到控制器進(jìn)展數(shù)據(jù)處理和存儲(chǔ)記錄的過(guò)程。這里所用的控制器一般是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。2.4 方案選擇數(shù)據(jù)采集就是將被測(cè)對(duì)象的各種參量(可以是物理量，也可以是化學(xué)量、生物量等)通過(guò)各種傳感器做適當(dāng)轉(zhuǎn)換后，再經(jīng)信號(hào)處理電路對(duì)信號(hào)進(jìn)展調(diào)理、采樣、量化、編碼、傳輸?shù)炔襟E，最后送到控制器進(jìn)展數(shù)據(jù)處理和存儲(chǔ)記錄的過(guò)程。3 智能搶答器硬件電路設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的任務(wù)，具體地說(shuō)，就是將采集傳感器輸出的模擬信號(hào)通過(guò)一定的處理并能夠轉(zhuǎn)

13、換成計(jì)算機(jī)識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，即A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信息最后送入計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)根據(jù)不同的需要進(jìn)展相應(yīng)的計(jì)算和處理。3.1 智能搶答器硬件電路系統(tǒng)組成開(kāi)展是數(shù)據(jù)采集技術(shù)的一個(gè)重要推動(dòng)力。傳感器是按一定規(guī)律將被檢測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換成便于進(jìn)一步處理的模擬電信號(hào)如電壓、電流或脈沖的器件。圖1 模擬開(kāi)關(guān)的電路圖例如，使用壓力傳感器可以獲得隨壓力變化而變化的電壓值，使用轉(zhuǎn)速傳感器可以把轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)頻率的脈沖信號(hào)等。當(dāng)然，如果直接針對(duì)電信號(hào)數(shù)據(jù)采集，則不需要使用傳感器3.2 顯示單元設(shè)計(jì)隔離是指使用變壓器、光或電容耦合等方法在被測(cè)系統(tǒng)和檢測(cè)系統(tǒng)之間傳遞信號(hào)，防止直接的電連接。在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中使用隔離的原因有

14、兩個(gè)：一方面是從平安角度考慮；另一方面是能使數(shù)據(jù)采集電路讀出來(lái)的數(shù)據(jù)不受地電位和輸入模式的影響。如果數(shù)據(jù)采集電路的地與信號(hào)地之間有電位差，并且沒(méi)有進(jìn)展隔離處理，則就有可能形成接地回路，引起誤差。3.3 控制電路單元設(shè)計(jì)在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，往往要對(duì)多個(gè)物理量進(jìn)展采集，即多路巡回檢測(cè)，這可以通過(guò)多路模擬選擇開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)。 模擬傳感器A/D轉(zhuǎn)換器 非電量 模擬電量 數(shù)字量圖2 A/D數(shù)模轉(zhuǎn)換框圖多路模擬開(kāi)關(guān)的作用是將各個(gè)通道輸入的模擬電壓信號(hào)，依次接到放大器和A/D上3.4 等等電路路單元如采樣/保持電路、A/D以及預(yù)處理模塊等都只需要一套即可，大大降低了系統(tǒng)的本錢。采樣/保持量 化編 碼計(jì)算機(jī)圖 3

15、A/D轉(zhuǎn)換根本步驟但這僅僅是在信號(hào)變化比擬緩慢、變化周期在數(shù)十到數(shù)百微秒之間的情況下比擬適合，因?yàn)榇藭r(shí)使用普通的數(shù)十微秒的A/D能夠非常沉著地分時(shí)處理這些信號(hào)。4 智能搶答器軟件設(shè)計(jì)經(jīng)過(guò)A/D數(shù)字化之后往往并不是最終需要的數(shù)據(jù)，為了提高系統(tǒng)的效率，減輕后級(jí)系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)，在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中都會(huì)添加一個(gè)預(yù)處理單元。實(shí)現(xiàn)預(yù)處理功能的常用處理器有單片機(jī)、DSP和FPGA等。在雷達(dá)信號(hào)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中常的預(yù)處理工作有預(yù)抽取、數(shù)字下變頻(DDC)、濾波，如果處理器性能足夠好，則可以實(shí)時(shí)地實(shí)現(xiàn)一些運(yùn)算量比擬4.1 智能搶答器軟件流程組成系統(tǒng)分辨率是指數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可以分辨的輸入信號(hào)的最小變化量。通?？梢允褂米畹陀行?/p>

16、位值(LSB)占系統(tǒng)滿刻度值的百分比表示，或使用系統(tǒng)所采用的A/D可以劃分的級(jí)數(shù)來(lái)表示。表1列出了滿刻度值為5V時(shí)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的分辨率。表1 滿刻度值為5V時(shí)數(shù)據(jù)采集的分辨率位 數(shù)級(jí) 別1LSB占滿度值百分比1LSB對(duì)應(yīng)電壓值82560.391%19.5mV1240960.0244%1.22mV16655360.00153%76.2mV2010485760.0000954%4.77mV4.2 顯示程序設(shè)計(jì)常用的超高速A/D芯片有AD9038，采樣速率300MSPS，分辨率8位；MA*l00芯片，采樣速率250MSPS，分辨率8位。4.3 計(jì)時(shí)程序設(shè)計(jì)速度相匹配的A/D轉(zhuǎn)換器；二是降低系統(tǒng)的總的

17、速度(存儲(chǔ)和讀出速度)，在系統(tǒng)中添加延時(shí)電路，這和我們?cè)O(shè)計(jì)系統(tǒng)要求高速性產(chǎn)生矛盾。所以最好的方法就是換個(gè)轉(zhuǎn)換速度高的A/D轉(zhuǎn)換器，但這又存在一個(gè)問(wèn)題，轉(zhuǎn)換速度高，分辨率高的器件往往價(jià)格都較貴。出于對(duì)系統(tǒng)總的價(jià)格方面考慮，這里還是選擇了A/D0809轉(zhuǎn)換器。 4.4 防抖延時(shí)等等程序設(shè)計(jì)時(shí)鐘電路是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的重要組成局部，時(shí)鐘作為電路工作的基準(zhǔn)，如果質(zhì)量不高會(huì)嚴(yán)重影響系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性5 調(diào)試記錄與仿真結(jié)果分析我們選用REGlll7和電壓反相器MA*660分別產(chǎn)生了其余需要的三種電源。+25V和+15V電壓由REGlll7產(chǎn)生，由MA*660電壓反相器產(chǎn)生-5V電壓。5.1 調(diào)試結(jié)果Qutu

18、sH的設(shè)計(jì)輸入、邏輯綜合、布局布線、仿真校驗(yàn)和編程下載等功能都全部集成在統(tǒng)一的開(kāi)發(fā)環(huán)境下，可以加快動(dòng)態(tài)開(kāi)發(fā)和調(diào)試，縮短開(kāi)發(fā)周期。并且在Quartusll軟件中還集成了SignalTaplI邏輯分析儀。 5.2 仿真結(jié)果分析根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)控制器可由四個(gè)模塊組成：A/D轉(zhuǎn)換控制模塊。表2 ADC0809模擬輸入電壓與輸出電壓的關(guān)系進(jìn) 制參考電壓Vref為5.12V162高4位電壓低4位電壓000000.000.00100010.320.02200100.640.04300110.960.06401001.280.08501011.600.10601101.920.12701112.

19、240.14810002.560.16910012.880.18A10103.200.20B10113.520.22C11003.840.24D11014.160.26E11104.480.28F11114.800.30為了方便后續(xù)的電壓數(shù)據(jù)顯示，我們應(yīng)將輸出電壓表示成12位的BCD碼形式。如上述的2.56V是0010 0101 0110，0.12V是0000 0001 0010.所以相加結(jié)果2.68V是0010 0110 1000，因此必須設(shè)計(jì)一個(gè)12位的BCD碼加法程序?？刂品_(kāi)三態(tài)緩沖器，把轉(zhuǎn)換好的8位數(shù)據(jù)結(jié)果輸出至數(shù)據(jù)總線，由此完成一個(gè)工作過(guò)程。圖 3 A/D轉(zhuǎn)換模塊仿真未加去毛刺進(jìn)程由圖中我們可以看到，D7.0為輸入的8位二進(jìn)制數(shù)，BCDOUT11.0為對(duì)應(yīng)得到的12BCD碼，在t=100s時(shí)，REGL=79H,BCD