八路呼叫器設(shè)計

任務(wù)目的要求、設(shè)計目的1、運(yùn)用數(shù)字電子技術(shù)、模擬電子技術(shù)的知識進(jìn)行電路設(shè)計。2、提高識讀中小規(guī)模集成芯片的能力，能夠熟練地、合理地選用集成電路器件。3、掌握74LS148、74LS374、CD4511、數(shù)碼管、555、74LS30或74LD686、74LS00、7805、等單元電路的綜合應(yīng)用。4、掌握穩(wěn)壓電源的整流、濾波、穩(wěn)壓工作原理。54、掌握穩(wěn)壓電源的整流、濾波、穩(wěn)壓工作原理。5、熟悉八路呼叫器的工作原理。6、掌握用Multisim6、7、7、合實驗報告的能力。二、設(shè)計內(nèi)容設(shè)計一個八路呼叫器。三、設(shè)計要求1、當(dāng)某一路由呼叫時，顯示該路編號；2、2、同時聲光報警，報警時間2秒；3、報警狀態(tài)可手動通過按鍵切除；4、設(shè)計出實現(xiàn)電路；5、用Multisim軟件對該系統(tǒng)進(jìn)行仿真；6、用萬用板焊接器件，制作電路，完成調(diào)試、撰寫設(shè)計報告；

四、預(yù)習(xí)內(nèi)容1、查閱74LS148、74LS374、CD4511、共陰極數(shù)碼管、555、74LS30或74LD686、74LS00、7805等集成芯片的功能表及相關(guān)參數(shù)和引2、熟悉掌握穩(wěn)壓電源的整流、濾波、穩(wěn)壓工作原理3、學(xué)習(xí)Multisim仿真軟件。顯示五、設(shè)計參考電路顯示譯碼驅(qū)動編碼器手動控制編碼器呼叫輸入單穩(wěn)電路一呼叫輸入單穩(wěn)電路一?鎖存控制一?聲光報警六、報告要求1、 根據(jù)設(shè)計任務(wù)要求，從選擇設(shè)計方案開始，首先按單元電路進(jìn)行設(shè)計，選擇合適的元器件，最后畫出總的原理圖；2、 對電路布局要求合理、走線清楚、工作可靠；3、 要求使用A4紙手寫，必須有封面、任務(wù)書及教師評語表；4、 課程設(shè)計報告一般應(yīng)包含：問題分析、方案的提出、設(shè)計思路、硬件原理框圖、電路圖及說明、集成芯片簡介、設(shè)計過程中遇到的主要難點(diǎn)、解決的辦法及體會。

系統(tǒng)工作原理一、概述當(dāng)某一路有呼叫信號輸入時，該信號會被送到編碼器(74LS148)中進(jìn)行編碼，編碼器信號經(jīng)過反相器G4LS04),經(jīng)驅(qū)動芯片(CD4511)輸出到顯示電路，顯示這一路的編碼。同時觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)電路，產(chǎn)生2s的高電平，使多諧振蕩器工作，使LED和蜂鳴器產(chǎn)生2S警報信號，報警狀態(tài)可以通過手動按鍵消除。八路呼叫器的電路主要由編碼/鎖存/譯碼/顯示電路、單穩(wěn)態(tài)電路、報警電路/手動控制電路組成。其中，CD4511是自帶鎖存功能的七段數(shù)碼管驅(qū)動芯片。系統(tǒng)仿真電路U17IL53014功屋介軸1顯示4弋號路”可手功消隱警報有瞥報顯示瘵數(shù)MS.LEDT作74LS3UNU2MD-XM,閃C4晦ME-73I-74LSiimivceT；■-7<SWW74LSOON——74USW!3JT^1￡mgT1IR6'47JPU1"C3銳910nF-UeO??當(dāng)■>10.0KQas■TEC?DESi?ft -oar260Q1LED1U17IL53014功屋介軸1顯示4弋號路”可手功消隱警報有瞥報顯示瘵數(shù)MS.LEDT作74LS3UNU2MD-XM,閃C4晦ME-73I-74LSiimivceT；■-7<SWW74LSOON——74USW!3JT^1￡mgT1IR6'47JPU1"C3銳910nF-UeO??當(dāng)■>10.0KQas■TEC?DESi?ft -oar260Q1LED1*74LSOAN上R7W除門vcc&v74LSJ74NiftisiOSM2D1-2-fr2^■TCKan3單元電路設(shè)計1.編碼/鎖存/譯碼/顯示電路?--VCC-1 》 iikiVl…J?.上竺?5皿茁…':■"?_』~- … -II?‘—L-_3ST電路結(jié)構(gòu)及工作原理：電路由按鍵、8-3線優(yōu)先編碼器74LS148、反相器74LS04、驅(qū)動器CD4511、七段數(shù)碼管及保護(hù)電阻構(gòu)成。當(dāng)J1至J8中某一個按鍵按下時，表明該路有呼叫。在74LS148的輸出端有相應(yīng)的編碼（反碼）輸出。通過反相器輸入CD4511譯碼驅(qū)動數(shù)碼管顯示相應(yīng)的按鍵數(shù)。例如，當(dāng)J3按鍵按下時，表明J3所在的這一路有呼叫，這時J3的低電平輸入74LS148進(jìn)行編碼。經(jīng)反相器74LS04反相后輸入CD4511譯碼驅(qū)動，數(shù)碼顯示器顯示數(shù)碼2?顯示電路只需要將CD4511鎖存端EL連接到單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出端，即可實現(xiàn)顯示電路顯示相應(yīng)時間（EL高電平鎖存）。注釋:因為74LS148只能編碼0—7,而使用74LS30（8與非）經(jīng)反相器連接CD4511A4引腳，可將輸出的“0”的以“8”顯示在數(shù)碼管上。延時2S報警電路電路結(jié)構(gòu)及工作原理:電路由按鍵、8與非門74LS30、單穩(wěn)態(tài)電路、與非門74LS04、反相器、多諧振蕩器、LED和蜂鳴器組成。當(dāng)J1至J8中某一個按鍵按下時，表明該路有呼叫。使得74LS30輸出高電平，經(jīng)反相器，產(chǎn)生低電平觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)電路,產(chǎn)生2S高電平延時，經(jīng)兩個反相觸發(fā)多諧振蕩器4RST引腳,使其振蕩，從而控制LED和蜂鳴器工作，產(chǎn)生警報。其中，手動消除警報電路，由鎖存器74LS374,與非門74LS00構(gòu)成，在2S期間可手動使多諧振蕩器4RST引腳置低，從而不工作，即消除警報。注釋：圖中①線連接CD4511消隱引腳BI和鎖存引腳EL實現(xiàn)無呼叫時數(shù)碼管滅，有呼叫時鎖存。報警電路/手動控制電路R551.0KQIO陸i7-OkQ匸■C3-)Ohl-?-UI0Z-R551.0KQIO陸i7-OkQ匸■C3-)Ohl-?-UI0Z--?￡>￡￡■■■??TbSBHHII1 ■SVI■COW----??-KL少LED1MS.VIRTUAL電路結(jié)構(gòu)及工作原理電路由按鍵、2輸入四與門74LS00、六反相器74LS04、三極管、LED發(fā)光二級管以及保護(hù)電阻構(gòu)成。此處LED燈極為模擬的簡要報警裝置。當(dāng)按鍵按下時低電平輸入經(jīng)反相器使其清零，LED燈熄滅。其中J9、R17、VCC、GND實際中被74LS374等效代替，實現(xiàn)2S期間手動消除警報功能。仿真時出現(xiàn)的問題multisim中CD4511功能與實際芯片不符合，所以仿真時電路與實際電路圖不符合。2?開始對multisim軟件不熟悉，許多芯片找不到；3.由于仿真軟件仿真時時間不是1:1,為了現(xiàn)象明顯，我們適當(dāng)按比例縮小了電阻、電容等的參數(shù)。集成芯片介紹1.優(yōu)先編碼器74LS148UccEoS13 12 11IoYo帀01冋麗冋麗1151?) 74LS148UL2JL3JL4JL5JL6JLZJL8]14 15 16 17EiY2Y1GND圖1 74LS148的管腳圖74LS148優(yōu)先編碼器有八個輸入端和三個輸出端。當(dāng)某一輸入端有低電平輸入，且比它優(yōu)先級別高的輸入端沒有低電平輸入時，輸出端才輸出相應(yīng)該輸入端的代碼。例如： D5=0且D6二D7=1（D6、D7優(yōu)先級別高于D5）則此時輸出代碼010。當(dāng)0E輸入EI=1時，禁止編碼、輸出（反碼）:A2,A1,A0為全1。當(dāng)0E輸入EI=0時，允許編碼，在D0-D7輸入中，輸入D7優(yōu)先級最高，其余依次為：D6,D5,D4,D3,D2,D1,DO等級排列。74LS148優(yōu)先編碼器輸出為反碼。

六反相器74LS04|14| 1312 11 1C)9 B)rt50-"0^H>°-■■[>>4>>■LJ②辺4 56 7GNDFunctionTableY=AInputOutputAYLHHLn三HIGHLogtcLewiL=LOWLogicLsveE74LS04是六非門（反相器），其工作電壓為5V,其內(nèi)部含有6個CMOS反相器，74LS04的作用就是反相把1變成0,或0變成1。邏輯關(guān)系為Q=~Q驅(qū)動芯片CD4511輸出 fgabcde呼iilliiii1石IP\413121110 9> C[)45111^345^78CD4511是一片cMoSBcD—鎖存/七段譯碼/驅(qū)動器，弓I腳排列侑入運(yùn)切天燈皺能侑入運(yùn)切天燈皺能如圖所示。其中A1、A2、A3、A4為BCD碼輸入，A1為最低位。BI：消隱輸入控制端，當(dāng)BI=0時，不管其它輸入端狀態(tài)如何，七段數(shù)碼管均處于熄滅(消隱)狀態(tài)，不顯示數(shù)字。LT：測試輸入端，當(dāng)BI=1,LT=0時，譯碼輸出全為1,不管輸入DCBA狀態(tài)如何，七段均發(fā)亮，顯示“8”。它主要用來檢測數(shù)碼管是否損壞。LE：鎖定控制端，當(dāng)LE=0時，允許譯碼輸出。LE=1時譯碼器是鎖定保持狀態(tài)，譯碼器輸出被保持在LE=0時的數(shù)值。另外CD4511有拒絕偽碼的特點(diǎn)，當(dāng)輸入數(shù)據(jù)越過十進(jìn)制數(shù)9(1001)時，顯示字形也自行消隱。LE是鎖存控制端，高電平時鎖存，低電平時傳輸數(shù)據(jù)。a?g是7段輸出，可驅(qū)動共陰LED數(shù)碼管。另外，CD4511顯示數(shù)“6”時，a段消隱；顯示數(shù)“9”時，d段消隱，所以顯示6、9這兩個數(shù)時，字形不太美觀。所謂共陰LED數(shù)碼管是指7段LED的陰極是連在一起的，在應(yīng)用中應(yīng)接地。限流電阻要根據(jù)電源電壓來選取，電源電壓5V時可使用300Q的限流電阻。4?八與非門74LS30dvubbdvubbA-H為輸入端，Y為輸出端，邏輯關(guān)系為Y二A-H為輸入端，Y為輸出端，邏輯關(guān)系為Y二ABCDEFGH。四與非門74LS0013121110cl 8PL匚EUJA4>>^=11|2345b7VCCGND邏輯關(guān)系：Y=~(AB)555定時器1,GND2,Vi2-——TR1,GND2,Vi2-——TR「3,Vo——-ouij￡"RD-RSTp5,VcoCON6,Vil-——THRvDIS4-5kQ555定時器內(nèi)部電路:16J:111DCOTHTR1>^—OUT555定時器可構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器，電路圖如下vcc&v200k￡--4-5kQ555定時器內(nèi)部電路:16J:111DCOTHTR1>^—OUT555定時器可構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器，電路圖如下vcc&v200k￡---VCD-mt-ocn單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器多諧振蕩器其中，單穩(wěn)態(tài)延時時間Tw=RCln3=1?1RC；多諧振蕩器振蕩周期T=(R1+2R2)Cln2占空比q二R1/(R1+R2)注釋：具體推導(dǎo)過程參考《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》-第十章。

鎖存器74LS374^cc°7S也力S屯比創(chuàng)-vinr151丄I13 12||11i|2 35\q」〔UE強(qiáng)切Di0| 02乃屯0]GNDTRUTHTABLEINPUTSOUTPUTOECPDnQnLTHHLTLLLLXQOHXXZH=HighLevel(SteadyState)L=LowLevel(SteadyState)X=Don'tCareT=TransitionfromLowtoHighLevelQ0=ThelevelofQbeforetheindicatedsteady-stateinputcondition呂wereestablishedZ=HighImpedanceStateOE為使能端，低電平使能，高電平輸出端為高阻態(tài)；CP(CLK)為控制脈沖輸入端，當(dāng)CP由低變高(上升沿)時,輸出跟隨輸入，即Q=D;CP其他情況輸出Q都不會變化，成保持狀態(tài)。電路圖如下電路安裝、調(diào)試與測試1電路安裝購買適當(dāng)?shù)脑骷ㄒ姼戒洠?，還應(yīng)備直流穩(wěn)壓電源和萬用表，搭建電路進(jìn)行試驗。布局。按照原理圖并依整體布局情況擺放器件。連線。根據(jù)器件的擺放先手繪各個管腳的連線，有利于焊接實驗的順利進(jìn)行。焊接。（期間應(yīng)嚴(yán)格按規(guī)定操作，注意安全，防止?fàn)C傷。）接入電源，進(jìn)行實驗。（不要在帶電的情況下插、拔或焊接集成電路，以防損壞器件或造成電路故障。）電路調(diào)試該步是實驗的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，是理論與實踐相結(jié)合的關(guān)鍵階段1.檢查電路。焊接完成后，對照電路圖，按信號的流向逐級檢查電路的安裝是否準(zhǔn)確無誤。2.通電觀察。電源接通，先觀察電路是否有異常情況，如冒煙異常氣味、放電、發(fā)光、元器件不正常的發(fā)燙、電源電壓是否掉下來等現(xiàn)象。若有，排除故障后重新接通電源，然后測量電路的電源電壓是否正常，每個集成電路的電源引腳電壓是否正常，以確信集成電路是否已通電工作。靜態(tài)調(diào)試。不加輸入信號，測量電路關(guān)鍵點(diǎn)的電位是否正常動態(tài)調(diào)試。加上輸入信號，觀測電路輸出信號是否符合要求指標(biāo)測試。對課題要求的技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行測試，做出測試結(jié)論確定電路的技術(shù)指標(biāo)是否符合技術(shù)指標(biāo)。調(diào)試時出現(xiàn)的錯誤在實際調(diào)試中，我組焊接的電路板起初無法正常運(yùn)行，按鍵后，數(shù)碼管只能顯示0,2,4,6,8,這四個數(shù)字，其他按鍵時數(shù)碼管不顯示，確定不是焊接質(zhì)量問題后，在陳老師的提示下，明白了原因，即我用了CD4511的高三位，而且最低位接地，因此只顯示偶數(shù)，并且會輸入超過9的數(shù)字，時CD4511消隱。結(jié)論本次課設(shè)的目的是設(shè)計一個八路呼叫器，主要目的是實現(xiàn)當(dāng)醫(yī)院發(fā)生緊急情況是，病房之中又有多個病人需要護(hù)理的一個優(yōu)先級別電路應(yīng)用于醫(yī)院病房呼叫具有優(yōu)先級別的呼叫系統(tǒng)，當(dāng)病人需要呼救時系統(tǒng)自動處理具有優(yōu)先級別的編號，同時產(chǎn)生2秒的聲音信號，另外在產(chǎn)生信號的同時，系統(tǒng)會顯示呼叫病人病房編號。這樣醫(yī)護(hù)人員可根據(jù)系統(tǒng)的優(yōu)先級別對每個病人進(jìn)行救治。當(dāng)有多個病人同時呼救時，系統(tǒng)會會根據(jù)優(yōu)先級別呼出當(dāng)前最高信號，按下清零鍵后，聲音信號停止。本設(shè)計的主導(dǎo)思想是設(shè)計一個當(dāng)病人緊急呼叫時，產(chǎn)生聲音信號提示，并顯示病房編號，然后根據(jù)病人病情優(yōu)先級別處理，當(dāng)多人呼叫時，病情嚴(yán)重者優(yōu)先。通過此電路的設(shè)計，讓我明白如何將理論與實踐相結(jié)合，對Multisim軟件的應(yīng)用更為靈活；通過電路板的焊接，增強(qiáng)了自己的實際動手能力，同時對各器件的工作原理有了更進(jìn)一步的理解。在現(xiàn)實生活中，此設(shè)計可得到進(jìn)一步的改善。例如，在每個按鍵旁安裝反饋信號（聲光信號），使病人明確得知醫(yī)護(hù)人員已接受呼叫信號，可有效防止重復(fù)呼叫等?？偨Y(jié)及體會通過這兩周的課程設(shè)計訓(xùn)練，意識到理論成功與實踐成功的距離，我認(rèn)識到要運(yùn)用自己的專業(yè)知識解決實際問題，理論知識必須扎實，理論是時間的強(qiáng)大后盾，但是這只是必要條件，實踐中個人的動手能力也是必要的，它需要自己的嚴(yán)謹(jǐn)、細(xì)心的操作，善于捕捉操作中問題，并積極思考尋找解決辦法。特別是這次的實習(xí)，所需芯片很多，芯片引腳也非常多，所以提前掌握好芯片的特性，并且在操作中區(qū)分好引腳分布尤為重要。開始仿真時，很容易就實現(xiàn)了電路功能，因為軟件非常人性化，感覺這次任務(wù)完成一半了，可接下來的過程讓我認(rèn)識到，仿真成功之時驗證了設(shè)計思路的可行性，但是最后的電路“行不行”還是未知數(shù)的，所以仿真只算是設(shè)計的準(zhǔn)備階段。在電路焊接過程中，引腳相距很近，很容易短接，必須十分小心，但是由于許多芯片過熱會損壞，焊接不能太慢，這都加大了焊接的高標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到焊接質(zhì)量，速度的合格。焊接中，我感覺難度最大的就是——布線，我選用的板子是雙連孔，多連孔混合的，而且由于芯片引腳排列也不是有順序的，所以布線必須統(tǒng)籌全局，合理，簡潔。通過實習(xí)，我鞏固了專業(yè)理論知識，培養(yǎng)了專業(yè)興趣，提高了動手能力，還有我嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。這都有助于我在今后的學(xué)習(xí)中更加