EDA專業(yè)課程設(shè)計(jì)病床呼叫系統(tǒng)

第一章摘要醫(yī)院能夠最好為病人服務(wù)，是很關(guān)鍵，不過因?yàn)獒t(yī)院工作人員有限，而且護(hù)士不能總是在每一位病人身邊，所以病房床位呼叫器對于一個(gè)醫(yī)院來講很關(guān)鍵，它能夠使病人在危急時(shí)刻立即聯(lián)絡(luò)上醫(yī)生或護(hù)士，從而得到立即救治或看護(hù)。所以擁有一套功效完善病床呼叫系統(tǒng)，對于一個(gè)大型醫(yī)院來講，至關(guān)關(guān)鍵。本設(shè)計(jì)整個(gè)呼叫系統(tǒng)由控制、顯示、報(bào)警三部分組成，使得病人能夠立即通知醫(yī)生，而且醫(yī)生也能很快知道那個(gè)床位病人在求援，本系統(tǒng)還兼具優(yōu)先呼叫功效，把病情嚴(yán)重病人安排在優(yōu)先級較高病床，則當(dāng)優(yōu)先級較高病床呼叫時(shí)能夠屏蔽其它病床呼叫，從而使得病情嚴(yán)重病人得到優(yōu)先醫(yī)治。第二章引言本設(shè)計(jì)病床呼叫系統(tǒng)，當(dāng)病人摁下呼叫按鈕時(shí)，如第1號病人呼叫時(shí)電子數(shù)碼管顯示1號，同時(shí)對應(yīng)床位LED燈亮，蜂鳴器發(fā)出響聲，三秒鐘以后，蜂鳴器停止。不過LED燈和數(shù)碼管仍然顯示，直到醫(yī)生或護(hù)士去到病房解除報(bào)警。因?yàn)榉澍Q器聲音比較刺耳，所以只讓蜂鳴器響三秒，三秒過后自動(dòng)停止，到下一次警報(bào)時(shí)候再響。這么能夠確保醫(yī)院平靜工作環(huán)境，使病人能夠愈加好休息診療。本系統(tǒng)優(yōu)先呼叫功效，當(dāng)優(yōu)先級較高病床呼叫時(shí)，能夠屏蔽其它病床呼叫，如一號病床優(yōu)先級最高，當(dāng)一號和二號病床同時(shí)呼叫時(shí)，數(shù)碼管只顯示1號，系統(tǒng)自動(dòng)屏蔽了二號呼叫，只有當(dāng)1號解除警報(bào)時(shí)含有下一優(yōu)先級病床才能呼叫，這么只要把病情嚴(yán)重病人放在優(yōu)先級較高病床，就能夠確保病人優(yōu)先得到診療，而且是醫(yī)生有目標(biāo)診療，分清主次。第三章課程設(shè)計(jì)內(nèi)容及具體介紹3.1課程設(shè)計(jì)目標(biāo)此次課程設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)一個(gè)病床呼叫系統(tǒng)，經(jīng)過綜合利用所學(xué)過理論知識，系統(tǒng)進(jìn)行電子電路工程實(shí)踐訓(xùn)練，從設(shè)計(jì)要求功效分析、電子器件選擇、電子器件連接（組合邏輯電路設(shè)計(jì)，以立即序邏輯電路設(shè)計(jì)）、功效實(shí)現(xiàn)過程培養(yǎng)我們分析問題和處理問題能力。3.2課程設(shè)計(jì)內(nèi)容及設(shè)計(jì)思緒技術(shù)參數(shù)：●用一個(gè)數(shù)碼管顯示呼叫信號號碼●沒信號呼叫時(shí)顯示0；有多個(gè)信號呼叫時(shí)，顯示優(yōu)先級最高呼叫號●用5個(gè)撥碼開關(guān)設(shè)置功效鍵，1號優(yōu)先級最高，1-5號優(yōu)先級依次降低●用LDE燈指示對應(yīng)病房有呼叫，有呼叫時(shí)蜂鳴3秒。設(shè)計(jì)要求：用靜態(tài)數(shù)碼管顯示呼叫病房號用蜂鳴器發(fā)出蜂鳴設(shè)計(jì)思緒：依據(jù)試驗(yàn)要求，此次設(shè)計(jì)需要響應(yīng)病床呼叫時(shí)，數(shù)碼管顯示對應(yīng)數(shù)字，而且輸入信號有優(yōu)先級，故需要74HC148優(yōu)先級編碼器需要數(shù)碼管顯示，故其輸出端需要和靜態(tài)顯示數(shù)碼管相連，設(shè)計(jì)要求對應(yīng)病床LED燈亮，故輸出再經(jīng)過3線-8線譯碼器74HC138輸出對應(yīng)5個(gè)信號分別于LED燈相連。試驗(yàn)要求蜂鳴器響三秒鐘結(jié)束，故需要一個(gè)計(jì)數(shù)器來限制新其響時(shí)間。具體設(shè)計(jì)見病床呼叫系統(tǒng)功效模塊介紹3.3病床呼叫系統(tǒng)模塊介紹及原理圖本病床呼叫系統(tǒng)功效模塊分為床位呼叫控制轉(zhuǎn)換模塊，蜂鳴器呼叫時(shí)間控制模塊，系統(tǒng)顯示模塊，蜂鳴器模塊四部分，經(jīng)過各個(gè)模塊協(xié)調(diào)作用，使得病床呼叫系統(tǒng)功效得以具體實(shí)現(xiàn)。3.3.1床位呼叫控制轉(zhuǎn)換模塊及原理圖床位呼叫控制模塊由74HC148、反相器、和門組成。74HC148芯片介紹：8線-3線優(yōu)先編碼器74HC148，許可同時(shí)輸入兩個(gè)以上編碼信號，不過在設(shè)計(jì)優(yōu)先編碼器時(shí)已經(jīng)將全部輸入信號按優(yōu)先次序排了隊(duì)，當(dāng)多個(gè)輸入信號同時(shí)出現(xiàn)時(shí)，只對優(yōu)先權(quán)最高一個(gè)進(jìn)行編碼。74HC148器件圖及其功效表以下：圖3-1輸入輸出EIN0N1N2N3N4N5N6N7NA0NA1NA2NEONGSN1000000000X X X X XX X X11111111X X X X XX X0X X X X XX 01X X X X X011X X X X0111X X X01111X X011111X01111110111111111111100000101001110010111011111011010101010101010圖3-2正常工作時(shí)EIN=0，其中7N—0N優(yōu)先級依次降低，輸出分別對應(yīng)0—7，此次設(shè)計(jì)要求1—5號病床輸入信號時(shí)分別顯示1—5，其中1號優(yōu)先級最高，故1—5號病床輸入分別對應(yīng)6N—2N。又因?yàn)?4HC148輸入低電平有效，故信號輸入端口叫反相器和6N—2N相連。編碼器正常工作，無信號輸入時(shí)，EON=0，有信號輸入時(shí)EON=1輸出端口A0N,A1N,A2N分別和EON相和后作為編碼器輸出信號。這么便能夠?qū)崿F(xiàn)當(dāng)有病床呼叫（高電平）時(shí)，經(jīng)過反相器，優(yōu)先編碼器編譯成對應(yīng)號碼；當(dāng)無信號輸入時(shí)，EON=0，輸出信號為000。再從顯示模塊中顯示出。床位呼叫控制模塊電路原理圖以下圖3-33.3.2蜂鳴器呼叫時(shí)間控制模塊及原理圖本課程設(shè)計(jì)要求，在有床位呼叫時(shí)，蜂鳴器開始響，三秒鐘結(jié)束，本設(shè)計(jì)利用74161十六進(jìn)制計(jì)數(shù)器控制時(shí)間。74161芯片介紹：74161為同時(shí)十六進(jìn)制計(jì)數(shù)器，經(jīng)過時(shí)鐘信號觸發(fā)從零開始計(jì)數(shù)，計(jì)到十五，進(jìn)位端輸出高電平同時(shí)狀態(tài)回到零重新計(jì)數(shù)。芯片有異步置零端，和異步置位，能夠接成小于十六進(jìn)制任意進(jìn)制計(jì)數(shù)器，其芯片圖和真值表以下：圖3-4圖3-5計(jì)數(shù)器在頻率很低時(shí)因?yàn)橛|發(fā)器延時(shí)等原因造成計(jì)時(shí)不正確，故此次設(shè)計(jì)用256HZ時(shí)鐘頻率，依據(jù)計(jì)算：256*3=768=16*16*3，所以用三個(gè)74161接成758進(jìn)制計(jì)數(shù)器，進(jìn)位端取反和時(shí)鐘信號相和，接到74161時(shí)鐘信號輸入端口。當(dāng)有進(jìn)位時(shí)，即進(jìn)位輸出為1時(shí)，取反即為0，和時(shí)鐘信號相和后仍然是0。因?yàn)闆]有時(shí)鐘信號輸入，74161停止工作，即停止計(jì)數(shù)。從開始計(jì)數(shù)到停止計(jì)數(shù)時(shí)間為三秒鐘。病床控制模塊中三個(gè)輸出端口，取或，輸出為Y，既和每個(gè)74161CLRN(異步置零端)相連，又和74161進(jìn)位取反后輸出相和后接蜂鳴器。沒有病床呼叫時(shí)，Y=0，此時(shí)蜂鳴器不響，每個(gè)74161初態(tài)均為零，進(jìn)位也為零，取反為1當(dāng)有病床呼叫時(shí)，Y=1和進(jìn)位取反相和為1，即蜂鳴器開始響。計(jì)數(shù)器開始工作，三秒鐘以后，進(jìn)位端輸出1，取反為0，和時(shí)鐘信號相和為0，計(jì)數(shù)器停止工作，同時(shí)，蜂鳴器停止蜂鳴。直到下一次病床呼叫再開始工。蜂鳴器呼叫時(shí)間控制模塊電路圖以下：圖3-63.3.3系統(tǒng)顯示模塊及原理圖系統(tǒng)顯示模塊包含LED燈顯示模塊和數(shù)碼管顯示模塊兩部分。LED燈顯示模塊LED燈顯示模塊電路圖以下圖3-7當(dāng)有病床呼叫時(shí)，經(jīng)過病床呼叫控制模塊輸出對應(yīng)二進(jìn)制病床號001—101，經(jīng)過741383線—8線譯碼器譯出Y1—Y5對應(yīng)高低電平，控制LED燈亮滅。Y1—Y5中某個(gè)低電平時(shí)對應(yīng)LED1—5中某個(gè)燈亮。74HC138芯片介紹：74HC138為3線-8線譯碼器，將輸入一組二進(jìn)制代碼轉(zhuǎn)換為一組和輸入代碼一一對應(yīng)高低電平信號74HC138及其功效表以下：圖3-8圖3-9輸入輸出G1G2AN+G2BNCBAY0NY1NY2NY3NY4NY5NY6NY7N0X11111111X100000000XXXXXX00000101001110010111011111111111111111110111111110111111110111111110111111110111111110111111110111111110圖3-1074HC138真值表②數(shù)碼管顯示模塊病床呼叫控制模塊輸出端，圖3-7經(jīng)過管腳鎖定，和試驗(yàn)箱數(shù)碼管相連接，顯示呼叫病床號碼。3.3.4蜂鳴器模塊蜂鳴器模塊含有一個(gè)蜂鳴器BUZZER和一個(gè)線跳器JBUZZER當(dāng)使用蜂鳴時(shí)，此跳線短接。同時(shí)獨(dú)立擴(kuò)展下載板CPLD/FPGAJP2/CFSPEAKER接高電平時(shí)，蜂鳴器工作。將系統(tǒng)輸出端口S經(jīng)管腳鎖定到“CPLD/FPGA擴(kuò)展板”PIN38號管腳圖3-18所表示。輸出端S高電平時(shí)蜂鳴器工作。綜合各個(gè)模塊，系統(tǒng)原理圖連接以下：圖3-11系統(tǒng)總原理圖經(jīng)過圖所表示連接，整個(gè)病床呼叫系統(tǒng)，便能夠具體實(shí)現(xiàn)從病床呼叫到顯示到蜂鳴三秒功效。3.4、仿真波形圖當(dāng)I1—5依次出現(xiàn)高電平時(shí)即病床1—5依次呼叫時(shí)，系統(tǒng)電路仿真圖以下：圖3-12輸入輸出仿真圖圖3-13輸入輸出仿真波形圖2將A、B、C、D波形合并成一組，形成W波形，反應(yīng)數(shù)碼管所顯示數(shù)字圖3—13.圖3-13所表示，從第一秒開始，病床1—5依次呼叫，數(shù)碼管依次顯示每次呼叫病床號碼，每次呼叫對應(yīng)LED燈出現(xiàn)高電平，即燈亮，同時(shí)蜂鳴器蜂鳴三秒結(jié)束。當(dāng)有兩個(gè)病床同時(shí)呼叫時(shí)，優(yōu)先顯示優(yōu)先級高病床。圖3—14，3--15所表示：圖3—14ABCD波合成后圖、圖3—15A、B、C、D波未合成時(shí)圖當(dāng)I2和I3同時(shí)出現(xiàn)高電平時(shí)，即病床2和病床3同時(shí)呼叫時(shí)，因?yàn)椴〈?優(yōu)先級比病床三優(yōu)先級高，所以數(shù)碼管只顯示2號病床呼叫，LED燈也只有2號病床對應(yīng)燈亮，同時(shí)蜂鳴器蜂鳴三秒。3.5管腳鎖定及器件連接連接好原理圖輸入和輸出端口必需經(jīng)過管腳鎖定和“CPLD/FPGA擴(kuò)展板”相連接，本屆具體介紹撥那個(gè)床呼叫系統(tǒng)管腳鎖定3.5.1輸入端口管腳鎖定①輸入端口I1—15管腳鎖定圖3-16輸入端口I1—15管腳鎖定輸入端口I1—15即8位數(shù)字開關(guān)組（A）SW1—SW5，分別對應(yīng)“CPLD/FPGA擴(kuò)展板”PIN39、40、41、44、45管腳，開關(guān)撥至ON為邏輯高電平“1”，開關(guān)撥至OFF為邏輯“0”電平時(shí)鐘信號輸入管腳鎖定圖3-17時(shí)鐘信號輸入管腳鎖定時(shí)鐘信號輸入對應(yīng)“CPLD/FPGA擴(kuò)展板”83號，即用導(dǎo)線將試驗(yàn)箱中CLK13和PIN83管腳相連。3.5.1輸出端口管腳鎖定①數(shù)碼管輸出信號管腳鎖定圖3-18數(shù)碼管輸出信號管腳鎖定輸出端口A、B、C、D數(shù)碼管顯示端口1D0—1D3，分別對應(yīng)“CPLD/FPGA擴(kuò)展板”PIN127,128,131,132。輸出端口smg即控位IO_DS1,對應(yīng)“CPLD/FPGA擴(kuò)展板”PIN94管腳。LED燈輸出信號管腳鎖定圖3-19LED燈輸出信號管腳鎖定LED1—5分別對應(yīng)“CPLD/FPGA擴(kuò)展板”PIN12,13,14,15,17管腳。蜂鳴器輸出端口管腳鎖定圖3-20蜂鳴器輸出端口管腳鎖定蜂鳴器輸出端口s即SPEAKER,對應(yīng)“CPLD/FPGA擴(kuò)展板”PIN38號管腳。結(jié)論經(jīng)過電路設(shè)計(jì)，電路波形仿真，管腳鎖定，芯片連接等過程，實(shí)現(xiàn)了課程設(shè)計(jì)要求。當(dāng)有病床呼叫時(shí)，對應(yīng)病床LED燈點(diǎn)亮，數(shù)碼管顯示對應(yīng)病床號，同時(shí)蜂鳴器蜂鳴三秒鐘結(jié)束?；A(chǔ)完成了課程設(shè)計(jì)功效要求。心得體會經(jīng)過一周EDA課程設(shè)計(jì)，從學(xué)習(xí)MaxPlusII軟件，抽選題目，分析題目要求，分析具體要實(shí)現(xiàn)功效，選擇對應(yīng)電子器件，應(yīng)用MaxPlusII軟件畫電路圖連接電路，檢測電路，電路仿真，經(jīng)過仿真波形檢測電路是否能具體實(shí)現(xiàn)課程設(shè)計(jì)所要求功效，使得從書本上學(xué)過知識在實(shí)際中得以利用。經(jīng)過反復(fù)修改電路圖，使得系統(tǒng)功效得以具體實(shí)現(xiàn)過程，培養(yǎng)了自己組合邏輯電路設(shè)計(jì)，時(shí)序邏輯電路設(shè)計(jì)能力。反復(fù)更換電子器件，使自己對數(shù)字電子技術(shù)中多種器件功效了解愈加深切，對以后進(jìn)行一樣設(shè)計(jì)奠定了牢靠基礎(chǔ)。經(jīng)過器件選擇，連接，對中間過程出現(xiàn)問題進(jìn)行分析，檢驗(yàn)、更換電子