病床呼叫系統(tǒng)

.z......資料....數(shù)字邏輯綜合型實驗設(shè)計報告課程名稱數(shù)字邏輯實驗題目名稱病床呼叫系統(tǒng)班級學(xué)號學(xué)生**同組班級20130612同組**同組**指導(dǎo)教師武俊鵬、孟昭林、*書勇、趙國冬綜合實驗成績2015年06月摘要隨著社會的進步和發(fā)展，醫(yī)療水平的不斷提高，現(xiàn)代醫(yī)院護理需要簡易及時地獲知并處理病人的突發(fā)狀況，實現(xiàn)患者在住院的任意時間可請求醫(yī)生或護士進行診斷或護理。病房呼叫系統(tǒng)是病人請求值班醫(yī)生或護士進行診斷或護理的緊急呼叫工具，可將病人的請求快速傳送給值班醫(yī)生或護士，是提高醫(yī)院和病房護理水平的必備設(shè)備之一。呼叫系統(tǒng)的優(yōu)劣直接關(guān)系到病員的安危，歷來受到各大醫(yī)院的普遍重視。它要求及時、準確、可靠、簡便可行、利于推廣。醫(yī)院病床呼叫系統(tǒng)是患者向值班醫(yī)生或護士發(fā)出緊急呼叫的工具，提高管理效率與醫(yī)護水平，是現(xiàn)代醫(yī)院提高護理水平必不可少的設(shè)備。有了病床呼叫控制系統(tǒng)，醫(yī)院的護理工作變得更加方便全面，不用再為值班醫(yī)生和護士未能及時發(fā)現(xiàn)突發(fā)病況而煩惱。基于數(shù)字邏輯相關(guān)理論設(shè)計的病床呼叫系統(tǒng)可以及時、準確、可靠地實現(xiàn)病房呼叫管理，具有良好的實踐應(yīng)用。本文論及芯片的性能，型號選用，仿真分析，外部接線等控制應(yīng)用。主要探討了醫(yī)院病房的5病床設(shè)計可行性方案，控制了邏輯呼叫控序與人員響應(yīng)，列出了電器元件清單，繪出了硬件接線圖，滿足了設(shè)計目標要求，并增添了拓展功能。關(guān)鍵詞：病床呼叫、數(shù)字邏輯目錄1需求分析-3-1.1基本功能要求-3-1.2創(chuàng)新拓展功能-3-1.3設(shè)計原理-4-2系統(tǒng)設(shè)計-5-2.1系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計-5-2.2系統(tǒng)物理結(jié)構(gòu)設(shè)計與仿真驗證-5-3系統(tǒng)實現(xiàn)-17-3.1系統(tǒng)實現(xiàn)過程-19-3.2系統(tǒng)測試-20-3.3系統(tǒng)最終電路圖-21-3.4系統(tǒng)團隊分工-21-3.5最終實物連接圖-22-4總結(jié)-23-參考文獻-24-1需求分析1.1基本功能要求共有5個病床，每個病床優(yōu)先級不同。每一病床床頭均有緊急呼叫按鈕及重置按鈕，以利病人不適時緊急呼叫；設(shè)一護士站，護士站有病人緊急呼叫與復(fù)位的重置按鈕；每一病床均有對應(yīng)指示燈，一旦病人按下緊急呼叫按鈕，其對應(yīng)指示燈亮；病人按下呼叫按鈕時，蜂鳴器響5秒；在護士站的病房緊急呼叫中心，用指示燈顯示哪一病房先按下病人緊急呼叫按鈕，并要具有優(yōu)先級判別的能力，有多個信號呼叫時，顯示優(yōu)先級最高的呼叫號（其他呼叫用指示燈顯示）；；一旦護士發(fā)現(xiàn)呼叫后，須先按下復(fù)位鍵，再依病房緊急呼叫順序處理病房緊急事故，指示燈方燈被重置。1.2創(chuàng)新拓展功能1）當不同優(yōu)先級的病人同時呼叫時，數(shù)碼管只能顯示優(yōu)先級高的病人，我們增加了復(fù)位鍵，撥動后可顯示下一優(yōu)先級的病床號。2）在醫(yī)院里病床呼叫并不一定能及時的通知到護士醫(yī)生去相應(yīng)的病房，當一次蜂鳴器響和數(shù)碼管顯示沒有及時的通知到醫(yī)生護士時，需要再次提醒。我們擴展了二次提醒功能的模塊。1.3設(shè)計原理病房呼叫系統(tǒng)分為三個主要功能模塊：呼叫模塊，優(yōu)先選擇模塊，譯碼顯示模塊。。這些模塊共同工作完成本電路的功能實現(xiàn)。其中運用了3線—8線譯碼器和74LS148優(yōu)先權(quán)編碼器來實現(xiàn)優(yōu)先選擇模塊主要功能，其中運用自己設(shè)計的小規(guī)模邏輯門電路和數(shù)碼管來實現(xiàn)譯碼顯示模塊主要功能，運用74LS161四位二進制加法計數(shù)器來實現(xiàn)呼叫5秒模塊。信號呼叫（1個至5個）由呼叫顯示模塊的各個呼叫開關(guān)發(fā)出并使對應(yīng)的病床指示燈亮起。接著，信號傳到優(yōu)先選擇模塊，將優(yōu)先級別最高的患者的信號選擇出來，并傳到呼叫模塊與譯碼顯示模塊：呼叫模塊通過74LS161四位二進制加法計數(shù)器電路令蜂鳴器鳴叫5秒，同時譯碼顯示模塊通過小規(guī)模邏輯門集成電路與74LS148將信號變換成對應(yīng)的患者床號，并由七段數(shù)碼管顯示出來。當護士發(fā)現(xiàn)后，按下復(fù)位鍵，數(shù)碼管清零，此時該系統(tǒng)可繼續(xù)工作，等待顯示下一次呼叫。2系統(tǒng)設(shè)計2.1系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計該病床呼叫系統(tǒng)一共可以分成三個部分：信號輸入、信號處理、信號輸出。圖2.1-1系統(tǒng)總設(shè)計圖2.2系統(tǒng)物理結(jié)構(gòu)設(shè)計與仿真驗證（1）.呼叫功能模塊病房內(nèi)5個撥動開關(guān)和開關(guān)值班室另5個撥動開關(guān)接入74LS86構(gòu)成輸入信號，病床呼叫信號通過反相器74LS04后，再接到74LS148。在優(yōu)先編碼器電路中，同時輸入兩個以上編碼信號時。不過在設(shè)計優(yōu)先編碼器時，優(yōu)先編碼器只按優(yōu)先級高的輸入信號編碼，優(yōu)先級低的信號則不起作用。而值班室內(nèi)可以撥動對應(yīng)開關(guān)改變異或門輸出的邏輯值，從而取消輸出。74ls148優(yōu)先編碼器管腳功能介紹:為16腳的集成芯片，電源是VCC(16)

GND(8),I0—I7為輸入信號，A2,A1,A0為三位二進制編碼輸出信號，IE是使能輸入端，OE是使能輸出端，GS為片優(yōu)先編碼輸出端。圖2.2-174ls148邏輯圖

圖2.2-174ls148邏輯表達式使能端OE(芯片是否啟用)的邏輯方程：OE=I0·I1·I2·I3·I4·I5·I6·I7·IE當OE輸入IE=1時，禁止編碼、輸出(反碼)：A2,A1,A0為全1。當OE輸入IE=0時，允許編碼，在I0～I7輸入中，輸入I7優(yōu)先級最高，其余依次為：I6,I5,I4,I3,I2,I0，I0等級排列。表2.2-1優(yōu)先編碼器74ls148功能表輸入輸出EII0I1I2I3I4I5I6I7A2A1A0GSEO1********11111011111111111100*******0000010******01001100*****011010100****0111011100***01111100100**011111101100*01111111101000111111111110

從以上的的功能表中可以得出，74ls148輸入端優(yōu)先級別的次序依次為I7，I6，…，I0。當*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：I5=0且I6=I7=1(I6、I7優(yōu)先級別高于I5)則此時輸出代碼010(為(5)10=(101)2的反碼)這就是優(yōu)先編碼器的工作原理。由74LS148芯片的真值表，我們選取I6、I5、I4、I3、I2、五個輸入端，將其分別與五個呼叫端連接，信號A2A1A0輸入74LS08芯片與門后再分別接到8421顯示管的4,、2、1位上，將8位接地，則2進制代碼別轉(zhuǎn)化為十進制數(shù)，顯示管上將分別顯示5，4,，3，2，1，達到顯示優(yōu)先級最高呼叫號的功能。圖2.2-274LS148優(yōu)先權(quán)編碼器呼叫信號處理部分邏輯電路圖（2）.優(yōu)先選擇模塊74LS08與門出來的三路信號接到74LS138的A2、A1、A0，然后把該芯片的Y5、Y4、Y3、Y2、Y1經(jīng)過反相器，然后接到相應(yīng)的燈，表示五個病床對應(yīng)的燈。表2.2-274LS138真值表由表2.1-2中我們可以得到，G1,G2,G3為片選段，G1=1,G2=G3=1時，譯碼器工作。；；；；。Y1、Y2、Y3、Y4、Y5分別連接LED燈1-5號。圖2.2-3指示燈控制電路邏輯圖3.譯碼顯示模塊由74LS08出來的三路信號分別接到與OE端相與由低至高連到74LS38的四個輸入端構(gòu)成能顯示呼叫床號的顯示部分。病床號由于74LS148的優(yōu)先級編碼的功能使得數(shù)碼管的顯示具有優(yōu)先級功能，為實現(xiàn)對蜂鳴器時間的控制，我們使用了74LS161芯片。表2.2-374LS161真值表圖2.2-474LS161波形圖計數(shù)器使用1HZ的時鐘頻率，用一個74LS161接成5進制計數(shù)器，輸出端的QA和QB相與非再和負責清零的撥動開關(guān)異或輸入清零端，當輸出為0101即5時，與非門輸出0，在和撥動開關(guān)異或就可以使74LS161清零，而當輸出端輸出的識別的數(shù)字是，與非門輸出是1，就無法清零，這樣就可以達到是74LS161芯片模5計數(shù)的功能了。74LS08中的三個輸出端口，經(jīng)過74LS32取或，輸出信號Y，既與74LS161的LOAD(置數(shù)端)相連，又和74LS161輸出端的QA和QB相與非后再與后接蜂鳴器(指示燈)。沒有病床呼叫時，Y=0，此時蜂鳴器不響（指示燈不亮），74LS161的初態(tài)均為零，輸出端輸出值也為零，取反為1；當有病床呼叫時，Y=1與輸出端的QA和QB相與非后相與為1，即蜂鳴器(指示燈亮)開始響。計數(shù)器開始工作，5秒鐘之后，進位端輸出1，取反為0，與時鐘信號相與為0，計數(shù)器停止工作，同時，蜂鳴器停止蜂鳴（指示燈熄滅）。圖2.2-5數(shù)碼管顯示控制電路邏輯圖圖2.2-6蜂鳴器控制電路邏輯圖圖2.1-6計時器器控制電路邏輯圖兩片74LS192級連，實現(xiàn)進位功能，低位片的進位接到高位片的加計數(shù)上，實現(xiàn)了此功能。圖2.1-7再次報警控制電路邏輯圖QAQC相與后接蜂鳴器，可實現(xiàn)每隔兩秒響一次，九秒一循環(huán)。圖2.1-8選擇控制電路邏輯圖為了防止增加的再次報警電路影響基本功能，增加了四選一數(shù)據(jù)選擇器來控制電路互不干擾，否則，蜂鳴器五秒計時功能不能實現(xiàn)。實驗所需器材數(shù)字邏輯試驗箱 1臺74LS00 4組2輸入與非門1片74LS04 反相器 2片74LS08 4組2輸入與門 1片74LS32 4組2輸入或門 1片74LS86 4組2輸入異或門 2片74LS138 3線-8線譯碼器 1片74LS148 優(yōu)先編碼器 1片74LS161 4位二進制加法計數(shù)器 1片導(dǎo)線 若干（3）在本實驗中使用的主要芯片介紹如下。1）74LS04芯片圖2.2-774LS04芯片簡介2）74LS148芯片圖2.2-874LS148芯片簡介74LS148是一個八線-三線優(yōu)先級編碼器。74LS148優(yōu)先編碼器為16腳的集成芯片，除電源腳VCC(16)和GND(8)外，其余輸入、輸出腳的作用和腳號如圖中所標。其中I0—I7為輸入信號，A2,A1,A0為三位二進制編碼輸出信號，IE是使能輸入端，OE是使能輸出端，GS為片優(yōu)先編碼輸出端。它在允許編碼(IE=0)，且有編碼輸入信號時為0(如表2.1-1中第三至第十行)；若允許編碼而無編碼輸入信號時為1(如表2.1-1第二行)；在不允許編碼(IE=1)時，它也為1(如表2.1-1第一行)。GS=0表示“電路工作，而且有編碼輸入”。3）74LS08芯片圖2.2-974LS08芯片簡介信號從74LS08出來后，再分別引入74LS138變量譯碼器。74LS138芯片是3線-8線譯碼器4）74LS13874LS138芯片是常用的3-8線譯碼器，常用在數(shù)字電路的譯碼電路中.真值表：圖2.2-1074LS138芯片簡介4）74LS32芯片圖2.2-1174LS32芯片表2.2-1274LS32芯片3系統(tǒng)實現(xiàn)3.1系統(tǒng)實現(xiàn)過程在完成本設(shè)計的過程中，我使用了Multisim10。我在學(xué)校的FTP上，找到了破解版的Multisim10.1.1，下載安裝也比較省時省事，軟件功能穩(wěn)定全面。這樣，系統(tǒng)就可以仿真測試了，我在使用的過程中也發(fā)現(xiàn)，Multisim10的元器件以及儀表儀器很齊全，即便是庫中沒有用戶所需要的器件，用戶也可以根據(jù)自己的設(shè)計需要自行封裝并保存，以備后續(xù)使用。此外，一般設(shè)計電路使用到的功能，幾乎都可以在主界面找到相應(yīng)的按鈕或者菜單，為用戶的設(shè)計工作提供了極大方便。其次，就是電路方面的知識。仿真軟件再好，也只是一個工具，電路設(shè)計成功與否關(guān)鍵還是設(shè)計者的功力。一個不算復(fù)雜的電路，可能僅僅由于*個小元件的參數(shù)設(shè)置不合適，整個電路就無法正常工作，因此，完成一個電路的設(shè)計，首先要求設(shè)計者對設(shè)計題目深入分析，對各個元件的參數(shù)設(shè)置有一個合理把握。在本設(shè)計中，就是由于起初我對設(shè)計題目的理解不夠到位，設(shè)計的電路總也出不來結(jié)果，最讓人受挫的一次是明明開關(guān)已經(jīng)斷開，可是相應(yīng)的呼叫指示燈仍然亮，而數(shù)碼管也無法穩(wěn)定顯示同時閉合的兩個開關(guān)中優(yōu)先級別最高的，后來發(fā)現(xiàn)，正是由于電路異或門的參數(shù)設(shè)置不合適所導(dǎo)致。設(shè)計好電路后，我們開始在實驗臺上實現(xiàn)，調(diào)試，在連接好基本功能的電路時，出現(xiàn)了數(shù)碼管5秒計時不能停止的情況，發(fā)現(xiàn)是74LS04反相器的5、6號管腳的問題，所以我們更換了芯片。我們在新的芯片中再次連線發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)就可以正常的工作了。3.2系統(tǒng)測試在實驗箱調(diào)試完成后；檢查：連線無誤；電路放置正確電源正確連接打開試驗箱的開關(guān)ON\OFF，此時數(shù)碼管顯示為零首先測試1號病人呼叫，檢查1對應(yīng)的指示燈是否亮，并且是否伴有蜂鳴聲。數(shù)碼管顯示5秒計時；再看按下復(fù)位鍵后，數(shù)碼管是否清零，且不影響下次呼叫；第二測試3、4號病人同時護叫，此時發(fā)現(xiàn)3、4號病人對應(yīng)的指示燈同時亮起，蜂鳴器發(fā)出蜂鳴聲，數(shù)碼管顯示的是3（因為設(shè)定3號比4號優(yōu)先級高）；當撥動復(fù)位鍵，數(shù)碼管可顯示4，這個拓展功能的實際意義是可提示護士有多人同時呼叫；第三測試5號病人呼叫，9秒內(nèi)不動復(fù)位鍵，一數(shù)碼可顯示9秒計時，蜂鳴器再響，這時為提示護士有病人呼叫未回應(yīng)，我們設(shè)計了隔2秒響2秒的方式，與之前功能以示區(qū)別。兩數(shù)碼管可記錄顯示護士響應(yīng)時間，此功能可記錄護士工作效率。測試完畢，整理試驗箱，芯片。具體的在MULTISIM10下檢驗病房呼叫系統(tǒng)的步驟如下：（1）首先觸發(fā)一個病人信號，看是否產(chǎn)生聲、光報警，蜂鳴器聲音響，數(shù)碼管是否顯示對應(yīng)的病人編號；直到完成了此功能，進行下一向調(diào)試。（2）向調(diào)試觸發(fā)多個病人信號，同樣看是否產(chǎn)生聲、光報警，蜂鳴器聲音響，數(shù)碼管是否顯示最優(yōu)先的病人編號；如能完成此功能則它是正確的。（3）撥動復(fù)位鍵后，系統(tǒng)按優(yōu)先等級顯示下一個優(yōu)先級高的病人編號。（4）按下復(fù)位后，系統(tǒng)將自動恢復(fù)到初始狀態(tài)：顯示燈全滅，數(shù)碼管顯示0。3.3系統(tǒng)最終電路圖圖3.3-1試驗電路圖病人、護士對應(yīng)的開關(guān)通過異或門連接，只要其不同異或就出1進行信號產(chǎn)生和復(fù)位，再接反相器，因為74LS148低電平輸入有效。三與門控制數(shù)碼管不工作時顯示“0”。74LS148的輸出給74LS138譯碼器輸入，實現(xiàn)了優(yōu)先級的指示燈。74LS161芯片是通過將不同輸出與非再接輸入端實現(xiàn)了五進制，十六進制計數(shù)。兩片74LS192芯片級連形成進位，通過顯示管顯示十進制計時。為防止輸入蜂鳴器信號干擾，使用74LS153數(shù)據(jù)選擇器，對不同信號進行選擇，以排除干擾。3.4系統(tǒng)團隊分工實驗設(shè)計部分：我74LS148優(yōu)先權(quán)編碼器的功能設(shè)計，同時在連接電路時進行芯