病房呼叫報警電路報告

1、一、概述病房呼叫系統(tǒng)在實際生活中對人們生活的改善，對企業(yè)形象的提升起著十分重要的作用。對醫(yī)務(wù)人員而言，不需要時刻去查房、巡邏，更不需要高聲應(yīng)答病人或家屬，免去了無數(shù)次的來回奔波，維護了醫(yī)院良好的安靜環(huán)境，及時而準(zhǔn)確的給病人帶來需要和服務(wù)。對病人及其家屬而言，不必在醫(yī)院大聲喧嘩地呼叫醫(yī)務(wù)人員，也不用親自走到護士房告知護士，更不用在各個病房到處尋找護士。設(shè)計的基本原理：1、對5個病房進行設(shè)計，并設(shè)優(yōu)先級。如1>2>3>4>5。2、Led顯示：將病房發(fā)出的信號轉(zhuǎn)化為0，1二進制，輸入優(yōu)先編碼器74LS148的輸入端，再將74LS148輸出的信號經(jīng)邏輯轉(zhuǎn)化后置入為BCD-七段顯

2、示譯碼器74LS48的輸入端，然后顯示譯碼器74LS48再輸出給LED七段顯示器。3、蜂鳴器報警：將病房發(fā)出的信號轉(zhuǎn)化為一個5s時長的蜂鳴信號，驅(qū)動蜂鳴器工作。4、實現(xiàn)LED顯示器和蜂鳴器的復(fù)位功能。最終實現(xiàn)病房優(yōu)先級分為五級，當(dāng)有病房呼叫時，LED七段顯示器會顯示出呼叫病房的編號，并發(fā)出5s的蜂鳴聲報警。報告組成結(jié)構(gòu)：一、 概述二、 方案論證三、 電路設(shè)計四、 性能測試五、 結(jié)論二、方案論證方案一：將五個病房分為1，2，3，4，5個編號，其中優(yōu)先級依次遞減，用五個開關(guān)分別模擬五個病房發(fā)出的信號，按下開關(guān)則發(fā)出求救信號。利用具有優(yōu)先編碼功能的74LS148芯片，將病房發(fā)出的信號輸入到D3D7中

3、，其中D7D3優(yōu)先級依次降低，故將15號病床分別接到D7D3中，因為其輸入為低電平有效，故默認開關(guān)接高電平，閉合時接低電平。然后74LS148芯片對輸入的信號進行編碼。由于74LS48驅(qū)動LED七段顯示器所需要的輸入信號與74LS148芯片輸出的信號不能直接相連，故根據(jù)邏輯關(guān)系，選擇相應(yīng)的與非門，進行邏輯轉(zhuǎn)化。最終使LED七段顯示器能按要求顯示出15五個數(shù)字。蜂鳴器則采用555定時器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器驅(qū)動，后者能產(chǎn)生5s時長的高電平信號，然后恢復(fù)低電平。七段顯示器和蜂鳴器均能通過重置恢復(fù)默認狀態(tài)。方案一原理框圖如圖1所示：圖1 病房呼救顯示報警原理本方案采用開關(guān)來模擬輸入的報警信號，利用其產(chǎn)生

4、的高電平（5V）及低電平（0V）,來輸入到優(yōu)先編碼的74LS148芯片。在實際生活中也能極其方便的實現(xiàn)電平的輸入、輸出，既安全又對設(shè)備的要求低，而且功率也較小。TTL電路也有著工作穩(wěn)定、速度快、反應(yīng)靈敏、功耗低、安全、成本低等優(yōu)勢，所以這種方案實施起來將會比較容易，普及率也會比較高。本方案只需要74LS148、74LS48芯片各一片，一個LED七段顯示器，555定時器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及若干與、非門等材料，所以可行性很高，成本控制也很合理。本方案最終實現(xiàn)，當(dāng)有病房呼叫時，LED七段顯示器會根據(jù)呼叫病房的優(yōu)先級顯示出呼叫病房的編號，并發(fā)出5s的蜂鳴聲報警,并且所有信息均可通過復(fù)位鍵進行復(fù)位。方案二

5、：方案二與方案一原理基本相似，但方案一從74LS148芯片輸出的信號要輸入到74LS48芯片需要進行邏輯轉(zhuǎn)化，需要近12個門電路，我發(fā)現(xiàn)將74LS148芯片輸出的信號取非之后，正好是74LS48芯片輸入的5>1的顯示，這樣雖然優(yōu)先級是5>4>3>2>1,但是邏輯轉(zhuǎn)化所需的門從12個降低到了3個，能節(jié)省好多材料。方案二也是用五個開關(guān)分別模擬五個病房發(fā)出的信號，按下開關(guān)則發(fā)出求救信號。利用具有優(yōu)先編碼功能的74LS148芯片，將病房發(fā)出的信號輸入到D1D5中，其中D5D1優(yōu)先級依次降低，故將15號病床分別接到D1D5中，因為其輸入為低電平有效，故默認開關(guān)接高電平，閉合

6、時接低電平。然后74LS148芯片對輸入的信號進行編碼。故根據(jù)邏輯關(guān)系，選擇三個非門，進行邏輯轉(zhuǎn)化。最終使LED七段顯示器能按要求顯示出15五個數(shù)字。蜂鳴器則采用555定時器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器驅(qū)動，后者能產(chǎn)生5s時長的高電平信號，然后恢復(fù)低電平。七段顯示器和蜂鳴器均能通過重置恢復(fù)默認狀態(tài)。方案二與方案一框圖大致一樣，故省略。此方案的科學(xué)性、正確性、可行性也與方案一一致，故也省略。本設(shè)計采用的是方案二，因為雖然數(shù)碼管顯示的優(yōu)先級是5>4>3>2>1,但是比方案一節(jié)省了好多材料，性價比比較高，而且更加簡潔，減少了電路出錯的概率，提高其工作的效率和穩(wěn)定性。三、電路設(shè)計1.報警

7、信號輸入電路（低電平有效）將五個病房分為1，2，3，4，5個編號，其中優(yōu)先級依次遞增，用五個開關(guān)分別模擬五個病房發(fā)出的信號。默認情況下斷開，由于后面要接74LS148芯片，而其輸入是低電平有效，故斷開時則接VCC，當(dāng)其閉合時應(yīng)接低電平，故將其閉合時接地，代表按下開關(guān)發(fā)出求救信號。于是將其輸入電路用5個相同的單刀雙擲開關(guān)來，開關(guān)可以在高電平和低電平之間切換，用來模擬報警信號的輸入和關(guān)閉。用這種單刀雙擲的開關(guān)不僅簡單輕易的就能實現(xiàn)信號的輸入，而且穩(wěn)定性也比較高，實用性比較強。適應(yīng)各種不同的環(huán)境，切換比較方便，價格也比較便宜，故我選擇這種開關(guān)。報警信號輸入電路如圖2所示：圖2 報警信號輸入電路2.數(shù)

8、碼管顯示電路我采取具有優(yōu)先編碼功能的74LS148芯片，將病房發(fā)出的信號輸入到D1D5中，因為D5D1優(yōu)先級依次降低，故將15號病床分別接到D1D5中，因為其輸入為低電平有效，故默認開關(guān)接高電平，閉合時接低電平。74LS148 是8 線3 線優(yōu)先編碼器，共有 54/74148 和 54/74LS148 兩種線路結(jié)構(gòu)型式，將 8 條數(shù)據(jù)線（07）進行 3 線(4-2-1)二進制（八進制）優(yōu)先編碼，即對最高位數(shù)據(jù)線進行譯碼。利用選通端（EI）和輸出選通端（EO）可進行八進制擴展。在優(yōu)先編碼器電路中，允許同時輸入兩個以上編碼信號。不過在設(shè)計優(yōu)先編碼器時，已經(jīng)將所有的輸入信號按優(yōu)先順序排了隊。在同時存

9、在兩個或兩個以上輸入信號時，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。其中I0I7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。下圖是74LS148芯片的真值表：圖3 74LS148芯片的真值表74LS48芯片是一種常用的七段數(shù)碼管譯碼器驅(qū)動器，常用在各種數(shù)字電路和單片機系統(tǒng)的顯示系統(tǒng)中。下圖是74LS48芯片的真值表：圖4 74LS48芯片的真值表由于74LS48驅(qū)動LED七段顯示器所需要的輸入信號與74LS148芯片輸出的信號之間有著恰好相反的關(guān)系，故，在A0、A1、A2后各加一個反相器，則數(shù)碼管恰能

10、顯示51五個數(shù)字。數(shù)碼管顯示電路如圖5所示：圖5 數(shù)碼管顯示電路3.蜂鳴器報警電路555 定時器的功能主要由兩個比較器決定。兩個比較器的輸出電壓控制RS 觸發(fā)器和放電管的狀態(tài)。在電源與地之間加上電壓，當(dāng) 5 腳懸空時，則電壓比較器 C1 的同相輸入端的電壓為 2VCC /3，C2 的反相輸入端的電壓為VCC /3。若觸發(fā)輸入端 TR 的電壓小于VCC /3，則比較器 C2 的輸出為 0，可使 RS 觸發(fā)器置 1，使輸出端 OUT=1。如果閾值輸入端 TH 的電壓大于 2VCC/3，同時 TR 端的電壓大于VCC /3，則 C1 的輸出為 0，C2 的輸出為 1，可將 RS 觸發(fā)器置 0，使輸出

11、為低電平。通過改變R、C的大小，可使延時時間在幾個微秒和幾十分鐘之間變化。當(dāng)這種單穩(wěn)態(tài)電路作為計時器時，可直接驅(qū)動小型繼電器，并可采用復(fù)位端接地的方法來終止暫態(tài)，重新計時。由于我們需要讓蜂鳴器發(fā)出5s的響聲，故我們需要用構(gòu)建一個由555定時器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，根據(jù)公式tw=1.1RC,我選取R=3.62K，C=1.28mF。于是我們在其輸出端接入一個蜂鳴器，調(diào)整蜂鳴器電壓為5V，當(dāng)輸出為高電平時蜂鳴器開始工作，低電平則不工作。至于輸入端，采用多輸入的與非門構(gòu)成，當(dāng)任何一個病床開關(guān)閉合，輸入低電平，則與非門輸出高電平，555觸發(fā)器開始工作，蜂鳴器報警。蜂鳴器報警電路如圖6所示： 圖6 蜂鳴器報

12、警電路4.復(fù)位功能（1）數(shù)碼管的復(fù)位功能： 因為74LS148芯片有EI選通端，當(dāng)其接地時正常工作，而接高電平時輸出為111，數(shù)碼管端顯示為0。故我們可以在EI端加個開關(guān)，作為數(shù)碼管的復(fù)位端，默認接低電平，閉合接高電平，復(fù)位。 （2）蜂鳴器的復(fù)位功能：我們可以在555定時器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器前加一個單刀雙擲開關(guān)，默認接與非門輸出端，閉合時接地，555定時器停止工作，蜂鳴器也停止工作，實現(xiàn)復(fù)位功能。四、性能測試1.七段數(shù)碼顯示管的測試圖中開關(guān)從下往上依次是1、2、3、4、5號病床，優(yōu)先級依次遞增。2.蜂鳴器測試由于蜂鳴器是發(fā)出聲音工作的，故用示波器代替并且可以從示波器上測出其周期為5.06s.3

13、.電路整體性能測試上圖中開關(guān)4和3均處于閉合狀態(tài)，但4號病床的優(yōu)先級大于3號病床，故數(shù)碼管顯示的4而不是3，并且從示波器顯示可以看出輸出有5s的高電平驅(qū)動蜂鳴器工作，然后變?yōu)榈碗娖?，電路結(jié)果完全正確。4.復(fù)位功能測試（1）數(shù)碼管復(fù)位測試從上圖可以看出即使是輸入有信號，但是74LS148芯片EI輸入端接高電平，也就是復(fù)位起作用，數(shù)碼管便被置0。（2）蜂鳴器復(fù)位測試從上圖可以看出即使是輸入有信號，但是555定時器輸入為低電平，復(fù)位功能起作用，555定時器便輸出為低電平，蜂鳴器重置。輸入輸出關(guān)系表格：五、結(jié)論通過對測試數(shù)據(jù)的全面分析，我發(fā)現(xiàn)結(jié)果與課設(shè)要求的完全一致，即實現(xiàn)了對5個病房設(shè)優(yōu)先級，當(dāng)有病

14、房觸發(fā)報警信號時，LED數(shù)碼顯示器根據(jù)優(yōu)先級顯示報警的病房，同時蜂鳴器發(fā)出5s的報警聲，而且所有的信息均可復(fù)位。這次課程設(shè)計主要考察我們對有優(yōu)先編碼的芯片74LS148的運用，以及對555定時器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的實際應(yīng)用，其次就是考察我們對組合邏輯的熟練程度，將74LS148通過接與非門等門電路轉(zhuǎn)化為74LS48這樣的BCD-七段顯示譯碼器能輸入的信號，繼而就能實現(xiàn)數(shù)碼管的顯示。一開始我選的是方案一，思路比較簡單，但是不容易出錯，只是需要列出好多真值表以及邏輯表達式的轉(zhuǎn)化，實際連線的時候反而造成了一些麻煩。后來我發(fā)現(xiàn)74LS148當(dāng)輸入端選擇D1D5時輸出的正好與74LS48顯示譯碼器的數(shù)字

15、51編碼恰好相反，于是便可直接各加三個反相器，省去了好多門和線但是輸出的優(yōu)先級則是固定的，只能是5>4>3>2>1在一開始仿真的時候出現(xiàn)了很多錯誤，比如一開始蜂鳴器直接不想，后來發(fā)現(xiàn)它的工作電壓是9V,后來把它改到5V之后，同時把頻率調(diào)到2000hz,終于能聽到清脆的蜂鳴器響聲了。還有就是數(shù)碼管的型號有兩種，一種是CA，一種是CK,二者外形上一摸一樣，一開始我選擇的是CA，連接無誤后，發(fā)現(xiàn)它并不能點亮，檢查了好久都找不到問題。后來我選擇CK型號的，終于能正常的顯示數(shù)字了。仿真過程中唯一出現(xiàn)的一點遺憾就是，蜂鳴器不能有規(guī)則的鳴叫，即使旁邊示波器的顯示是正確的，有時候示波器

16、都顯示出為低電平了，蜂鳴器還在不規(guī)則的叫，我懷疑這是軟件仿真時的問題，因為把蜂鳴器換成小燈泡時，小燈泡能正常的閃爍。于是我就上網(wǎng)查閱資料，但是網(wǎng)上卻只有如何讓蜂鳴器發(fā)出聲音，沒有蜂鳴器不正常鳴叫的問題。而且我把我的程序發(fā)給同學(xué)，讓其在自己電腦上運行時蜂鳴器又發(fā)出了不同的聲音。于是我猜測可能是軟件版本對蜂鳴器的兼容性存在問題，也有可能是windows系統(tǒng)版本的兼容性問題，但是不管怎樣從示波器上能看到正確的的波形，我認為在實際情況下蜂鳴器應(yīng)該能正常的工作。我認為此次設(shè)計的核心還是在于對74LS148芯片的應(yīng)用以及對邏輯表達式的掌握，只要能按著真值表仔細的找出規(guī)律，化簡其表達式。設(shè)計就顯得比較簡單了

17、，而且555定時器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器也比較容易能實現(xiàn)，只要調(diào)節(jié)R和C的數(shù)值便能產(chǎn)生5s長的蜂鳴信號。此次課程設(shè)計極大提高了我的實踐動手能力，雖然沒有實際操作制作實物，但通過仿真，大大擴展了我們的思維，提高了用理論知識解決實際問題的能力，最關(guān)鍵的是發(fā)現(xiàn)問題、思考問題、解決問題的方法。這并不是在課堂上的單純聽懂，或者課后看書過程中的深入理解，這需要的是一種理論聯(lián)系實踐的能力。而且當(dāng)自己通過一步步的努力，解決困難，實現(xiàn)要求的功能的時候，心里就會感到特別的自豪。我認為這是在課本上學(xué)不到的，也是這次課設(shè)的魅力所在。參考文獻1 閻石主編. 數(shù)字電子技術(shù). M北京：高等教育出版社，2006年2 陳振官等編著.

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