EDA專業(yè)課程設計病床呼叫系統(tǒng)

第一章摘要醫(yī)院能夠最好為病人服務，是很關鍵，不過因為醫(yī)院工作人員有限，而且護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醫(yī)院來講很關鍵，它能夠使病人在危急時刻立即聯(lián)絡上醫(yī)生或護士，從而得到立即救治或看護。所以擁有一套功效完善病床呼叫系統(tǒng)，對于一個大型醫(yī)院來講，至關關鍵。本設計整個呼叫系統(tǒng)由控制、顯示、報警三部分組成，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，把病情嚴重病人安排在優(yōu)先級較高病床，則當優(yōu)先級較高病床呼叫時能夠屏蔽其它病床呼叫，從而使得病情嚴重病人得到優(yōu)先醫(yī)治。第二章引言本設計病床呼叫系統(tǒng)，當病人摁下呼叫按鈕時，如第1號病人呼叫時電子數(shù)碼管顯示1號，同時對應床位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)生或護士去到病房解除報警。因為蜂鳴器聲音比較刺耳，所以只讓蜂鳴器響三秒，三秒過后自動停止，到下一次警報時候再響。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，當優(yōu)先級較高病床呼叫時，能夠屏蔽其它病床呼叫，如一號病床優(yōu)先級最高，當一號和二號病床同時呼叫時，數(shù)碼管只顯示1號，系統(tǒng)自動屏蔽了二號呼叫，只有當1號解除警報時含有下一優(yōu)先級病床才能呼叫，這么只要把病情嚴重病人放在優(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)生有目標診療，分清主次。第三章課程設計內容及具體介紹3.1課程設計目標此次課程設計要求設計一個病床呼叫系統(tǒng)，經過綜合利用所學過理論知識，系統(tǒng)進行電子電路工程實踐訓練，從設計要求功效分析、電子器件選擇、電子器件連接（組合邏輯電路設計，以立即序邏輯電路設計）、功效實現(xiàn)過程培養(yǎng)我們分析問題和處理問題能力。3.2課程設計內容及設計思緒技術參數(shù)：●用一個數(shù)碼管顯示呼叫信號號碼●沒信號呼叫時顯示0；有多個信號呼叫時，顯示優(yōu)先級最高呼叫號●用5個撥碼開關設置功效鍵，1號優(yōu)先級最高，1-5號優(yōu)先級依次降低●用LDE燈指示對應病房有呼叫，有呼叫時蜂鳴3秒。設計要求：用靜態(tài)數(shù)碼管顯示呼叫病房號用蜂鳴器發(fā)出蜂鳴設計思緒：依據(jù)試驗要求，此次設計需要響應病床呼叫時，數(shù)碼管顯示對應數(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，設計要求對應病床LED燈亮，故輸出再經過3線-8線譯碼器74HC138輸出對應5個信號分別于LED燈相連。試驗要求蜂鳴器響三秒鐘結束，故需要一個計數(shù)器來限制新其響時間。具體設計見病床呼叫系統(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換模塊，蜂鳴器呼叫時間控制模塊，系統(tǒng)顯示模塊，蜂鳴器模塊四部分，經過各個模塊協(xié)調作用，使得病床呼叫系統(tǒng)功效得以具體實現(xiàn)。3.3.1床位呼叫控制轉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，許可同時輸入兩個以上編碼信號，不過在設計優(yōu)先編碼器時已經將全部輸入信號按優(yōu)先次序排了隊，當多個輸入信號同時出現(xiàn)時，只對優(yōu)先權最高一個進行編碼。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EIN=0，其中7N—0N優(yōu)先級依次降低，輸出分別對應0—7，此次設計要求1—5號病床輸入信號時分別顯示1—5，其中1號優(yōu)先級最高，故1—5號病床輸入分別對應6N—2N。又因為74HC148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，EON=0，有信號輸入時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。這么便能夠實現(xiàn)當有病床呼叫（高電平）時，經過反相器，優(yōu)先編碼器編譯成對應號碼；當無信號輸入時，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蜂鳴器呼叫時間控制模塊及原理圖本課程設計要求，在有床位呼叫時，蜂鳴器開始響，三秒鐘結束，本設計利用74161十六進制計數(shù)器控制時間。74161芯片介紹：74161為同時十六進制計數(shù)器，經過時鐘信號觸發(fā)從零開始計數(shù)，計到十五，進位端輸出高電平同時狀態(tài)回到零重新計數(shù)。芯片有異步置零端，和異步置位，能夠接成小于十六進制任意進制計數(shù)器，其芯片圖和真值表以下：圖3-4圖3-5計數(shù)器在頻率很低時因為觸發(fā)器延時等原因造成計時不正確，故此次設計用256HZ時鐘頻率，依據(jù)計算：256*3=768=16*16*3，所以用三個74161接成758進制計數(shù)器，進位端取反和時鐘信號相和，接到74161時鐘信號輸入端口。當有進位時，即進位輸出為1時，取反即為0，和時鐘信號相和后仍然是0。因為沒有時鐘信號輸入，74161停止工作，即停止計數(shù)。從開始計數(shù)到停止計數(shù)時間為三秒鐘。病床控制模塊中三個輸出端口，取或，輸出為Y，既和每個74161CLRN(異步置零端)相連，又和74161進位取反后輸出相和后接蜂鳴器。沒有病床呼叫時，Y=0，此時蜂鳴器不響，每個74161初態(tài)均為零，進位也為零，取反為1當有病床呼叫時，Y=1和進位取反相和為1，即蜂鳴器開始響。計數(shù)器開始工作，三秒鐘以后，進位端輸出1，取反為0，和時鐘信號相和為0，計數(shù)器停止工作，同時，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當有病床呼叫時，經過病床呼叫控制模塊輸出對應二進制病床號001—101，經過741383線—8線譯碼器譯出Y1—Y5對應高低電平，控制LED燈亮滅。Y1—Y5中某個低電平時對應LED1—5中某個燈亮。74HC138芯片介紹：74HC138為3線-8線譯碼器，將輸入一組二進制代碼轉換為一組和輸入代碼一一對應高低電平信號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經過管腳鎖定，和試驗箱數(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蜂鳴器BUZZER和一個線跳器JBUZZER當使用蜂鳴時，此跳線短接。同時獨立擴展下載板CPLD/FPGAJP2/CFSPEAKER接高電平時，蜂鳴器工作。將系統(tǒng)輸出端口S經管腳鎖定到“CPLD/FPGA擴展板”PIN38號管腳圖3-18所表示。輸出端S高電平時蜂鳴器工作。綜合各個模塊，系統(tǒng)原理圖連接以下：圖3-11系統(tǒng)總原理圖經過圖所表示連接，整個病床呼叫系統(tǒng)，便能夠具體實現(xiàn)從病床呼叫到顯示到蜂鳴三秒功效。3.4、仿真波形圖當I1—5依次出現(xiàn)高電平時即病床1—5依次呼叫時，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LED燈出現(xiàn)高電平，即燈亮，同時蜂鳴器蜂鳴三秒結束。當有兩個病床同時呼叫時，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波未合成時圖當I2和I3同時出現(xiàn)高電平時，即病床2和病床3同時呼叫時，因為病床2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號病床對應燈亮，同時蜂鳴器蜂鳴三秒。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過管腳鎖定和“CPLD/FPGA擴展板”相連接，本屆具體介紹撥那個床呼叫系統(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)字開關組（A）SW1—SW5，分別對應“CPLD/FPGA擴展板”PIN39、40、41、44、45管腳，開關撥至ON為邏輯高電平“1”，開關撥至OFF為邏輯“0”電平時鐘信號輸入管腳鎖定圖3-17時鐘信號輸入管腳鎖定時鐘信號輸入對應“CPLD/FPGA擴展板”83號，即用導線將試驗箱中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“CPLD/FPGA擴展板”PIN127,128,131,132。輸出端口smg即控位IO_DS1,對應“CPLD/FPGA擴展板”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“CPLD/FPGA擴展板”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“CPLD/FPGA擴展板”PIN38號管腳。結論經過電路設計，電路波形仿真，管腳鎖定，芯片連接等過程，實現(xiàn)了課程設計要求。當有病床呼叫時，對應病床LED燈點亮，數(shù)碼管顯示對應病床號，同時蜂鳴器蜂鳴三秒鐘結束。基礎完成了課程設計功效要求。心得體會經過一周EDA課程設計，從學習MaxPlusII軟件，抽選題目，分析題目要求，分析具體要實現(xiàn)功效，選擇對應電子器件，應用MaxPlusII軟件畫電路圖連接電路，檢測電路，電路仿真，經過仿真波形檢測電路是否能具體實現(xiàn)課程設計所要求功效，使得從書本上學過知識在實際中得以利用。經過反復修改電路圖，使得系統(tǒng)功效得以具體實現(xiàn)過程，培養(yǎng)了自己組合邏輯電路設計，時序邏輯電路設計能力。反復更換電子器件，使自己對數(shù)字電子技術中多種器件功效了解愈加深切，對以后進行一樣設計奠定了牢靠基礎。經過器件選擇，連接，對中間過程出現(xiàn)問題進行分析，檢驗、更換電子