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.z......資料....數(shù)字邏輯綜合型實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)報(bào)告課程名稱數(shù)字邏輯實(shí)驗(yàn)題目名稱病床呼叫系統(tǒng)班級(jí)學(xué)號(hào)學(xué)生**同組班級(jí)20130612同組**同組**指導(dǎo)教師武俊鵬、孟昭林、*書勇、趙國冬綜合實(shí)驗(yàn)成績2015年06月摘要隨著社會(huì)的進(jìn)步和發(fā)展,醫(yī)療水平的不斷提高,現(xiàn)代醫(yī)院護(hù)理需要簡易及時(shí)地獲知并處理病人的突發(fā)狀況,實(shí)現(xiàn)患者在住院的任意時(shí)間可請(qǐng)求醫(yī)生或護(hù)士進(jìn)行診斷或護(hù)理。病房呼叫系統(tǒng)是病人請(qǐng)求值班醫(yī)生或護(hù)士進(jìn)行診斷或護(hù)理的緊急呼叫工具,可將病人的請(qǐng)求快速傳送給值班醫(yī)生或護(hù)士,是提高醫(yī)院和病房護(hù)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(shí)、準(zhǔn)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(hù)士發(fā)出緊急呼叫的工具,提高管理效率與醫(yī)護(hù)水平,是現(xiàn)代醫(yī)院提高護(hù)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(hù)理工作變得更加方便全面,不用再為值班醫(yī)生和護(hù)士未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)突發(fā)病況而煩惱?;跀?shù)字邏輯相關(guān)理論設(shè)計(jì)的病床呼叫系統(tǒng)可以及時(shí)、準(zhǔn)確、可靠地實(shí)現(xiàn)病房呼叫管理,具有良好的實(shí)踐應(yīng)用。本文論及芯片的性能,型號(hào)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(jì)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(jì)目標(biāo)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(jì)原理-4-2系統(tǒng)設(shè)計(jì)-5-2.1系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)-5-2.2系統(tǒng)物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與仿真驗(yàn)證-5-3系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)-17-3.1系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)過程-19-3.2系統(tǒng)測(cè)試-20-3.3系統(tǒng)最終電路圖-21-3.4系統(tǒng)團(tuán)隊(duì)分工-21-3.5最終實(shí)物連接圖-22-4總結(jié)-23-參考文獻(xiàn)-24-1需求分析1.1基本功能要求共有5個(gè)病床,每個(gè)病床優(yōu)先級(jí)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(shí)緊急呼叫;設(shè)一護(hù)士站,護(hù)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(duì)應(yīng)指示燈,一旦病人按下緊急呼叫按鈕,其對(duì)應(yīng)指示燈亮;病人按下呼叫按鈕時(shí),蜂鳴器響5秒;在護(hù)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(jí)判別的能力,有多個(gè)信號(hào)呼叫時(shí),顯示優(yōu)先級(jí)最高的呼叫號(hào)(其他呼叫用指示燈顯示);;一旦護(hù)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(dāng)不同優(yōu)先級(jí)的病人同時(shí)呼叫時(shí),數(shù)碼管只能顯示優(yōu)先級(jí)高的病人,我們?cè)黾恿藦?fù)位鍵,撥動(dòng)后可顯示下一優(yōu)先級(jí)的病床號(hào)。2)在醫(yī)院里病床呼叫并不一定能及時(shí)的通知到護(hù)士醫(yī)生去相應(yīng)的病房,當(dāng)一次蜂鳴器響和數(shù)碼管顯示沒有及時(shí)的通知到醫(yī)生護(hù)士時(shí),需要再次提醒。我們擴(kuò)展了二次提醒功能的模塊。1.3設(shè)計(jì)原理病房呼叫系統(tǒng)分為三個(gè)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(shí)現(xiàn)。其中運(yùn)用了3線—8線譯碼器和74LS148優(yōu)先權(quán)編碼器來實(shí)現(xiàn)優(yōu)先選擇模塊主要功能,其中運(yùn)用自己設(shè)計(jì)的小規(guī)模邏輯門電路和數(shù)碼管來實(shí)現(xiàn)譯碼顯示模塊主要功能,運(yùn)用74LS161四位二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器來實(shí)現(xiàn)呼叫5秒模塊。信號(hào)呼叫(1個(gè)至5個(gè))由呼叫顯示模塊的各個(gè)呼叫開關(guān)發(fā)出并使對(duì)應(yīng)的病床指示燈亮起。接著,信號(hào)傳到優(yōu)先選擇模塊,將優(yōu)先級(jí)別最高的患者的信號(hào)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(jìn)制加法計(jì)數(shù)器電路令蜂鳴器鳴叫5秒,同時(shí)譯碼顯示模塊通過小規(guī)模邏輯門集成電路與74LS148將信號(hào)變換成對(duì)應(yīng)的患者床號(hào),并由七段數(shù)碼管顯示出來。當(dāng)護(hù)士發(fā)現(xiàn)后,按下復(fù)位鍵,數(shù)碼管清零,此時(shí)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(jì)2.1系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)該病床呼叫系統(tǒng)一共可以分成三個(gè)部分:信號(hào)輸入、信號(hào)處理、信號(hào)輸出。圖2.1-1系統(tǒng)總設(shè)計(jì)圖2.2系統(tǒng)物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與仿真驗(yàn)證(1).呼叫功能模塊病房內(nèi)5個(gè)撥動(dòng)開關(guān)和開關(guān)值班室另5個(gè)撥動(dòng)開關(guān)接入74LS86構(gòu)成輸入信號(hào),病床呼叫信號(hào)通過反相器74LS04后,再接到74LS148。在優(yōu)先編碼器電路中,同時(shí)輸入兩個(gè)以上編碼信號(hào)時(shí)。不過在設(shè)計(jì)優(yōu)先編碼器時(shí),優(yōu)先編碼器只按優(yōu)先級(jí)高的輸入信號(hào)編碼,優(yōu)先級(jí)低的信號(hào)則不起作用。而值班室內(nèi)可以撥動(dòng)對(duì)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(hào),A2,A1,A0為三位二進(jìn)制編碼輸出信號(hào),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(dá)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(dāng)OE輸入IE=1時(shí),禁止編碼、輸出(反碼):A2,A1,A0為全1。當(dāng)OE輸入IE=0時(shí),允許編碼,在I0~I(xiàn)7輸入中,輸入I7優(yōu)先級(jí)最高,其余依次為:I6,I5,I4,I3,I2,I0,I0等級(jí)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(jí)別的次序依次為I7,I6,…,I0。當(dāng)*一輸入端有低電平輸入,且比它優(yōu)先級(jí)別高的輸入端沒有低電平輸入時(shí),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(jí)別高于I5)則此時(shí)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(gè)輸入端,將其分別與五個(gè)呼叫端連接,信號(hào)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(jìn)制代碼別轉(zhuǎn)化為十進(jìn)制數(shù),顯示管上將分別顯示5,4,,3,2,1,達(dá)到顯示優(yōu)先級(jí)最高呼叫號(hào)的功能。圖2.2-274LS148優(yōu)先權(quán)編碼器呼叫信號(hào)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(hào)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(gè)病床對(duì)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(shí),譯碼器工作。;;;;。Y1、Y2、Y3、Y4、Y5分別連接LED燈1-5號(hào)。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(hào)分別接到與OE端相與由低至高連到74LS38的四個(gè)輸入端構(gòu)成能顯示呼叫床號(hào)的顯示部分。病床號(hào)由于74LS148的優(yōu)先級(jí)編碼的功能使得數(shù)碼管的顯示具有優(yōu)先級(jí)功能,為實(shí)現(xiàn)對(duì)蜂鳴器時(shí)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(jì)數(shù)器使用1HZ的時(shí)鐘頻率,用一個(gè)74LS161接成5進(jìn)制計(jì)數(shù)器,輸出端的QA和QB相與非再和負(fù)責(zé)清零的撥動(dòng)開關(guān)異或輸入清零端,當(dāng)輸出為0101即5時(shí),與非門輸出0,在和撥動(dòng)開關(guān)異或就可以使74LS161清零,而當(dāng)輸出端輸出的識(shí)別的數(shù)字是,與非門輸出是1,就無法清零,這樣就可以達(dá)到是74LS161芯片模5計(jì)數(shù)的功能了。74LS08中的三個(gè)輸出端口,經(jīng)過74LS32取或,輸出信號(hào)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(shí),Y=0,此時(shí)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(dāng)有病床呼叫時(shí),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(jì)數(shù)器開始工作,5秒鐘之后,進(jìn)位端輸出1,取反為0,與時(shí)鐘信號(hào)相與為0,計(jì)數(shù)器停止工作,同時(shí),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(jì)時(shí)器器控制電路邏輯圖兩片74LS192級(jí)連,實(shí)現(xiàn)進(jìn)位功能,低位片的進(jìn)位接到高位片的加計(jì)數(shù)上,實(shí)現(xiàn)了此功能。圖2.1-7再次報(bào)警控制電路邏輯圖QAQC相與后接蜂鳴器,可實(shí)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(bào)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(jì)時(shí)功能不能實(shí)現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)所需器材數(shù)字邏輯試驗(yàn)箱 1臺(tái)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(jìn)制加法計(jì)數(shù)器 1片導(dǎo)線 若干(3)在本實(shí)驗(yàn)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(gè)八線-三線優(yōu)先級(jí)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(hào)如圖中所標(biāo)。其中I0—I7為輸入信號(hào),A2,A1,A0為三位二進(jìn)制編碼輸出信號(hào),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(hào)時(shí)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(hào)時(shí)為1(如表2.1-1第二行);在不允許編碼(IE=1)時(shí),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(hào)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(shí)現(xiàn)3.1系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)過程在完成本設(shè)計(jì)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(shí)省事,軟件功能穩(wěn)定全面。這樣,系統(tǒng)就可以仿真測(cè)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(jì)需要自行封裝并保存,以備后續(xù)使用。此外,一般設(shè)計(jì)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(jì)工作提供了極大方便。其次,就是電路方面的知識(shí)。仿真軟件再好,也只是一個(gè)工具,電路設(shè)計(jì)成功與否關(guān)鍵還是設(shè)計(jì)者的功力。一個(gè)不算復(fù)雜的電路,可能僅僅由于*個(gè)小元件的參數(shù)設(shè)置不合適,整個(gè)電路就無法正常工作,因此,完成一個(gè)電路的設(shè)計(jì),首先要求設(shè)計(jì)者對(duì)設(shè)計(jì)題目深入分析,對(duì)各個(gè)元件的參數(shù)設(shè)置有一個(gè)合理把握。在本設(shè)計(jì)中,就是由于起初我對(duì)設(shè)計(jì)題目的理解不夠到位,設(shè)計(jì)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(shí)閉合的兩個(gè)開關(guān)中優(yōu)先級(jí)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(jì)好電路后,我們開始在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上實(shí)現(xiàn),調(diào)試,在連接好基本功能的電路時(shí),出現(xiàn)了數(shù)碼管5秒計(jì)時(shí)不能停止的情況,發(fā)現(xiàn)是74LS04反相器的5、6號(hào)管腳的問題,所以我們更換了芯片。我們?cè)谛碌男酒性俅芜B線發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)就可以正常的工作了。3.2系統(tǒng)測(cè)試在實(shí)驗(yàn)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(yàn)箱的開關(guān)ON\OFF,此時(shí)數(shù)碼管顯示為零首先測(cè)試1號(hào)病人呼叫,檢查1對(duì)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(jì)時(shí);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(cè)試3、4號(hào)病人同時(shí)護(hù)叫,此時(shí)發(fā)現(xiàn)3、4號(hào)病人對(duì)應(yīng)的指示燈同時(shí)亮起,蜂鳴器發(fā)出蜂鳴聲,數(shù)碼管顯示的是3(因?yàn)樵O(shè)定3號(hào)比4號(hào)優(yōu)先級(jí)高);當(dāng)撥動(dòng)復(fù)位鍵,數(shù)碼管可顯示4,這個(gè)拓展功能的實(shí)際意義是可提示護(hù)士有多人同時(shí)呼叫;第三測(cè)試5號(hào)病人呼叫,9秒內(nèi)不動(dòng)復(fù)位鍵,一數(shù)碼可顯示9秒計(jì)時(shí),蜂鳴器再響,這時(shí)為提示護(hù)士有病人呼叫未回應(yīng),我們?cè)O(shè)計(jì)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(hù)士響應(yīng)時(shí)間,此功能可記錄護(hù)士工作效率。測(cè)試完畢,整理試驗(yàn)箱,芯片。具體的在MULTISIM10下檢驗(yàn)病房呼叫系統(tǒng)的步驟如下:(1)首先觸發(fā)一個(gè)病人信號(hào),看是否產(chǎn)生聲、光報(bào)警,蜂鳴器聲音響,數(shù)碼管是否顯示對(duì)應(yīng)的病人編號(hào);直到完成了此功能,進(jìn)行下一向調(diào)試。(2)向調(diào)試觸發(fā)多個(gè)病人信號(hào),同樣看是否產(chǎn)生聲、光報(bào)警,蜂鳴器聲音響,數(shù)碼管是否顯示最優(yōu)先的病人編號(hào);如能完成此功能則它是正確的。(3)撥動(dòng)復(fù)位鍵后,系統(tǒng)按優(yōu)先等級(jí)顯示下一個(gè)優(yōu)先級(jí)高的病人編號(hào)。(4)按下復(fù)位后,系統(tǒng)將自動(dòng)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(yàn)電路圖病人、護(hù)士對(duì)應(yīng)的開關(guān)通過異或門連接,只要其不同異或就出1進(jìn)行信號(hào)產(chǎn)生和復(fù)位,再接反相器,因?yàn)?4LS148低電平輸入有效。三與門控制數(shù)碼管不工作時(shí)顯示“0”。74LS148的輸出給74LS138譯碼器輸入,實(shí)現(xiàn)了優(yōu)先級(jí)的指示燈。74LS161芯片是通過將不同輸出與非再接輸入端實(shí)現(xiàn)了五進(jìn)制,十六進(jìn)制計(jì)數(shù)。兩片74LS192芯片級(jí)連形成進(jìn)位,通過顯示管顯示十進(jìn)制計(jì)時(shí)。為防止輸入蜂鳴器信號(hào)干擾,使用74LS153數(shù)據(jù)選擇器,對(duì)不同信號(hào)進(jìn)行選擇,以排除干擾。3.4系統(tǒng)團(tuán)隊(duì)分工實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)部分:我74LS148優(yōu)先權(quán)編碼器的功能設(shè)計(jì),同時(shí)在連接電路時(shí)進(jìn)行芯

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