數(shù)字電路構(gòu)成的醫(yī)院病人緊急呼叫系統(tǒng)設(shè)計

根據(jù)要求設(shè)計一個醫(yī)院病人緊急呼叫系統(tǒng)。具體要求如下：

（1）當病人緊急呼叫時，能顯示病人的編號：x；

（2）根據(jù)病人病情設(shè)置優(yōu)先級別。當有多人呼叫時，病情嚴重者優(yōu)先；

（3）醫(yī)務人員處理當前最高級別病人的呼叫后，系統(tǒng)按優(yōu)先級別顯示其它呼叫病人的編號。

1.2基本原理與框圖

系統(tǒng)可由信號呼叫鎖存、優(yōu)先編碼、顯示電路及邏輯控制清除電路等幾部分組成。

系統(tǒng)首先通過不同的按鈕開關(guān)接受不同的呼叫信號，并將其對應信號鎖存在與之相對應的D觸發(fā)器中，然后將這些呼叫信號傳到8路優(yōu)先編碼器，編碼器再根據(jù)觸發(fā)器中信號優(yōu)先級的高低依次對這些信號進行編碼，然后將當前最高優(yōu)先級別的信號顯示出來。

醫(yī)務人員根據(jù)當前顯示病人編號進行處理，處理一個按一下控制開關(guān)，則可清除當前處理的病人并顯示下個次要優(yōu)先級別的病人，清除的原理就是：每當按一下復位按鈕就會產(chǎn)生一個上升沿脈沖，使計數(shù)器置數(shù)，并將當前顯示的數(shù)通過計數(shù)器輸入到譯碼器中，與之對應輸出一個低電平信號最為觸發(fā)器清零信號。此時，顯示器中顯示的是次級編碼信號。同理將依次處理完畢，最后全部處理完后將顯示零。

系統(tǒng)工作的原理圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)工作的原理圖

1.3總電路圖

根據(jù)系統(tǒng)需要及電路的框圖可用EWB仿真軟件做出總電路圖如圖2所示。

圖2 醫(yī)院病人緊急呼叫系統(tǒng)總電路圖

2單元電路設(shè)計

2.1信號鎖存電路

此系統(tǒng)所用D觸發(fā)器為74LS74，當預置端及清除端均為高電平且當CLK上升沿時將輸入信號D鎖存在Q中的功能，Q=D。這里我們所使用的為端，首先使為高電平，當輸入一個上升沿脈沖時變?yōu)榈碗娖健?/p>

74LS74功能表如表1所示。

表1 74LS74功能表

74LS74雙D觸發(fā)器電路圖如圖3所示。

圖3 74LS74雙D觸發(fā)器

此電路使用2個74LS74雙D觸發(fā)器4個輸入端分別代表4個病人，是先把D端置高電平，當給了時鐘CP后，Q端出高電平1，端出低電平0，此時的低電平可直接作用于優(yōu)先編碼器的編碼輸入端，使之輸出對應的二進制數(shù)據(jù)。而當譯碼器給了清除端CLR信號0后，端出1，利用這點可以對信號進行清除，顯示其它病人的信號。

2.2優(yōu)先編碼電路

此系統(tǒng)所用編碼器為74LS148優(yōu)先編碼器，根據(jù)D觸發(fā)器傳來的信號進行編碼產(chǎn)生一個地址碼再經(jīng)過反相器就可以在顯示電路中顯示是哪個病人需要護理了。

74LS148編碼器的真值表如表2所示。

74LS148優(yōu)先編碼器電路圖如圖4所示。

圖4 74LS148優(yōu)先編碼器

此電路使用了一個74LS148優(yōu)先編碼器，在E1＝0電路正常工作狀態(tài)下，允許1-4當中同時有幾個輸入端為低電平，即有編碼輸入信號。其中4至1的優(yōu)先權(quán)依次降低，對應的A2、A1、A0三個輸出對應的二進制代碼。

利用這一點，可以將觸發(fā)器中傳來的信號來控制74LS48七段顯示器譯碼器的消隱端，當無病人給信號時，則顯示零。

2.3顯示電路

根據(jù)優(yōu)先編碼器74LS148的地址碼可以選取接入譯碼器74LS48，輸出a、b、c、d、e、f、g和七段共陰極顯示器的相應端口相連。

一般顯示器元件同時具有譯碼器74LS48功能，只需將優(yōu)先編碼器74LS148的地址碼輸出的信號經(jīng)過反相器后直接與顯示器給出的四個端口相連即可。        

2.4邏輯控制及復位電路

此系統(tǒng)是利用醫(yī)務人員控制的復位開關(guān)產(chǎn)生一個上升沿啟動74LS160使優(yōu)先編碼器輸出的地址碼保持輸出，將這些地址碼輸入到74LS138譯碼，從而去控制對應D觸發(fā)器的清零端 ，達到復位的目的。

74LS160計數(shù)器的真值表如表3所示。

74LS138譯碼器的真值表如表5所示。

表5 74LS138譯碼器的真值表

邏輯控制及復位清零部分的異步清零計數(shù)器與3/8譯碼器電路圖如圖5所示。

圖5 異步清零計數(shù)器與3/8譯碼器

74LS160為異步清零計數(shù)器，即端輸入低電平，不受CP控制，輸出端立即全部為低電平。

74LS160還具有同步預置功能，在 端無效時，端輸入低電平，在時鐘共同作用下，CP上跳后計數(shù)器狀態(tài)等于預置輸入DCBA，即所謂“同步”預置功能。此系統(tǒng)利用的是74LS160置數(shù)功能。

74LS138 為3 線－8 線譯碼器，當一個選通端G1為高電平，另兩個選通端G2A和G2B為低電平時，可將地址端（A、B、C）的二進制編碼在一個對應的輸出端以低電平譯出。

如上圖，74LS148優(yōu)先編碼器的地址碼通過74LS160的ABCD輸入端輸入，當按下清除開關(guān)產(chǎn)生一個上升沿CP送到CLK，利用74LS160的同步預置功能，把74LS160的輸出端置成與輸入端一樣的編碼，送至74LS138譯碼器譯碼譯出與地址碼相對應的低電平接至74LS74D觸發(fā)器的清除端，從而實現(xiàn)信號的邏輯控制與清除。

3安裝與調(diào)試

EWB仿真軟件進行運行無誤后，可以根據(jù)仿真圖進行安裝工作，安裝之前一定要檢測工具箱、導線和芯片的好壞，這是最重要的；然后就是接線了，整體結(jié)構(gòu)布局應從全局出發(fā)，決定電子裝置各部分的空間位置。將整個功能電路分成幾個單元電路，我這里就將它分成信號鎖存電路、優(yōu)先編碼電路、顯示電路和邏輯及控制電路，接好一個單元電路之后就得對此單元電路進行檢測，看看是否與理論值相同，不相同就得查查是否線路松動還是接錯了；將各個單元電路接好檢測好后級來調(diào)試至成功。

4故障分析與電路改進

4.1故障分析

假如顯示功能有時對有時錯，這時應該查看線是否有松動。當優(yōu)先編碼單元電路和顯示器檢測功能完好的情況下，按下信號呼叫按鈕，但顯示器無變化，這時可能是按鈕接觸不良，無法給鎖存器提供信號鎖存所需的上升沿，也可能是74LS74沒有工作在鎖存功能，像清零端不是高電平、沒接有效電平都有可能導致鎖存器不能鎖存D中的信息。

顯示器有顯示，但是是亂碼，不能和呼叫信號相匹配，并且檢測到了顯示器能正常工作，這就可能是優(yōu)先編碼的問題，我們這里需要的是4、3、2、1這四個優(yōu)先級，這就必須把5、6、7端接高電平及無效段，還有無呼叫信號時要不顯示，這意味著我們不需要的0端也要接電源。

如果呼叫信號還是能正確顯示，但就是不能復位清零，使得低優(yōu)先級的無法得到及時處理，這個就得先從復位開關(guān)開始檢測，是否產(chǎn)生上升沿至又74LS160，然后看看要復位清零的地址碼是否準確傳入74LS160對應端，確定74LS160工作在保持功能，如果還不能清零，就繼續(xù)檢測74LS138譯碼器是否正常譯碼，最后就是檢查譯碼信號是否傳給了D觸發(fā)器的。

4.2電路改進

電路進行清除當前顯示時，倘若將某個觸發(fā)器清零，但二進制譯碼器還將保持原有的輸出，這時此觸發(fā)器的清零端將維持清零狀態(tài)將不能立刻收到信號。要解決這種弊端得連個裝置就是每當譯碼器工作一次就得將其進行復位，使得各D觸發(fā)器的清零端口全為高電平無效。此方案可以利用74LS138的使能端來實現(xiàn)。

數(shù)字電子技術(shù)的設(shè)計，今天終于能告一段落，這次的設(shè)計又一次加強了我們動手、思考和解決問題的能力，在這之前我們也做過訓練我這方面能力的設(shè)計和實習，像電工電子實習。但這次是第一次完全由自己設(shè)計電路，遇到的困難可想而知，但最終還是很好的完成了任務，而且使我受益匪淺。

這次的數(shù)電設(shè)計，我做的是個比較簡單的醫(yī)院病人緊急呼叫系統(tǒng)，任務拿到手上之后覺得確實很簡單再加上以前數(shù)電也還學的不錯，直到真真自己動手設(shè)計時才發(fā)現(xiàn)理想與實際之間的差距很大，以前學的那些芯片管腳及功能都很模糊，比如呼叫信號怎樣鎖存，處理完高優(yōu)先級的呼叫后怎么清除等等一連串的問題。

通過這個設(shè)計，我的最大收獲就是對一些芯片的功能有了更好的理解和運用，以及對以前學的知識存在的一些問題也迎刃而解，同時也對學的知識有了一個實踐性的證明。通過這次設(shè)計使我懂的了理論與實際相結(jié)合的重要性，只是一味的學那些死的理論知識是遠遠不夠的，只有把所學的理論和實踐相結(jié)合，才能真正掌握一門科學，一味的紙上談兵是行不通的，實踐還可以提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力，這也是為在當代急需的實踐型人才的社會的一種準備。其次就是接實物電路的時候覺得最主要的就是要沉著冷靜加細心。

付出就會有收獲，雖然過程曲折難盡，但也收獲良多，在老師、組員和其他同學的幫助下很好的完成了老師布置的任務，這種經(jīng)歷不管是淚水曲折還是所獲得的成果，都將成為我人生旅途的一段美好的回憶。

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