《可编程器件》课程设计报告课题：医院病房呼叫系统设计班级学号学生姓名专业系别指导老师淮阴工学院电子与电气工程学院2014年11月病房呼叫系统设计一、设计目的A)培养理论联系实际的正确设计思想，训练综合运用已经学过的理论和生产实际知识去分析和解决工程实际问题的能力。

B）学习复杂的电子系统设计的一般方法，了解和掌握模拟、数字电路等知识解决电子信息方面常见的实际问题的能力，由学生自行设计、自行制作和自行调试。

C）进行基本技术技能训练，如基本仪器表的使用，常见元器件的识别、测量、熟练运用的能力，掌握设技资料、手册、标准和规范以及使用仿真软件、实验设备进行调试和数据处理等D)培养学生的创新能力二、设计要求此设计是用于医院病人的紧急呼叫，其设计要求如下：1．当病人按下呼救信号按钮，呼救灯亮，同时显示病人编号，蜂鸣器发出5秒呼救声，等待医护人员来护理。

2．按照病人的病情划分出优先级别，有多个病人同时呼救时，系统优先显示最高级别的呼救编号。

3．当医护人员处理完最高级别呼救后，按下清零键，系统按优先等级先后显示其他病人编号。

三、设计的具体实现1.系统概述本设计的指导思想是设计一个当病人紧急呼叫时，产生声光提示，并显示病人编号；然后根据病人病情进行优先级别设置，当有多人呼叫时，病情严重优先；医护人员处理完当前最高级别的呼叫后，清除已处理的最高级别的呼叫信号，系统按优先级别显示其他呼叫病人的编号。

由呼叫信号的锁存，CD4532优先编码，由744511译码显示和逻辑控制清除几部分构成，其核心在CD4532优先编码器。

方案：病房呼叫系统的逻辑门电路如图1.1所示。

它由模拟开关、优先编码器、锁存器、数码管、逻辑门、信号灯、单稳态触发器、蜂鸣器组成。

模拟病房号通过优先编码器显示优先级最高的病床号。

并且通过锁存器储存起来，按R键将清除已处理的信号。

图1 病房呼叫系统的逻辑方框图由上述图文说明可看出此方案能够对最优先级别的呼叫信号进行处理，编码和译码，最后显示出来。

在完成最优先级呼叫信号的处理之后，可以通过医护人员手动复位，从而对其他信号的处理。

工作原理：用D锁存器锁存，再用一个8线-3线优先编码器4532对病房号编码，再用译码器4511译出最高级的病房号。

当有病房号呼叫时，通过译码器和逻辑门触发（由555构成的单稳触发器）从而控制蜂鸣器发出5秒钟的呼叫声。

呼叫信号控制晶闸管从而控制病房报警灯的关亮。

若有多个病房同时呼叫，待医护人员处置好最高级的病房后，由人工将系统的复位（手动）。

工作流程图2、单元电路设计与分析2.1 5秒呼叫模块利用555集成时基电路组成脉冲启动型单稳态电路，产生定长时间的震荡信号驱动蜂鸣器呼叫。

配以相应参数的阻容器件，可将震荡时间准确的控制在要求的5秒钟。

电路原理图如附录图2.1图2 5秒呼叫电路原理此电路由模拟开关、4输入或非门集成芯片4002、由555构成的单稳态触发器和蜂鸣器组成。

模拟开关初始状态为全低电平。

将模拟开关的所有输入端经与非门后接入555的触发输入2端。

再由555的输出端3接蜂鸣器。

当无病房呼叫时，模拟开关全为低电平输入给逻辑门，之后输入555的2端口时依旧是高电平。

由于由555构成的单稳态触发器是低电平触发，且无触发时输出低电平。

所以此时蜂鸣器无声音。

只要有病房呼叫时，555的2端将接入低电平，触发器被触发，进入暂稳态状态中。

其输出端3输出5秒的高电平，则蜂鸣器呼叫5秒钟。

呼叫时间5秒即为单稳态的暂态时间。

由555构成的单稳态的暂态（即输出高电平时间）公式算得。

Th=RCLn3 =454×103×10×10-6×1.1=5 s这里取470k的标准电阻。

蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用直流电压供电，广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、电话机、定时器等电子产品中作发声器件。

我们本次设计就是用这种设备来模拟，它的外形常见的几种(图2.2)，一般呈圆柱状，下面两针长短不同，长的就为正极，短为负极，我们只要在正负极加上正向电压其便可以发出声响。

图3 常见蜂鸣器555定时器电路的内部结构如下图所示，其有两个比较器 C1和 C2，且它们各有一个输入端连接到三个电阻R组成的分压器上，比较器的输出接到RS触发器上。

此外还有输出级和放电管，输出级的驱动电流可达200mA。

其内部结构如图2.3图4 555定时器由其内部结构我们可以得到它的功能表如下所示：输入输出Rc V11V12Vo T D状态0 ××低导通1 >2Vcc/3 >Vcc/3 低导通1 <2Vcc/3 >Vcc/3 不变不变1 <2Vcc/3 <Vcc/3 高截止1 >2Vcc/3 <Vcc/3 高截止表5 555定时器功能表2.2 呼叫显示模块因为病房中的呼叫开关1~4都是可自动弹起的按扭开关，其提供信号不稳定不确定，所以设计中只能利用呼叫时的一个脉冲信号，才能保证呼叫的及时、准确。

利用晶闸管的开关特性，使晶闸管与信号灯串联在电源上，使用呼叫信号控制相应的信号灯串联晶闸管，当有病房呼叫信号来时，晶闸管导通使对应的小灯点亮报警，直到人为复位清零。

其电路原理图如图6。

图6信号灯显示电路原理当无呼叫时，呼叫开关都处在低电平，尽管晶闸管的两端加上了足够的正向电压，但由于G端无触发信号而不能导通，小灯不亮。

当有呼叫时，相应的模拟开关会接通高电平，这时晶闸管两端有足够的正向压降且有足够的触发电压，满足导通的条件，管子导通，小灯发光，报警。

实验中将12v直流电源与复位开关、报警灯以及晶闸管正向连接，利用模拟开关控制晶闸管的打开，用复位开关控制晶闸管的断开，以达到利用呼叫的不稳定信号，触发出稳定的报警输出，直到人为处理。

2.3优先显示模块用可编程逻辑控制电路，这种方法在应用中能非常方便有效的控制，而且对于以后附加功能的实现、电路功能的扩展很方便，只是需要掌握一定的编码优先位及相应电路的应用，在熟悉可编程控制电路的应用的情况下也是可行的，而且对于实用来说更有意义。

但考虑到作者对编程控制的应用能力有限，以及实际应用的成本和控制部件的利用率等问题。

具体电路图如图2.7图7 优先显示电路此电路由模拟开关、优先编码器4532，D锁存器7475、译码器4511、数码管等组成。

模拟开关初始状态为全高电平。

将模拟开关的所有输入端接D锁存器后，D锁存器输出分别4532的D0-D3。

其他D 接入端都接地，EI接高电平Vcc.4532的输出Q0,Q1,Q2分别接入译码器4511的A,B,C；D接地。

译码器4511的输出A-G对应接数码管的a-g。

表8 优先编码器4532功能表在数字测量仪表和各种数字系统中，都需要将数字量直观地显示出来，一方面供人们直接读取测量和运算的结果；另一方面用于监视数字系统的工作情况。

因此，数字显示电路是许多数字设备不可缺少的部分。

数码显示器是用来显示数字、文字或符号的器件，现在已有多种不同类型的产品，广泛应用于各种数字设备中，目前数码显示器件正朝着小型、低功耗、平面化方向发展。

数码的显示方式一般有三种：第一种是字形重叠式，它是将不同字符的电极重叠起来，要显示某字符，只须使相应的电极发亮即可，如辉光放电管、边光显示管等。

第二种是分段式，数码是由分布在同一平面上若干段发光的笔划组成，如荧光数码管等。

第三种是点阵式，它由一些按一定规律排列的可发光的点阵所组成，利用光点的不同组合便可显示不同的数码。

数字显示方式目前以分段式应用最普遍，图5.3.6表示七段式数字显示器利用不同发光段组合方式，显示0～15等阿拉伯数字。

在实际应用中，10～15并不采用，而是用2位数字显示器进行显示。

其七段数字显示器发光组合图如下所示，它是通过CD4511对其A.B.C.D.E.F.G段二极管的明暗进行控制，最后使得其显示出一定的数字模式，如图2.8所示：图9 七段数字显示器显示数字在本设计中我们用的是CD4511来对数码管进行控制。

下面来看一下4511的功能引脚图3.9和4511的功能表2.3图10 4511引脚图表2.3 4511的功能表如下3．特殊器件的介绍这次设计我们用到的特殊器件主要有四输入的或非门4002，它的真值表见表3.1，还有四D锁存器7475其真值表为3.2。

表11 四输入的或非门4002的真值表4．系统调试方法介绍和系统功能系统调试方法介绍：此电路我们需要调试的东西不多，首先将各个模块连接到一起后,注意检查各个部分是否连接正确和连接端是否连接好。

注意我们所需要的芯片参数是否正确，电解电容的极性是否连接正确，在测试看看各管脚的电平是否符合我们理论上达到的值，同时观察各个集成器件的各个管脚的电平变化情况，以及数码显示器的显示是否正确.如有不正确的就将其逐个问题解决了再进行后面的调试，直到所有问题都解决了为止。

各模块连接好之后就可以对电路进行调试了。

首先触发一个病人信号，看是否产生声、光报警，并且声音响5秒，数码管是否显示对应的病人编号；直到完成了此功能，进行下一向调试。

下一向调试触发多个病人信号，同样看是否产生声、光报警，并且声音响5秒，数码管是否显示最优先的病人编号；如能完成此功能那么它是正确的。

系统功能：在有多个呼叫信号同时产生时，对已有的最高级别信号进行清零，观察系统是否能够对剩余信号中的最高级别信号进行优先呼叫。

或者在原有呼叫信号的基础上再输入一个最高级别的呼叫信号，观察系统是否能将此最高呼叫信号优先呼叫。

5．结论通过对电路图通过muiltisim仿真的结果的分析可知道此电路基本符合此次课程设计的设计要求。

本设计是为在病人紧急需要时能很快进行救治的呼叫系统,增强医护人员更好的监护病人。

此系统的优点特色在于可以设立呼叫优先等级而不是单纯的病人呼叫，这样避免在有多个病人同时呼叫时，医护人员不知道应该先救治哪个。

利用本系统设立呼叫等级后，当有多个呼叫信号时，呼叫系统会自动先显示最高级别的的呼叫，使病情严重的病人得到优先救治。

同时系统自动锁存其它的呼叫信号，在高级别呼叫清零后自动对其它信号进行显示呼叫。

这样让所有病人都能够获得救治，这种由医院根据病人病情设立的具有呼叫等级的系统系统可有效控制因病人突发病情而医护人员却未能及时救治导致病人病情严重甚至死亡的严重后果。

同时这种病情严重者优先的呼叫系统也体现了人性的美德和医院救人的精神。

但是本设计也存在一些缺点。

此设计在布线方便有点复杂，还要把其好好的隐藏，不能出现线路断路。

可以把其改进为无线发送，无线接收，这样处理后发生故障的可能性会大大降低。

因此，为了克服以上的不利因素，本人觉得如果此课题会有进一步的研究的可能的话，可以向无线方便发展，避免布线的麻烦和断线的困扰，这样就可以轻松解决布线的复杂和断线的困扰了。