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

（1）當(dāng)病人緊急呼叫時(shí)，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(dāng)有多人呼叫時(shí)，病情嚴(yán)重者優(yōu)先；

（3）醫(yī)務(wù)人員處理當(dāng)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(yīng)信號鎖存在與之相對應(yīng)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(jìn)行編碼，然后將當(dāng)前最高優(yōu)先級別的信號顯示出來。

醫(yī)務(wù)人員根據(jù)當(dāng)前顯示病人編號進(jìn)行處理，處理一個(gè)按一下控制開關(guān)，則可清除當(dāng)前處理的病人并顯示下個(gè)次要優(yōu)先級別的病人，清除的原理就是：每當(dāng)按一下復(fù)位按鈕就會產(chǎn)生一個(gè)上升沿脈沖，使計(jì)數(shù)器置數(shù)，并將當(dāng)前顯示的數(shù)通過計(jì)數(shù)器輸入到譯碼器中，與之對應(yīng)輸出一個(gè)低電平信號最為觸發(fā)器清零信號。此時(shí)，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(jì)

2.1信號鎖存電路

此系統(tǒng)所用D觸發(fā)器為74LS74，當(dāng)預(yù)置端及清除端均為高電平且當(dāng)CLK上升沿時(shí)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(dāng)輸入一個(gè)上升沿脈沖時(shí)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(gè)74LS74雙D觸發(fā)器4個(gè)輸入端分別代表4個(gè)病人，是先把D端置高電平，當(dāng)給了時(shí)鐘CP后，Q端出高電平1，端出低電平0，此時(shí)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(yīng)的二進(jìn)制數(shù)據(jù)。而當(dāng)譯碼器給了清除端CLR信號0后，端出1，利用這點(diǎn)可以對信號進(jìn)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(jìn)行編碼產(chǎn)生一個(gè)地址碼再經(jīng)過反相器就可以在顯示電路中顯示是哪個(gè)病人需要護(hù)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(gè)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(dāng)中同時(shí)有幾個(gè)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(yīng)的A2、A1、A0三個(gè)輸出對應(yīng)的二進(jìn)制代碼。

利用這一點(diǎn)，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(dāng)無病人給信號時(shí)，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(yīng)端口相連。

一般顯示器元件同時(shí)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(gè)端口相連即可。        

2.4邏輯控制及復(fù)位電路

此系統(tǒng)是利用醫(yī)務(wù)人員控制的復(fù)位開關(guān)產(chǎn)生一個(gè)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(yīng)D觸發(fā)器的清零端 ，達(dá)到復(fù)位的目的。

74LS160計(jì)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(fù)位清零部分的異步清零計(jì)數(shù)器與3/8譯碼器電路圖如圖5所示。

圖5 異步清零計(jì)數(shù)器與3/8譯碼器

74LS160為異步清零計(jì)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(yù)置功能，在 端無效時(shí)，端輸入低電平，在時(shí)鐘共同作用下，CP上跳后計(jì)數(shù)器狀態(tài)等于預(yù)置輸入DCBA，即所謂“同步”預(yù)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(dāng)一個(gè)選通端G1為高電平，另兩個(gè)選通端G2A和G2B為低電平時(shí)，可將地址端（A、B、C）的二進(jìn)制編碼在一個(gè)對應(yīng)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(dāng)按下清除開關(guān)產(chǎn)生一個(gè)上升沿CP送到CLK，利用74LS160的同步預(yù)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(yīng)的低電平接至74LS74D觸發(fā)器的清除端，從而實(shí)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(jìn)行運(yùn)行無誤后，可以根據(jù)仿真圖進(jìn)行安裝工作，安裝之前一定要檢測工具箱、導(dǎo)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(yīng)從全局出發(fā)，決定電子裝置各部分的空間位置。將整個(gè)功能電路分成幾個(gè)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(gè)單元電路之后就得對此單元電路進(jìn)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(cuò)了；將各個(gè)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(jìn)

4.1故障分析

假如顯示功能有時(shí)對有時(shí)錯(cuò)，這時(shí)應(yīng)該查看線是否有松動。當(dāng)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(shí)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(dǎo)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(gè)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(shí)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(fù)位清零，使得低優(yōu)先級的無法得到及時(shí)處理，這個(gè)就得先從復(fù)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(fù)位清零的地址碼是否準(zhǔn)確傳入74LS160對應(yīng)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(jìn)

電路進(jìn)行清除當(dāng)前顯示時(shí)，倘若將某個(gè)觸發(fā)器清零，但二進(jìn)制譯碼器還將保持原有的輸出，這時(shí)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(gè)裝置就是每當(dāng)譯碼器工作一次就得將其進(jìn)行復(fù)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(shí)現(xiàn)。

數(shù)字電子技術(shù)的設(shè)計(jì)，今天終于能告一段落，這次的設(shè)計(jì)又一次加強(qiáng)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(xùn)練我這方面能力的設(shè)計(jì)和實(shí)習(xí)，像電工電子實(shí)習(xí)。但這次是第一次完全由自己設(shè)計(jì)電路，遇到的困難可想而知，但最終還是很好的完成了任務(wù)，而且使我受益匪淺。

這次的數(shù)電設(shè)計(jì)，我做的是個(gè)比較簡單的醫(yī)院病人緊急呼叫系統(tǒng)，任務(wù)拿到手上之后覺得確實(shí)很簡單再加上以前數(shù)電也還學(xué)的不錯(cuò)，直到真真自己動手設(shè)計(jì)時(shí)才發(fā)現(xiàn)理想與實(shí)際之間的差距很大，以前學(xué)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(gè)設(shè)計(jì)，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(yùn)用，以及對以前學(xué)的知識存在的一些問題也迎刃而解，同時(shí)也對學(xué)的知識有了一個(gè)實(shí)踐性的證明。通過這次設(shè)計(jì)使我懂的了理論與實(shí)際相結(jié)合的重要性，只是一味的學(xué)那些死的理論知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論和實(shí)踐相結(jié)合，才能真正掌握一門科學(xué)，一味的紙上談兵是行不通的，實(shí)踐還可以提高自己的實(shí)際動手能力和獨(dú)立思考的能力，這也是為在當(dāng)代急需的實(shí)踐型人才的社會的一種準(zhǔn)備。其次就是接實(shí)物電路的時(shí)候覺得最主要的就是要沉著冷靜加細(xì)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(xué)的幫助下很好的完成了老師布置的任務(wù)，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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