设计与实现四路病房呼叫系统：功能、要求、电路设计及仿真

手术室老王

一、设计目的作用

1、掌握病房呼叫系统电路的设计、组装与调试方法。
2、熟悉数字集成电路的设计和使用方法。
二、设计要求

1、某医院有1，2，3，4号病室，每个房间装有呼叫按钮，病人通过按动自己的床位按钮开关向护士值班室发出呼叫信号。
2、护士值班室有相应的显示电路：每个病房对应有一个指示灯，共用一个显示器，一旦有病人呼叫，显示器显示呼叫病人的床位编号，相应病房的指示灯闪烁，同时扬声器发出声响提示值班人员。
3、1号病室的呼叫优先级别最高，其次是2号病室，4号病室最低。
4、用一个数码管显示呼叫病房的号码，没呼叫信号时显示为0，有多个呼叫信号时，显示优先级别最高的呼叫号。
三、设计的具体实现

1、系统概述

（1）呼叫功能：四个病房每个病房都装有⼀个呼叫按钮，当病房有需要时，可以通过呼叫按钮进⾏呼叫
（2）显⽰功能：在护⼠值班室内有相应的显⽰电路，可以看到是哪个病室在呼叫
（3）优先权：四个病房呼叫具有优先权，其中一号病房优先权最⾼，四号病房优先权最低。只要有一号病房呼叫时，不管其他四个病房是否呼叫，显⽰电路均显⽰一号病房；一号病室不呼叫时，只要有二号病室呼叫，不管三号、四号是否呼叫，显⽰电路均显⽰二号病房依次类推。
（4）蜂鸣器：当病房有呼叫时，蜂鸣器将发出声响，护⼠听到声响能够知道由病房在呼叫
课程设计采⽤了74LS148D，74LS47D，555定时器构成的多谐振荡器及各种门电路。通过开关1,2,3,4,的开闭点亮指⽰灯并给优先编码器74LS148D送码，优先编码器74LS148D将其编码后再传送给译码器74LS47D，74LS47D将其翻译出来，再送给数码管，同时，优先编码器74LS148D给555定时器构成的多谐振荡器送信号，让蜂鸣器⼯作。
2、 单元电路设计与分析

(1)病房呼叫信号：
        四个单刀双掷开关，双掷端分别连接5V电源与地端，因为是低电平有效，所以开关默认接至电源，如下图3-1所示。

 图3-1 病房呼救信号输入模块

 

（2）四个指示灯：
        四个LED灯分别表示相应病房，四个保护电阻可防止LED烧毁，LED的负极接至信号输入端，因为默认为高电平所以LED在开关未闭合时处于熄灭状态，在开关拨至接地端时处于亮起状态，如下图3-2所示。

图3-2 病房指示灯模块

（3）病房优先排序模块：

        利用优先编码器74ls148可以实现对病房的优先排序，根据其真值表可以知道，D7的优先级最高，输入低电平时结果为0，因为要求病房无人按下开关时数码管显示为0，即输入全为高电平时D7收到的为低电平信号，所以可以利用与非门实现其逻辑功能，本实验利用74LS20D连接各个病房信号，再将其结果接至74LS148的D7端，来检查是否有人按下病房呼叫开关。然后再按优先级将病房1至4的信号接至优先编码器的D6至D3端，因为D2至D0端优先级最低，且只有4个病房，所以可以直接悬空。最后为74LS148与74LS20连接电源端与地端，如下图3-3所示。

 

图3-3病房优先排序模块 

（4）译码显示模块：
        根据74LS48的真值表对照74LS148的真值表可知，优先编码器的A0至A2端可直连至译码器的A至C端，D端接地置零即可。因为是低电平有效，所以,,三端接电源即可。本实验提供了共阴极数码管，所以数码管的CK端接地。译码器的OA至OG端分别接至数码管的A至G端，为了防止数码管烧毁，连接时还要为其添加36欧的保护电阻，如下图4-1所示。 

图4-1 病房号显示模块

（5）警报器与警报灯模块：

        利用EN555定时器，按其功能表与引脚图制作单稳态触发器，因为555定时器为低电平触发，为了实现病房无人呼救时警报不触发，有人呼救时警报启动并持续一段时间的目的。病房本实验利用第一次与非的结果与3个高电平与非，从而实现有人呼救时555定时器收到低电平信号。再在555定时器的输出端连接LED灯与蜂鸣器作为警报灯与警报器，为了防止LED灯与555定时器烧毁，所以在LED灯的前端接入360欧的保护电阻，因为接入电阻后会导致电路的电压降低，所以利用三极管制作放大器，放大后再接入蜂鸣器，如下图5-1所示。

图5-1 病房呼救报警模

（6）实物图

 

图6-1 电路实物图

（7）仿真显示

图7-1 一路仿真显示图

图7-2 二路仿真显示图

图7-3 三路仿真显示图

图7-4 四路仿真显示图

 

图7-5 优先显示仿真图

四、总结

通过本次实验，完成了四路病房呼救系统的电路仿真和实物设计，但由于排版问题导致期间出现了各种不利于焊接的问题，调整过后导致时间不够引起的警报器与警报灯模块还未焊接完毕。
此次试验更加熟悉Multisim 7仿真软件的使用，也了解了蜂鸣器,芯片等元件的使用方法，也知道了仿真电路与实际电路中有着非常多不同。

五、附录

元件名称	型号	数量	备注
优先编码器	74LS148	1	双列直插
双四输入与非门	74LS20	1	双列直插
定时器	NE555	1	双列直插
译码器	74LS48		双列直插
1位数码管	0.56英寸共阴	1	红光
发光二极管	5mm	5	红光
自锁微型按钮	6脚	4
三极管	9011	1	NPN型
电阻	360欧	12	1/4W碳膜电阻±1%
电阻	1.5K	2	1/4W碳膜电阻±1%
无源蜂鸣器	交流5V	1
电容	1UF、0.01UF	各1	瓷片电容
集成块插座	16、14、8脚	各1	（16脚2，14脚、8脚各1）
面包板	150*200	1	两连孔（单面绿油）

来源：https://blog.csdn.net/m0_58462317/article/details/125628567
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