成功案例 八路呼叫器

——设计说明书

题    目：   八路呼叫器     

姓    名：                  

学    号：                  

班    级：                  

学    院：     电信学院     

指导教师：                  

日    期：                  

设计报告书写要求：

1．第1部分：摘要

2．第2部分：目录

3．第3部分：任务要求

4．第4部分：概述（简要说明本设计的基本内容） 

5．第5部分：分析技术要求，选择技术方案

6．第6部分：确定原理方框图，分析工作原理

7．第7部分：单元电路的设计（工作原理、元器件的选择、有关仿真波形和实测波形）

8．第8部分：结论 

9．第9部分：参考文献

10．第10部分：总结及体会

11．第11部分：附录（元器件明细表、需要专门说明或论述的问题）

12．第12部分：致谢

注意：资料袋封面上填写：电子技术综合训练

八路呼叫器设计

与制作

2010年  春  季学期

摘要

本设计是做一个八路呼叫器，其主要应用于医院的看护病房系统，而设计的目的就是将病人的需求及时通知给医护人员，我们可以将按键安装在不同的病床旁边，当有病人按下按键时，通过编码电路产生与病床相对应的编码，然后用锁存器将编码信息锁存起来，接下将锁存的编码通过译码驱动电路产生相应的译码在数码管上显示呼叫的病床号，而在按下按键的同时，产生有效时钟信号触发单稳态电路使其产生暂稳态，输出一段宽度可控的脉冲信号，脉冲信号触发多谐振荡器，产生一系列脉冲信号，在经过放大电路后，驱动喇叭工作，数码显示管和扬声器均安置在值班室，这样，在值班室的医护人员就可以知道哪位病人呼叫请求帮助，其中多谐振荡电路和放大电路可以用蜂鸣器来替代。

当有病人需要医护时，数码管显示病人所在的床号，在2s之内时，扬声器发声，医护人员可以通过手控按钮来解除喇叭鸣叫，若无手动解除，2s之后扬声器自动停止工作。

　　本设计应用了74HC148优先编码器，可以根据病人的病情程度的不同，给予病情较严重者以优先呼叫权。当有两个以上病人按下医护按键时，通过优先编码器将优先编码需要医护程度高的病人的床号，其它的暂不起作用。

封面  ……………………………………………………………………1

任务书  …………………………………………………………………4

摘要  ………………………………………………………..…………..5    

目录  ……………………………………………………………………6

第一章概述  …………………………………………………………7

第二章技术性能指标 ………………………………………………7

第三章分析技术要求及选择方案……………………………………8

第四章原方框理图及工作原理 ………………………………………9

第五章单元电路的设计………………………………………………11

第六章总电路原理图…………………………………………………18

第七章设计参考文献…………………………………………………18

第八章总结和体会……………………………………………………18

第九章附录……………………………………………………………20

第一章概述

   当某一路有呼叫时，能显示该路的编号，同时给出声光报警信号，报警时间为2S左右，报警状态可以手动切除。

如果某一路有呼叫请求，则该呼叫信号被送入8-3优先编码器进行编码，编码输出经74LS374锁存后，送入CD4511译码电路，驱动七段数码管显示这一路的编号。同时呼叫信号触发由NE555定时器构成的单稳态触发电路，产生脉宽大约为2s的脉冲信号，它控制由NE555定时器构成的多谐振荡器使扬声器发生2s的报警信号，报警状态可以用手动按键消除。手动解除电路也需要用到触发器，给它一个有效时钟触发信号，它可以保持输出0或1状态，进而影响扬声器驱动电路，达到解除警报的目的。

第二章 技术性能指标

设计内容及技术要求：

设计一个八路呼叫器，具体要求如下：

当某一路有呼叫时，能显示该路的编号，同时给出声光报警信号，报警时间为2S左右，报警状态可以手动切除。

  第三章 分析技术要求，选择技术方案

如果某一路有呼叫时，由于优先编码器74HC148是低电平输入有效，该路与编码器相连处的电平由1变为0，如何得到低或者高电平呢？由于采用CMOS工艺制成的编码器，在输入端连上大电阻接地后，不能得到高电平，必须接电源加保护电阻，这点与TTL工艺制成的74LS148不同;再在同一节点连上开关的一端，开关的另一端接地，当有按钮按下时此端电平由1跳0；

因采用了按键开关，在松手后此处电平又回到1，为使该路号码能够在显示器上保持，需要采用锁存器——74LS374。松开按键后，它可将按键压下所产生的信号跃变保存下来，此过程需要一个有效时钟信号（由0变1的脉冲信号），此信号可通过八输入与门电路获得；

再通过BCD七段数码管译码驱动电路显示号码，译码器选用CD4511。显示电路如原理图上半部分。

如果某一路有呼叫时，八输入与门CD4068的输出由1变0，正好成为单稳态电路的触发脉冲，此单稳态电路由NE555定时器和电容电阻连成，其中电阻电容值满足1.1RC=2，在两秒内单稳态电路输出电平为1；

手动解除电路也选用了锁存器74LS374，其输入信号取自单稳态电路的输出，CLK信号来自大电阻接地电路和开关接地电路，其输出连着一个非门，与上述单稳态电路的输出构成一个两输入与门的输入端。而这个与门（**）的输出端控制着发声装置；

如果采用蜂鸣器，则下面电路可以省略。上述与门的输出端在没有按钮信号时为0，连着NE555的复位端，电平为0时复位有效，多谐振荡电路输出为0，扬声器不工作；有按钮按下时，复位端电平为1，多谐振荡电路输出脉冲信号，扬声器发声。

若在2S内，弹下手动解除按钮，产生有效CLK信号，锁存器输出锁定为1，通过非门，产生低电平，与门（**）的输出为0，振荡电路被复位。2S之后，再次弹下手动解除按钮，触发器状态被解除，为下一次电路发声创造条件。

按照以上技术要求设计电路，绘制电路图，对设计的电路用ISIS 7 Professional进行仿真，仿真通过后购买元器件，焊接电路，然后对制作的电路调试，写设计报告，最后答辩

用到的元器件：

集成电路：NE555定时器、CD4068、74LS374、CD4511、74HC148、74LS08、74HC04

阻值分别为100，360，10k，82k，100k

电容分别为0.1uf，22uf

BCD七段数码管，蜂鸣器，按键

第四章 原理方框图及工作原理

原理图如下：

工作原理：

1..编码显示电路：编号为0~7的按钮，0号优先性最低，7号最高。当其中之一被按下，与之相连的优先编码器编码输入电平由1变0,而其他编码输入端口仍为1,编码器为之编码，将电平信号送入锁存器，信号被锁存；再传递给译码驱动电路，号码通过数码管显示出来。正是由于锁存器的存在，使电路的有效输入信号得以保持，即数码管显示数字不变。

2.发声电路：有按键按下时，与门输出由1变0,这个低电平信号触发单稳态电路，输出为高电平，持续时间可以控制，持续时间为2s，它与手动解除电路的输出端一起构成与门（*）的输入端，此与门的输出端连着多谐振荡器的清零端，清零端低电平有效，多谐振荡器被清零后，扬声器停止工作（若用蜂鸣器可省略振荡电路和放大电路）。

3.手动解除电路：按下手动开关再松开，产生上升沿时钟信号，锁存器将输入电平锁存，在扬声器响时，输入电平为1，再过非门，成为与门（*）的另一个输入端，此时与门（*）输出为0,多谐振荡器被清零，扬声器停止工作（若是蜂鸣器，直接停止工作）；再次按下手动开关，又一次产生有效时钟触发信号，此时单稳态电路输出为0,手动解除电路输出为1,触发状态解除。

第五章 单元电路的设计

74HC148优先编码器电路

优先编码器电路中，允许同时输入两个以上编码信号。不过在设计优先编码器时，已经将所有的输入信号按优先顺序排了队。在同时存在两个或两个以上输入信号时，优先编码器只按优先级高的输入信号编码，优先级低的信号则不起作用。74HC 148是一个八-三优先编码器。

74HC148优先编码器为16脚的集成芯片，除电源脚VCC(16)和GND(8)外，其余输入、输出脚的作用和脚号如图中所标

如图所示的是八线-三线编码器74LS148的惯用符号及管脚图引脚图，LS系列与HC系列引脚图相同。 

其中I0—I7为输入信号，A2,A1,A0为三位二进制编码输出信号，IE是使能输入端,当IE接低电平时，编码器允许编码，OE是使能输出端，GS为片优先编码输出端.

本电路中不用14和15引脚，且输入端不能悬空，5管脚接地。

74148优先编码器真值表  

555的内部结构可等效成23个晶体三极管.17个电阻.两个二极管.组成了比较器.RS触发器.等多组单元电路.特别是由三只精度较高5k电阻构成了一个电阻分压器.为上.下比较器提供基准电压.所以称之为555.

555属于CMOS工艺制造. 

555引脚图介绍如下

1地 GND 

2触发 

3输出 

4复位 

5控制电压 

6门限(阈值） 

7放电 

8电源电压Vcc

本电路图中两次用到NE555，一次是利用它构成单稳态电路，达到定时2Sde目的；一次是利用它构成多谐振荡电路驱动扬声器发声。接法分别如电路的前后部分。

74LS374锁存电路

74LS374是一种8通道上沿触发锁存器。其管脚结构如图所示。D[7:0]为输入数据线，Q[7:0]为输出数据线。CLK引脚为锁存控制信号，上升沿有效。当上升沿到时，输出数据线锁存输入数据线上的数据。OE引脚为锁存器的片选信号，低电平有效。

本电路中需要用到两次74LS374，一次为显示电路中利用它锁存有效输入电平，为保持数码管显示数字不变；一次是手动解除电路中用到，为保持解除状态不变。未用到的端口悬空，D3脚接地。

74LS04非门

74LS04是6非门(反相器)他的工作电压5V，他的内部含有6个coms反相器，74LS04的作用就是反相把1变成0，平时在使用中请注意不要芯片的管脚顺序搞错了，下面是芯片的管脚图

CD4511译码驱动电路

A1 A2 A3 A4 为输入端，a b c d e f g分别为译码输出端，4脚BI为消隐输入端，当BI=0时，不管其他输入状态如何，七段数码显示管均处于熄灭状态，不显示的数字。3脚LT为测试输入端，当LT=0,BI=1时，译码输出全为1，不管输入状态如何，七段均发亮显示8，它主要是用来检测数码管是否损坏。5脚LE为锁定控制端，LE=0时允许译码输出,LE=1时，译码器是锁定保持状态，译码器输出被锁定在LE=9时的状态。

本电路中A3端接锁存器374的Q3，A2接Q2，A1接Q1，A4接Q0；LT和BI端接1，LE端接0。

BCD七段共阴极数码显示管

CD4068

              第六章 总电路原理图

第七章 参考文献

 阎石 《数字电子技术基础（第五版）》 北京：高等教育出版社，2006.5

第八章 总结及体会

此次设计及焊接过程中遇到了很多挫折，究其原因皆为浮躁致之。弄清每个器件引脚作用及电路各个单元的功能，真正做到了吗? 

设计过程中，显示电路中的锁存器的选择有些波折，起先用的是74LS373,仿真结果也正确，而细想来，它用在本电路不太适合，373的LE端由下降沿触发信号时，工作在锁存态，但是会有一种情况难以确定：下降沿时刻，输入电平同时发生跃变，它锁存什么时刻的状态？而本电路正存在这种情况，此单元仿真无果。因而改用74LS374可解决此问题。

焊电路时，首先是布局，根据电路板的结构，元件只能横向放置，焊接过程中，先焊集成电路底座的引脚，避免因为高温而损坏集成元件，最后是焊接技术，在焊接时，先用电烙铁对元件管脚和电路板同时加热，再加热焊锡，然后朝垂直板子方向提电烙铁，焊锡量不宜过多，之后将多余的引脚剪去，避免与其它管脚接触造成事故。这些环节我都出现过问题，不过最后都得以解决。

通过这次综合训练，对数字电子技术的认识上升到实践层面，头脑中再也不只是空泛泛的工作原理，也了解到一些常用器件的特性和典型电路，脑子中有了与理论知识相对应的实物的模型，对数字电子技术有了感性和理性上的更深认识。难能可贵的是锻炼了自己的动手能力。

这次训练也教会我如何更好的与别人合作。首先这几个人是一个团体，共进共退，每个人都要拿出百分之百的精神去战胜前进中遇到的难题，而不是去退缩怀疑自己，更不是一味依靠别人，每个人都要有责任感；更要乐观，因为乐观缘于对困难的认真的分析，清楚哪出现问题，寻找解决的办法；也要听从别人的建议，然后对之做出明确的判断；最后合理分配任务，给每位能胜任的任务。

这次综合训练过程中，虽然遇到了很多挫折，按我觉得这是好事。设计时，手动解除状态无法保持，采用了触发电路后问题解决；调试中，起先显示电路不能锁存，想到的最有可能原因是74LS373出现了问题，最后我又查阅了 373的详细功能表，发现它在本电路中不适合，放弃373，改用374，结果保存了；还有就是数码管只能显示0,2,4,6，8 ，不能显示其它数字，我一个一个引脚测电平发现译码器以前的电路正常工作，译码输出不正常，上网查了一份权威的英文资料，才发觉时译码器CD4511输入接法错误，最后好了；焊接时，起先技术不是太好，手生，不过一切都慢慢变好了。

 第九章 附录

元件明细表

集成电路74LS374两个，NE555定时器、CD4511、CD4068、74HC148、74LS08、74HC04各一个

阻值分别为100一个，360七个，10k八个，82k，100k各一个

电容分别为0.1uf，22uf各一个

BCD七段数码管，蜂鸣器，按键九个