冯雅伟论文

摘要……………………………………………………………………………………1 前言……………………………………………………………………………………2 一、课题的名称………………………………………………………………………3 （一）设计的目的……………………………………………………………………3 （二）设计的要求……………………………………………………………………3 二、课程设计内容……………………………………………………………………3 （一）设计思路………………………………………………………………………3 （二）设计方案………………………………………………………………………3 三、制作与调试………………………………………………………………………9 （一）焊接工艺………………………………………………………………………9 （二）安装制作………………………………………………………………………12 （三）调试……………………………………………………………………………12 四、元件清单………………………………………………………………………12 总结…………………………………………………………………………………14 致谢…………………………………………………………………………………15 参考文献……………………………………………………………………………………16

病房呼叫器的设计与制作

冯雅伟

【摘要】叙述了病房呼叫器的基本原理，给出了一种呼叫器的设计方案。设计的呼叫器，电路简单，操作方便，灵敏可靠。该呼叫器由主体电路和扩展电路组成。优先编码电路、解码器将病人的输入信号在数码管上输出；用控制电路和开关启动电路，以上两部分组成主体电路。通过译码电路将产生的信号在显示器上输出，构成扩展电路。经过布线、焊接，调试等工作后病房呼叫器成形。

关键字：74LS147优先编码器 74LS247解码器 74LS04非门 数码显示管

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前言

使用控制按钮代替病房呼叫，当病人感到不舒服有需要叫医生时，只要按一下床头的呼叫按钮，值班室的数码显示器上就会显示出病房里哪个病人的呼叫，当有两个或两个以上的病人同时需要呼叫医生时，该呼叫器就会在护士值班室里显示出优先权最高的床位号码，以便优先处理他这里发生的问题。

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一、课题的任务 （一）设计的目的

通过本课题的设计，能够综合运用所学的理论知识，拓宽知识面，系统

地进行电子电路的工程实践训练，培养基本技能，提高分析问题和解决问题的能力。

（二）设计的要求

1设置开关S1-S9为病房呼叫开关。

2用数码显示器显示病房的呼叫。

当多个病房同时呼叫时，护士值班室中显示优先级别最高的病房号。 二、课程设计内容 （一）设计思路

现有一病房，需设计一个呼叫系统，该病房里一共有九张床位，这间病房里所需护理病人的病情轻重缓急是各不相同的。把病情最重的病人安排在第 9 号，病情次重的安排在第 8号……，最轻的安排在第 1号。要求在每个床位上各设置一个呼叫按钮。病人按动这个按钮．就在护士值班室显示所在床位的相应号码。如果有两个或两个以上的病人同时按动按钮，在值班室里只显示出优先权最高的床位号码，以便优先处理他这里发生的问题。 （二）设计方案

1、下面是设计的总体电路图：

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图1

2、该电路工作原理如下：

开启电路开关，此时电源指示灯D0亮起，表示电路开始工作；数码管的显示状态显示0，当病房内有病人发出紧急呼叫时，数码管显示出对应的数字 ，及对应的指示灯亮（假如1床的病人按下紧急呼叫按钮，此时的数码管显示1对应的指示灯D0亮，以此类推），由于本图采用优先编码器74ls147，其真值表如表1所示，I9优先级最高，I8次之，I7……依次降低，即当9号床和1号床的病人同时按下呼叫按钮，此时数码管显示的是9，当2号床和5号床的病人同时按下呼叫按钮时，数码管显示器是5，对应指示灯亮。 3、各组成部分功能分析 （1）、电源

在设计中使用的是直流5伏的开关电源 （2）优先编码器

编码器可分为普通编码器和优先编码器。普通编码器在应用的过程中有一定的局限性，即不能有两个以上的编码信号同时输入到编码器上。为了克服这种局限性，就需要设计另外一种编码器，这就是优先编码器。优先编码器的最大优点是允许有多个编码信号同时加到编码器的输入端．但电路只对编码信号中的优先

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级别最高的一个信号进行编码，对于比它低级别的信号不予理睬。 因此，所谓优先编码器。就是按优先级别的高低进行编码的电路。

常用的集成优先编码器IC有10线-4线、8线-3线两种。10线-4线优先编码器常见的型号为54/74147、54/74LS147，8线-3线优先编码器常见的型号为54/74148、54/74LS148。

10线-4线8421 BCD码优先编码器74LS147的真值表见表1。74LS147的引脚图如图2所示，其中第9脚NC为空。74LS147优先编码器有9个输入端和4个输出端。74LS147优先编码器的输入端和输出端都是低电平有效，即当某一个输入端低电平0时，4个输出端对应该端输出其对应的8421 BCD编码。当9个输入全为1时，4个输出也全为1，代表输入十进制数0的8421 BCD编码输出。

74LS147集成电路为10—4线优先编码器，I9端优先级别最高，其余依次为I8、

I7…I0。

图2 表1 74LS147型10—4线优先编码器真值表 输入 输出 I9 1 0 1 1 1 1 1 I8 1 × 0 1 1 1 1 I7 1 × × 0 1 1 1 I6 1 × × × 0 1 1 I5 1 × × × × 0 1 I4 1 × × × × × 0 I3 1 × × × × × × I2 1 × × × × × × I1 1 × × × × × × I0 1 × × × × × × Y3 1 0 0 1 1 1 1 Y2 1 1 1 0 0 0 0 Y1 1 1 1 0 0 1 1 Y0 1 0 1 0 1 0 1 5

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 × 0 1 1 × × 0 1 × × × 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 （3）BCD七段显示译码器

发光二极管(LED)由特殊的半导体材料砷化镓、 磷砷化镓等制成，发光二极管与普通二极管一样是由一个PN结组成，也具有单向导电性。当在发光二极管PN结上加正向电压时，PN结势垒降低，载流子的扩散运动大于漂移运动，致使P区的空穴注入到N区，N区的电子注入到P区，这样相互注入的空穴与电子相遇后会产生复合，复合时产生的能量大部分以光的形式出现，因此而发光。不同的半导体材料中电子和空穴所处的能量状态不同。当电子和空穴复合时释放出的能量多少不同，释放出的能量越多，则发出的光的波长越短。常用的是发红光、绿光或黄光的二极管。 可以单独使用，也可以组装成分段式或点阵式LED显示器件(半导体显示器)。 分段式显示器(LED数码管)由7条线段围成 字型，每一段包含一个发光二极管。只要按规律控制各发光段的亮、灭，就可以显示各种字形或符号。 LED数码管有共阳、共阴极之分。图3（a）是共阴极式LED数码管的原理图，图3(b)是其表示符号。使用时，公共阴极接地，7个阳极a~g由相应的BCD七段译码器来驱动(控制)，如图3(c)所示。

图3

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共阳极数码管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极(COM)的数码管。共阳极数码管在应用时应将公共极COM接到+5V，当某一字段发光二极管的阴极为低电平时，相应字段就点亮。当某一字段的阴极为高电平时，相应字段就不亮。图4为共阳极式LED数码管的原理图和表示符号。

图4

BCD译码器的输入是一位BCD码(以D、C、B、A表示)，输出是数码管各段的驱动信号(以Fa~Fg表示)，也称4—7译码器。若用它驱动共阴LED数码管，则输出应为高电平有效，即输出为高电平(1)时，相应显示段发光。例如，当输入8421码DCBA=0100时，显示器应显示4 ，即要求同时点亮b、c、f、g段， 熄灭a、d、e段，故译码器的输出应为Fa~Fg=0110011，同理，根据组成0~9这10个字形的要求可以列出8421BCD七段译码器的真值表，见表2。 表 2 74LS247译码器功能表

功能和十 进制数 试灯 灭灯 清零 0 1 LT 0 × 1 1 1 RBI × × 0 1 × BI 1 0 1 输入 输出 A3 × × 0 0 0 A2 × × 0 0 0 A1 × × 0 0 0 A0 ａ ｂ ｃ ｄ ｅ ｆ ｇ × × 0 0 1 0 1 1 0 1 0 1 1 0 0 0 1 1 0 0 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 0 1 1 11 1 7

2 3 4 5 6 7 8 9 1 1 1 1 1 1 1 1 × × × × × × × × 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 1 0 1 0 1 1 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 (4)按钮开关

按钮开关是旧标准用术语，新标准（GB2900·18）中简称为按钮。按钮开关是用来切断和接通控制电路的低压开关电器。按钮开关的触头的额定电流为5A。所以，按钮开关的电路属于小电流电路。 按钮有单极双位开关或双极双位开关，它按功能与用途又分为起动按钮、复位按钮、检查按钮、控制按钮、限位按钮等多种。 （5）电阻

在物理学中，用电阻（resistance）来表示导体对电流阻碍作用的大小。导体的电阻越大，表示导体对电流的阻碍作用越大。不同的导体，电阻一般不同，电阻是导体本身的一种性质。导体的电阻通常用字母R表示，电阻的单位是欧姆（ohm），简称欧，符号是Ω

电阻的主要物理特征是变电能为热能，也可说它是一个耗能元件，电流经过它就产生热能。电阻在电路中通常起分压分流的作用，对信号来说，交流与直流信号都可以通过电阻。 三、制作与调试 （一）焊接工艺

掌握焊接的基本工艺，不但要有焊料的基本知识，而且要了解基本的焊接工具。

1、焊接工具

常用的焊接工具除常用的内热式、外热式的电烙铁外，还有恒温电烙铁、吸锡电烙铁、微型烙铁、超声波烙铁和半自动送料焊枪等多种类型。电烙铁的规格

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一般是用电功率表示，常有规格有25W,45W,75W,和100W等。功率越大，烙铁投的温度就越高。 表3 选择电烙铁的依据

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焊接对象及工作性质 烙铁头温度(室温、220V) 一般印刷电路板、安装导线 集成电路 焊片、电位器、2W~8W电阻、大电解电容器、大功率管8W以上的电阻，2mm以上的导线汇流排、金属板等维修、调试一般电子产品 300℃～400℃ 300℃～400℃ 350℃～450℃ 450℃～550℃ 5000℃～630℃ 式 20W内热式、30W外热式、恒温式 20W内热式、恒温式 30W～50W内热式、恒温式、50W～75W外热式 100W内热式、150W～200W外热式 30W外热式 20W内热式、恒温式、感应式、两用 选用烙铁 焊接集成电路、晶体管及受热易损器件，一般选用20W内热式或者25W外热式电烙铁。焊接较大的元器件，应选用100W以上的电烙铁。 2、焊接技术

首先：视被焊接物的大小，准备好电烙铁、镊子、剪刀、斜口钳、尖嘴钳、焊剂等焊接工具。

焊接前要将元器件引线刮净，最好是先挂锡在焊。对被焊接物的表面的氧化物、锈斑、油污、灰尘、杂质等要清理干净。

使用焊剂时，必须根据被焊件的面积大小和表面状态适量施用。用量少影响焊接质量，用量过多时，焊剂残渣将会腐蚀零件，并使线路板的绝缘性能变差。

在焊接，为使焊件达到适当温度，并使固体料焊料迅速熔化，产生湿润，就要有足够的热量和温度。如果温度过低，焊锡流动性差，很容易凝固形成虚焊。如果锡焊温度过高，将使焊锡流淌，焊点不一定存锡，焊剂分解速度加快，特别

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值得注意的是，当使用天然松香助焊剂时，焊锡温度过高，很容易氧化脱羧产生炭化，因此造成虚焊。

焊锡时间因被焊化的形状大小不同而有所差别，但总的原则是以被焊接所润湿（焊料的的扩散范围达到要求后）的情况而定，通常情况下，烙铁头与焊点接触时时间以焊点光亮，圆滑为宜。如果焊点不光亮并形成粗糙面，说明温度不够，时间太短，此时需要增加焊接温度，只要将烙铁头继续放在焊点上多停留些时间即可。 (二)安装制作

对照元件清单买到电子元器件后，首先对照材料请认真清点一遍，并用万用表粗略的测量一下各元件，做到心中有数。 （三）调试

调试前，先将焊好的电路板对照电路图认真核对一遍，不要有错焊、漏焊、短路等现象发生。确认电路无误后，通电测试，检验集成块各控制端作用是否正常，按动按钮，观察显示数据是否正确。通电后人体不允许接触电路板的任何部分，防止触电，注意安全。如用万用表检测时将万用表两表笔接触电路板相应处即可。 四、元件清单 序 号 元器件名称 优先编码器 1 2 3 4 译码器 非门 电阻 74LS247 74LS04 1K 1个 1个 74LS147 1个 型 号 位 号 数 量 10R0 R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 R8 R9 个 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D8 D9 10个 5 6 发光二极管 开关按钮 1个 12

7 8 呼叫按钮 电源 5V

S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 S9 9个 1个

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总结

经过这段时间的忙碌和学习，我的毕业设计终于要画上句号了。一开始由于缺乏经验，再加上知识的匮乏而无从下手，后来经过老师的指导和帮助，我的设计才能如期完成。在此次的设计中，我学到了很多东西，比如对问题的分析，对知识的理解以及各种器件的选择和作用，都关系到我这次的毕业设计，以及设计的产品和方便性等。由衷的感谢在此次设计中帮过我的老师和同学，谢谢你们。

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致谢

经过几个月的努力和学习，本次毕业论文已经接近尾声了，由于缺乏经验，期间难免遇到各种各样的困难，如果没有老师的督促指导和帮助，要想完成这次设计难度可想而知，因此，在这我首先感谢我的论文指导老师田玉。田玉老师平日里工作繁忙，但在我做设计的每个阶段，从选题到查阅资料，论文提纲的确定以及论文的修改等各个环节都给予了我细心的指导。除了佩服田玉老师的专业水平之外，她的治学严谨和对工作的热情都是我学习的榜样，这将影响我今后的学习和工作。最后还要感谢在这三年内教过我的所有老师。

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参考文献

[1]、阎石主编；《数字电路技术基础》高等教育出版社第四版 [2]、李响初主编；《数字电路基础与应用》 机械工业出版社 2008、10 [3]、南寿松主编；刘荣林主编；《电子实验与电子实践》中国标准出版社 [4]、李银华主编：电子线路设计指导。北京：北京航空大学出版社，2005

[5]、http:// www.asust.edu.cn/

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