燕 山 大 学 课 程 设 计 说 明 书第 1 页共 13 页燕山大学课 程 设 计 说 明 书题目：病房呼叫系统学院（系）： 电气工程学院年级专业： 08 级精密仪器及机械1 班学号： 080103020068 学生姓名：赵青青指导教师：张强吕宏诗教师职称：实验师实验师燕山大学课程设计（论文）任务书燕 山 大 学 课 程 设 计 说 明 书第 2 页共 13 页院（系）：电气工程学院基层教学单位：电子实验中心学 号080103020068 学生姓名赵青青专业（班级）08 级精密仪器及机械 1 班设计题目病房呼叫系统设计技术参数用一个数码管显示呼叫信号的号码没信号呼叫时显示0；有多个信号呼叫时，显示优先级最高的呼叫号用 5 个拨码开关设置功能键，1 号优先级最高，1-5 号优先级依次降低用指示灯指示对应的病房有呼叫，有呼叫时蜂鸣3 秒。设 计要 求用静态数码管显示呼叫的病房号用蜂鸣器发出蜂鸣工 作 量学会使用Max+PlusII 软件和试验箱；独立完成电路设计，编程下载、连接电路和调试；参加答辩并书写任务书。工作计划1.了解 EDA 的基本知识，学习使用软件Max+PlusII ，下发任务书，开始电 路设计；2.学习使用实验箱，继续电路设计； 3.完成电路设计； 4.编程下载、连接电路、调试和验收； 5.答辩并书写任务书。参考资料数字电子技术基础. 阎石主编 . 高等教育出版社. EDA课程设计指导书. 指导教师签字基层教学单位主任签字金海龙说明：此表一式四份，学生、指导教师、基层教学单位、系部各一份。2011 年 3 月 17 日目录燕 山 大 学 课 程 设 计 说 明 书第 3 页共 13 页一、设计说明, 4 1.1 课程设计的目的, 4 1.2设计思路, 41.3模块介绍及真值表,4 二、原理图, 7 三、波形仿真图, 10 四管脚锁定及硬件连线, 10 五总结, 12参考文献, 12 燕 山 大 学 课 程 设 计 说 明 书第 4 页共 13 页一、设计说明 1.1 课程设计的目的本次课程设计要求设计一个病床呼叫系统，通过综合的运用所学过的理论知识，系统的进行电子电路的实践训练，从设计要求功能分析、电子器件选择、电子器件连接（组合逻辑电路设计，以及时序逻辑电路设计）、 功能实现的过程培养我们分析问题和解决问题的能力 , 使我们将课堂上所学的知识应用于实践。1.2 设计思路根据实验要求，本次设计需要响应病床呼叫时，数码管显示相应数字，而且输入信号有优先级，所以需要74HC148 的优先级编码器需要数码管显示，故其输出端需要和静态显示数码管相连，设计要求对应病床的LED灯亮，需要输出再经过3 线-8 线译码器， 74HC138输出对应的5 个信号分别与LED灯相连。实验要求蜂鸣器响三秒钟结束，所以还需要一个计数器来限制其响的时间。1.3 模块介绍及真值表 本病床呼叫系统的功能模块分为床位呼叫控制模块，LED灯显示模块， 静态数码管显示模块， 蜂鸣器模块， 蜂鸣器呼叫时间控制模块五部分，通过各个模块的协调作用，使得病床呼叫系统功能得以具体实现。 1.3.1床位呼叫控制模块床位呼叫控制模块由74HC148 、反相器、与门构成。74HC148芯片介绍：8 线-3 线优先编码器74HC148 ，允许同时输入两个以上的编码信号，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，当几个输入信号同时出现时，只对优先权最高的一个进行编码。74HC148器件图及其功能表如下：图 1 输入输出燕 山 大 学 课 程 设 计 说 明 书第 5 页共 13 页EIN 0N 1N 2N 3N 4N 5N 6N 7N A0N A1N A2N EON GSN 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 X X X X X X X X 1 1 1 1 1 1 1 1 X X X X X X X 0 X X X X X X 0 1 X X X X X 0 1 1 X X X X 0 1 1 1 X X X 0 1 1 1 1 X X 0 1 1 1 1 1 X 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 图 2 正常工作时EIN=0，其中7N 0N 的优先级依次降低，输出分别对应07，本次设计要求 15 号病床输入信号时分别显示15，其中 1 号优先级最高， 故 15 号病床输入分别对应6N2N。 又因为 74HC148输入低电平有效， 故信号输入端口接反相器和6N2N相连。编码器正常工作，无信号输入时，EON=0 ，有信号输入时EON=1 。输出端口A0N,A1N,A2N分别与 EON 相与后作为编码器的输出信号，这样便可以实现当有病床呼叫（高电平）时，通过反相器，优先编码器编译成相应的号码；当无信号输入时，EON=0 ，输出信号为000。再从显示模块中显示出来。1.3.2 LED 显示模块 当有病床呼叫时，通过病床呼叫控制模块输出相应的二进制病床号001101，通过74138 3 线 8 线译码器译出Y1Y5 相应的高低电平，控制LED 灯的亮灭。 Y1Y5中某个低电平时对应LED1 5 中某个灯亮。74HC138芯片介绍：74HC138为 3 线-8 线译码器，将输入的一组二进制代码转换为一组与输入代码一一对应的高低电平信号74HC138及其功能表如下：图 3 燕 山 大 学 课 程 设 计 说 明 书第 6 页共 13 页输入输出 G1 G2AN+G2BN C B A Y0N Y1N Y2N Y3N Y4N Y5N Y6N Y7N 0 X 1 1 1 1 1 1 1 1 X 1 0 0 0 0 0 0 0 0 X X X X X X 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 图 4 1.3.3 静态数码管显示模块病床呼叫控制模块的输出端，通过管脚锁定， 与试验箱数码管相连接，显示呼叫的病床号码。 1.3.4 蜂鸣器模块蜂鸣器模块含一个蜂鸣器BUZZER 和一个线跳器JBUZZER ，当使用蜂鸣时，此跳线短接。 同时独立扩展下载板CPLD/FPGA 的 JP2/CF 的 SPEAKER 接高电平时， 蜂鸣器工作。 1.3.5 蜂鸣器呼叫时间控制模块本课程设计要求，在有床位呼叫时，蜂鸣器开始响，三秒钟结束，本设计利用74161十六进制计数器控制时间。74161 芯片介绍：74161 为同步十六进制计数器，通过时钟信号触发从零开始计数，计到十五，进位端输出高电平同时状态回到零重新计数。芯片有异步置零端和异步置位端，可以接成小于十六进制的任意进制计数器，其芯片图和真值表如下：图 5 燕 山 大 学 课 程 设 计 说 明 书第 7 页共 13 页图 6 计数器在频率很低时由于触发器延时等原因导致计时不准确，故本次设计用256HZ的时钟频率，根据计算：256*3=768=16*16*3 ，所以用三个74161 接成 758 进制计数器，进位端取反与时钟信号相与，接到74161 的时钟信号输入端口。当有进位时，即进位输出为 1 时，取反即为0，与时钟信号相与后仍然是0。由于没有时钟信号的输入，74161停止工作，即停止计数。从开始计数到停止计数时间为三秒钟。病床控制模块中的三个输出端口，取或，输出为Y，既与每个74161 的 CLRN( 异步置零端 ) 相连，又和74161 进位取反后的输出相与后接蜂鸣器。没有病床呼叫时，Y=0，此时蜂鸣器不响，每个74161 的初态均为零，进位也为零，取反为1，当有病床呼叫时，Y=1，与进位取反相与为1，即蜂鸣器开始响。计数器开始工作，三秒钟之后，进位端输出 1，取反为 0，与时钟信号相与为0，计数器停止工作，同时，蜂鸣器停止蜂鸣。直到下一次病床呼叫再开始工作。二 、原理图2.1 床位呼叫控制模块原理图燕 山 大 学 课 程 设 计 说 明 书第 8 页共 13 页图 7 2.2 LED 显示模块原理图图 8 2.3 静态数码管显示模块原理图燕 山 大 学 课 程 设 计 说 明 书第 9 页共 13 页图 9 2.4 蜂鸣器呼叫时间控制模块图 10 2.5 综合所有模块系统的总原理图图 11 燕 山 大 学 课 程 设 计 说 明 书第 10 页共 13 页三、波形仿真图输入与输出的波形仿真如下：图 12 四、管脚锁定及硬件连接 连接好的原理图的输入与输出端口必须经过管脚锁定与“CPLD/FPGA 扩展板”相连接。 4.1 输入端口 I1 I5 管脚锁定图 13 输入端口I1 I5 即 8 位数字开关组（A）SW1 SW5 ，分别对应“CPLD/FPGA 扩展板”的 PIN39、40、41、44、45 管脚，开关拨至ON为逻辑高电平“1” ，开关拨至OFF为逻辑“0”电平4.2 时钟信号输入管脚锁定图 14 时钟信号输入对应“CPLD/FPGA 扩展板” 75 号，即用导线将试验箱中CLK 13 与 PIN75管脚相连。燕 山 大 学 课 程 设 计 说 明 书第 11 页共 13 页4.3 静态数码管输出信号管脚锁定图 15 输出端口A、B、C、D数码管显示端口1D01D3 ，分别对应“ CPLD/FPGA 扩展板”的PIN127,128,131,132。输出端口smg即控位 IO_DS1,对应“ CPLD/FPGA 扩展板”的PIN94管脚。 4.4 LED 灯输出信号管脚锁定图 16 LED1 5 分别对应“ CPLD/FPGA 扩展板”的PIN12,13,14,15,17管脚。 4.5 蜂鸣器输出端口管脚锁定图 17 蜂鸣器输出端口s 即 SPEAKER, 对应“ CPLD/FPGA 扩展板”的PIN38 号