基于数字电路的病房呼叫系统设计

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      【文章摘要】在电子技术中，数字电路越来越多的被广泛运用，将现代信息技术与设计结合，建立了基于Multisim11 的病房呼叫器电路仿真模型，分析了仿真结果。仿真和分析表明设计方案合理。从而减少设计和制造过程中一些繁琐的验证性试验，减少设计者的工作量，提高设计效率。
      【关键词】Multisim ；仿真；病房呼叫器；电子技术
      0 引言
      Multisim 是电子线路分析与设计的优秀仿真软件。它的前身是由加拿大IIT 公司于20 世纪80 年代推出用于仿真与设计的EWB 软件，曾风靡全球；2005 年以后，加拿大IIT 公司隶属美国国家仪器公司（NI 公司），NI 公司在2006 年首次推出Multisim9 版本，直至目前的Multisim11 版本。Multisim9 以后的版本不仅可以对电子线路进行设计仿真，而且增加了单片机和三维先进的外围设备，工程技术人员应用起来更为方便。随着电子科学技术的发展以及Multisim 其友好的界面、强大的功能和实用性受到电类各专业师生和工程们的青睐。
      1 病房呼叫器原理
      假设某医院的某科室有7 间病房，每间病房门口安装有呼叫显示灯，病房内安装有病人应用的呼叫开关，同时在护士值班室设有一个数码显示管，可对应显示病房的呼叫号码。当病人按下呼叫开关时，护士值班室的数码显示管可对应显示病房的呼叫号码，并且扬声器发出警报声音一提醒医务工作人员。7 个病房中病人的病情按照从1 到7的级别逐渐减轻，当有两个以上的病房按下呼叫按钮时，护士值班室的数码管显示病人病情最严重的病房号码。例如，1、2、3 号病房同时按下呼叫按钮时，护士值班室显示的数字为“1”，即1 号病房的优先级最高，其他病房优先级别依次递减，7 号病房最低。待护士按优先级处理完后，将该病房的呼叫开关打开，再去处理下一个相对最高优先级的病房的事务。全部处理完毕后，即没有病室呼叫，此时值班室的数码管显示为“0”。电路设计的原理框图如下图1。
      2 病房呼叫器电路设计
      设计要求当多个病房的呼叫按钮按下时，按照优先级别显示最高优先级的病房号码，需要用到8 线-3 线优先编码器74LS148D。护士值班室须将病房传过来的信息显示到数码管，此过程需要用到七段译码器74LS47D。当有呼叫请求时，仅通过数码管显示可能不会被医护人员发现，所以通过扬声器发出警报提示可以及时提醒医护人员处理呼叫请求，此处使用多谐振荡器，使扬声器发出警报声。
      74LS148D 有8 个数据端(D0~D7)，3 个数据输出端(A0~A2)，1 个使能输入端(EI ：低电平有效)，两个输出端(GS、EO)。使能端OE 决定芯片是否启用，其逻辑方程为：当EO 输入EI=1 时，禁止编码、输出( 反码) ： A2,A1,A0 为全1。当EO 输入EI=0 时，允许编码，在D0 ～ D7 输入中，输入D7 优先级最高，其余依次为：D6,D5,D4,D3,D2,D1,D0等级排列。
74LS148D 的数据输出端A0~A2 根据输入端的选通变化，分别输出000~111 这8 个二进制码，经组合逻辑电路与74LS47D七段译码器数据输入端(A~C) 相连，输出端（OA~OG）即为译码结果。74LS47D 是输出低电平有效的七段字形译码器，它在这里与共阳极数码管配合使用，最终实现设计要求的电路功能，电路如下图2 所示。
      3 电路仿真结果与分析
      本电路的仿真可在Multisim11 的主界面下，启动仿真开关即可进行电路的仿真。在上图2 中，病房呼叫开关自左到右依次为J1~J7，对应的呼叫指示灯为X1~X7。双击第一个开关J1，打开属性设置，选择Value子选项卡，在Key for Switch 下拉选项中选择1，即设置键盘上的数字键“1”可控制开关J1的通断，同样依次设定其他六个开关对应的控制键为数字键2~7。同理，双击打开其他元件的属性设置，设置好各元件的参数。
      打开仿真启动开关，测试当有一路呼叫开关闭合时，电路的运行结果。先断开所有开关，可看到呼叫指示灯没有被点亮的，同时，数码管显示数字为“0”，扬声器不发出警报声。按一下电脑键盘上的数字键1~7 中的某一键，即可看到对应的呼叫指示灯被点亮，同时，数码管显示对应数字，扬声器发出警报声。
      电路设计要求当有多个病房同时发出呼叫请求时，护士值班室数码管按照病房的优先级，优先显示优先级别最高病房号码。如我们同时按下第2、4、6 路的呼叫开关，此时，呼叫指示灯X2、X4、X7 被点亮，同时扬声器发出警报声。而由于三者当中，第2路的优先级别最高，经优先编码器74LS148D和七段译码器74LS47D 及中间的等逻辑电路处理后，数码管显示最高优先级别的病房号码“2”。如上图2 所示。
  

      4 总结
      Multisim 等电路仿真软件的功能越来越强大, 在统一的开发环境中, 集成了原理图绘制、电路仿真、PCB 制版等功能。将Multisim 仿真软件引入到电子产品的设计及调试中, 是一种有益的探索。提高设计的成本节约和降低调试的难度有很大的辅助作用。
【参考文献】
[1] 卢艳红. 基于Multisim 10 的电子电路设计、仿真与应用[M]. 北京：人民邮电出版社，2009.
[2] 许晓华，何春华. Multisim10 计算机仿真设计与应用[M].北京：清华出版社，2011.
[3] 王鑫荣. 引入Multisim10 软件优化电子线路课堂教学[J]. 经营管理者，2011（7）.
[4] 王鑫荣. 基于Multisim 的《电子线路》教学模式研究[S]. 湖南师范大学，2011.
[5]http://www.Electronicsworkbench.com/

李小路

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