八路呼叫器

电子技术综合训练

设计报告

题目： 八路呼叫器

姓名： 学号： 08220142 班级： 自动化[1]班 同组成员： 指导教师： 杨新华 日期：

1

电信学院

摘要

本设计是基于数字技术基础，利用74ls148D、74ls374DW、CD4068BE、74LS30、

LM555CN、4511BD、74LS00、电阻、三极管、电容、开关、数码管、发光二极管等器件设计一个8路呼叫器。该电路能实现当某一路有呼叫时，能显示该路的编号，同时出声光报警信号，报警时间为2s左右，报警状态可以手动通过按键切除。

关键词：呼叫器，锁存，报警，

2

电信学院

目录

摘要 ------------------------------------------------------------------------------------------------ 2 目录 ------------------------------------------------------------------------------------------------ 3 第一章 设计任务和要求 -------------------------------------------------------------------- 4 1.1 设计任务： ------------------------------------------------------------------------------- 4 1.2 设计要求： ------------------------------------------------------------------------------- 4 第二章 系统设计 ------------------------------------------------------------------------------- 5 2.1 方案设计 ---------------------------------------------------------------------------------- 5 2.2 系统工作原理 ---------------------------------------------------------------------------- 7 第三章 单元电路设计 ------------------------------------------------------------------------- 8 3.1 单稳态电路 ------------------------------------------------------------------------------ 8 3.1.1电路结构及工作原理 ------------------------------------------------------------- 8 3.1.2 元器件选择及参数确定 ---------------------------------------------------------- 8 3.2 手动控制、报警电路 ------------------------------------------------------------------ 8 3.2.2 元器件选择及参数确定 ---------------------------------------------------------- 9 3.3 电源设计 --------------------------------------------------------------------------------- 9 第四章 电路仿真 ---------------------------------------------------------------------------- 11 第五章 电路的安装、调试、与测试 ------------------------------------------------------ 12 5.1 电路的安装、焊接 -------------------------------------------------------------------- 12

5.1.1 首先是对器件的选择。 --------------------------------------------------------- 12 5.1.3对电路板的焊接 ------------------------------------------------------------------- 12 5.1调试 --------------------------------------------------------------------------------------- 13 第六章 器件说明 ---------------------------------------------------------------------------- 16 6.1 74LS148优先编码器： -------------------------------------------------------------- 16 6.2 555引脚图 ----------------------------------------------------------------------------- 17 图 6 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 6.3 74LS374锁存器 ---------------------------------------------------------- 17 6.4 CD4511译码驱动电路 ------------------------------------------------------------- 18 6.5 BCD七段共阴极数码显示管 ------------------------------------------------------ 19 第七章 结论 ----------------------------------------------------------------------------------- 20 第八章 参考文献 ---------------------------------------------------------------------------- 21 第九章 总结 心得体会 --------------------------------------------------------------------- 22

3

电信学院

第一章 设计任务和要求

1.1 设计任务：

设计一个八路呼叫器。 1.2 设计要求：

当某一路呼叫时，数码管能够显示该路的编号，并在呼叫时有声光指示，指示时间为2S。声光指示可以通过按钮手动切除。

按照以上要求设计电路后，连接电路，然后用Multisim，进行仿真用万用板焊接元器件，制作电路，完成调试、测试，撰写设计报告。

4

电信学院

第二章 系统设计

2.1 方案设计

方案一：

如果某一路有呼叫时，则该呼叫信号被送入8-3优先编码器进行编码，编码输出送入译码驱动电路通过显示电路来显示这一路的编号。控制信号触发由NE555定时器构成的单稳态电路使其产生暂稳态输出一段脉宽大约2s的脉冲信号，脉冲信号驱动由NE555定时器构成的多谐振荡器使发光二极管工作输出的报警信号，报警状态可以用手动按键消除

呼叫输入 编码器 单稳态电路 锁存控制 发光二极管 手动控制 译码/驱动 显示电路 方案二：

当某一路有呼叫信号输入时，该信号会被送到普通编码器中进行编码，编码器信号经过锁存器经锁存后输入到译码器，然后译码器在输出到显示电路，显示这一路的编号。同时锁存控制信号触发单稳态电路，产生2s的报警信号，报警状态可以手动通过按键消除。当下一个呼叫信号被送入时，首先去除锁存状态，然后重复前面的过程。 呼叫输入 编码器 锁存控制 单稳态电路 发光二极管 锁存器 译码/驱动 显示电路 手动控制 方案三：

5

电信学院

如果某一路有呼叫时，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，送入译码驱动电路通过显示电路来显示这一路的编号。同时锁存控制信号触发由NE555定时器构成的单稳态电路使其产生暂稳态输出一段脉宽大约2s的脉冲信号，脉冲信号驱动由NE555定时器构成的多谐振荡器使喇叭工作输出的报警信号，报警状态可以用手动按键消除

锁存器 呼叫输入 编码器 锁存控制 单稳态电路 扬声器 手动控制 译码/驱动 显示电路

经比较：方案二、三比较复杂，在实际操作中比较麻烦，容易忽略处理锁存控制端，最终选择方案一。

本设计所用的实验器材如下表所示。

表1 实验器材

名称 集成电路 型号 74LS00 74LS148 74LS30 CD4511 74LS374 数量 3 1 1 1 1 11 7 1 2 1 2 2 1 备注 用来代替74LS48 电阻 10K 360 100 100K 5.1K 电容 0.01 uf 22uf 发光二极管 6

电信学院

三极管 七段数码管 导线 电路板 焊锡 按钮 +5VDIN 1815 共阴极 1 1 若干 1 若干 9 1 2.2 系统工作原理

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，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译码驱动电路，通过显示电路，显示这一路的编号。同时锁存控制信号触发由NE555定时器构成的单稳态触发电路，产生脉宽大约为2s的脉冲信号控制由NE555定时器构成的多谐振荡器使发光二极管输出2s的报警信号，报警状态可以用手动按键消除。

7

电信学院

第三章 单元电路设计

3.1 单稳态电路

3.1.1电路结构及工作原理

稳态电路时将锁存控制信号转换为宽度为2s的脉冲信号，可以应用集成单稳态触发器来实现，集成单稳态触发器可以选用555振荡器或者是74ls121，本设计使用555振荡器构成的单稳态触发器，因为选材等各方便都比较方便。

图.1

3.1.2 元器件选择及参数确定

根据555构成的单稳态电路脉冲宽度的表达式

T=1.1RC

取R=100kΩ C1=0.01uf C=18uf 根据实际情况去C=22uf

3.2 手动控制、报警电路

手动控制电路的作用是在报警状态能够通过按键手动消除报警，图中的按键为手动消除报警按键。

8

电信学院

图.2

3.2.2 元器件选择及参数确定

此部分包含555多谐振荡电路： f=1/(tpl+tph)=1.43/(R1+2R2)C 取T=0.05S,则f=200HZ 取 R1=R2

计算得：R18=10KΩ R19=10KΩ C=22uf 三极管选择通用三极管1815

发光二极管阳极接一个限流电阻，根据发光二极管的上拉电阻300Ω~500Ω之间，在这里选360Ω 3.3 电源设计

我国用电压220V频率50HZ的工频电，试验中所用器件都在接+5V直流电压时工作。经过下面四个部分，将220V频率50HZ的工频电转化成+5V直流稳压电。

直流稳压电源各部分电路的功能

（1） 变压器用于把220V的交流电转换成整流电路所需要的电压U2。

9

变压器 整流 滤波 稳压 电信学院

（2） 整流电路把交流电U2转变为脉动的直流电。

（3） 滤波电路的作用是将脉动直流电压变为脉动较小的直流电Uf。 （4） 稳压电路的作用是将比稳定的直流电转换成稳定的直流电压。

设计电路图如下：

10

电信学院

第四章 电路仿真

把以上每一个单元电路连接起来构成整体八路呼叫器。

当某一路有呼叫信号输入时，该信号会被送到普通编码器中进行编码，编码器信号经过锁存器经过锁存后输入到译码器，然后译码器在输入到显示电路中，显示这一路的编号。同时锁存控制信号触发多谐振荡电路，产生2S的报警信号，报警状态可以手动切除。当下一个呼叫信号输入时，首先去除锁存状态，然后重复前面的过程。

总电路仿真图如下所示

图.4

11

电信学院

第五章 电路的安装、调试、与测试

5.1 电路的安装、焊接

设计原理图，直棱方框图，进行系统仿真的主要目的是对电路的安装以及后面的调试与测试有一个整体的准备，如果系统仿真正确无误，才能对课程进行安装，即焊接电路板。

5.1.1 首先是对器件的选择。

在前面的分析过程中，对每一个器件都进行了分析和比较，前提考虑的是能不能符合要求，即实用性；其次是它的经济性。同时所需装备有电烙铁，5V电源，电路板选择也要尽可能方便实用，我们这次所选择电路板有每二,三,四,五个孔用铜连到一起，所以在焊接电路板元器件的时候会节约很多的线，而且连接起来的线会看着很整齐。

5.1.2对所需要的元器件进行布局。

在设计装配方式之前，要求将整机的电路基本定型，同时还要根据整机的体积以及机壳的尺寸来安排元器件在印刷电路板上的装配方式。选择好电路板之后，就要对所用到的芯片以及开关等元器件进行分配布局，按照从左到右，从上到下的原则。具体做这一步工作时，可以先确定好印刷电路板的尺寸，然后将元器件配齐，根据元器件种类和体积以及技术要求将其布局在印刷电路板上的适当位置。可以先从体积较大的器件开始，如电源变压器、集成电路、 二极管、电容器、电阻器、各种开关、接插件、电感线圈等。待体积较大的元器件布局好之后，小型及微型的电子元器件就可以根据间隙面积灵活布配。分配均匀，整齐。对于本课程设计—八路呼叫器，设计电源从左边接入，接地也是从左边接入。

5.1.3对电路板的焊接

焊接是制造电子产品的重要环节之一，如果没有相应的工艺质量保证，任何一个设计精良的电子产品都难以达到设计要求。在科研开发、设计试制、技术革新的过程中制作一、两块电路板，不可能也没有必要采用自动设备，经常需要进行手工装焊。在大量生产中，从元器件的筛选测试，到电路板的装配焊接，都是由自动化机械来完成的，例如自动测试机、元件清洗机、搪锡机、整形机、插装机、波峰焊机、剪腿机、印制板清洗机等。这些由计算机控制的生产设备，在现代化的大规模电子产品生产中发挥了重要的作用，有利于保证工艺条件和装焊操作的

12

电信学院

一致性，提高产品质量。为了使焊锡和焊件达到良好的结合，焊接表面一定要保持清洁。即使是可焊性良好的焊件，由于储存或被污染，都可能在焊件表面产生对浸润有害的氧化膜和油污。在焊接前务必把污膜清除干净，否则无法保证焊接质量。金属表面轻度的氧化层可以通过焊剂作用来清除，氧化程度严重的金属表面，则应采用机械或化学方法清除，例如进行刮除或酸洗等。

使用手工焊接时，特别要注意很多事项！掌握正确的操作姿势，可以保证操作者的身心健康，减轻劳动伤害。为减少焊剂加热时挥发出的化学物质对人的危害，减少有害气体的吸入量，一般情况下，烙铁到鼻子的距离应该不少于20cm，通常以30cm为宜。

同时，在焊接电路时，首先把每一个元件固定在电路板上，充分考虑放置后接线是不是有影响，然后固定元器件。对于集成芯片，还要接电源，接地。根据每一个芯片的引脚图，确定输入和输出，然后连接。每一个导线必须接通电路板，对于每一根导线，必须水平和垂直焊到电路板上，线与线之间必须水平和垂直；两根导线之间可以交叉，但是导线重叠不能超过三层，否则不好调试与检查，同时，导线不能压住焊接点，当压住的情况下，焊接后的凸出处会 弄破压在上面的导线皮，产生短路现象，直接导致整个电路板无法正常工作。对于接电源和接地点的选择，不要取得太乱，太杂，有必要时可以选取起初用铜片连到一起的一整块作为一个电源端或者接地端。然后再引出两条导线，连接电源和地线。 在焊接的过程中，务必做到仔细认真，小心谨慎。不要漏到每一个接点，焊接点与焊接点直接最容易短接，因此在焊接完每一个器件之后必须要用万用表进行测量，以防短接。 5.1调试

对于一个新设计的电路板，调试起来往往会遇到一些困难，特别是当板比较大、元件比较多时，往往无从下手。但如果掌握好一套合理的调试方法，调试起来将会事半功倍。对于刚拿回来的新PCB板，我们首先要大概观察一下，板上是否存在问题，例如是否有明显的裂痕，有无短路、开路等现象。如果有必要的话，可以检查一下电源跟地线之间的电阻是否足够大。然后就是安装元件了。相互的模块，如果您没有把握保证它们工作正常时，最好不要全部都装上，而是一部分一部分的装上（对于比较小的电路，可以一次全部装上），这样容易确

13

电信学院

定故障范围，免得到时遇到问题时，无从下手。一般来说，可以把电源部分先装好，然后就上电检测电源输出电压是否正常。如果在上电时您没有太大的把握（即使有很大的把握，也建议您加上一个保险丝，以防万一），可考虑使用带限流功能的可调稳压电源。先预设好过流保护电流，然后将稳压电电源的电压值慢慢往上调，并监测输入电流、输入电压以及输出电压。如果往上调的过程中，没有出现过流保护等问题，且输出电压也达到了正常，则说明电源部分OK。反之，则要断开电源，寻找故障点，并重复上述步骤，直到电源正常为止。

接下来逐渐安装其它模块，每安装好一个模块，就上电测试一下，上电时也是按照上面的步骤，以避免因为设计错误或/和安装错误而导致过流而烧坏元件。 寻找故障的办法一般有下面几种：

①测量电压法。首先要确认的是各芯片电源引脚的电压是否正常，其次检查各种参考电压是否正常，另外还有各点的工作电压是否正常等。例如，一般的硅三极管导通时，BE结电压在0.7V左右，而CE结电压则在0.3V左右或者更小。如果一个三极管的BE结电压大于0.7V（特殊三极管除外，例如达林顿管等），可能就是BE结就开路。

②信号注入法。将信号源加至输入端，然后依次往后测量各点的波形，看是否正常，以找到故障点。有时我们也会用更简单的办法，例如用手握一个镊子，去碰触各级的输入端，看输出端是否有反应，这在音频、视频等放大电路中常使用（但要注意，热底板的电路或者电压高的电路，不能使用此法，否则可能会导致触电）。如果碰前一级没有反应，而碰后一级有反应，则说明问题出在前一级，应重点检查。

③当然，还有很多其它的寻找故障点的方法，例如看、听、闻、摸等。“看”就是看元件有无明显的机械损坏，例如破裂、烧黑、变形等；“听”就是听工作声音是否正常，例如一些不该响的东西在响，该响的地方不响或者声音不正常等；“闻”就是检查是否有异味，例如烧焦的味道、电容电解液的味道等，对于一个有经验的电子维修人员来说，对这些气味是很敏感的；“摸”就是用手去试探器件的温度是否正常，例如太热，或者太凉。一些功率器件，工作起来时会发热，如果摸上去是凉的，则基本上可以判断它没有工作起来。但如果不该热的地方热了或者该热的地方太热了，那也是不行的。一般的功率三极管、稳压芯片等，工

14

电信学院

作在70度以下是完全没问题的。70度大概是怎样的一个概念呢？如果你将手压上去，可以坚持三秒钟以上，就说明温度大概在70度以下（注意要先试探性的去摸，千万别把手烫伤了）

经过选择器件、对器件布局、焊接器件以及对整个电路板的调试四个过程，可以完整的完成八路选择器。

15

电信学院

第六章 器件说明

6.1 74LS148优先编码器：

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。74LS148是一个八线-三线优先级编码器。

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。

图5

74LS148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。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，OE是使能输出端，GS为片优先编码输出端.

74148优先编码器真值表 74148优先编码器真值表

16

电信学院

输 入 S’ I0 I1 S 0 0 0 0 0 0 0 0 0 X 1 X X X X X X X 0 X 1 X X X X X X 0 1 I2 X 1 X X X X X 0 1 1 I3 X 1 X X X X 0 1 1 1 I4 X 1 X X X 0 1 1 1 1 I5 X 1 X X 0 1 1 1 1 1 I6 X 1 X 0 1 1 1 1 1 1 I7 X 1 0 1 1 1 1 1 1 1 输 出 Y1 Y2 Y3 Ys 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 Yes 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 6.2 555引脚图

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.组成的比较器、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

图 6

17

电信学院

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

6.3 74LS374锁存器

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。

图 7

6.4 CD4511译码驱动电路

图 8

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

18

电信学院

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。

6.5 BCD七段共阴极数码显示管

图 9

19

电信学院

第七章 结论

设计的任务是设计一个八路呼叫器，主要目的是实现一个当医院发生紧急情况时，病房之中又有多个病人需要护理的一个优先级别的电路。应用于医院病房需要呼叫具有优先级别的呼叫系统。当有病人需要呼救时，系统会自动先处理具有优先级别的病房的编号，同时产生光信号和2秒钟的声音信号。另外在产生信号的同时，系统会显示呼叫病人的病房编号。这样医护人员可以根据呼叫信号的优先级别即使对每一位呼叫病人进行救治。其中，医院可以对病人的病情同时进行编号，病情最严重者具有最优先的优先权，一次降低。当有多个病人同时进行呼救时，系统会根据优先级别自动呼出当前的最高呼叫信号被医护人员完成后，按下清零后，自动输出所所保存信号呼叫中最高级别的呼叫，知道每一位病人处理完毕。此呼叫系统的使用能让医院出现紧急状况是临危不乱，不仅使医护人员能够对病人的病情有一定的了解，还能对病人的突发情况进行及时有效的治疗，让救护工作紧张有序的进行。同时，医院可以在有本系统的情况下，更加合理有效地安培值班的医护人员，为医院节省更多人力物力财力。

课程设计共分为画出原理图，进行仿真，接着焊接电路板，调试。这是主要的几个过程。可以说每一个过程都相当的重要，没有想出合理的原理图，设计就没法进行下去，有了原理图，才可以对想出的原理图进行下一步的仿真实验，根据自学的multisim软件进行仿真。这也是相当重要的一部分，通过仿真，才可以从理论上论证自己的原理图到底是不是正确的，而且还可以想出更加合理的方法以及元器件。

20

电信学院

第八章 参考文献

【1】 毕满清《电子技术试验与课程设计》北京 机械工业出版社 2005.1

【2】谢子美《电子线路综合设计》 武汉 华中科大出版社 2006.6 【3】邹其洪《电工电子实验与计算机仿真》 电子工业出版社 2008.2 【4】康华光《电子技术基础——模电部分》 高等教育出版社 1998.8 【5】杨文霞《数字逻辑电路》 科学出版社 2008.2

21

电信学院

第九章 总结 心得体会

实验就是亲身体验的一个过程，通过一个严谨具体的实验，可以加深我们对所学知识的理解，亦即更好的将之应用于实际生活之中去。在我们平时的学习过程之中，我们或许会对一些知识感到很困惑，甚至不解，觉得所学的某些东西没有用，在实际之中没有使用价值。但是对于我们现在所学到的每一门专业知识，在以后的生活和工作之中将会更加的重要。

实验本事也是一个发现为问题并解决问题的过程。在真正投入到创新实验计划当中之前，我以为不会很难。因为课内实验我们也做了很多，只要做好预习工作，好好听老师的讲解，再加上自己多动脑筋，几乎没遇上什么比较大的困难，实验完成起来也比较快。各种各样的实验加起来，涉及的知识面很广，学到了很多，让自己对于这样的研究与实验工作也更加感兴趣。 但是真正开始课程设计实验计划时，发现我仿佛进入了一个新的空间。一切要从头学起，从最简单的做起。有时真的懊恼的有些想泄气，。 渐渐地我们可以单独完成一些比较系统全面的实验工作。但错误当然也是不可避免的，而且人往往要犯错之后才能明白如何不犯错和为什么不要犯下这样的错误。比如因为我们某一步的实验操作不规范，导致最后的实验结果不尽入人意，无法纳入最后的总结分析中，也就是说我们白忙活一场。其实这样的失败也未尝不是一件好事，通过它我们更加清晰地认识到这个实验步骤的原理、影响及具体细节。

重复这是整个实验过程中常做的一件事，面对规律性不强的实验结果，我们只有一次次反思，重新再来，如果一而再再而三的重复失败，我们就只得求助于学长学姐和老师们了，但是这样具体的操作细节中失误，非当事人又是无法完全了解的，还是需要我们自己一点一点的去摸索。

当然整个实验过程中最困难的还要数自行设计实验的具体步骤了，老师所能给的知识一个全面概括的指导意见，让我们不致发生方向性的失误。老师也给了我们一些相关的文献资料，但同样的道理，具体到某一方面我们还是要自己去搜索，筛选，概括。有时甚至要面对一些英文文献，仅凭我们已有的英文水平还过于单薄。困难就是让人来解决的。我们摸索前进，自己跑到机房查资料，下载翻译软件，制定实验方案，阅读大量晦涩难懂的文献，失败

22

电信学院

了就再来一次，总结后再勇往直前。困难一个接着一个，但既然选择了这条路，我们就要毅然决然的走下去，不管后面的路是沼泽泥泞还是荆棘丛生。 终于我们的实验数据慢慢变得有规律起来，面对棘手的麻烦我们也能镇定自若，实验的因素探索一个个完成，一点点接近于目标。回望之前，发现与取得的成绩，获得的知识相比，以前都算不了什么。

不得不承认，通过这项课程设计训练项目，我们学到了很多，得到了很多，有些是书本上永远也学不来的，有些仅靠我们自己摸索几乎为不可能的，有些仅凭我们自行监督是无法坚持下来的。

同时，本次课程设计，一个人的力量毕竟是有限的，我们一组可以说每一个人都尽到了不可忽视的作用，有一个在显示装置上出了不少力，另一个在单稳态上想出了许多建设性的意见和观点。所以，一个人可以说根本就没有这么多时间甚至不可能完成一项任务。

从本次课程设计中，最主要的心得体会就是在以后的学习中，尤其是专业课的学习。学好每一门专业知识相当的重要。并且跟实际结合起来，才能如意贯通。

23