基于Multisim的病房呼叫系統的設計與實現

楊 明

（云南中醫學院信息技術學院，云南昆明,650500）

基于Multisim的病房呼叫系統的設計與實現

楊 明

（云南中醫學院信息技術學院，云南昆明,650500）

在數字電路課程的改革中，以項目為主線、教師為引導、學生為主體，將現代計算機虛擬仿真技術與課程結合，建立基于Multisim12的病房呼叫系統仿真電路并加以實現。教學實踐證明，病房呼叫系統是組合邏輯電路應用的典型實例，通過實施項目教學法，改變了以往“教師講，學生聽”被動的教學模式，創設了學生主動參與、自主協作、探索創新的新型教學模式，達到了提高教學質量的目標。

Multisim12；數字電子技術；仿真；病房呼叫系統

0 引言

Mu1tiSim軟件是加拿大Interactive Image Technologies公司(圖像交互技術公司，簡稱IIT公司)在1998年推出EWB5.0(Electronic Workbench，稱為“虛擬電子實驗室”)的基礎上推出的一款更高版本的電路設計與仿真軟件。從Mu1tisim2001開始到后來的Mu1tisim7和Mu1tisim8止；Mu1tisim9到目前的Mu1tisim12版本改由美國國家儀器公司（NI）推出。Multisim軟件是一款應用較廣，功能強大的電子電路設計開發與仿真軟件將Mu1tisim軟件應用于數字電路教學和科研中， 可以使組合邏輯電路的分析和設計變得簡潔、方便，有利于更好更快的達到組合邏輯電路的分析和設計的目的。

數字電路是計算機硬件課程中一門承上啟下的核心課程，該課程基本概念多、需要將理論與實踐結合在一起，具備一定的工程背景作為基礎，學生對該課程掌握的好壞直接影響后續課程如計算機組成原理、單片機技術以及嵌入式系統的學習效果。采用傳統教學方法學生無法掌握其抽象的概念，很難構建直觀的學習體系。數字電路分為組合電路和時序電路兩大類，組合邏輯電路是最常見的一類電路，包括的編碼器、譯碼器、全加器、數據選擇器是構成計算機硬件系統的基礎。隨著計算機技術的發展和電路設計仿真軟件不斷出現，運用電路設計仿真軟件設計電路，是提高組合邏輯電路設計水平和設計能力的有效方法。

在現代醫院的信息化、管理科學化建設過程中，醫學設備的應用有著相當重要的作用，而病房呼叫系統就是其中之一。因此，研究病房呼叫系統具有廣泛的社會意義與重大的實用價值。本文將病房呼叫系統的設計與實現作為組合邏輯電路設計中的一個綜合性典型設計案例，通過實施項目教學，讓醫科院校的學生第一次將課程設計與醫學設備結合起來，主動參與教學，激發他們的學習興趣和學習熱情。在整個設計和實現過程中，以學生為主確定設計方案，利用Multisim12先進行電路設計，然后進行仿真測試、分析，經調試修改完善后，最終通過實驗平臺實現具體的電路。從而培養學生的創新意識，最大程度的發揮學生的主動性，挖掘其潛能，達到提高教學質量的目的。

1 病房呼叫系統結構圖

本病房呼叫系統主要由按鍵電路部分、74LS147D 優先編碼器、與非門74LS40D、異或門74LS136D、4008BD四位二進制全加器、4511BP十進制七段譯碼器、74LS04 反相器、LED 顯示器、多諧振蕩器、SP 蜂鳴器等部分組成。其系統結構圖如圖1 所示。

假設某醫院某科室住院部有9間病房，每間病房門口設有呼叫顯示燈，室內設有呼叫開關，在護士值班室設有一個數碼顯示管，可對應顯示病房的呼叫號碼。當患者按下呼叫開關時，護士值班室的數碼顯示管可對應顯示病房的呼叫號碼，并且揚聲器發出警報聲音來提醒值班護士。9個病房中患者的病情按照從l到9的級別逐漸減輕，當有兩個以上的病房按下呼叫按鈕時，護士值班室的數碼管顯示患者病情最嚴重的病房號碼。例如，5、7、9號病房同時按下呼叫按鈕時，護士值班室顯示的數字為“5”，即1號病房的優先級最高，其他病房優先級別依次遞減，9 號病房最低。待護士按優先級處理完后，將該病房的呼叫開關打開，再去處理下一個相對最高優先級的病房的患者病情。全部處理完畢后，即沒有病室呼叫，此時值班室的數碼管顯示為“0”。

2 病房呼叫系統電路設計

設計要求當多個病房的呼叫按鈕按下時，按照優先級別顯示最高優先級的病房號碼，需要用到10線一4線優先編碼器74LS147D。護士值班室須將病房傳過來的信息顯示到數碼管。此過程需要用到十進制七段譯碼器4511BP。當有呼叫請求時，僅通過數碼管顯示可能不會被醫護人員發現，所以通過揚聲器發出警報提示可以及時提醒醫護人員處理呼叫請求，此處使用多諧振蕩器，使揚聲器發出警報聲。

74LS147D有9個數據端(1-9)，4個數據輸出端(A-D)，在1-9輸入中，輸入9優先級最高，其余依次為：8，7，6，5，4，3，2，1等級排列。

圖1 病房呼叫系統結構圖

圖2 病房呼叫系統仿真電路

74LSl47D的數據輸出端A-D根據輸入端的選通變化，分別輸出0000～1001這10個二進制碼，利用集成非門74LS04D、異或門74LS136D及四位超前進位加法器CMOS4008，對經74LS147D優先編碼器輸出的編碼進行轉換，即將病房的優先級別轉換為：1，2，3，4，5，6，7，8，9。加法器CMOS4008的輸出與CMOS4511七段譯碼器數據輸入端(A0-A3)相連，輸出端(YA-YG)即為譯碼結果。CMOS4511是輸出高電平有效的七段字形譯碼器，它在這里與共陰極數碼管配合使用，最終實現設計要求的電路功能，電路如下圖2所示。

3 電路仿真結果

用Multisim12對設計好的電路進行仿真，接通電源，輸入測試信號。分別對1-9開關進行隨機操作，檢查相應的呼叫指示燈是否發光及數碼顯示器上的數字是否與之相對應。

在圖2中，病房呼叫開關自左到右依次為S1-S9，對應的呼叫指示燈為X1～X9。打開仿真啟動開關，測試當有一路呼叫開關閉合時，電路的運行結果。先斷開所有開關， 可看到呼叫指示燈沒有被點亮的，同時，數碼管顯示數字為“0”，揚聲器不發出警報聲。閉合1～9中開關中的某一開關如“9”，即可看到對應的呼叫指示燈被點亮，同時，數碼管顯示對應數字，揚聲器發出警報聲，如圖2所示。

電路設計要求當有多個病房同時發出呼叫請求時，護士值班室數碼顯示管按照病房的優先級別，顯示優先級別相對最高病房號碼。如我們同時按下第5、7、9路的呼叫開關，

此時，病房呼叫指示燈X5、X7、X9被點亮， 同時揚聲器發出警報聲。而由于三者當中，第5路的優先級別最高，經優先編碼器74LS147D和七段譯碼器CMOS4511及中間的邏輯電路對

編碼轉換處理后，數碼顯示管顯示最高優先級別的病房號碼“5”，如上圖3所示。

4 結論

病房呼叫系統是組合邏輯電路設計應用非常典型的一個電路，包含了門電路、編碼器、四位超前進位加法器、譯碼器及顯示器等眾多組合邏輯器件及應用。在教學實踐中以仿真軟件Multisim 為設計平臺，通過實施項目教學法，創設了學生主動參與、自主協作、探索創新的新型教學模式。在教學中學生學習目的更加明確，可充分調動學生參與設計的積極性，讓學生不僅能夠利用該仿真軟件進行自主創新設計，而且很好地培養了學生的創新意識及動手能力，真正做到理論與實踐緊密結合，且有效地提高了教學質量。

[1] 逮廣義，基于Mu1tisim 中Filter Wizard 的濾波器設計[J]。電氣傳動自動化，2009，31（1）：56-57。

圖3 數碼顯示管顯示優先級別最高的號碼

[2] 林曉鵬，基于Mu1tisim 的三相電路仿真[J]?，F代電子技術，2006，29（14）：131-133。

[3] 石嘉順?；贛u1tisim 環境下的電路設計與仿真[J]。計算機仿真，2007，24（12）：306-308。

[4] 馬敬敏?；赗S觸發器工作狀態的Mu1tisim 的仿真[J]。電子設計工程，2011，19（17）：24-26。

[5] 張晶,李心廣.基于Multisim的電路設計與仿真[J].計算機與仿真,2005,22(5):109-110.

[6] 劉卉,黃櫻.Multisim在計算機硬件課程教學改革中的應用[J].科教文匯,2013，10,total.258.

[7] 徐宇寶，Multisim 9在電子線路課程設計的應用[J]．皖西學院學報，2009，25(2)：51—52．

[8] 賀娟，病房呼叫系統的設計與研究[J]。微計算機信息，2012，28（10）：266-267。

[9] 王鑫榮，基于multisim的病房呼叫器設計仿真[J]。工業技術，2013，23-405-01。

The design and implementation of Multisim based ward call system

Yang Ming
(Yunnan University of Traditional Chinese Medicine,Kunming Yunnan,650500)

In the reform of digital circuit course,the project for line,teacher as a guide and the students as the main body,modern computer virtual simulation technology and curriculum combined is established based on the Multisim12 ward call system simulation circuit and realizes it.Teaching practice has proved that ward calling system is a typical example of application of combinational logic circuit,through the implementation of the project teaching method,change the past "teacher,students listen" passive mode of teaching,the creation of the students to participate in the initiative,autonomy and cooperation, exploration and innovation of new teaching mode,achieve the goal of improving the quality of teaching.

Multisim12;digital electronic technology;simulation;ward call system