基于PROTEUS的輸、受血一體的血型匹配指示電路設(shè)計

摘要：現(xiàn)有的血型匹配電路或功能單一，只具有輸血匹配或受血匹配指示功能；或關(guān)注器件應(yīng)用的技術(shù)性而忽略了實用性。故設(shè)計一種直觀、方便操作的輸、受血匹配指示電路。主要由數(shù)字門電路、模擬開關(guān)組成，并通過一按鍵來切換輸、受血狀態(tài)。本電路在PROTEUS仿真軟件中測試成功。

關(guān)鍵詞：血型匹配；門電路；模擬開關(guān)；仿真

中圖分類號：TN79 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2017）11-0181-03

人類基本血型有四種：A、B、AB和O型。輸血時輸血者的血型與受血者的血型不是簡單的可逆關(guān)系，而必須符合一定的授受關(guān)系，如圖1所示。即：（1）O型血可輸給任意血型的人，但O型血的人只能接受O型血；（2）AB型血只能輸給AB型的人，但AB血型的人能接受所有血型；（3）A型可輸給A型與AB血型的人，但只接受A型血與O型血；（4）B型血可輸給B型與AB血型的人，但只接受B型血與O型血。

1 由數(shù)據(jù)選擇器等搭建的血型匹配電路[1-2]

現(xiàn)有的血型匹配電路或只實現(xiàn)了單一的輸血或是受血指示功能；或是注重元件應(yīng)用而實現(xiàn)的匹配電路，常見的設(shè)計思路如下：4種血型可以用兩個邏輯變量組合表示，假設(shè)00代表A型、01代表B型、10代表AB型、11代表O型。那么輸血與受血就需要兩組兩位邏輯變量，是否匹配成功可用一位邏輯變量表示。如此得到如表1的真值表。

在要求用八選一數(shù)據(jù)選擇器（74151）等來實現(xiàn)時，由真值表得到表2所示的卡諾圖，因此邏輯式可以表示為：Y=m0D'+m1D'+ m2D+m3D'+m5D十m6+m7

故：D0=D1=D3=D5=D'，D2=D，D4=0，D6=D7=1。

根據(jù)74151的功能表，如圖2所示，結(jié)合上式，可設(shè)計出如圖3所示的血型匹配指示電路。要判斷血型是否匹配，必須要將表1和圖3結(jié)合起來看。該電路的最大缺陷是不直觀，太專業(yè)，不懂數(shù)字邏輯的人是看不懂的，也沒有實用性。

2 輸、受血一體式指示電路設(shè)計[3-4]

為了解決人人可用的實用性和操作性問題，將輸血與受血邏輯分開設(shè)計，并用一按鍵切換選擇輸血或是受血，所以本電路共有4鍵代表4種血型作為輸入；4個指示燈代表4種血型作為輸出，當按下某血型鍵，它所支持的血型指示燈會亮起。故設(shè)計如表3所示的血型匹配表。

2.1 輸血、受血邏輯表達式化簡

經(jīng)卡諾圖化簡后的輸血表達式為：

Ya=Ia+Io；Yb=Ib+Io

Yab=Ia+Ib+Iab+Io；Yo=Io

同理可得到受血邏輯表達式：

Ya=Ia+Iab；Yb=Ib+Iab

Yab=Iab；Yo=Ia+Ib+Iab+Io

2.2 Proteus仿真軟件簡介

電路設(shè)計Proteus是英國著名的EDA工具（仿真軟件），從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設(shè)計，真正實現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設(shè)計軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計平臺，其處理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086、Cortex、DSP系列處理器和MSP430等，在編譯方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多種編譯器。與流行的電路設(shè)計與仿真軟件，如multisim等有相似的功能：

（1）原理布圖；（2）PCB自動或人工布線；（3）SPICE電路仿真。

PROTEUS具有革命性的特點：

（1）人機可交互的電路仿真。因有豐富的動態(tài)可交互的仿真模型，如按鍵、喇叭、鍵盤、馬達、LED、LCD、數(shù)碼管、AD/DA、部分SPI器件、部分IIC器件等。（2）仿真處理器及其外圍電路。可以仿真8位、16位、32位等常用主流單片機。并支持原碼調(diào)試，邊運行邊查看結(jié)果。配合系統(tǒng)配置的虛擬邏輯分析儀、示波器等，Proteus建立了完備的電子設(shè)計開發(fā)環(huán)境。

2.3 輸、受血電路的Proteus仿真設(shè)計

為了用一個電路把輸、受血關(guān)系都表達出來，所以根據(jù)輸受血關(guān)系表達式，把它綜合成

一個可選擇的表達式，通過二選一開關(guān)分別選通是輸血功能電路還是受血功能電路，如表4分析。

由表4可知：

A型血的輸、受血表達式中共有輸入項是Ia，選擇項是Io、 Iab，選Io表示輸血，選Iab表示受血。

B型血的輸、受血表達式中共有輸入項是Ib，選擇項是Io、 Iab，選Io表示輸血，選Iab表示受血。

AB型血的輸、受血表達式中共有輸入項是Iab，選擇項是0、Ya+Yb，選Ya+Yb表示輸血，選0表示受血。

O型血的輸、受血表達式中共有輸入項是Io，選擇項是0、Ya+Yb，選0表示輸血，選Ya+Yb表示受血。

所以在一個電路中設(shè)置一個四路單刀雙擲開關(guān)進行輸、受血的選擇，就可實現(xiàn)用一個電路表示輸血匹配或是受血匹配。打開PROTEUS軟件，按圖4左側(cè)所示元件名找出所需元件，搭建出如圖4右側(cè)所示的或式輸、受血匹配指示電路。因PROTEUS中沒有四路單刀雙擲開關(guān)仿真模型，故以兩組雙刀雙擲開關(guān)替代。并設(shè)置開關(guān)的屬性為gang=1，兩組開關(guān)實現(xiàn)同步動作。

2.4 電路仿真測試

如圖4所示，兩組開關(guān)置于上方表示輸血，各按鍵單獨按下，如按A鍵，“A”=1，則A燈和AB燈亮，表示A可給A及AB型的人輸血；按B鍵，“B”=1，則如B燈和AB燈亮，表示B可給B及AB型的人輸血；按AB鍵，“AB”=1，則只有AB燈亮， 表示AB只能給AB型的人輸血；按O鍵，“O”=1，則A、B、AB、O，4燈全亮，表示O可給4種血型人輸血。由此說明輸血關(guān)系表達正確。兩組開關(guān)置于下方表示受血，各按鍵單獨按下，如按A鍵，“A”=1，則A燈和O燈亮，表示A型接受A和O型的血；按B鍵，“B”=1，則如B燈和O燈亮，表示B可接受B和O型的血；按AB鍵，“AB”=1，四燈全亮，表示AB可接受所有血型；按O鍵，“O”=1，則只有O全亮，表示O只能接受O型血。由此說明輸、受血關(guān)系表達正確，一目了解。注意，各按鈕不可同時置1。endprint

2.5 四路單刀雙擲模擬開關(guān)選擇[5-7]

2.5.1 CH440開關(guān)

圖4中的雙擲開關(guān)使用不方便。所以重新選取4路單刀雙擲開關(guān)，如CH44X系列等，CH440：4單刀雙擲低阻模擬開關(guān)； CH442：2單刀雙擲低阻模擬開關(guān)；CH443：1單刀雙擲低阻模擬開關(guān)； CH444：2單刀四擲低阻模擬開關(guān)；CH441提供4通道相互獨立的模擬開關(guān)，兼容74HC4066引腳。它們有如下特性：（1）CH440和CH444提供全局使能引腳，多通道模擬開關(guān)統(tǒng)一使能、統(tǒng)一切換。（2）支持5V電源電壓、3.3V電源電壓以及3V電源電壓，低靜態(tài)功耗。（3）低導通電阻，Ron典型值為5Ω。高帶寬，Bw典型值為570MHz。（4）切換快速，Ton/Toff典型值小于5nS。所以本血型匹配電路中選擇1塊CH440，或2塊CH442或4塊CH443。

2.5.2 由多路選擇開關(guān)搭建4路單刀雙擲開關(guān)

因PROTEUS中沒有CH440等仿真模型，可用3路的2選一模擬開關(guān)74X4053搭建，如圖5所示，將圖中的各接線端接入圖4同名標號處，取代圖4中兩組雙刀雙擲開關(guān)。仿真測試如前，證明設(shè)計正確。

3 結(jié)語

應(yīng)用基本的數(shù)字元件搭建了輸、受血一體的血型匹配指示電路，巧妙利用輸、受血表達式重新構(gòu)造了或式選擇的輸、受血一體的表達式。并利用現(xiàn)有的元件搭建出了4路單刀雙擲開關(guān)，有效解決了電路的易操作性、直觀性和實用性問題。本電路在PROTEUS軟件中成功測試。說明電路設(shè)計正確，PROTEUS是便捷高效直觀的電路仿真分析工作。

參考文獻

[1]楊奇，楊蓮紅，王超.基于Multisim10.0與FPGA的血型配對指示電路的設(shè)計與仿真[J].高師理科學刊，2012（5）：39-42.

[2]宋蕾.基于Multisim的血型匹配器的設(shè)計[J].電子世界，2014（13）：133-133.

[3]夏敏磊.電子電路分析制作與調(diào)試（第2版）[M].北京：電子工業(yè)出版社，2012：151-154.

[4]張靖武，周靈彬.單片機原理、應(yīng)用與PROTEUS仿真（第三版）[M].北京：電子工業(yè)出版社，2014：151-154 .

[5]wzj428109.CH440 CH442 CH443 CH444引腳圖功能與中文資料下載-模擬開關(guān)芯片. http：//www.51hei.com/bbs/dpj-93614-1.html. 2017-6-1.

[6]沁恒.CH440DS1.PDF. 2017-04-13. http：//www.wch.cn/download/CH440DS1_PDF.html.

[7]Fairchild.MM74HC4053_datasheet.http：//www.ic37.com/FAIRCHILD/MM74HC4053_datasheet_325097/.2017-05-01.

Abstract：There are two deficiencies in the existing blood matching circuit， one is single indicating function which blood transfusion matching or blood receiving matching； the other is only concerned with the technical application of the device and ignores the practicality. So designed an intuitive， convenient operation blood matching instructions circuit. Mainly consists of digital gate circuit， analog switch and through a button to switch the state of the transmission or receiving. This circuit is successfully tested in PROTEUS simulation software.

Key Words：blood matching；gate circuit；analog switch；simulationendprint