正文

课 程 设 计 说 明 书

课程设计名称： 电子线路综合课程设计 题 目： 学 生 姓 名： 专 业： 学 号： 指 导 教 师： 胡 兵

日期：2008年 7月 15 日

西华大学课程设计说明书 说明书1 前言

1.1序言

随着计算机的普及和信息技术的迅猛发展，人们已不满足于现有的医疗条件，对医疗设备的智能化和功能的完善性提出了更高的要求，人们对医疗设备的要求越来越高，要求现在的医疗设备不仅更安全而且使用更方便。于是自动化被引入医疗系统，并得到了广泛的应用。

本文所要设计的病房无线呼叫系统，正是在要求医疗设备日益自动化的背景下，为了满足人们对医疗设备要求而设计的。病房无线呼叫系统的任务是病人能随时方便的呼叫医护人员，而医护人员能根据接收到的信号准确地辨别出发出呼叫的病人的房间或者床位以便进行及时的护理。无线呼叫系统不能影响病房的病人，它的安装、维修及使用均要求十分方便，必须适合医院这样的环境。

1.2目前医疗设备的概况

随着社会的发展，人们对医疗机构和医疗设备的要求已不满足于现状，人们希望医疗设备向自动化、人性化、高科技化发展，希望在医疗机构能够享受到更好的待遇，如注射系统的智能化，呼叫医护人员的自动化等。人们希望将先进的科学技术与医疗设备相结合，使其能更好的为我们服务。

在我国，医疗设备的自动化、智能化正处在起步发展阶段，医疗系统及医疗设备正在不断完善的过程中，我们需要更多更好的方案和设计以满足社会的需要。但鉴于医院这样的环境，我们的设计必须要求安全，对病人的身心均五无影响。

1.3未来医疗设备的展望

医疗系统和医疗设备的自动化、智能化、人性化已经成为未来的发展方向，我们可

以期待它为我们的生活带来更方便的一面。

如今，人民生活已从温饱型向小康转变，人们在生活的质量上有了更高的要求，特别是在和每个人都息息相关的医疗事业上有更多的关注。作为病人呼叫医护人员的工

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西华大学课程设计说明书 说明书具，病人无线呼叫系统将成为必备的设备取代现阶段所用的病人去值班室联系医护人员

的现状，这也能提高紧急事件通知医护人员的速度，从一定方面来说能减少事故的发生。

1.4论文主要工作概述

针对医疗系统的现状，可见医疗设备的自动化、人性化、智能化是医疗设备今后的发展方向。本课题要设计的病房无线呼叫系统，是针对病人紧急呼叫医护人员这一要求，依托于无线收发技术而建立起来的，和医院的现状相比，它具有安装方便，呼叫及时的优点。本文所要介绍的病房无线呼叫系统，是由无线收发电路、数字编译码电路和报警显示电路组成的。

本设计实现的功能要求是病人在需要医护人员紧急护理时，按下无线发射器上的按钮，在医护人员值班室的接收端能够接收到呼叫信息，并且能显示出呼叫者的房间号或者病床号，在值班人员收到呼叫信息后按下复位按钮，则系统进入等待状态，可以接收其它病人的呼叫信息。

本课题内容属于硬件电路的设计与应用方面，实现过程包括总体方案的提出比较及选择、电路原理设计、元器件(芯片)选择、元器件(芯片)参数计算。

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西华大学课程设计说明书 说明书2 总体方案设计

2.1方案比较

方案一：本方案是利用模拟方式实现无线数据的发送及接收。发送端信号经过调制后经功率放大器送至发射机，发射机将信号发送出去。接收端在接收到信号后通过信号放大，滤波，混频，中频后送至驱动器，驱动器产生驱动信号驱动指示灯以及扬声器。系统总体构成包括发射和接受两个模块，系统组成框图如图2.1所示。

病房开关 振荡器 功率放大 发射机 接收机 小信号放大 滤波 混频 扬声器 驱动 指示灯 图2.1 模拟无线呼叫系统总体框图

方案二：本方案使用的是数字编译码集成电路和无线电收发模块，可显示呼叫床位的号码或房间号码。发送端发出信号后送入编码器，编码器输出特定的脉冲对发射机经行调制，由发射机向空间辐射无线电波。接收端在接收到信号后送由与编码器配套的解码器中，解码器将信号分别送到译码显示器去控制指示灯和声音集成电路去控制扬声器。系统总体构成包括编码发射部分、接收译码部分、译码显示部分、声音集成放大部分与电源部分共五个模块，系统组成框图如图2.2所示。

中频

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西华大学课程设计说明书 说明书病房开关 编码器 发射机 接收机 解码器 译码显示器 指示灯 声音集成电路 扬声器

图2.2 病房无线呼叫系统组成框图

2.2 方案论证

方案一：该系统是利用模拟电路实现呼叫发射和接收显示功能。病人按下呼叫器后发送端信号经过调制后经功率放大器送至发射机发射出去。安放在护士办公室内的接收端在接收到信号后通过信号放大、滤波、混频、中频后送至驱动器，驱动器产生驱动信号驱动指示灯以及扬声器，以显示和提醒医护人员病人的呼叫房间或床位。

方案二：本方案是使用数字编译码集成电路和无线电收发模块。病人按下呼叫器后，呼叫信息将被送至编码集成器，经过编码的信号从编码集成电路输出，经无线电发射模块调制后发射出去。护士办公室内的接收端在接收到呼叫信号后，将信号送至解码器，解码器在输出译码信息送至译码显示电路的同时输出控制信号控制声音集成电路通过扬声器发声，提醒医护人员注意。LED指示保留，医护人员在收到信号以后对所呼叫的病人进行护理，护理完成后按动复位按钮SA0才能熄灭，这样避免忙中出错，漏掉病人的护理呼叫。考虑到医院这样的环境，此呼叫系统必须保持24小时均可使用，因此对此方案的电源设计应该考虑到因为突发事故电网停电后系统的工作。电源供电部分采用变压器降压整流滤波，然后稳定后提供给电路工作，同时备有直流电源，在电网停电的情况下依然可以照常使用，不致于误事。

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2.3方案选择

西华大学课程设计说明书 说明书上述两个方案最大的区别就是，方案一采用的是模拟电路组成的无线呼叫系统，而方案二是由数字电路组成。由于本设计针对的是病人有紧急情况时呼叫医护人员护理，要求显示呼叫病人的床位号码或者房间号码，要求安装以及使用维护方便，不影响病房的病人，而且要求误码率低，射频发射功率小，不能影响医疗设备的正常工作。基于上述比较，最后选择方案二。

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西华大学课程设计说明书 说明书3.单元模块电路设计

3.1无线编码发射部分

无线编码发射电路部分包括编码集成电路和无线发射电路两大部分。无线编码发射

电路部分的基本设计思想是：当按下呼叫按钮后，电路开始工作，经过编码的信号从编码集成电路输出，经无线电发射模块调制后发射出去。 3.1.1编码集成电路设计

编码集成电路是由在无线电遥控电路中广泛应用的数字编码集成器VD5026及其外

围元件所组成的，其电路图如图3. 1所示。

地址编码线IC11234567A1A2A3A4A5A6A7A8VssVddDOosc1osc2TED3D2D1D0181716151413121110 R2200VDW6V接无线发送模块R1100kSA1SA2SA3SA4VD5026数据编码线R4～R733k×4 图3.1 编码集成电路

按下发射按钮后，数字编码器得电工作，经过编码的脉冲信号从其17脚DO端输出，将信号送入无线发送模块中。

VD5026采用CMOS工艺制造，功耗极低，静态电流仅为1uA，工作电压为2～5V。图3.2所示是VD5026的引脚排列情况，表3.1是它的引脚功能。

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西华大学课程设计说明书 说明书A1 A2 A3 A4A5 A6 A7 A8 Vss VDD DO OSC1 OSC2 TE D3 D2 D1 D0 VD5026

图3.2 VD5026引脚排列图

表3.1 VD5026引脚功能 引脚 1 2～8 9 符号 A1 A2～A8 VSS 功 能 引脚 14 符号 TE 功 能 输出控制端 外接振荡电阻端 编码数据串行输出端 电源正端 四态编码公共/地址输入端 地址输入端 电源负端 地址/数据输入端 15～16 OSC1.OSC2 17 18 DO VDD 10～13 D0～D3 编码器VD5026具有A1～A8共8位地址输入端，它可进行四态编码。当采用8位地址端按三态编码时，可有3＝6561种地址不重复的编码。本电路可显示15路呼叫， 15个呼叫器的地址编码应一致，数据编码分别为0001～1111，由数据编码开关SA1～SA4设定。如果需要更多的地址编码，还可进行四态编码。

VD5026的14脚TE端为编码输出控制端，低电平有效。当TE=1时，编码器不能进行编码，其信号输出端17脚呈高阻状态。当TE=0时，编码器输出经过地址和数据编码的串行脉冲信号。VD5026的15、16脚外接电阻即可形成时钟振荡，振荡频率为1600/R 。其中电阻的单位是kΩ,频率的单位是kHz,一般电阻值为几十至数百千欧。为了保证译码器能够正确译码，译码器和编码器的外接振荡电阻的阻值应一致。因此，其外围元件极其简单，仅接1只振荡电阻R1即可正常工作。 3.1.2无线发射电路设计

无线发射电路是由微型、高稳定度的无线电发射专用模块M303S及为其提供电源的

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西华大学课程设计说明书 说明书电路组成的，其电路图如图3. 3所示。

4接编码数据输出IC2LED0 M303S5SAC147uR31k12VA23312 图3.3 无线发射模块电路

由编码电路发出特定的脉冲的信号对M303S进行调制，然后由M303S向空间辐射无线电波。

M303S是一块无线发射专用模块，载波频率为303.9MHz，其频率稳定度可达1×10-5，其原因是在模块内采用了声表面波滤波器件。它的工作电流为10mA～20mA，输出功率可达20mW以上，因此不用天线的距离也在100m左右。如果采用一根20cm长的软导线作天线，其传输距离可增大一倍。

声表面波器件 半可调电容 1 2 3 4 5 图3.4 M303S发射模块外形图

图3.4是M303S发射模块外形图。各引脚功能如下：1脚为电源负极，接地；2脚为控制脚，加9～12V电压时，发射机工作；3脚为调制脚，可用VD5026编码器调制；4

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西华大学课程设计说明书 说明书脚为电源正极；5脚为天线发射输出，输出阻抗50Ω。

3.1.3无线编码发射部分总电路

综合上面两部分的设计，无线编码发射部分的总电路如图3.5所示。

地址编码线IC11234567A1A2A3A4A5A6A7A8VssVddDOosc1osc2TED3D2D1D0181716151413121110 R2200VDW6V3R1100k4IC22LED0 M303S5SAC147uR31k12VA23数据编码线SA1SA2SA3SA4R4～R733k×4VD5026 1 图3.5 无线编码发射部分总电路

3.2无线接收译码显示部分

无线接收译码显示电路部分包括接收译码电路、4/16线分配及显示电路、声音集成及放大电路和电源电路四大部分。无线接收译码显示部分电路的基本设计思想是：接收端接收解调输出的编码信号经反相器整形放大后送入译码器进行译码。经译码器数据输出端输出的数据编码送至4/16线译码器的数据输入端，同时，译码有效指示端输出一个高电平脉冲触发声音集成电路。 3.2.1接收译码电路设计

接收译码显示电路是由与编码发射部分相配套的接收模块M303R及译码模块VD5027组成的，其电路图如图3. 6所示。

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西华大学课程设计说明书 说明书IC31234567A1A2A3A4A5A6A7A8VssVddVTosc1osc2DID3D2D1D0R40100k1IC5 M303R52数据译码地址译码线接声音集成电路 3VD5027 图3.6 接收译码显示电路

与发射端相配套的接收模块M303R接收解调输出的编码信号经反相器整形放大后送入译码器VD5027进行译码，译码器输出端输出的数据译码送入4/16线译码器的数据输入端进行下一步的处理。同时，从17脚上输出一个高电平脉冲作用于声音集成电路，触发声音集成电路的工作。

VD5027是和VD5026相配套的译码器件，图3.7所示的是VD5027的引脚排列情况，表3.2是它的引脚功能。

A1 A2 A3 A4A5 A6 A7 A8 Vss VDD VT OSC1 OSC2 DI D3 D2 D1 D0 图3.7 VD5027引脚排列图

VD5027

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西华大学课程设计说明书 说明书表3.2 VD5027引脚功能

引脚 1 2～8 9 10～13 符 号 A1 A2～A8 VSS D0～D3 功 能 引脚 14 15.16 17 18 符 号 DI OSC1.OSCO VT VDD 功 能 编码信号输出端 外接振荡电阻端 译码有效输出端 电源正端 四态编码公共/地址输入端 地址输入端 电源负端 数据输入端 译码器VD5027的地址编码方法与VD5026一样，可进行两态、三态或四态地址编码，数据输出端D0～D3仅能用于译码数据输出。编码信号由14脚DI端输出，当编译码器的地址编码完全一致时，译码器在D0～D3端锁存输出数据，同时译码有效输出端17脚输出一个正脉冲，表示译码成功。例如编码器的数据输出端输出的数据是“1000”，经译码器译码输出的也是“1000”，并一直保持这种输出状态，直到有新的数据到来，数据输出端才被刷新。

M303R是与M303S相配套的接收模块，载波频率也为303.9MHz，其频率稳定度可达1×10-5。工作电压为6～12V，内部稳压5V，工作电流为10mA～20mA。

半可调电容 半可调电感 1 2 3 4 5 图3.8 M303R接收模块外形图

图3.8为M303R接收模块外形图，其引脚功能如下：1脚接天线；2脚接电源正极（6～12V）；3脚接电源负极，接地；4脚为测试端，未经放大器放大的输出端；5脚为放大后的输出端。

3.2.2 4/16线分配及显示电路设计

4/16线分配电路是由CD4514及其外围电路组成的，显示电路由15组发光二极管和

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西华大学课程设计说明书 说明书晶闸管及电阻组成，其电路图如图3.9所示。

LED1IC4VddY1R2RESLED15········数据译码输入R24········1k×15R10D3D2D1D0INHSTY15Vss CD4514 R391k×15VS1VS15 图3.9 4/16线分配及显示电路

由译码器VD5027输出的4位数据码送入4/16线分配器的D0～D3脚，由分配器对4位数据进行处理，按其电平的高低组合排列分配到相应的输出端Y1～Y15脚，使相应的输出端变为高电平。由Y1～Y15脚输出的高电平触发晶闸管VS1～VS15，使相应的发光二极管点亮并自锁。例如该电路中发射器的地址码完全相同，数据码为1000，此时经接收电路中的CD4514处理后，使Y8端输出高电平，此时VS8导通，发光二极管点亮。

CD4514的引脚排列情况如图3.10所示。

11 9 10 8 7 6 5 4 18 17 20 19 14 13 16 15 Y0 „ „ „ „ „ Y15 D C B A INH ST 22 21 3 2 23 1

图3.10 CD4514的引脚排列

D4514为4位锁存4线/16线译码集成电路，它可以对输入的BCD码产生0～15状态的时序脉冲，输出“1”电平有效。CD4514是双列直插式24脚塑封，有Y0～Y15这16个输出量，其4态变量状态表如表3.3所列。CD4514的数据锁存功能由ST端所施加

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西华大学课程设计说明书 说明书的电平来实现。ST =“0”时，输入级门，输入数据的变化不能被译码，Y0～Y15

保持ST端置“0”前电平；ST =“1”时，输入级门开启，可以译码。本电路中，CD4514的ST端平时处于“0”电平，目的是增强其干扰能力，只有当译码器VD5027的17脚输出高电平时，CD4514的ST端才变为高电平，输入开启，可以对输入数据进行译码。CD4514的INH是禁止输入端，加入INH端置“1”，封锁了内部译码的与非门，使所有输出数据为无效电平，即数据禁止输出。INH端为“1”电平时，其输出全部为“0”电平；在本电路中，也是利用反相器的反相作用来开启的。平时CD4514的INH端为“1”电平，只有当VD5027的17脚输出高电平时，其INH端才瞬间变低，从而与ST端配合，准确译码输出。

表3.3 CD4514状态变量表

D3D2 D1D0 00 01 11 10 00 Y0 Y4 Y12 Y8 01 Y1 Y5 Y13 Y9 11 Y3 Y7 Y15 Y11 10 Y2 Y6 Y14 Y10 3.2.3声音集成及放大电路设计

声音集成及放大电路是由HFC9301和小功率音频放大集成电路LM386及其外围电路组成，其电路图如图3.11所示。

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西华大学课程设计说明书 说明书R42200C710uVDW1.5VC210uSPK1IC7 81 72 6 LM3863 C6100uO/PC50.1uVDDTRIGVSS 图3.11 声音集成及放大电路

译码器输出端输出一个高电平脉冲作用于HFC9301的TRIG端，触发HFC9301工作，发出“滴滴、滴”的响声。由于该信号微弱，不足以推动扬声器放声，故将此信号经过小功率音频放大集成电路LM386放大后，推动扬声器工作，发出宏亮的声音，提醒医护人员注意。每个脉冲触发1次响3声，但LED指示保留，需医护人员按动复位按钮SA0才能熄灭。

HFC9301采用一种软封装的报警专用集成电路，可电平触发和脉冲触发，在本电路中采用脉冲触发，可呼叫3次。如果用其它音乐集成电路也可，但是响声过长，容易引起人们的厌烦，而且，在医院里也会影响病房病人。LM386采用小功率音频放大集成电路，输出功率可达300mW以上，其呼叫声足够大。

LM386是一种低电压小功率的音频功放集成电路，采用8脚双列直插式封装，其特点是功耗低、工作电源电压范围宽、外围元件少、制作电路简单和调整方便。其典型参数如下：工作电压范围4～12V，静态电流4mA，输出功率最大660mW，电压增益最大46dB，带宽300kHz，输入阻抗50kΩ，谐波失真0.2%，输入偏置电流250uA。图3.12所示的是它的管脚排列图。

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西华大学课程设计说明书 说明书1 2 3 4 8 7 6 5 图3.12 LM386管脚排列

第6脚为电源正极；第4脚接地；第2、3脚为选择输入端，第5脚为输出端，第1、8脚为增益控制端，第7脚为旁路端。使用时应注意以下几点：⑴若需要调节LM386放大倍数，可在它的1、8脚间接一个2K左右的可变电阻和一个电容，改变可变电阻可使其在20～200间可调，当电阻值为0时，放大倍数为200，当1、8脚悬空时，放大倍数为20。 ⑵第3脚和第2脚分别为同相输入端和反相输入端，可根据需要其中一端，另一端接地。⑶若要使扬声器发出的声音柔和动听，可在5脚与地之间接上一个小电容和一个小阻值的电阻，在7脚与地之间接上一个几十微法的电容，能防止LM386自激。⑷因集成电路管脚间距小，焊接时要锉尖烙铁头，不然容易搭锡短路，最好将一个8脚双列集成电路插座先焊好，再插入集成块，这样既防止破坏集成电路，又便于进行调换。⑸整机焊接好，检查无误后，接通电源，在无信号输入的情况下，静态电流在7mA左右，用手触及输入端，喇叭中应有明显的感应杂音，否则应检查各元件、线路是否接错。 3.2.4电源电路电路设计

电源电路是由电源变压器T、电桥U、电容C2及AN7806组成，其电路图如图3.13所示。

LM386

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西华大学课程设计说明书 说明书U2A/100VAN7806LED16VD2220V TC21000uE6VR810kC3100uR91kVD1

图3.13 电源电路

本装置的电源是由电源变压器T降压后送入电桥U整流再经C2滤波，然后由AN7806稳定后提供给电路工作的。亦备有直流电源，在电网停电的情况下依然可以照常使用，不致于误事。

7806为三端稳压电路，主要的三端稳压电路属性如表3.4所示

表3.4 三端稳压电路

参数 型号 7805 7806 7809 7812 7905 7906 7909 7912 ＋ ＋ ＋ ＋ － － － － 0.625/10 0.625/10 0.625/10 0.625/10 0.625/10 0.625/10 0.625/10 0.625/10 30 30 30 30 30 30 30 30 5±0.25 6±0.3 9±0.45 12±0.6 5±0.25 6±0.3 9±0.45 12±0.6 0.055/1 0.060/1 0.060/1 0.060/1 0.055/1 0.060/1 0.060/1 0.060/1 T0-92 T0-220 T0-92 T0-220 T0-92 T0-220 T0-92 T0-220 T0-92 T0-220 T0-92 T0-220 T0-92 T0-220 T0-92 T0-220 极性 PD(w) Vi(v) Vo(v) Iq(A) 封装 3.2.5无线接收译码显示部分总电路

综合上面四部分的设计，无线接收译码显示部分的总电路如图3.14所示。

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西华大学课程设计说明书 说明书IC31234567A1A2A3A4A5A6A7A8VssVddVTosc1osc2DID3D2D1D0IC4R40100kD3D2D1D0INHSTY15Vss CD4514 U2A/100VAN7806LED16IC7 81 72 6 LM3863 C6100uVD20.01uC4R41100k220V TC21000uE6VR810kC3100uR91kR391k×15VddY1R2RESLED1LED15········12R10R24IC5 M303R5········1k×15地址译码线3VS1VS15SAOVD5027 C710uVDW1.5VC210u R42200 复位VD1VDDO/PTRIGVSSSPK1C50.1u 图3.14 无线接收译码显示部分总电路

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西华大学课程设计说明书 说明书4.系统调试

4.1无线编码发射部分

因为本部分电路比较简单，因此，整个装置只要元器件良好，且焊接无误，一般不

用任何调试即可正常工作。

4.2接收译码显示部分

焊接无误后，可分级调试。首先测量电源电压是否正常，如正常，可在HFC9301

的TRIG端施加一个正向脉冲，此时扬声器应发出响亮的“滴滴、滴”声。然后用发射器发射信号，其相应的发光二极管应点亮并自锁。调试发出“滴滴、滴”声即算合格。可以调换发射器中的VD5026 D0～D3数据端编码，从0001～1111，使相应的1～15路均正常工作。

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西华大学课程设计说明书 说明书5.系统功能、指标参数

5.1系统功能

本设计是由病人操纵的无线电遥控发射器及安放在医护人员办公室内的无线电接收显示器所组成。当病人在夜间或者紧急情况需要医护人员护理时，只需按下无线遥控发射器的按钮，安装在医护人员办公室的的呼叫器立即会发出“滴滴、滴”的报警声，同时LED发出红光指示出病床号码提醒医护人员及时护理。

5.2指标参数分析

⑴．发射器VD5026的载波频率为303.9MHz，稳定度可达1×10-5，工作电流为10mA～20mA,输出功率达20mW以上，不用天线的作用距离在100m左右，如果需要更大的传输距离可以采用一根软导线作天线。

⑵．VD5026的15、16脚外接电阻形成时钟振荡，振荡频率为fosc1600/R,其中电阻的单位为kΩ，频率的单位为kHz,本电路中电阻值取100k，则频率为16kHz。VD5027外接振荡电阻应和VD5026一致。

⑶．VDW为稳压二极管，选用6V/1W的稳压二极管。

⑷．E为无线发射器的供电电池，采用一节12V的A23电池供电。 ⑸．发光二极管作为指示灯，采用具有警示作用的红色φ3mm发光二极管。

⑹．电路为15路报警显示，变压器T用5W的电源变压器就足够，另外要求T的初级空载电流小于20mA，有利于长期工作。

⑺．其他原件无特殊要求，可参照附录中的总电路图所示数值选用。

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西华大学课程设计说明书 说明书6 设计总结

在本次设计过程中遇到了不少问题，在阳小明老师的指导帮助下才顺利的完成了本次课程设计，在此表示衷心的感谢。

本次课程设计是对所学的模拟电子技术基础和数字电子技术基础以及电工电子技术实验的高度总结应用，在设计的过程中发现了自己在知识上所存在的不足，也意识到除了必须具备专业知识以外，还必须具有塌实坚毅不服输的品格。

由于时间关系，本次设计中还有不尽完善之处。如系统中只能发射和接收显示呼叫床位信息，而不包括语音信息，而这项功能是可以通过修改设计来实现的。

本装置稍加变通或改装，亦可用于住宅区的防盗防火报警系统。

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西华大学课程设计说明书 说明书7 参考文献

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[2] 杨君,王景存.基于VerilogHDL的流水线的设计方法及应用[J].武汉科技大学学报(自然科学版) ,2002,25(4): 394—396.

[3] 郝国法,黄睿,郝琳,等.FPGA在自动售邮票机设计中的应用[J].武汉科技大学学报(自然科学版),2001,24(2):178—180.

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[5] 胡华春,石玉.数字锁相环原理与应用[M].上海科学技术出版社,1990.

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西华大学课程设计说明书 说明书附录：病房无线呼叫系统电路原理图

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