基于單片機(jī)的病床呼叫系統(tǒng) 789 基于單片機(jī)的病床呼叫系統(tǒng) 摘要 系統(tǒng)是基于 51系列的單片機(jī)設(shè)計的病床呼叫系統(tǒng)。該系統(tǒng)以 陣顯示電路和部分簡單模擬和數(shù)字電路組成的能夠?qū)崿F(xiàn)病人和醫(yī)護(hù)人員之間信息的傳遞。在該設(shè)計中每個病房都有一個按鍵，當(dāng)患者有需要時，按下按鍵，此時 值班室的顯示屏可顯示此患者的床位號，多人使用時可實(shí)現(xiàn)循環(huán)顯示，醫(yī)護(hù)人員按下“響應(yīng)”鍵取消當(dāng)前呼叫。此系統(tǒng)能夠?yàn)獒t(yī)院提供一個成本低、效率高、 操作方便和易于安裝維護(hù)的快捷系統(tǒng)。 關(guān)鍵詞：單片機(jī) ;矩陣鍵盤 ;點(diǎn)陣 ;示 ;呼叫系統(tǒng) 目 錄 引言 1 1 51 系列單片機(jī)的簡介 1 片機(jī)的發(fā)展介紹 1 片機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 2 片機(jī)的實(shí)際應(yīng)用 2 制器 2 接口技術(shù) 4 盤接口 4 示器接口 5 3 程序設(shè)計語言 9 器語言 9 編語言 9 級語言 9 4 基于單片機(jī)的病床呼叫系統(tǒng)的設(shè)計實(shí)現(xiàn) 10 統(tǒng)總體設(shè)計 10 統(tǒng)硬件設(shè) 計 11 統(tǒng)軟件設(shè)計 15 統(tǒng)的調(diào)試與結(jié)果 19 結(jié)論 20 致謝 20 參考文獻(xiàn) 21 附錄 22 附錄 A：原理圖 22 附錄 B：源程序 22 引言 病床呼叫系統(tǒng)是一種應(yīng)用于醫(yī)院病房、養(yǎng)老院等地方，用來聯(lián)系溝通醫(yī)護(hù)人員和病員的專用呼叫系統(tǒng)，是提高醫(yī)院水平的必備設(shè)備之一。病床呼叫系統(tǒng)的優(yōu)劣直接影響到病員的安危，歷來受到各大醫(yī)院的普遍重視。它要求及時、準(zhǔn)確可靠、簡便可行、利于推廣 1。 目前市場上存在著許多種型號不一功能各異的醫(yī)院病房呼叫系統(tǒng)，主要為兩大類：有線式和無線式 2。無線式 病房呼叫系統(tǒng)不存在鋪設(shè)線路的問題，但是可靠性差，而且無線電波會干擾其他醫(yī)療儀器設(shè)備 3。本文設(shè)計的是有線式的，適合較小的醫(yī)院病房使用，具有成本低，易于操作、安裝和維護(hù)，而且具有可靠穩(wěn)定，對其他醫(yī)療設(shè)備不會產(chǎn)生干擾的特點(diǎn)；但受到布線較多，影響美觀，故不適宜較大的醫(yī)院。 病床呼叫管理系統(tǒng)便于病員快捷的呼叫護(hù)士，縮短人工呼叫的時間。當(dāng)今病房呼叫系統(tǒng)正在逐步地向智能化發(fā)展，它可以和錄像機(jī)一起使用，當(dāng)病人按下開關(guān)時，在護(hù)士值班室的大屏幕能夠觀察病人的需要。并且可以配備對講機(jī)等設(shè)備，能夠使病員及時快捷地與醫(yī)護(hù)人員進(jìn)行 溝通。 1 51 系列單片機(jī)的簡介 單片機(jī)的發(fā)展介紹 單片機(jī)也被稱作“單片微型計算機(jī)”、“微控制器”和“嵌入式微控制器”，單片機(jī)一詞最初源于“ 簡稱 著單片機(jī)在技術(shù)和體系結(jié)構(gòu)上的進(jìn)步，其控制功能不斷擴(kuò)展，國際上逐漸采用“ 控制器）來代替 片機(jī)的發(fā)展歷史大致分為 4 個階段。 第一階段：單片機(jī)的探索階段。這一階段主要是探索如何把計算機(jī)的主要部件集成在芯片上。 第二階段：單片機(jī)的完善階 段。 司在 基礎(chǔ)上推出了完善的、典型的 片機(jī)系列。它在以下幾個方面奠定了典型的通用總線型單片機(jī)體系結(jié)構(gòu)： 設(shè)置了經(jīng)典、完善的 8 位單片機(jī)的并行總線結(jié)構(gòu)； 外圍功能單元由 中管理的模式； 體現(xiàn)控制特性的地址空間和位操作方式； 指令系統(tǒng)趨于豐富和完善，并且增加了許多突出控制功能的指令。 第三階段：向微控制器發(fā)展的階段。這一階段主要是為了滿足測控系統(tǒng)要求的各種外圍電路和接口電路，突出其職能化控制能力。 第四階段：單片機(jī)的全面發(fā)展階段。由于很多大半導(dǎo)體和電氣廠商都開始參與單片機(jī)的研制和生產(chǎn)。隨著單片機(jī)在各個領(lǐng)域全面深入的發(fā)展和應(yīng)用，逐漸出現(xiàn)了高速、低功耗、大尋址范圍、強(qiáng)運(yùn)算能力的 8 位、 16 位、 32 位通用型單片機(jī)以及小型廉價的專用型單片機(jī)，還有功能全面的片上單片機(jī)系統(tǒng)。 4 單片機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 單片機(jī)是微型機(jī)的一個重要分支，它在結(jié)構(gòu)上的最大特點(diǎn)是把 儲器、定時器和多種輸入 /輸出接口電路集成在一塊超大規(guī)模的集成電路芯片上。 單片機(jī)內(nèi)是一種在線式實(shí)時控制計算機(jī)，在線式就是現(xiàn)場控制，需要有較強(qiáng)的抗干擾能力，較低的成本。 單片機(jī)由于這種結(jié)構(gòu)，所以具有很多顯著的特點(diǎn) 。主要有控制能力強(qiáng)，抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高，性能價格比高，低功耗、低電壓，擴(kuò)展了多種串行口和系統(tǒng)擴(kuò)展容易等特點(diǎn)。 片機(jī)的實(shí)際應(yīng)用 單片機(jī)廣泛應(yīng)用于儀表儀器、家用電器、醫(yī)用設(shè)備、航空航天、專用設(shè)備的智能化管理及過程控制等領(lǐng)域，大致可分為以下幾個范疇： （ 1）在智能儀器儀表上的應(yīng)用 單片機(jī)具有體積小、功耗低、控制功能強(qiáng)、擴(kuò)展靈活、微型化和使用方便等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于儀器儀表中看，結(jié)合不同類型的傳感器，可以實(shí)現(xiàn)諸如電壓、功率、頻率、溫度、流量、速度、角度、硬度、元素、壓力等物理量的測量。采用單片機(jī)控制使得 儀器儀表數(shù)字化、智能化、微型化。且功能比采用電子和熟悉電路更加強(qiáng)大。例如精密的測量設(shè)備（功率計、示波器和各種分析儀）。 （ 2）在工業(yè)控制中的應(yīng)用 用單片機(jī)可以構(gòu)成形式多樣的控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。例如工廠流水線的智能化管理，電梯智能化控制、各種報警系統(tǒng)，與計算機(jī)聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成二級控制系統(tǒng)等。 （ 3）在家用電器中的應(yīng)用 可以這樣說，現(xiàn)在的家電基本上都采用了單片機(jī)控制，從電飯煲、洗衣機(jī)、電冰箱、空調(diào)機(jī)、彩電、其他音響視頻器材、再到電子稱量設(shè)備，五花八門，無其不有，無所不在。 （ 4）在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信領(lǐng)域的應(yīng)用 現(xiàn)在的 單片機(jī)普遍具有通信接口，可以很方便的與計算機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，為計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信設(shè)備間的應(yīng)用提供了極好的物質(zhì)條件，可以的通信設(shè)備基本上都實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)智能控制，從手機(jī)，電話機(jī)、小型程控交換機(jī)、樓宇自動通信呼叫系統(tǒng)、列車無線通信、再到日常工作中隨處可見的移動電話，集群移動通信，無線對講機(jī)等。 （ 5）單片機(jī)在醫(yī)用設(shè)備領(lǐng)域中的應(yīng)用 單片機(jī)在易用設(shè)備領(lǐng)域中的應(yīng)用相當(dāng)廣泛，例如醫(yī)用呼吸機(jī)，各種分析儀，監(jiān)護(hù)儀，超聲波診斷設(shè)備及病床呼叫系統(tǒng)等等。此外單片機(jī)在工商、金融、科研、教育、國防、航空航天領(lǐng)域都有相當(dāng)廣泛的應(yīng)用。 制器 美國 司生產(chǎn)的低電壓 ,高性能 單片機(jī)，片內(nèi)含4k 可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器 128 隨機(jī)存取數(shù) 據(jù)存儲器 器件采用 司的高密度，非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn) 片內(nèi)置通用 8位中央處理器 能強(qiáng)大 片機(jī)可為您提供許多高性價比的應(yīng)用場合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域 2。 主要特性： 與 品指令系統(tǒng)完全兼容 4K 字節(jié)可重擦寫 速存儲器 1000 次擦寫周期 全靜態(tài)操作 :0 三級加密程序存儲器 128 8 字節(jié)內(nèi)部 32 個可編程 I/O 口線 2 個 16 位定時 /計數(shù)器 5 個中斷源 可編程串行 道 片機(jī)采用 40裝的雙列直插 構(gòu)，圖 它的引腳配置圖。 40 個引腳中，正電源和地線兩根； 4 組 8 位 I/O 口，共 32 個引腳；時鐘電路引腳 制信號引腳包含：復(fù)位輸入端 址 鎖存允許輸出 /編程脈沖輸入端 外程序存儲器選通控制信號端 外程序存儲器選擇 /編程電源輸入端 圖 片機(jī)引腳圖 2 接口技術(shù) 鍵盤接口 在單片機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng)中，通常都有人機(jī)對話功能。它包含人對系統(tǒng)的狀態(tài)干預(yù)、數(shù)據(jù)的輸入以及應(yīng)用系統(tǒng)向人報告運(yùn)行狀態(tài)與運(yùn)行結(jié)果等。鍵盤成為人機(jī)聯(lián)系的必要手段，此時需要配置適當(dāng)?shù)逆I盤輸入設(shè)備 5。 鍵盤工作原理 鍵盤中的每個按鍵都是一個常開的開關(guān)電路，當(dāng)所設(shè)置的功能鍵或數(shù)字鍵按下時，則處于閉合 狀態(tài)。對于一組鍵或一個鍵盤，需要通過接口電路與單片機(jī)相連，以便將鍵的開關(guān)狀態(tài)通知單片機(jī)。單片機(jī)可以采用查詢或中斷方式檢查有無鍵的輸入以及是哪個鍵被按下，并通過轉(zhuǎn)移指令轉(zhuǎn)入執(zhí)行該鍵的功能程序，執(zhí)行完再返回到原始狀態(tài)。 獨(dú)立式按鍵 獨(dú)立式按鍵是指直接用 I/O 口線構(gòu)成的單個按鍵電路。每個獨(dú)立式按鍵單獨(dú)占有一根 I/O 口線，每根 I/O 口線的工作狀態(tài)都不會影響其他 I/O 口線的工作狀態(tài)。 行列式鍵盤 獨(dú)立式按鍵電路每一個按鍵開關(guān)占用一根 I/O 口線。當(dāng)按鍵數(shù)較多時，要占用較多的 I/O 口線。因此，在按鍵數(shù)大于 8 時，通常采 用行列式（也稱“矩陣式”）鍵盤電路。 最簡單的鍵盤，每個鍵對應(yīng) I/O 端口的一位，沒有什么鍵閉和時，各位均處于高電位。當(dāng)有一個鍵按下時，就是對應(yīng)位接地而成為低電位，而其它位仍為高電位。這樣， 要檢測到某一位為“ 0”，便可判別出對應(yīng)鍵已經(jīng)按下。但是，當(dāng)鍵盤上的鍵較多時，引線太多，占用的 I/O 端口也太多。比如，一個有 64 個鍵的鍵盤，采用這種方法來設(shè)計時，就需要 64 條連線和 8 個 8 位并行端口。所以，這種簡單結(jié)構(gòu)只用在僅由幾個鍵的小鍵盤中。通常使用的鍵盤結(jié)構(gòu)是矩陣式的，如圖 示。設(shè)有 m * n 個鍵盤，那么， 采用矩陣式結(jié)構(gòu)以后，便只要條引線就行了。比如，有 m + n 個鍵，那么，只要用兩個并行端口和 16 條引線便可以完成鍵盤的連接 6 。 圖 陣鍵盤 示器接口 為了方便人們觀察和監(jiān)視單片機(jī)運(yùn)行情況，通常需要利用顯示器作為單片機(jī)的輸出設(shè)備，以顯示單片機(jī)的鍵輸入值、中間信息以及運(yùn)算結(jié)果等。 在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，常用的顯示器主要有 晶顯示器）和 光二極管顯示器）。這兩種顯示器都具有耗電省，配置靈活，線路簡單，安裝方便，耐振動，壽命長等優(yōu)點(diǎn)。 液晶顯示器 液晶顯示器 一種極低功耗的顯示器。由于其具有清晰度高，信息量大等特點(diǎn)，從而使得它越來越廣泛地應(yīng)用在小型儀器的顯示中。 把 驅(qū)動器組裝在儀器的部件的英文名稱為 稱 段碼型液晶模塊、點(diǎn)陣字符液晶模塊和點(diǎn)陣圖形液晶模塊。 陣顯示屏 陣顯示屏的構(gòu)成型式有多種，其中典型的有兩種。一種把所需展示的廣告信息燒寫固化到 片內(nèi)，能進(jìn)行固定內(nèi)容的多幅漢字顯示，稱為單顯示型；另一種在機(jī)內(nèi)設(shè)置了字庫、程序庫，具有程序編制能 力，能進(jìn)行內(nèi)容可變的多幅漢字顯示，稱可編程序型 7。 目前，國內(nèi)的 陣顯示屏大部分是單顯示型，其顯示的內(nèi)容相對較少，顯示花樣較單一。一般在產(chǎn)品出廠時，顯示內(nèi)容就已寫入顯示屏控制系統(tǒng)中的片內(nèi)，當(dāng)需要更換顯示內(nèi)容時就非常困難，這樣使該類型的顯示屏使用范圍受到了限制。國內(nèi)的另一種 示屏可編程序型 示屏，雖然增加了顯示屏系統(tǒng)的編程能力，顯示內(nèi)容和顯示花樣都有所增加，但也存在著更換顯示內(nèi)容不便的缺點(diǎn)。隨著社會經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，如今的廣告牌都存在著顯示內(nèi)容豐富、信息量大、信息更換速度快 等特點(diǎn)。因此傳統(tǒng)的 示屏控制系統(tǒng)已經(jīng)越來越不能滿足現(xiàn)代廣告宣傳業(yè)的需要。而利用 通信技術(shù)控制 示屏，則具有顯示內(nèi)容豐富，信息更換靈活等優(yōu)點(diǎn) 7。 8*8 點(diǎn)陣 *8 點(diǎn)陣原理圖和實(shí)物圖 圖 8*8 點(diǎn)陣原理圖 圖 8 8 單基色點(diǎn)陣的結(jié)構(gòu)圖，從內(nèi)部結(jié)構(gòu)可以看出 8 8 點(diǎn)陣共需要64 個發(fā)光二極管，且每個發(fā)光二極管是放置在各行和列的交叉點(diǎn)上。當(dāng)對應(yīng)的某一列置高電 圖 8*8 點(diǎn)陣實(shí)物圖 平，另一列置低電平時，則在該行和列的交叉點(diǎn)上相應(yīng)的二極管就亮。 圖 10 為 8 8 點(diǎn)陣 觀 及引腳圖，其等效電路如圖 9 所示，只要其對應(yīng)的 X、 Y 軸順向偏壓，即可使 亮。例如如果想使左上角 亮，則 ， 即可。應(yīng)用時限流電阻可以放在 X 軸或 Y 軸 8。 8*8 點(diǎn)陣顯示原理 從理論上說，不論顯示圖形還是文字，只要控制與組成這些圖形或文字的各個點(diǎn)所在的位置相對應(yīng)的 件發(fā)光，就可以得到我們想要的顯示結(jié)果，這種同時控制各個發(fā)光點(diǎn)亮滅的方法稱為靜態(tài)驅(qū)動顯示方式。 8*8 的點(diǎn)陣共有 64 個發(fā)光二極管，顯然單片機(jī)沒有這么多的端口，如果我采用鎖存器來擴(kuò)展端口，按8 位的鎖存器來計算， 8*8 的點(diǎn) 陣需要 64/8 8 個鎖存器。這個數(shù)字很龐大，因?yàn)槲覀儍H僅是 8*8 的點(diǎn)陣，在實(shí)際應(yīng)用中的顯示屏往往要大得多，這樣在鎖存器上花的成本將是一個很龐大的數(shù)字。因此在實(shí)際應(yīng)用中的顯示屏幾乎都不采用這種設(shè)計，而采用另外一種稱為動態(tài)掃描的顯示方法 9。 動態(tài)掃描的意思簡單地說就是逐行輪流點(diǎn)亮，這樣掃描驅(qū)動電路就可以實(shí)現(xiàn)多行（比如 8 行）的同名列共用一套驅(qū)動器。具體就 8*8 的點(diǎn)陣來說，把所有同1 行的發(fā)光管的陽極連在一起，把所有同 1 列的發(fā)光管的陰極連在一起（共陽極的接法），先送出對應(yīng)第一行發(fā)光管亮滅的數(shù)據(jù)并鎖存，然后選通第 1 行使其燃亮一定時間，然后熄滅；再送出第二行的數(shù)據(jù)并鎖存，然后選通第 2 行使其燃亮相同的時間，然后熄滅；以此類推，第 8 行之后，又重新燃亮第 1 行，反復(fù)輪回。當(dāng)這樣輪回的速度足夠快（每秒 24 次以上），由于人眼的視覺暫留現(xiàn)象，就能夠看到顯示屏上穩(wěn)定的圖形了。 采用掃描方式進(jìn)行顯示時，每一行有一個行驅(qū)動器，各行的同名列共用一個驅(qū)動器。顯示數(shù)據(jù)通常存儲在單片機(jī)的存儲器中，按 8 位一個字節(jié)的形式順序排放。顯示時要把一行中各列的數(shù)據(jù)都傳送到相應(yīng)的列驅(qū)動器上去，這就存在一個顯示數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯栴}。從控制電路到列驅(qū)動器的數(shù)據(jù)傳輸可以采 用并列方式或串行方式。顯然，采用并行方式時，從控制電路到列驅(qū)動器的線路數(shù)量大，相應(yīng)的硬件數(shù)目多。當(dāng)列數(shù)很多時，并列傳輸?shù)姆桨甘遣豢扇〉?10。 采用串行傳輸?shù)姆椒?，控制電路可以只用一根信號線，將列數(shù)據(jù)一位一位傳往列驅(qū)動器，在硬件方面無疑是十分經(jīng)濟(jì)的。但是，串行傳輸過程較長，數(shù)據(jù)按順序一位一位地輸出給列驅(qū)動器，只有當(dāng)一行的各列數(shù)據(jù)都以傳輸?shù)轿恢?，這一行的各列才能并行地進(jìn)行顯示。這樣，對于一行的顯示過程就可以分解成列數(shù)據(jù)準(zhǔn)備（傳輸）和列數(shù)據(jù)顯示兩部分。對于串行傳輸方式來說，列數(shù)據(jù)準(zhǔn)備時間可能相當(dāng)長，在行掃描 周期確定的情況下留給行顯示的時間就太少了，以致影響到 亮度。 解決串行傳輸中列數(shù)據(jù)準(zhǔn)備和列數(shù)據(jù)顯示的時間矛盾問題，可以采用重疊處理的方法。即在顯示本行各列數(shù)據(jù)的同時，傳送下一列數(shù)據(jù)。為了達(dá)到重疊處理的目的，列數(shù)據(jù)的顯示就需要具有所存功能。經(jīng)過上述分析，就可以歸納出列驅(qū)動器電路應(yīng)具有的功能。對于列數(shù)據(jù)準(zhǔn)備來說，它應(yīng)能實(shí)現(xiàn)串入并處的移位功能；對于列數(shù)據(jù)顯示來說，應(yīng)具有并行鎖存的功能。這樣，本行已準(zhǔn)備好的數(shù)據(jù)打入并行鎖存器進(jìn)行顯示時，串并移位寄存器就可以準(zhǔn)備下一行的列數(shù)據(jù)，而不會影響本行的顯示。圖 顯 示屏電路實(shí)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)框圖： 圖 示屏系統(tǒng)框圖 3 程序設(shè)計語言 單片機(jī)能執(zhí)行的程序可以用很多種語言編寫。從語言結(jié)構(gòu)及其與單片機(jī)的關(guān)系兩方面可分為三大類：分別是機(jī)器語言、匯編語言和高級語言。 器語言 機(jī)器語言是一種用二進(jìn)制代碼“ 0”和“ 1”表示指令和數(shù)據(jù) 的最原始的程序設(shè)計語言。由于計算機(jī)只能識別二進(jìn)制代碼，因此，這種語言與計算機(jī)的關(guān)系最為直接，計算機(jī)能夠快速識別并立即執(zhí)行，響應(yīng)速度最快。但這種語言編寫程序非常繁瑣、費(fèi)時，且不易看懂，不便記憶，容易出錯。 編語言 匯編語言是一種 用助記符來表示的面向機(jī)器的程序設(shè)計語言。不同的機(jī)器所使用的匯編語言一般是不同的。這種語言比機(jī)器語言更加直觀、易懂、易用，且便于記憶。但是由于不同機(jī)器的匯編語言不同，這種語言有一定的局限性，移植性差。 級語言 高級語言是一種面向過程且獨(dú)立于計算機(jī)硬件結(jié)構(gòu)的通用計算機(jī)語言。目前在單片機(jī)應(yīng)用最廣泛的是 C 語言。 單片機(jī) C 語言的特點(diǎn) 對單片機(jī)的指令系統(tǒng)不要求了解，僅要求對單片機(jī)的存儲結(jié)構(gòu)有初步的了解。 寄存器的分配、不同存儲器的尋址及數(shù)據(jù)類型等細(xì)節(jié)可由編譯器管理。 程序有規(guī)范的結(jié)構(gòu)，可分為不同的函數(shù)， 可使程序結(jié)構(gòu)化。 關(guān)鍵字及運(yùn)算函數(shù)可用近似人的思維過程方式使用。 編程及程序調(diào)試時間顯著縮短，從而提高效率。 提供的庫包含許多標(biāo)準(zhǔn)子程序，具有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力等。 C 語言使用的編程軟件 程軟件 51 是美國 司出品的 51 系列兼容單片機(jī) C 語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比， C 語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學(xué)易用。 供了包括 C 編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過一個集成開發(fā)環(huán)境（ 這些部分組合在一起。運(yùn)行 件需要 操作系統(tǒng)。如果你使用 C 語言編程，那么 乎就是你的不二之選，即使不使用 C 語言而僅用匯編語言編程，其方便易用的集成環(huán)境、強(qiáng)大的軟件仿真調(diào)試工具也會令你事半功倍。 真軟件 英國 司開發(fā)的電路分析與實(shí)物仿真軟件。它運(yùn)行于作系統(tǒng)上，可以仿真、分析 種模擬器件和集成電路。 4 基于單片機(jī)的病床呼叫系統(tǒng)的設(shè)計實(shí)現(xiàn) 統(tǒng)總體設(shè)計 求 本課題主 攻方向是使系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)以下目的： 任一病房（共 16 張）呼叫，醫(yī)護(hù)值班室馬上能響應(yīng)并顯示病房號； 顯示病房床號； 若有多個病床呼叫就循環(huán)顯示； 處理完畢后清除記錄； 顯示器不重復(fù)顯示按一次以上的病床號 案 用 8051 自身接口實(shí)現(xiàn)數(shù)碼管靜態(tài)顯示和鍵盤掃描，使用 8051 單片微機(jī)外加作地址鎖存用的四塊三態(tài)鎖存器 744此為基礎(chǔ)，在智能裝置中若要配置多位數(shù)碼管顯示器，以及 m 行 n 列矩陣鍵盤的話，可以不擴(kuò)展 I/O 芯片而由 8051 自身 I/O 口，實(shí)現(xiàn)上述 功能 , 即用 的八個端口作為 段選 ,用 的高三位連接一個三八譯碼器 74為四個 片選 1 口和 的低五位做鍵盤電路的接口。 總體結(jié)構(gòu)框圖 本設(shè)計是基于 片機(jī)設(shè)計的病房呼叫系統(tǒng)設(shè)計，該系統(tǒng)就是以司的 片機(jī)作為主控器，包括鍵盤輸入電路，顯示電路，以及晶振復(fù)位電路等來實(shí)現(xiàn)病房呼叫系統(tǒng)。 圖 房呼叫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 統(tǒng)硬件設(shè)計 成示意圖 圖 件構(gòu)成示意圖 外圍電路設(shè)計 制器 位電路： 腳是復(fù)位信號輸入端，高電平有效。采用上電加按鈕復(fù)位，因?yàn)楸鞠到y(tǒng)設(shè)計考慮到該系統(tǒng)比較重要，所以除了采用上電復(fù)位的方式外，應(yīng)該還有按鈕復(fù)位備用復(fù)位方式以防止系統(tǒng)死機(jī)時能。如下圖 示： 圖 電復(fù)位和按鍵復(fù)位 時鐘電路： 時鐘是時序的基礎(chǔ)， 片內(nèi)由一個反相放大器構(gòu)成振蕩器，可以由它產(chǎn)生時鐘，時鐘可以由兩種方式產(chǎn)生內(nèi)部方式和外部方式。本系統(tǒng)采用內(nèi)部方式，在 外接石英晶體作為定時元件，內(nèi)部反相放大器自激振蕩，產(chǎn)生時鐘。時鐘發(fā)生器對振蕩脈沖二分頻。電容采用 30容 。如下圖 示： 圖 部時鐘電路 盤電路設(shè)計 1、 鍵的識別 為了識別鍵盤上的閉合鍵，通常采用兩種方法，一種稱為行掃描法，另一種稱為行反轉(zhuǎn)法。 行掃描法的原理 ： 行掃描法識別閉合鍵的原理如下：先使第 0 行接地，其余行為高電平，然后看第 0 行是否有鍵閉合，這是通過檢查列線電位來實(shí)現(xiàn)的，即在第 0 行接地時，看是否有條列線變成低電平。如果有某條列線變?yōu)榈碗娖?，則表示第 0 行和此列線相交位置上的鍵被按下；如果沒有任何一條列線為低電平，則說明第 0 行上沒有鍵被按下。此后，再將第 1 行接地，然后檢測列線中是否 有變?yōu)榈碗娖降木€。如此往下逐行掃描，直到最后一行。在掃描過程中，當(dāng)發(fā)現(xiàn)某一行有鍵閉合時，也就是列線輸入中有一位為 0 時，便在掃描中途退出，而將輸入值進(jìn)行移位，從而確定閉合鍵所在的列線位置。根據(jù)行線位置和列線位置便能再掃描法來確定具體位置。將行線和一個并行接口相接， 次使并行輸出接口的某一位為 0，便相當(dāng)于將某一行線接地，而其他位為 1，則相當(dāng)于使其他行線處于高電平。為了檢查列線上的電位，將列線和一個并行輸入輸出口相接， 要讀取輸入輸出口中的數(shù)據(jù)，就可以設(shè)法判別出第幾號鍵被按下 11。 從上面的原理中 知道，程控掃描法是由程序控制鍵掃描的方法。程控掃描的任務(wù)是： 首先判斷是否有鍵按下。其方法是使所有的行輸出均為低電平，然后從端口 A 讀入列值 。如果沒有鍵按下，則讀入的列值為 果有鍵按下，則讀入的列值不為 去除鍵抖動。若有鍵按下，則延時 5 10一次判斷有無鍵按下，如果此時仍有鍵按下，則認(rèn)為鍵盤上有一個鍵處于穩(wěn)定閉合期。 若有鍵閉合，則求出閉合鍵的鍵值 . 求鍵值的方法是對鍵盤逐行掃描。如圖 行掃描法： 圖 掃描法的流程圖 2 行反轉(zhuǎn)法的原理 12。 行反轉(zhuǎn)法 也是識別閉合鍵的常用方法，它的原理如下所述。這了敘述方便，以 4 4 16 鍵的鍵盤為例。圖 行反轉(zhuǎn)法的工作示意圖： 圖 行反轉(zhuǎn)法連接圖 從圖中可以看到，用行反轉(zhuǎn)法識別閉合鍵時，要將行線接一個并行口，先讓它工作為輸出方式，將列線接到一個并行口，先讓它工作在輸出方式。程序使過輸出端口往各行線上全部送低電平，然后讀入列線的值。如果此時有某一個鍵被按下，則必定會使某一列線值為 0，然后，程序再對兩個并行端口進(jìn)行方式設(shè)置，使接行線的并行端口工作在輸出方式，而使接列線的并行端口工作在輸出方式， 并且將剛才讀得的列線值從所接的并行端口輸出，再讀取行線的輸入值，那么，在閉合鍵所在的行線上的值必定為 0。這樣，當(dāng)一個鍵被按下時，必定可以讀得一對惟一的行值和列值。在鍵盤設(shè)計時，除了以鍵碼的識別以外，還有抖動問題需要解決 13。 有軟件方法可以很容易解決抖動問題，這就是通過延遲來等待抖動消失，這之后，再讀入鍵碼。 顯示電路設(shè)計 在 點(diǎn)陣顯示中，已經(jīng)詳細(xì)介紹了顯示的原理，此外還需要知道顯示驅(qū)動程序。顯示驅(qū)動程序在進(jìn)入中斷后首先要對定時器 新賦初值，以保證顯示屏刷新率的穩(wěn)定， 1/16 掃描顯示 屏的刷新率（幀頻）計算公式如下： 刷頻率（幀頻） 1/16 出率 1/16 f/12（ 65536 其中 f 位晶振頻率， t 為定時器 值（工作在 16 位定時器模式）。 然后顯示驅(qū)動程序查詢當(dāng)前燃亮的行號，從顯示緩存區(qū)內(nèi)讀取下一行的顯示數(shù)據(jù)，并通過串口發(fā)送給移位寄存器。為消除在切換行顯示數(shù)據(jù)的時候產(chǎn)生拖尾現(xiàn)象，驅(qū)動程序先要關(guān)閉顯示屏，即消隱，等顯示數(shù)據(jù)打入輸出鎖存器并鎖存，然后再輸出新的行號，重新打開顯示。圖 顯示驅(qū)動程序（顯示屏掃描函 數(shù)）流程圖： 圖 示驅(qū)動流程圖 制按鍵 制電路設(shè)計 三個控制按鍵分別接 （如圖 示），當(dāng)有呼叫發(fā)出時，值班室人員收到相應(yīng)信息后，可按下“響應(yīng)按鈕”，單片機(jī)執(zhí)行中斷程序。 示警電路 報警電路由一個 與 相接，當(dāng)有鍵按下時，有信號輸入，燈亮示警，提醒值班人員有病人出現(xiàn)緊急情況。 統(tǒng)軟件設(shè)計 設(shè)計的軟件環(huán)境簡介 c 對于 控制設(shè)計，以 c 軟件編程環(huán)境，以 件為電路仿真設(shè)計環(huán)境。二者的結(jié)合為該系統(tǒng)的設(shè)計提供有利條件。 c 軟件界面，如圖 示： 圖 件界面 該軟件是一款集編程和仿真于一體的軟件，它支持匯編、 C 語言及二者的混合編程 14。 英國 司開發(fā)的電路分析與實(shí)物仿真軟件。它運(yùn)行于 作系統(tǒng)上，可以仿真、分析 種模擬器件和集成電路。 該軟件的特點(diǎn)是： （ 1）全部滿足我們提出的單片機(jī)軟件仿真系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)，并在同類產(chǎn)品中具有明顯的優(yōu)勢。 （ 2）具有模擬電路仿真、數(shù)字電路仿真、單片機(jī)及其外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真、 232 動態(tài)仿真、 調(diào)試器、 試器、鍵盤和 統(tǒng)仿真的功能；有各種虛擬儀器，如示波器、邏輯分析儀、信號發(fā)生器等 13。 （ 3）目前支持的單片機(jī)類型有： 列、 68000 系列、 8051 系列、 列、 列、 列、 列、 列以及各種外圍芯片。 （ 4）支持大量的存儲器和外圍芯片。 總之，該軟件是一款集單片機(jī)和 析于一身的仿真軟件，功能極其強(qiáng)大 ，可仿真 51、 5。 工作界面是一種標(biāo)準(zhǔn)的 面，如圖所示，包括：標(biāo)題欄、主菜單、標(biāo)準(zhǔn)工具欄、繪圖工具欄、狀態(tài)欄、對象選擇按鈕、預(yù)覽對象方位控制按鈕、仿真進(jìn)程控制按鈕、預(yù)覽窗口、對象選擇器窗口、圖形編輯窗口。 圖 電路仿真界面 運(yùn)行 序后，進(jìn)入軟件的主界面。通過左側(cè)工具欄中的 P 從庫中選擇元件命令 命令，在 側(cè)窗口中選擇 所需元件的關(guān)鍵字，然后放置元件并調(diào)整方向和位置以及參數(shù)設(shè)置，最后進(jìn)行連線 16 圖 電路仿真界面 。 系統(tǒng)程序設(shè)計 統(tǒng)主程序設(shè)計的流程如圖 示： 圖 統(tǒng)主程序設(shè)計的流程 主程序程序描述： 首先對各存儲單元初始化，設(shè)定 定時初值，接著判斷清零鍵，看是否按下，若按下，則清零，然后繼續(xù)掃描鍵盤，如掃描到鍵盤有鍵按下，則調(diào)用計數(shù)顯示子程序，循環(huán)顯示病床號時，要判斷標(biāo)志位是否為 1，若為 1，則表示已經(jīng)按下，則不響應(yīng)，如為 0，則調(diào)用循環(huán)顯示病床號子程序，循環(huán)顯示病床號，接著定時一秒。最后，清除定時一秒，準(zhǔn)備下一次的定時。 顯示電路流程圖 圖 鍵總數(shù)顯示程序流程圖 圖 顯示程序描述 （ 1）按下鍵總數(shù)顯示子程序描述（圖 鍵總數(shù)顯示程序 流程圖） 把按鍵數(shù)存儲單總元（ 值經(jīng)過 整后十位和個位分別送（ 7 7調(diào)用顯示子程序顯示按鍵總數(shù)。 （ 2）循環(huán)顯示病床號子程序描述（圖 鍵循環(huán)顯示子程序） 首先判斷標(biāo)志位是否為 0，若為 0，則表對示應(yīng)的存儲單元里沒有值存入，則再檢測下一個存儲單元標(biāo)志位是否為 0，直到檢測到為 ，則把值存入（ ，接著進(jìn)行 整為十進(jìn)制，把十位和個位分別送入（ ，然后調(diào)用顯示子程序，循環(huán)顯示病床號。 統(tǒng)的調(diào)試與結(jié)果 系統(tǒng)調(diào)試工作是系統(tǒng)開發(fā)過程中必不可少的一個過程，一個完整的控制系統(tǒng)調(diào)試包含控制系統(tǒng)的硬件聯(lián)調(diào)、軟件聯(lián)調(diào)、系統(tǒng)仿真、仿真燒錄和現(xiàn)場安裝調(diào)試等幾個環(huán)節(jié)。在系統(tǒng)設(shè)計組裝完成后，首先是進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室條件下的系統(tǒng)硬件調(diào)試，調(diào)試成功后，有了硬件的保證，就容易發(fā)現(xiàn)軟件的漏洞，進(jìn)而促進(jìn)改進(jìn)和完善。所有的調(diào)試通過后，要進(jìn)行現(xiàn)場運(yùn)行并能持續(xù)一定的時間，待其中未發(fā)現(xiàn)故障后，方可驗(yàn)收合格，才算完成了整個系統(tǒng)的設(shè)計工作 面顯示 下面是我們通過 件編程，使對應(yīng)的軟件仿真模塊變成可視化的控制界面： 圖 系統(tǒng)初始化界面 圖 按下 8鍵后界面 圖 按下 3 鍵后顯示界面 圖 按下 后顯示界面 結(jié)果分析 啟動電源，顯示屏顯示 0000，在按下 8 號鍵時，界下部分顯示病床（即 8號病床呼叫）；界面上部分代表共有一個病床按下，在起始位置顯示（循環(huán)顯示）；如果現(xiàn)在不按清零鍵，再按下 3 號鍵時，按鍵號循環(huán)顯示 ,可以看出該系統(tǒng)具有記憶功能，以至于不會忽略之前按下的按鍵；圖 映了控制 電路的可行性，按 向后選一房間（呼叫病房）， 前選一房間（呼叫病房）， 去房間 .。綜上所述，本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了主要功能：顯示病床號，亮報警提醒值班人員，若有多個病床同時呼叫，則循環(huán)顯示病床號，確保性息不丟失，待值班人員處理呼叫信息。通過 件仿真，能達(dá)到上述結(jié)論，滿足課題目目的，達(dá)到要求。 結(jié)論 至此，此系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計及過程已經(jīng)結(jié)束。 在設(shè)計的過程中遇到了很多問題，發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，有很多沒有學(xué)習(xí)，如 真知識及操作，還有單片機(jī)的 C 語言編程；有些軟件掌握得不夠牢固，比如 說 真不熟練；通過此次學(xué)習(xí)，進(jìn)一步加強(qiáng)了我的理解，同時提高了我獨(dú)立自學(xué)的能力。 整個設(shè)計過程中，老師詳細(xì)的指導(dǎo)，同學(xué)的幫助，以及校圖書館的資料給了我很大的幫助。此次設(shè)計讓我從中學(xué)到很多東西。雖然中間遇到很多困難，但都對于我是一次很好的鍛煉。設(shè)計以后，才更加深刻感受到自己的學(xué)習(xí)只是理論部分，而且很多時候不能付諸實(shí)踐。這次設(shè)計能夠讓我從實(shí)踐中重新學(xué)習(xí)理論知識，對我今后的工作和學(xué)習(xí)有了很多提高。 但是由于本人水平有限，整個設(shè)計仍有很多不足之處，如程序不夠完善、靈活，顯示可以采用液晶 塊，還有可以采 用無線 頻模塊及其無線擴(kuò)展功能等等。完善后將會進(jìn)一步提高設(shè)計的穩(wěn)定性和普適性。 最后，在指導(dǎo)老師和同組同學(xué)的身上我學(xué)得到很多實(shí)用的知識，特別感謝指導(dǎo)老師給予的幫助，還用同學(xué)之間的資源共享。再次表示感謝！ 致謝 時光匆匆，大學(xué)三年已經(jīng)接近尾聲。這三年給我留下很多美好的記憶，同時接受很多優(yōu)秀老師的教育，和很多同學(xué)的幫助。在此論文完成之際，我要向這三年來幫助我的老師、同學(xué)表示由衷的感謝！ 這幾個月的畢業(yè)設(shè)計，充滿了忙碌，也感到學(xué)習(xí)的充實(shí)。從拿到畢業(yè)設(shè)計的題目，之后便開始整理材料，這期間，在圖書館里找 到很多有關(guān)書籍。然后開始了一系列的整體方案的設(shè)計，并投入選擇器材和方案的制定。最后開始整體的實(shí)驗(yàn)，雖然其中經(jīng)歷很多的失敗。在老師、同學(xué)的幫助下，我很快克服了困難。設(shè)計的系統(tǒng)雖不是那么完善，但也是從知識到實(shí)踐的轉(zhuǎn)換。我從中學(xué)到了怎樣獨(dú)立地思考發(fā)現(xiàn)問題、解決問題和進(jìn)一步完善提高的能力。時光短暫，但給我留下很多深刻的印象，這是第一次獨(dú)立自主的做設(shè)計。以前只注重理論的學(xué)習(xí)，卻忽略了實(shí)踐。通過此次設(shè)計，對我今后的學(xué)習(xí)和工作必將有很大的幫助。 在此，謹(jǐn)向所有幫助我的老師、同學(xué)表示衷心的感謝和敬意！ 參考文獻(xiàn) 1 王 意崗 J2004 23 ： 1792 朱艷華，田行軍，李夏青 病床呼叫系統(tǒng)設(shè)計 J2009， 17（ 2）： 403 鄔春明，王艷茹 J2005， 31（ 9）： 604 何立民 .單片機(jī)初級教程 M京航空航天大學(xué)出版社， 2006， 82（ 1）： 25 李朝青 M京航空航天大學(xué)出版社，2005 6 康華光電子技術(shù)基礎(chǔ) M. 北京：高等教育出版社 , 2000： 177康華光電子技術(shù)基礎(chǔ) 模擬部分 M. 北京：高等教育出版社 , 1999：1128丁元杰 .單片微機(jī)原理及應(yīng)用 M械工業(yè)出版社 , 1996:2569何立民 .單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)選編 M北京：航空航天大學(xué)出版社 , 24 10張培仁等清華大學(xué)出版 11李伯成單片機(jī)及嵌入式系統(tǒng) M. 北京：清華大學(xué)出版社 , 2005：33712肖金球單片機(jī)原理與接口技術(shù) M. 北京：清華大學(xué)出版社 , 2004：15313王環(huán)，張亞寧 單片機(jī)程序設(shè)計實(shí)例 M 北京：清華大學(xué)出版社 , 2003： 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