基于單片機的病床呼叫系統(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 r Unit,微控制器）來代替 SCM。單片機的發展歷史大致分為 4 個階段。 第一階段：單片機的探索階段。這一階段主要是探索如何把計算機的主要部件集成在芯片上。 第二階段：單片機的完善階段。 Intel 公司在 MCS48 的基礎上推出了完善的、典型的 MCS51 單片機系列。它在以下幾個方面奠定了典型的通用總線型單片機體系結構： ①設置了經典、完善的 8 位單片機的并行總線結構； ②外圍功能單元由 CPU 集中管理的模式； ③體現控制特性的地址空間和位操作方式； ④指令系統趨于豐富和完善，并且增加了許多突出控制功能的指令。 ******畢業設計 2 第三階段：向微控制器發展的階段。這一階段主要是為了滿足測控系統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：單片機的全面發展階段。由于很多大半導體和電氣廠商都開始參與單片機的研 制和生產。隨著單片機在各個領域全面深入的發展和應用，逐漸出現了高速、低功耗、大尋址范圍、強運算能力的 8 位、 16 位、 32 位通用型單片機以及小型廉價的專用型單片機，還有功能全面的片上單片機系統。 [4] 單片機的結構特點 單片機是微型機的一個重要分支，它在結構上的最大特點是把 CPU、存儲器、定時器和多種輸入 /輸出接口電路集成在一塊超大規模的集成電路芯片上。 單片機內是一種在線式實時控制計算機，在線式就是現場控制，需要有較強的抗干擾能力，較低的成本。 單片機由于這種結構，所以具有很多顯著的特點。主要有控制 能力強，抗干擾能力強、可靠性高，性能價格比高，低功耗、低電壓，擴展了多種串行口和系統擴展容易等特點。 單片機的 實際 應用 單片機廣泛應用于儀表儀器、家用電器、醫用設備、航空航天、專用設備的智能化管理及過程控制等領域，大致可分為以下幾個范疇： （ 1）在智能儀器儀表上的應用 單片機具有體積小、功耗低、控制功能強、擴展靈活、微型化和使用方便等特點，廣泛應用于儀器儀表中看，結合不同類型的傳感器，可以實現諸如電壓、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。采用單片機控制使得儀器儀表數字 化、智能化、微型化。且功能比采用電子和熟悉電路更加強大。例如精密的測量設備（功率計、示波器和各種分析儀）。 （ 2）在工業控制中的應用 用單片機可以構成形式多樣的控制系統、數據采集系統。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，與計算機聯網構成二級控制系統等。 （ 3）在家用電器中的應用 可以這樣說，現在的家電基本上都采用了單片機控制，從電飯煲、洗衣機、電冰箱、空調機、彩電、其他音響視頻器材、再到電子稱量設備，五花八門，無其不有，無所不******畢業設計 3 在。 （ 4）在計算機網絡和通信領域的應用 現在的單片機普遍具 有通信接口，可以很方便的與計算機實現數據通信，為計算機網絡和通信設備間的應用提供了極好的物質條件，可以的通信設備基本上都實現了單片機智能控制，從手機，電話機、小型程控交換機、樓宇自動通信呼叫系統、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，無線對講機等。 （ 5）單片機在醫用設備領域中的應用 單片機在易用設備領域中的應用相當廣泛，例如醫用呼吸機，各種分析儀，監護儀，超聲波診斷設備及病床呼叫系統等等。此外單片機在工商、金融、科研、教育、國防、航空航天領域都有相當廣泛的應用。 控制器 AT89C51 AT89C51 是美國 ATMEL 公司生產的低電壓 ,高性能 CMOS8 位單片機，片內含 4k bytes 的可反復擦寫的只讀程序存儲器 (PEROM)和 128 bytes 的隨機存取數 據存儲器 (RAM)，器件采用 ATMEL 公司的高密度，非易失性存儲技術生產，兼容標準 MCS51 指令系統 ,片內置通用 8 位中央處理器 (CPU)和 Flash 存儲單元，功能強大AT89C51 單片機可為您提供許多高性價比的應用場合，可靈活應用于各種控制領域 [2]。 主要特性： ① 與 MCS51 產品指令 系統完全兼容 ② 4K 字節可重擦寫 Flash 閃速存儲器 ③ 1000 次擦寫周期 ④ 全靜態操作 :0Hz24MHz ⑤ 三級加密程序存儲器 ⑥ 128 8 字節內部 RAM ⑦ 32 個可編程 I/O 口線 ⑧ 2 個 16 位定時 /計數器 ⑨ 5 個中斷源 ⑩ 可編程串行 UART 通道 AT89C51 單片機采用 40Pin 封裝的雙列直插 DIP 結構，圖 是它的引腳配置圖。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 XTAL1和 XTAL2；控制信號引腳包含：復位輸入端 RET，地址鎖存允許輸出 /編程脈沖輸入端 ******畢業設計 4 ALE/PROG，片外程序存儲器選通控制信號端 PSEN，內外程序存儲器選擇 /編程電源輸入端 EA/VPP。 圖 AT89C51 單片機引腳圖 2 接口技 術 鍵盤接口 在單片機的應用系統中，通常都有人 — 機對話功能。它包含人對系統的狀態干預、數據的輸入以及應用系統向人報告運行狀態與運行結果等。鍵盤成為人 — 機聯系的必要手段，此時需要配置適當的鍵盤輸入設備 [5]。 鍵盤工作原理 鍵盤中的每個按鍵都是一個常開的開關電路，當所設置的功能鍵或數字鍵按下時，則處于閉合狀態。對于一組鍵或一個鍵盤，需要通過接口電路與單片機相連，以便將鍵的開關狀態通知單片機。單片機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，并通過轉移指令轉入執行該鍵的功能 程序，執行完再返回到原始狀態。 獨立式按鍵 獨立式按鍵是指直接用 I/O 口線構成的單個按鍵電路。每個獨立式按鍵單獨占有一根 I/O 口線，每根 I/O 口線的工作狀態都不會影響其他 I/O 口線的工作狀態。 Vcc RST EA/Vpp ALE/PROG PSEN XTAL2 XTAL1 Vss AT89C51 ******畢業設計 5 行列式鍵盤 獨立式按鍵電路每一個按鍵開關占用一根 I/O 口線。當按鍵數較多時，要占用較多的 I/O 口線。因此，在按鍵數大于 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 I/O 端口的一位，沒有什么鍵閉和時，各位均處于高電位。當有一個鍵按下時，就是對應位接地而成為低電位，而 其它位仍為高電位。這樣，CPU 只要檢測到某一位為 “ 0”，便可判別出對應鍵已經按下。但是，當鍵盤上的鍵較多時，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，這種簡單結構只用在僅由幾個鍵的小鍵盤中。通常使用的鍵盤結構是矩陣式的，如圖 所示。設有 m * n 個鍵盤，那么，采用矩陣式結構以后，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 矩陣鍵盤 顯示器接口 為了方便人們觀察和監視單片機運行情況，通常需要利用顯示器作為單片機的輸出設備，以顯示單片機的鍵輸入值、中間信息以及運算結果等。 在單片機應用系統中，常用的顯示器主要有 LCD（液晶顯示器）和 LED（發光二極管顯示器）。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，壽命長等優點。 液晶顯示器 液晶顯示器 LCD(Liquid Crystal Display)是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，從而使得它越來越廣泛地應用在小型儀器的顯示中。 把 LCD 與驅動器組裝在儀器的部件的英文名稱為 LCD Module，簡稱 LCM。 LCM一般分為三類，即段碼型液晶模塊、點陣字符液晶模塊和點陣圖形液晶模塊。 LED 點陣顯示屏 ******畢業設計 6 LED 點陣顯示屏的構成型式有多種，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 EPROM 芯片內，能進行固定內容的多幅漢字顯示，稱為單顯示型；另一種在機內設置了字庫、程序庫，具有程序編制能力，能進行內容可變的多幅漢字顯示，稱可編程序型 [7]。 目前，國內的 LED 點陣顯示屏大部分是單顯示型，其顯示的內容相對較少，顯示花樣較單一。 一般在產品出廠時，顯示內容就已寫入顯示屏控制系統中的 EPROM 芯片內，當需要更換顯示內容時就非常困難，這樣使該類型的顯示屏使用范圍受到了限制。國內的另一種 LED 顯示屏 —— 可編程序型 LED 顯示屏，雖然增加了顯示屏系統的編程能力，顯示內容和顯示花樣都有所增加，但也存在著更換顯示內容不便的缺點。隨著社會經濟的迅速發展，如今的廣告牌都存在著顯示內容豐富、信息量大、信息更換速度快等特點。因此傳統的 LED 顯示屏控制系統已經越來越不能滿足現代廣告宣傳業的需要。而利用 PC 機通信技術控制 LED 顯示屏，則具有顯示內容豐富，信息 更換靈活等優點 [7]。 ① 8*8 點陣 如圖 和圖 是 8*8 點陣原理圖和實物圖 圖 8*8 點陣原理圖 圖 為 8 8 單基色點陣的結構圖，從內部結構可以看出 8 8 點陣共需要 64 個發光二極管，且每個發光二極管是放置在各行和列的交叉點上。當對應的某一列置高電 ******畢業設計 7 圖 8*8 點陣實物圖 平，另一列置低電平時，則在該行和列的交叉點上相應的二極管就亮。 圖 10 為 8 8 點陣 LED 外觀及引腳圖，其等效電路如圖 9 所示，只要其對應的 X、Y 軸順向偏壓，即可使 LED 發亮 。例如如果想使左上角 LED 點亮，則 Y0=1， X0=0 即可。應用時限流電阻可以放在 X 軸或 Y 軸 [8]。 ② 8*8 點陣顯示原理 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所在的位置相對應的 LED 器件發光，就可以得到我們想要的顯示結果，這種同時控制各個發光點亮滅的方法稱為靜態驅動顯示方式。 8*8 的點陣共有 64 個發光二極管，顯然單片機沒有這么多的端口，如果我采用鎖存器來擴展端口，按 8 位的鎖存器來計算， 8*8的點陣需要 64/8=8 個鎖存器。這個數字很龐大，因為 我們僅僅是 8*8 的點陣，在實際應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字。因此在實際應用中的顯示屏幾乎都不采用這種設計，而采用另外一種稱為動態掃描的顯示方法 [9]。 動態掃描的意思簡單地說就是逐行輪流點亮，這樣掃描驅動電路就可以實現多行（比如 8 行）的同名列共用一套驅動器。具體就 8*8 的點陣來說，把所有同 1 行的發光管的陽極連在一起，把所有同 1 列的發光管的陰極連在一起（共陽極的接法），先送出對應第一行發光管亮滅的數據并鎖存，然后選通第 1 行使其燃亮一定時間，然后熄滅；再送出第二行的數據 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，反復輪回。當這樣輪回的速度足夠快（每秒 24******畢業設計 8 次以上），由于人眼的視覺暫留現象，就能夠看到顯示屏上穩定的圖形了。 采用掃描方式進行顯示時，每一行有一個行驅動器，各行的同名列共用一個驅動器。顯示數據通常存儲在單片機的存儲器中，按 8 位一個字節的形式順序排放。顯示時要把一行中各列的數據都傳送到相應的列驅動器上去，這就存在一個顯示數據傳輸的問題。從控制電路到列驅動器的數據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 制電路到列驅動器的線路數量大，相應的硬件數目多。當列數很多時，并列傳輸的方案是不可取的 [10]。 采用串行傳輸的方法，控制電路可以只用一根信號線，將列數據一位一位傳往列驅動器，在硬件方面無疑是十分經濟的。但是，串行傳輸過程較長，數據按順序一位一位地輸出給列驅動器，只有當一行的各列數據都以傳輸到位之后，這一行的各列才能并行地進行顯示。這樣，對于一行的顯示過程就可以分解成列數據準備（傳輸）和列數據顯示兩部分。對于串行傳輸方式來說，列數據準備時間可能相當長，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 LED 的亮度。 解決串行傳輸中列數據準備和列數據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據的同時，傳送下一列數據。為了達到重疊處理的目的，列數據的顯示就需要具有所存功能。經過上述分析，就可以歸納出列驅動器電路應具有的功能。對