病床呼叫系統的研究與設計畢業論文(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 尋址及數據類型等細節可由編譯器管理。③程序有規范的結構，可分為不同的函數，可使程序結構化。④關鍵字及運算函數可用近似人的思維過程方式使用。⑤編程及程序調試時間顯著縮短，從而提高效率。⑥提供的庫包含許多標準子程序，具有較強的數據處理能力等。 單片機C語言使用的編程軟件⑴ 編程軟件編程軟件主要運用了Keil C51。Keil C51是美國Keil Software公司出品的51系列兼容單片機C語言軟件開發系統，與匯編相比，C語言在功能上、結構性、可讀性、可維護性上有明顯的優勢，因而易學易用。Keil提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強大的仿真調試器等在內的完整開發方案，通過一個集成開發環境（uVision）將這些部分組合在一起。運行Keil軟件需要WIN9NT、WIN2000、WINXP、WIN7等操作系統。如果你使用C語言編程，那么Keil幾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境、強大的軟件仿真調試工具也會令你事半功倍。⑵ 仿真軟件Proteus 是英國Labcenter公司開發的電路分析與實物仿真軟件。它運行于Windows操作系統上，可以仿真、分析(SPICE)各種模擬器件和集成電路。它是目前最好的仿真單片機及外圍器件的工具。雖然目前國內推廣剛起步，但已受到單片機愛好者、從事單片機教學的教師、致力于單片機開發應用的科技工作者的青睞。4 基于單片機的病床呼叫系統的設計實現 系統總體設計 功能要求本課題主攻方向是使系統實現以下目的：①任一病房（共2個病房）呼叫，醫護值班室馬上能響應并顯示病房號；②顯示病房床號（每個病房2個床位）；③并在護士值班室發出警報提示音和警報提示燈顯示④處理完畢后清除記錄；⑤顯示器不重復顯示按一次以上的病床號 設計方案本課題的設計方案主要思想為：用89C51自身接口實現數碼管靜態顯示和鍵盤掃描，使用89C51單片微機外加一塊MAX232CPE芯片可構成一個完整的最小微機電路。用P0口的八個端口作為LED數碼管的段選，用P1口的第四位的四個端口作為LED4*8數碼管的位選，用P3口的高四位做4端子的鍵盤電路的接口，用P1口的6號端口（P1^5）作為報警蜂鳴器的電源接口，用P2口的八個端口作為LED報警信號燈的段選。報警信號燈以流水燈方式動態點亮八個發光二極管，以每200ms/個的速度點亮LED信號燈，實現肉眼難以察覺的流水顯示狀態，當病房端按下呼叫按鈕，在護士值班室相應點亮LED信號燈，并持續顯示到值班室響應呼叫。 總體結構框圖總體結構包含了整機的設計。本設計是基于STC89C51單片機設計的病房呼叫系統設計，該系統就是以宏晶公司的STC89C51單片機作為主控器，包括鍵盤輸入電路，顯示電路，晶振復位電路，報警蜂鳴器電路，以及LED報警信號燈電路等來實現病房呼叫系統。輸入部分鍵盤輸入控制器Stc89C51輸出部分LED顯示 系統硬件設計 硬件構成示意圖硬件構成主要包含了各功能模塊的設計。該硬件電路由鍵盤電路，單片機，顯示電路（包括數碼管顯示），報警電路（包括流水警報燈、蜂鳴警報器）。鍵盤電路單片機顯示電路報警電路 硬件構成示意圖 外圍電路設計中央處理器輸入模塊動態LED顯示定時部分聲光提示模塊電源模塊病人端處理提示模塊 外圍電路輸入模塊包括病人呼叫使用按鍵、醫護人員處理后的復位按鍵和調節定時時間的按鍵，病人呼叫通過按鍵輸入信號經過中央處理器處理后從動態LED輸出顯示，同時有聲光提示。動態LED能夠顯示病人病床號、呼叫持續時間和定時時間。病人端處理提示模塊用發光二極管實現，聲光提示包括中斷結束聲光提示和病人呼叫時的聲光提示。⑴ 控制器AT89C51復位電路：RST引腳是復位信號輸入端，高電平有效。采用上電加按鈕復位，因為本系統設計考慮到該系統比較重要，所以除了采用上電復位的方式外，應該還有按鈕復位備用復位方式以防止系統死機時能。VCCRSTMCU51 C110uF R12KΩ R2200KΩRESET 上電復位和按鍵復位⑵ 時鐘電路：時鐘電路提供了一個準確的定時器功能。時鐘是時序的基礎，AT89C51核片內由一個反相放大器構成振蕩器，可以由它產生時鐘，時鐘可以由兩種方式產生內部方式和外部方式。本系統采用內部方式，在XTAL1和XTAL2端外接石英晶體作為定時元件，內部反相放大器自激振蕩，產生時鐘。時鐘發生器對振蕩脈沖二分頻。電容采用30pF電容。[9]。XTAL1XTAL2單片機C1C2 內部時鐘電路⑶ 鍵盤電路設計① 按鍵的分類按鍵有許多中分類。一般來說，按鍵按照結構原理可分為兩類，一類是觸點式開關按鍵，如機械式開關、導電橡膠式開關等；另一類是無觸點式開關按鍵，如電氣式按鍵，磁感應按鍵等。前者造價低，后者壽命長。目前，微機系統中最常見的是觸點式開關按鍵。按鍵按照接口原理又可分為編碼鍵盤與非編碼鍵盤兩類，這兩類鍵盤的主要區別是識別鍵符及給出相應鍵碼的方法。編碼鍵盤主要是用硬件來實現對鍵的識別，非編碼鍵盤主要是由軟件來實現鍵盤的識別。全編碼鍵盤由專門的芯片實現識鍵及輸出相應的編碼，一般還具有去抖動和多鍵、竄鍵等保護電路，這種鍵盤使用方便，硬件開銷大，一般的小型嵌入式應用系統較少采用。非編碼鍵盤按連接方式可分為獨立式和矩陣式兩種，其它工作都主要由軟件完成。由于其經濟實用，較多地應用于單片機系統中。② 按鍵的輸入原理按鍵一般分為觸點式和其他按鍵。在單片機應用系統中，通常使用機械觸點式按鍵開關，其主要功能是把機械上的通斷轉換成為電氣上的邏輯關系。也就是說，它能提供標準的TTL 邏輯電平，以便與通用數字系統的邏輯電平相容。此外，除了復位按鍵有專門的復位電路及專一的復位功能外，其它按鍵都是以開關狀態來設置控制功能或輸入數據。當所設置的功能鍵或數字鍵按下時，計算機應用系統應完成該按鍵所設定的功能。因此，鍵信息輸入是與軟件結構密切相關的過程。 對于一組鍵或一個鍵盤，通過接口電路與單片機相連。單片機可以采用查詢或中斷方式了解有無按鍵輸入并檢查是哪一個按鍵按下，若有鍵按下則跳至相應的鍵盤處理程序處去執行，若無鍵按下則繼續執行其他程序。③ 按鍵的特點與去抖按鍵有抖動時間會影響單片機做出反應。機械式按鍵再按下或釋放時，由于機械彈性作用的影響，通常伴隨有一定時間的觸點機械抖動，然后其觸點才穩定下來。抖動時間的長短與開關的機械特性有關，一般為5 ～ 10 ms。在觸點抖動期間檢測按鍵的通與斷狀態，可能導致判斷出錯。即按鍵一次按下或釋放被錯誤地認為是多次操作，這種情況是不允許出現的。為了克服按鍵觸點機械抖動所致的檢測誤判，必須采取去抖動措施，可從硬件、軟件兩方面予以考慮。一般來說，在鍵數較少時，可采用硬件去抖，而當鍵數較多時，采用軟件去抖。常用的按鍵由于機械觸點的彈性作用，一個按鍵開關在閉合時或斷開時不會馬上穩定下來，因而在閉合和斷開的瞬間都伴隨著一連串的抖動，抖動的時間長短由按鍵的機械特性來決定，一般為5~10ms。這種抖動對人來說是感覺不到的，但是對單片機來說，則是完全可以感知的，因為單片機的處理速度在微秒量級。如果不對按鍵消除抖動則會引起程序處理的誤操作，去抖動的方法有很多種，如用RS觸發器等的硬件方法，運用不同算法的各種軟件方法等。硬件方法會增加成本和體積，軟件方法用的比較普遍，現在常應用加固定軟件延時來去抖動。具體就是有按鍵按下時，利用軟件延時10ms或者更長的時間后再次檢測按鍵是否按下，實際上避開了按鍵按下時的抖動時間，實踐證明，不對按鍵釋放的抖動進行處理，也能滿足設計的要求[10]。本設計中就采用了后者軟件方法去抖動，具體方法如下：當第一次檢測到有按鍵按下時，程序先不做任何其他的操作，運用延時函數delay(10)延時10ms后再次判斷按鍵是否按下，如果再次檢測到按鍵按下則做相應的動作。 獨立式按鍵和矩陣式按鍵（本設計采用四個獨立按鍵）④ 顯示電路設計顯示電路分為動態和靜態顯示。LED數碼管要正常顯示，就要用驅動電路來驅動數碼管的各個段碼，從而顯示出我們要的數字，因此根據LED數碼管的驅動方式的不同，可以分為靜態式和動態式兩類。 a. 靜態顯示驅動靜態驅動也稱直流驅動。靜態驅動是指每個數碼管的每一個段碼都由一個單片機的I/O端口進行驅動，或者使用如BCD碼二十進制譯碼器譯碼進行驅動。靜態驅動的優點是編程簡單，顯示亮度高，缺點是占用I/O端口多，如驅動5個數碼管靜態顯示則需要58=40根I/O端口來驅動，要知道一個89S51單片機可用的I/O端口才32個呢：），實際應用時必須增加譯碼驅動器進行驅動，增加了硬件電路的復雜性。 b. 動態顯示驅動LED數碼管動態顯示接口是單片機中應用最為廣泛的一種顯示方式之一，動態驅動是將所有數碼管的8個顯示筆劃a，b，c，d，e，f，g，dp的同名端連在一起，另外為每個數碼管的公共極COM增加位選通控制電路，位選通由各自獨立的I/O線控制，當單片機輸出字形碼時，所有數碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個數碼管會顯示出字形，取決于單片機對位選通COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數碼管就不會亮。常用LED數碼管其實質就是通過八個發光二極管的亮滅組合出數字09和一些常用字母，本設計中通過改變數碼管內二極管的顯示來達到顯示病房號和病床號的效果，LED數碼管較LCD數碼管的顯示效果要差但是成本較低，比較適用于用作小的電子產品的顯示屏，如，智能洗衣機的時鐘顯示或者其他一些數字時鐘，定時器，計數器的顯示屏，其具體控制流程是通過分時輪流控制。各個數碼管的COM端，就使各個數碼管輪流受控顯示，這就是動態驅動。在輪流顯示過程中，每位數碼管的點亮時間為1～2ms，由于人的視覺暫留現象及發光二