畢業(yè)設計（論文）-基于單片機的無線病床呼叫系統(tǒng).doc

無線病床呼叫系統(tǒng)無線病床呼叫系統(tǒng) 專專 業(yè)業(yè) 電電 氣氣 自自 動動 化化 學學 生生 姓姓 名名 班班 組組 1 1 3 3 自自 動動 化化0 0 1 1 學學 號號 指指 導導 教教 師師 完完 成成 日日 期期 1 目目 錄錄 第一章 緒 論1 1.1 課題設計的背景及意義.1 1.2 設計要求及預期目標.1 1.3 設計可行性.1 1.4 設計方案及步驟 2 第二章 系統(tǒng)硬件設計3 2.1 系統(tǒng)原理框圖 3 2.2 單片機 STC89C51 芯片簡介.3 2.3 硬件模塊設計 7 2.3.1 無線發(fā)射模塊.7 2.3.2 無線接收模塊.9 2.3.3 液晶顯示模塊.11 2.3.4 聲音報警模塊.12 2.3.5 應答電路.13 第三章 系統(tǒng)軟件設計15 3.1 設計的軟件環(huán)境簡介.15 3.1.1 Keil_c51 15 3.1.2 Protel99SE 15 3.2 主函數程序設計 18 3.3 初始化程序設計 18 3.4 延時子程序設定 22 3.5 液晶顯示子程序 22 結束語24 參考文獻25 致謝26 附錄27 附錄一：PROTEL原理圖27 附錄二：C 語言源程序28 I 基于單片機的無線病床呼叫系統(tǒng)基于單片機的無線病床呼叫系統(tǒng) 摘摘 要要 隨著科技的發(fā)展，無線應用技術已經滲透到生活的各個領域，無線傳輸技術也越來越 成熟。本設計是將無線傳輸技術應用到臨床上的研究型課題，實現(xiàn)基于單片機的無線傳 輸模塊構成的無線多路病床呼叫系統(tǒng)。 本文以 STC89C51 單片機為控制核心，通過無線發(fā)射模塊發(fā)射傳輸信號，無線接收 模塊接收信號，經 STC89C51 處理后顯示輸出,從而實現(xiàn)病人與醫(yī)護的無線遠距離溝通。 本病床呼叫系統(tǒng)能夠實現(xiàn) 100 米的遠距離發(fā)射接收，也能繞過障礙物傳輸，其性能穩(wěn)定、 占用空間小、使用材料少、傳輸速度快、距離遠，能夠滿足臨床應用的要求。 關關鍵鍵詞詞： 單片機 STC89C51，無線傳輸模塊，病床呼叫 II *學院畢業(yè)設計說明書 1 第一章 緒 論 1.11.1 課題設計的背景及意義課題設計的背景及意義 目前大多醫(yī)院的病床呼叫系統(tǒng)采用有線傳輸方式，有線傳輸占用空間較大，耗材多， 而且不易移動，因此現(xiàn)今需要對病床呼叫系統(tǒng)進行升級，近年來在我國無線領域有了大 的進展，這為此提供了有力的技術支持。有的一些簡易無線發(fā)射接收模塊傳輸距離近， 效率低，可靠性差，不適合用于產品的設計。 本設計是基于單片機實現(xiàn)的醫(yī)用無線多路病床呼叫系統(tǒng)，分為無線發(fā)射模塊、無線 接收模塊、單片機控制模塊、顯示模塊、呼叫報警部分和復位應答部分。本系統(tǒng)通過無 線電實現(xiàn)信號的傳遞，單片機作為控制部件協(xié)調處理整個系統(tǒng)的工作，實現(xiàn)無線信號的 遠距離傳輸，減少了材料的耗費，安裝簡單，使醫(yī)患溝通更加靈活，是無線網絡技術在 醫(yī)學臨床上的大膽應用，具有創(chuàng)新性。 1.21.2 設計要求及預期目標設計要求及預期目標 設計要求：設計出穩(wěn)定高效的運行系統(tǒng)，并且有一定的抗干擾能力，能夠實現(xiàn)多路 呼叫且互不干擾。距離在 100m 范圍內，實現(xiàn)多路無線病床呼叫，并留有擴展空間。 預期目標：病人按呼叫鍵時，無線發(fā)射器發(fā)射信號，無線接收器接收無線信號，通 過單片機控制處理，護士值班室發(fā)出呼叫警報，同時 1602 液晶上顯示相應的床位號，當 護士按鍵應答，呼叫報警停止，液晶顯示以應答，警報由定時器控制關閉。當有多個病 人呼叫沒有及時應答時，對應顯示各床床位號，同時報警。 1.31.3 設計可行性設計可行性 有線呼叫器受位置的制約不能很好的達到醫(yī)患溝通，無線呼叫系統(tǒng)就顯示其很大的 優(yōu)越性，可移動，不受位置制約，現(xiàn)今無線傳輸技術有了突飛猛進的發(fā)展，技術越來越 成熟，普遍應用到生活、娛樂、學習和軍工等領域，這為無線傳輸技術與醫(yī)學臨床的結 合提供了技術支持。在校期間也學習了與單片機相關的課程，有了一定的理論基礎。因 此，本課題具有可行性，能夠得到實現(xiàn)。 第一章 緒論 2 1.41.4 設計方案及步驟設計方案及步驟 針對單片機的無線病床呼叫系統(tǒng)，制定以下方案及步驟： 第一步，根據設計目的構想設計的原理圖框架，學習設計中要用到的知識，如無線 發(fā)射模塊的原理、編碼解碼，單片機 C 語言編程設計，液晶 1602 的顯示，使用的芯片引 腳工作原理， Protel軟件使用等。 第二步，對硬件模塊進行設計。如無線發(fā)射模塊、無線接收模塊、1602 顯示模塊、 聲音呼叫模塊。在 Protel 中繪制原理圖。 第三步，對系統(tǒng)軟件進行設計。如主函數程序設計、初始化程序設計、延時子程序 設計、液晶顯示子程序設計、定時器中斷服務子程序設計。 *學院畢業(yè)設計說明書 3 第二章 系統(tǒng)硬件設計 2.12.1 系統(tǒng)原理框圖系統(tǒng)原理框圖 根據單片機的無線病床呼叫系統(tǒng)要求初步繪制出系統(tǒng)原理框圖如圖 2-1 所示。 圖 2-1 系統(tǒng)原理框圖 2.22.2 單片機單片機 STC89C51STC89C51 芯片簡介芯片簡介 STC89C51 是一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲器。 在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash，使得 STC89C51 為眾多嵌入式控制應用系 統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 具有以下標準功能： 8k 字節(jié) Flash，512 字節(jié) RAM， 32 位 I/O 口線，看門狗定時器，內置 4KB EEPROM，MAX810 復位電路，三個 16 位 定時器/計數器，一個 6 向量 2 級中斷結構，全雙工串行口。另外 STC89X51 可降至 0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持 2 種軟件可選 擇節(jié)電模式。空閑模式下，CPU 停止工作，允許 RAM、定時器/計數器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電 保護方式下，RAM 內容被保存，振蕩器被凍結，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位為 止。最高運作頻率 35Mhz，6T/12T 可選。 發(fā)射模塊 接收模塊 單片機 聲音報警 液晶顯示 應答按鍵 第二章 系統(tǒng)硬件設計 4 EA/VP 31 X1 19 X2 18 RESET 9 P37/RD 17 P36WR 16 P32/INT0 12 P33/INT1 13 P34/T 0 14 P35/T 1 15 P10 1 P11 2 P12 3 P13 4 P14 5 P15 6 P16 7 P17 8 P00 39 P01 38 P02 37 P03 36 P04 35 P05 34 P06 33 P07 32 P20 21 P21 22 P22 23 P23 24 P24 25 P25 26 P26 27 P27 28 PSEN 29 ALE /P 30 P31/T XD 11 P30/RX D 10 GND 20 VCC 40 U1 ST C89C52 圖 2-2 STC89C51 單片機引腳圖 單片機是美國 STC 公司最新推出的一種新型 51 內核的單片機。片內含有 Flash 程序存儲器、 SRAM、UART、SPI、PWM 等模塊。 （一）STC89C51 主要功能、性能參數如下： （1）內置標準 51 內核，機器周期：增強型為 6 時鐘，普通型為 12 時鐘; （2）工作頻率范圍：040MHZ，相當于普通 8051 的 080MHZ; （3）STC89C51RC 對應 Flash 空間：4KB; （4）內部存儲器（RAM)：512B; （5）定時器計數器：3 個 16 位； （6）通用異步通信口（UART）1 個； （7）中斷源:8 個； （8）有 ISP(在系統(tǒng)可編程）IAP(在應用可編程),無需專用編程器仿真器； （9）通用 IO 口：3236 個； （10）工作電壓：3.85.5V； （11）外形封裝：40 腳 PDIP、44 腳 PLCC 和 PQFP 等。 （二）STC89C51 單片機的引腳說明： VCC：供電電壓。 GND：接地。 P0 口：P0 口為一個 8 位漏級開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。當 P1 口的管腳第一次 寫 1 時，被定義為高阻輸入。P0 能夠用于外部程序數據存儲器，它可以被定義為數據/地址的第八位。 在 FIASH 編程時，P0 口作為原碼輸入口，當 FIASH 進行校驗時，P0 輸出原碼，此時 P0 外部必須被 拉高。 P1 口：P1 口是一個內部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，P1 口緩沖器能接收輸出 4TTL 門電流。 P1 口管腳寫入 1 后，被內部上拉為高，可用作輸入，P1 口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這 是由于內部上拉的緣故。在 FLASH 編程和校驗時，P1 口作為第八位地址接收。 P2 口：P2 口為一個內部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，P2 口緩沖器可接收，輸出 4 個 TTL 門電流， 當 P2 口被寫“1”時，其管腳被內部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2 口的管腳被 外部拉低，將輸出電流。這是由于內部上拉的緣故。P2 口當用于外部程序存儲器或 16 位地址外部數 據存儲器進行存取時，P2 口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內部上拉優(yōu)勢，當對外 部八位地址數據存儲器進行讀寫時，P2 口輸出其特殊功能寄存器的內容。P2 口在 FLASH 編程和校驗 時接收高八位地址信號和控制信號。 P3 口：P3 口管腳是 8 個帶內部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個 TTL 門電流。當 P3 口 寫入“1”后，它們被內部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3 口將 *學院畢業(yè)設計說明書 5 輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。 P3.0 RXD（串行輸入口） P3.1 TXD（串行輸出口） P3.2 /INT0（外部中斷 0） P3.3 /INT1（外部中斷 1） P3.4 T0（記時器 0 外部輸入） P3.5 T1（記時器 1 外部輸入） P3.6 /WR（外部數據存儲器寫選通） P3.7 /RD（外部數據存儲器讀選通） P3 口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。 I/O 口作為輸入口時有兩種工作方式，即所謂的讀端口與讀引腳。讀端口時實際上并不從外部讀 入數據，而是把端口鎖存器的內容讀入到內部總線，經過某種運算或變換后再寫回到端口鎖存器。只 有讀端口時才真正地把外部的數據讀入到內部總線。上面圖中的兩個三角形表示的就是輸入緩沖器 CPU 將根據不同的指令分別發(fā)出讀端口或讀引腳信號以完成不同的操作。這是由硬件自動完成的，不 需要我們操心，1 然后再實行讀引腳操作，否則就可能讀入出錯，為什么看上面的圖，如果不對端口 置 1 端口鎖存器原來的狀態(tài)有可能為 0Q 端為 0Q為 1 加到場效應管柵極的信號為 1，該場效應管就導 通對地呈現(xiàn)低阻抗，此時即使引腳上輸入的信號為 1，也會因端口的低阻抗而使信號變低使得外加的 1 信號讀入后不一定是 1。若先執(zhí)行置 1 操作，則可以使場效應管截止引腳信號直接加到三態(tài)緩沖器中 實現(xiàn)正確的讀入，由于在輸入操作時還必須附加一個準備動作，所以這類 I/O 口被稱為準雙向口。 89C51 的 P0/P1/P2/P3 口作為輸入時都是準雙向口。 RST：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持 RST 腳兩個機器周期的高電平時間。 ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號， 此頻率為振蕩器頻率的 1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當 用作外部數據存儲器時，將跳過一個 ALE 脈沖。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。此 時， ALE 只有在執(zhí)行 MOVX，MOVC 指令是 ALE 才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處 理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無效。 /PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次/PSEN 有效。但在訪問外部數據存儲器時，這兩次有效的/PSEN 信號將不出現(xiàn)。 /EA/VPP：當/EA 保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH） ，不管是否有內部 程序存儲器。注意加密方式 1 時，/EA 將內部鎖定為 RESET；當/EA 端保持高電平時，此間內部程序 存儲器。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V 編程電源（VPP） 。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內部時鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。 （三）STC89C51 單片機最小系統(tǒng)： 最小系統(tǒng)包括單片機及其所需的必要的電源、時鐘、復位等部件，能使單片機始終處于正常的運 行狀態(tài)。電源、時鐘等電路是使單片機能運行的必備條件，可以將最小系統(tǒng)作為應用系統(tǒng)的核心部分， 通過對其進行存儲器擴展、A/D 擴展等，使單片機完成較復雜的功能。 STC89C51 是片內有 ROM/EPROM 的單片機，因此，這種芯片構成的最小系統(tǒng)簡單可靠。用 STC89C52 單片機構成最小應用系統(tǒng)時，只要將單片機接上時鐘電路和復位電路即可，結構如圖 2-3 所示，由于集成度的限制，最小應用系統(tǒng)只能用作一些小型的控制單元。 圖 2-3 單片機最小系統(tǒng)原理框圖 (1) 時鐘電路 時鐘電路 復位電路 STC89C51 單片機 I/ O 口 時鐘電路 復位電路 51 系列 單片機 I /O 接 口 第二章 系統(tǒng)硬件設計 6 STC89C51 單片機的時鐘信號通常有兩種方式產生：一是內部時鐘方式，二是外部時鐘方式。內 部時鐘方式如圖 2-4 所示。在 STC89C51 單片機內部有一振蕩電路，只要在單片機的 XTAL1(18)和 XTAL2(19)引腳外接石英晶體(簡稱晶振)，就構成了自激振蕩器并在單片機內部產生時鐘脈沖信號。圖 中電容 C1 和 C2 的作用是穩(wěn)定頻率和快速起振，電容值在 530pF，典型值為 30pF。晶振 CYS 的振蕩 頻率范圍在 1.212MHz 間選擇，典型值為 12MHz 和 6MHz。 Y1 11.0592MHz C2 30pF C3 30pF 18 19 圖 2-4 STC89C51 內部時鐘電路 (2) 復位電路 當在 STC89C51 單片機的 RST 引腳引入高電平并保持 2 個機器周期時，單片機內部就執(zhí)行復位 操作(若該引腳持續(xù)保持高電平，單片機就處于循環(huán)復位狀態(tài))。 復位電路通常采用上電自動復位和按鈕復位兩種方式。 最簡單的上電自動復位電路中上電自動復位是通過外部復位電路的電容充放電來實現(xiàn)的。只要 Vcc 的上升時間不超過 1ms,就可以實現(xiàn)自動上電復位。 除了上電復位外，有時還需要按鍵手動復位。本設計就是用的按鍵手動復位。按鍵手動復位有電 平方式和脈沖方式兩種。其中電平復位是通過 RST(9)端與電源 Vcc 接通而實現(xiàn)的。按鍵手動復位電路 見圖 2-5。時鐘頻率用 11.0592MHZ 時 C 取 10uF,R 取 10k。 R1 10k C1 10uF S4VCC 9 圖 2-5 STC89C51 復位電路 （四） STC89C51 中斷技術概述 中斷技術主要用于實時監(jiān)測與控制，要求單片機能及時地響應中斷請求源提出的服務請求，并作 出快速響應、及時處理。這是由片內的中斷系統(tǒng)來實現(xiàn)的。當中斷請求源發(fā)出中斷請求時，如果中斷 請求被允許，單片機暫時中止當前正在執(zhí)行的主程序，轉到中斷服務處理程序處理中斷服務請求。中 斷服務處理程序處理完中斷服務請求后，再回到原來被中止的程序之處（斷點） ，繼續(xù)執(zhí)行被中斷的主 程序。 圖 2-6 為整個中斷響應和處理過程。 圖 2-6 中斷響應和處理過程 如果單片機沒有中斷系統(tǒng)，單片機的大量時間可能會浪費在查詢是否有服務請求發(fā)生的定時查詢 *學院畢業(yè)設計說明書 7 操作上。采用中斷技術完全消除了單片機在查詢方式中的等待現(xiàn)象，大大地提高了單片機的工作效率 和實時性。 2.32.3 硬件模塊設計硬件模塊設計 由圖 2-1 系統(tǒng)原理框圖可知，整個系統(tǒng)分為五個模塊：無線發(fā)射模塊、無線接收模 塊、聲音報警模塊、液晶顯示模塊、按鍵應答模塊。 下面將簡單的介紹各個模塊設計方案。 2.3.1 無線發(fā)射模塊 PT2262 是一種 CMOS 工藝制造的低功耗低價位通用編碼電路， PT2262 最多可有 12 位(A0-A11)三態(tài)地址端管腳 (懸空,接高電平,接低電平),任意組合可提供 531441 地址碼,PT2262 最多可有 6 位(D0-D5)數據端管腳 ,設定的地址碼和數據碼從 17 腳 串行輸出，可用于無線遙控發(fā)射電路。 PT2262 管腳說明如表2-4 表2-4 PT2262管腳說明 名稱管腳說明 A0-A11 1-8,10-13 地址管腳,用于進行地址編碼,可置為“0” 、 “1” 、 “懸 空” 。 D0-D5 7-8,10-13 數據輸入端，有一個為“1”即有編碼發(fā)出，內部下拉。 VCC 18 電源正端（） GND 9 電源負端（） TE 14 編碼啟動端，用于多數據的編碼發(fā)射，低電平有效； OSC1 16 振蕩電阻輸入端，與 OSC2所接電阻決定振蕩頻率； OSC2 15 振蕩電阻振蕩器輸出端； DOUT 17 編碼輸出端（正常時為低電平） T10A 發(fā)射模塊（如表 2-5）采用 SMD 技術，在穩(wěn)頻處理上采用最先進聲表諧振器 （SAW）元件，電路板（PCB）采用介質損耗最小的材料，體積小巧。 表 2-5 T10A 發(fā)射模塊 技術指標參數 工作電壓 3V-12V 第二章 系統(tǒng)硬件設計 8 工作電流25mA(12V)； 2mA(3V) 諧振方式聲表諧振（SAW） 調制方式 AM/ASK/OOK 工作頻率315MHz、433.92MHz 可選 頻率誤差 150kHz(max) 發(fā)射功率25mW(315MHz, 12V 時) 圖 2-6 所示為無線發(fā)射模塊圖，由 PT2262 編碼，發(fā)射模塊的四個按鍵分別代表不同 的病床號，按下表示病人呼叫。 A 0 1 A 1 2 A 2 3 A 3 4 A 4 5 A 5 6 A 6 7 A 7 8 G ND 9 D 3 10 D 2 11 D 1 12 D 0 13 TE 14 O SC1 15 O SC2 16 D OU T 17 V CC 18 U 2 PT2262 R3 4.7M 4*10k S1 S2 S3 S4 D 1D 2D 3D 4 V CC VCC GND DATA ANT 圖 2-6 無線發(fā)射模塊圖 發(fā)射模塊有密碼保證功能，最多可以編 6 個數據碼和 6561 個地址碼，使重復的機會 大大減少。其性能參數如下： 電源電壓: DC3VDC12V 靜態(tài)電流:0.02uA 發(fā)射頻率:315MHz 發(fā)射電流:550mA 發(fā)射距離:50800m 調制方式:ASK 在通常使用中，一般采用 8 位地址碼和 4 位數據碼，這時編碼芯片 PT2262 和解碼芯 片 PT2272 的第 18 腳為地址設定腳，有三種狀態(tài)可供選擇：懸空、接正電源、接地三 *學院畢業(yè)設計說明書 9 種狀態(tài)，3 的 8 次方為 6561，所以地址編碼不重復度為 6561 組，只有發(fā)射端 PT2262 和 接收端 PT2272 的地址編碼完全相同，才能配對使用，一般生產廠家都把地址編碼端懸空， 用戶可以自己設置編碼。設置地址碼的原則是：同一個系統(tǒng)地址碼必須一致；不同的系 統(tǒng)可以依靠不同的地址碼加以區(qū)分。 2.3.2 無線接收模塊 解碼接收模塊包括接收頭和解碼芯片 PT2272 兩部分。接收頭將接收的信號輸入 PT2272 的 14 引腳（DIN） ，PT2272 對接收到的信號解碼。無線接收模塊如圖 2-7 所示。 A 0 1 A 1 2 A 2 3 A 3 4 A 4 5 A 5 6 A 6 7 A 7 8 G ND 9 D 3 10 D 2 11 D 1 12 D 0 13 TE 14 O SC1 15 O SC2 16 V T 17 V CC 18 U 3 PT2272 V CC R1 780kV CC RXD G ND 器器器器器器 V CC P20 P21 P22 P23 圖 2-7 無線接收模塊圖 編碼芯片 PT2262 發(fā)出的編碼信號由：地址碼、數據碼、同步碼組成一個完整的 碼字，解碼芯片 PT2272 接收到信號后，其地址碼經過兩次比較核對后， VT 腳才輸 出高電平，與此同時相應的數據腳也輸出高電平，如果發(fā)送端一直按住按鍵，編碼芯 片也會連續(xù)發(fā)射。當發(fā)射機沒有按鍵按下時， PT2262 不接通電源，其 17 腳為低電 平，所以315MHz 的高頻發(fā)射電路不工作，當有按鍵按下時， PT2262 得電工作，其 第17 腳輸出經調制的串行數據信號，當 17 腳為高電平期間 315MHz 的高頻發(fā)射電路 起振并發(fā)射等幅高頻信號，當 17 腳為低平期間 315MHz 的高頻發(fā)射電路停止振蕩， 所以高頻發(fā)射電路完全收控于 PT2262 的17 腳輸出的數字信號，從而對高頻電路完 成幅度鍵控（ ASK 調制）相當于調制度為 100的調幅。 第二章 系統(tǒng)硬件設計 10 PT2272管腳說明如表2-9 表2-8 PT2272管腳說明 名稱管腳說明 A0- A1 1 1-8,10-13 地址管腳,用于進行地址編碼,可置為 “0”,“1”, “f”(懸空),必須與 2262 一致,否則不解碼 D0-D5 7-8,10-13 地址或數據管腳,當做為數據管腳時,只有在地址碼與 2262 一致 一致,數據管腳才能輸出與 2262 數據端對應的高電平,否則輸出 為低電平,鎖存型只有在接收到下一數據才能轉換 VCC 18 電源正端（） GND 9 電源負端（） DIN 14 數據信號輸入端，來自接收模塊輸出端 OSC1 16 振蕩電阻輸入端，與 OSC2 所接電阻決定振蕩頻率； OSC2 15 振蕩電阻振蕩器輸出端； VT 17 解碼有效確認 輸出端（常低）解碼有效變成高電平（瞬態(tài)） PT2262和 PT2272除地址編碼必須完全一致外，振蕩電阻還必須匹配，一般要求譯碼 器振蕩頻率要高于編碼器振蕩頻率的2.58倍，否則接收距離會變近甚至無法接收，隨 著技術的發(fā)展市場上出現(xiàn)一批兼容芯片，在實際使用中只要對振蕩電阻稍做改動就能配 套使用。在具體的應用中，外接振蕩電阻可根據需要進行適當的調節(jié)，阻值越大振蕩頻 率越慢，編碼的寬度越大，發(fā)碼一幀的時間越長。市場上大部分產品都是用 2262/1.2M2272/200K 組合的，少量產品用2262/4.7M2272/820K。 解碼接收模塊包括接收頭和解碼芯片 PT2272兩部分組成。接收頭將收到的信號輸入 PT2272的14腳（DIN） ，PT2272再將收到的信號解碼。 接收板工作電壓為 DC 5V，接收靈敏度： -103dBm ,尺寸(mm)： 49*20*7 ,工作頻率： 315MHz,工作電流：5mA ,編碼類型：固定碼(板上焊盤跳接設置) 應用說明：與各類型 遙控器配合使用，解碼輸出后進行相應控制，在通常使用中，我們一般采用8位地址碼和 4位數據碼，這時編碼芯片 PT2262和解碼芯片 PT2272的第18腳為地址設定腳，有三種 狀態(tài)可供選擇：懸空、接正電源、接地三種狀態(tài)，地址編碼不重復度為38=6561組，只有 發(fā)射端 PT2262和接收端 PT2272的地址編碼完全相同，才能配對使用，遙控模塊的生產廠 家為了便于生產管理，出廠時遙控模塊的 PT2262和 PT2272的八位地址編碼端全部懸空， 這樣用戶可以很方便選擇各種編碼狀態(tài)，用戶如果想改變地址編碼，只要將 PT2262和 *學院畢業(yè)設計說明書 11 PT2272的18腳設置相同即可，例如將發(fā)射機的 PT2262的第2腳接地，第3腳接正電源， 其它引腳懸空，那么接收機的 PT2272只要也第2腳接地，第3腳接正電源，其它引腳懸空 就能實現(xiàn)配對接收。當兩者地址編碼完全一致時，接收機對應的 D1D4端輸出約4V 互鎖 高電平控制信號，同時 VT 端也輸出解碼有效高電平信號。 2.3.3 液晶顯示模塊 圖 2-10 1602 實物圖 1602LCD 的基本參數及引腳功能的基本參數及引腳功能 1602LCD 分為帶背光和不帶背光兩種，基控制器大部分為 HD44780，帶背光的比不帶背光的厚，是 否帶背光在應用中并無差別，兩者尺寸差別如下圖 10-54 所示： 圖 2-11 1602LCD 尺寸圖 1602LCD 主要技術參數：主要技術參數： 顯示容量:162 個字符 芯片工作電壓:4.55.5V 工作電流:2.0mA(5.0V) 第二章 系統(tǒng)硬件設計 12 模塊最佳工作電壓:5.0V 字符尺寸:2.954.35(WH)mm 引腳功能說明引腳功能說明 1602LCD 采用標準的 14 腳（無背光）或 16 腳（帶背光）接口，各引腳接口說明如表 10-13 所示: 編號符號引腳說明編號符號引腳說明 1VSS電源地9D2數據 2VDD電源正極10D3數據 3VL液晶顯示偏壓11D4數據 4RS數據/命令選擇12D5數據 5R/W讀/寫選擇13D6數據 6E使能信號14D7數據 7D0數據15BLA背光源正極 8D1數據16BLK背光源負極 表 2-12：引腳接口說明表 第 1 腳：VSS 為地電源。 第 2 腳：VDD 接 5V 正電源。 第 3 腳：VL 為液晶顯示器對比度調整端，接正電源時對比度最弱，接地時對比度最高，對比度過高時 會產生“鬼影”，使用時可以通過一個 10K 的電位器調整對比度。 第 4 腳：RS 為寄存器選擇，高電平時選擇數據寄存器、低電平時選擇指令寄存器。 第 5 腳：R/W 為讀寫信號線，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作。當 RS 和 R/W 共同為低 電平時可以寫入指令或者顯示地址，當 RS 為低電平 R/W 為高電平時可以讀忙信號，當 RS 為高電平 R/W 為低電平時可以寫入數據。 第 6 腳：E 端為使能端，當 E 端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。 第 714 腳：D0D7 為 8 位雙向數據線。 第 15 腳：背光源正極。 第 16 腳：背光源負極。 2.3.4 聲音報警模塊 該設計有聲音報警，當有病人呼叫時，蜂鳴器就會大聲提示，直到護士應答回復， 才會停止鳴叫，控制引腳接在 P3.4 引腳上，利用三極管當做開關電路可以保護單片機， *學院畢業(yè)設計說明書 13 還可以起到放大電流的作用，當三極管基極為高電平時，發(fā)射極截止，為低電平時，發(fā) 射極導通。報警模塊如圖 2-13 所示。 Q1 8550 器器器 VCC R4 1k P34 圖 2-13 聲音報警模塊 2.3.5 應答電路 本設計中四個床位使用一個應答按鈕，接在 P3.3 引腳上，當有病人按下按鈕，報警 開始時，按下應答按鈕，即可停止報警，聲音模塊圖如圖 2-14 所示 S1 VCC R5 10k P33 第二章 系統(tǒng)硬件設計 14 圖 2-14 應答電路 *學院畢業(yè)設計說明書 15 第三章 系統(tǒng)軟件設計 3.13.1 設計的軟件環(huán)境簡介設計的軟件環(huán)境簡介 3.1.1 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(fā)系統(tǒng)， 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(yōu)勢，因而易學易 用。用過匯編語言后再使用 C 來開發(fā)，體會更加深刻。 Keil C51 軟件提供豐富的庫函 數和功能強大的集成開發(fā)調試工具，全 Windows 界面。另外重要的一點，只要看一下編 譯后生成的匯編代碼，就能體會到 Keil C51 生成的目標代碼效率非常之高，多數語句生 成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發(fā)大型軟件時更能體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢。下面詳 細介紹 Keil C51 開發(fā)系統(tǒng)各部分功能和使用。 Keil_c 軟件界面如圖 3-1-1： 圖 3-1-1Keil_c 軟件界面 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。 3.1.2 Protel99SE Protel99SE 是 PORTEL 公司在 80 年代末推出的 EDA 軟件。Protel99SE 是應用于 Windows9X/2000/NT 操作系統(tǒng)下的 EDA 設計軟件，采用設計庫管理模 第三章 系統(tǒng)軟件設計 16 式，可以網設計，具有很強的數據交換能力和開放性及 3D 模擬功能，是一個 32 位的設計 軟件，可以完成電路原理圖設計，印制電路板設計和可編程邏輯器件設計等工作，可以 設計 32 個信號層，16 個電源-地層和 16 個機加工層。 Protel99SE 軟件的特點： (1)可生成 30 多種格式的電氣連接網絡表； (2)強大的全局編輯功能； (3)在原理圖中選擇一級器件， PCB 中同樣的器件也將被選中； (4)同時運行原理圖和 PCB，在打開的原理圖和 PCB 圖間允許雙向交叉查找元器 件、引腳、網絡 (5)既可以進行正向注釋元器件標號（由原理圖到PCB），也可以進行反向注釋 （由 PCB 到原理圖），以保持電氣原理圖和PCB 在設計上的一致性； (6)滿足國際化設計要求（包括國標標題欄輸出， GB4728 國標庫）； * 方便易 用的數?；旌戏抡妫嫒?SPICE 3f5）； (7)支持用 CUPL 語言和原理圖設計 PLD，生成標準的 JED 下載文件； * PCB 可設計 32 個信號層，16 個電源-地層和 16 個機加工層； (8)強大的“規(guī)則驅動”設計環(huán)境，符合在線的和批處理的設計規(guī)則檢查； (9)智能覆銅功能，覆鈾可以自動重鋪； (10)提供大量的工業(yè)化標準電路板做為設計模版； (11)放置漢字功能； (12)可以輸入和輸出 DXF、DWG 格式文件，實現(xiàn)和 AutoCAD 等軟件的數據 交換； (13)智能封裝導航（對于建立復雜的 PGA、BGA 封裝很有用）； (14)方便的打印預覽功能，不用修改 PCB 文件就可以直接控制打印結果； (15)獨特的 3D 顯示可以在制板之前看到裝配事物的效果； (16)強大的 CAM 處理使您輕松實現(xiàn)輸出光繪文件、材料清單、鉆孔文件、貼 片機文件、測試點報告等； (17)經過充分驗證的傳輸線特性和仿真精確計算的算法，信號完整性分析直接 從 PCB 啟動； (18)反射和串擾仿真的波形顯示結果與便利的測量工具相結合； *學院畢業(yè)設計說明書 17 Protel99SE 的工作界面是一種標準的 Windows 界面，如圖所示，包括：標題欄、主菜 單、標準工具欄、繪圖工具欄、狀態(tài)欄、對象選擇按鈕、預覽對象方位控制按鈕、仿 真進程控制按鈕、預覽窗口、對象選擇器窗口、圖形編輯窗口。Protel99SE 軟件界面 如圖 3-1-2。 圖 3-1-2Prtel99SE 軟件界面 運行 Protel99SE 程序后，進入軟件的主界面。通過左側工具欄中的 Browse(從庫中選 擇元件命令)命令。 結束語 18 3.23.2 主函數程序設計主函數程序設計 一個完整的程序中只有一個 main 函數，首先調用初始化函數進行初始化，然后判斷 并調用顯示子程序使液晶 1602 顯示、蜂鳴器鳴響報警。程序流程如圖 3-2 所示。 圖 3-2 主程序流程圖 3.33.3 初始化程序設計初始化程序設計 初始化程序包括液晶初始化顯示、定時器中斷系統(tǒng)初始化。 判斷是否有床 位報警 調用初始化子程序 報警器打開，液 晶顯示對應床位 號 液晶顯示歡迎語 是 否 判斷應答按鍵 是否按下 是 否 關閉報警器 液晶顯示知曉 結束 開始 *學院畢業(yè)設計說明書 19 （一） 、液晶初始化 根據液晶使用手冊，在液晶使用之前，要對其設置顯示模式，光標設置，然后進行 清屏操作。方便之后使用。 （二） 、定時器中斷系統(tǒng)初始化 STC89C51 有兩個定時/計數器，都有定時和計數兩種工作模式，四種工作方式（方式 0、方式 1、方式 2、方式 3） ，屬于增一計數器。特殊功能寄存器 TMOD 用于選擇定時器/ 計數器 T0、T1 的工作模式和工作方式。但無論是工作在定時器模式還是計數器模式，實 質都是對脈沖信號進行計數，只是計數的來源不同，計數器模式是對加在 T0(P3.4)和 T1(P3.5)兩個引腳的外部脈沖進行計數，而定時器模式是對單片機的時鐘振蕩器信號經 片內 12 分頻后的內部脈沖信號計數。 3、工作方式控制寄存器 TMOD，不能位尋址，其格式如圖 3-3 所示。 圖 3-3 寄存器 TMOD 的格式 (1) GATE ：門控位。 (2) M0、M1:工作方式選擇位。 (3) C/T：計數器和定時器模式選擇位。C/T=0，為定時器模式；C/T=1 為計數器模式。 M0、M1 共有 4 種編碼，對應于 4 種工作方式的選擇，見表 3-4。 表 3-4 M1、M0 工作方式選擇 M1 M0 工作方式 0 0 方式 0，為 13 位定時器/計數器 0 1 方式 1，為 16 位定時器/計數器 1 0 方式 2，8 位的常數自動重裝的定時器/計數器 結束語 20 1 1 方式 3，僅用于 T0，此時 T0 分為兩個 8 位計數器，T1 停止 計數 定時器的工作方式設置好以后就要給定時器裝入初值，工作方式不同初值也不同。 1、下面介紹一下單片機的時鐘周期、機器周期和指令周期。 (1)時鐘周期是單片機時鐘控制信號的基本時間單位。若時鐘晶體的震蕩頻率為 f0sc ,則時鐘周期 Tosc=1/fosc 。 (2)機器周期是 CPU 完成一個基本操作所需要的時間。AT89C51 單片機的每 12 個 時鐘周期為一個機器周期，即 TCY=12/fOSC 。 (3)指令周期是執(zhí)行一條指令所需的時間。AT89C51 單片機中指令按字節(jié)來分， 可分為單字節(jié)、雙字節(jié)和三字節(jié)指令，單字節(jié)和雙字節(jié)指令一般為單機器周期和雙機器 周期，三字節(jié)指令都是雙機器周期，只有乘、除指令占 4 個機器周期。 本設計中，時鐘晶體的頻率為 11.0592MHZ，所以時鐘周期為 1/12M。T0 作為定時器 使用，工作方式為方式 1，作為 16 位計數器。設計數個數為 N，計數初值為 X，那么 X=216-N， 定時時間=N12/晶振頻率，所以，定時時間=（216-X）12/晶振頻率。 本設計設置每隔 50ms 中斷一次，那么得出初值 X=0 x4BFF，定時器 T0 的高 8 位 TH0 賦值 0 x4B，低 8 位 TL0 賦值 0 xFF。 2、定時器/計數器控制寄存器 TCON，可位尋址，其格式見表 3-5。 表 3-5 特殊寄存器 TCON 的格式 D7D6D5D4D3D2D1D0 TCONTF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0 位地址8FH_8DH_8BH8AH89H88H TR0：定時器啟動位。TR0=0，關閉定時器 0；TR0=1，開啟定時器 0. IT0：選擇外部中斷 0 為跳沿觸發(fā)方式還是電平觸發(fā)方式。IT0=0，為電平觸發(fā)方 式；IT0=1，為跳沿觸發(fā)方式。 4、單片機對各中斷源的開放或屏蔽是由片內的中斷允許寄存器 IE 控制的，可位尋址， 其格式見表 3-6。 *學院畢業(yè)設計說明書 21 表 3-6 中斷允許寄存器 IE 的格式 D7D6D5D4D3D2D1D0 IEEA_ESET1EX1ET0EX0 位地址AFH_ACHANHAAHA9HA8H (1) EA：中斷允許總開關控制位。EA=0，所有的中斷請求被屏蔽；EA=1，所有的中斷 請求被開放。 (2) ES：串行口中斷允許位。ES=0，禁止串行口中斷；ES=1，允許串行口中斷。 (3)ET0：定時器/計數器 T0 的溢出中斷允許位。ETO=0，禁止 T0 溢出中斷；ETO=1， 允許 T0 溢出中斷。 (4)EX0：外部中斷 0 中斷允許位。EX=0，禁止外部中斷 0 中斷；ES=1，允許外部中 斷 0 中斷。STC89C51 復位后，IE 被清零，所有的中斷請求被禁止。所以在初始化時，要 令 EA=1,EX0=1，ET0=1，開放總中斷、允許 T0 中斷。初始化程序如下： void init() bg_1602=0; TMOD=0 x01; TL0=0 x4b; TH0=0 xff; EA=1; ET0=1; TR0=1; E=0; com_1602(0 x38); com_1602(0 x0c); com_1602(0 x06); com_1602(0 x80); com_1602(0 x01); 結束語 22 3.43.4 延時子程序設定延時子程序設定 延時子程序作為方便其他程序調用，避免程序繁瑣重復。我將延時子程序定為有參 函數，延時 1ms，程序如下： void delay(ui x) ui i,j; for(i=0;ix;i+) for(j=0;j121;j+); 3.53.5 液晶顯示子程序液晶顯示子程序 void display() if(num_D0|num_D1|num_D2|num_D3) if(num_D0=1) dis_1602(1,0,2,0,1); dis_1602(1,0,3,0,10); if(num_D1=2) dis_1602(1,0,4,0,2); dis_1602(1,0,5,0,10); if(num_D2=3) *學院畢業(yè)設計說明書 23 dis_1602(1,0,6,0,3); dis_1602(1,0,7,0,10); if(num_D3=4) dis_1602(1,0,8,0,4); dis_1602(1,0,9,0,10); dis_1602(10,1,5,1,0); else dis_1602(15,0,0,3,0); 結束語 24 結束語 至此，本設計的主要內容已經完成。本章是在對前面完成的工作進行總結的基礎上， 提出今后進一步工作的建議和設想。 選擇這個課題之后，我明白要解決的難點：病人都按開關時，在數碼顯示器能循環(huán) 顯示病床，這也就是考驗我們對所學知識有比較透徹的了解和我們的耐心。 接下來每天奔波在宿舍、餐廳三點一線的生活，雖然有點累，但很充實，在這之中 還去請教老師和同學，他們耐心的教導讓我更加堅定了對該課題的研究，另外還有很多 老師的幫助。 在設計的過程中遇到了很多問題，可以說得是困難重重，在遇到各種各樣問題的同 時，會發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，如對以前所學過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢 固。比如說 Protel 軟件應用的不夠熟練、Proteus 仿真知識及操作、對單片機匯編語言 掌握得不好。不過通過這次設計之后，也學到了很多知識，更重要的是一定把以前所學 過的知識重新溫故，學好用好，學以致用。 最后在百般努力下，這次設計終于完成了，在設計中遇到了很多編程問題，最后在 老師的辛勤指導下，終于實現(xiàn)了設計的要求。這一次設計給我的總體感覺很好，因為我 學到了很多的東西。只要自己能夠找好的學習方法，在過程中不斷的努力。那么學到的 東西肯定會有很多，我相信我是能夠做好的。 *學院畢業(yè)設計說明書 25 參考文獻 1 王意崗.病房呼叫系統(tǒng)J.建筑電氣，2004 2 朱艷華，田行軍，李夏青.基于 PL3105 的病床呼叫系統(tǒng)設計J.北京石油化工學院學報，2009 3 鄔春明，王艷茹.基于低壓線載波技術的病床呼叫系統(tǒng)J.電子技術應用，2005 4 何立民.單片機初級教程-單片機基礎M.北京：北京航空航天大學出版社，2006 5 李朝青.單片機原理及接口技術M.北京：北京航空航天大學出版社，2005 6 康華光電子技術基礎M. 北京：高等教育出版社, 2000 7康華光電子技術基礎(模擬部分)M. 北京：高等教育出版社, 1999 8丁元杰.單片微機原理及應用M.北京：機械工業(yè)出版社, 1996 9何立民.單片機應用技術選編M.北京:北京：航空航天大學出版社, 1996 10張培仁等.MCS-51 單片機原理與應用M. 北京.清華大學出版社, 2003 11李伯成單片機及嵌入式系統(tǒng)M. 北京：清華大學出版社, 2005 12肖金球單片機原理與接口技術M. 北京：清華大學出版社, 2004 13王環(huán)，張亞寧 單片機程序設計實例M 北京：清華大學出版社, 2003 14治剛.單片機應用技術與實訓M. 北京：清華大學出版社, 2004 15胡漢才.單片機原理及接口技術M. 北京：清華大學出版社, 1995 16徐淑華等.單片機微機原理及應用M. 哈爾濱工業(yè)大學出版社, 1994 附錄 26 致謝 非常感謝袁老師在我大學的最后學習階段畢業(yè)設計階段給自己的指導，從最初 的定題，到資料收集，到寫作、修改，到畢業(yè)設計答辯，他給了我耐心的指導和無私的 幫助。為了指導我們的畢業(yè)論文，他放棄了自己的休息時間，他的這種無私奉獻的敬業(yè) 精神令人欽佩，在此我向他表示我誠摯的謝意。同時，感謝所有任課老師和所有同學在 這三年來給自己的指導和幫助，是他們教會了我專業(yè)知識，教會了我如何學習，教會了 我如何做人。正是由于他們，我才能在各方面取得顯著的進步，在此向他們表示我由衷 的謝意，并祝所有的老師培養(yǎng)出越來越多的優(yōu)秀人才，桃李滿天下！ 通過這一階段的努力，我的畢業(yè)設計基于單片機的無線病床呼叫系統(tǒng)終于完成 了，這意味著大學生活即將結束。在大學階段，我在學習上和思想上都受益非淺，這除 了自身的努力外，與各位老師、同學和朋友的關心、支持和鼓勵是分不開的。在本論文 的寫作過程中，我的導師袁老師傾注了大量的心血，從選題到開題報告，從寫作提綱， 到一次又一遍地指出每稿中的具體問題，嚴格把關，循循善誘，在此我表示衷心感謝。 同時我還要感謝在我學習期間給我極大關心和支持的各位老師以及關心我的同學和朋友。 寫畢業(yè)設計總結報告是一次再系統(tǒng)學習的過程，畢業(yè)設計答辯自述的完成，同樣也 意味著新的學習生活的開始。我將銘記我曾是一名江陰職業(yè)技術學院學子，在今后的工 作中把江陰職業(yè)技術學院的優(yōu)良傳統(tǒng)發(fā)揚光大。 在此，謹向所有幫助我的老師、同學表示衷心的感謝和敬意！ *學院畢業(yè)設計說明書 27 附錄 附錄一：附錄一：Protel 原理圖原理圖 附錄二：附錄二：C 語言源程序語言源程序