基于单片机的病房呼叫系统毕业论文.docx

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基于单片机的病房呼叫系统毕业论文

基于单片机的病房呼叫系统毕业论文

毕业设计任务书………………………………………..……….….……….……........I

摘要………………………………………..……….….……….……............................I

绪论………………………………………..……….….……….……...........................1

第1章系统整体设计………………………………………..……….….………......3

1.1功能与方案确定………………………………………..……….….……….…........3

1.2框架模块功能描述………………………………………..……….….………..........5

第2章系统硬件设计………………………………………..……….….………......6

2.1硬件构成示意图………………………………………..……….….……….….......6

2.2外围电路设计………………………………………..……….….……….…….......6

2.3呼叫系统控制器AT89C51……………………………………..……….….……........6

2.4键盘电路设计……………………………………..……….….……........................9

2.5显示电路设计……………………………………..……….….……........................13

2.6控制电路设计……………………………………..……….….…….......................19

第3章系统软件设计………………………………………..……….….……........21

3.1设计的软件环境简介……………………………………..……….….…...….........21

3.2系统程序设计………………………………………..……….….……….…….....23

第4章调试与结果………………………………………..……….….……….........27

4.1调试界面显示………………………………………..……….….……….……......27

4.2结果分析………………………………………..……….….……….…….............28

结论/展望………………………………………..……….….……….……................30

致谢………………………………………..……….….……….……..........................31

参考文献………………………………………..……….….……….……..................32

附录………………………………………..……….….……….…..............................33

附录A……………………………………....……….….……….….............................33

附录B……………………………………..………….….……….…............................34

第1章呼叫系统总体设计

1.1功能与方案确定

1.1.1呼叫系统功能要求

本课题主攻方向是使系统实现以下目的：

1．任一病房（共16）呼叫，医护值班室马上能响应并显示病房号；

2．显示病房床号；

3．若有多个病床呼叫就循环显示；

4．处理完毕后清除记录；

5.显示器不重复显示按一次以上的病床号

设计目的和要求：

①软件方面

要求界面美观，功能齐全，能写出最优控制算法，并能制成软件。

②硬件方面

研制出到一套及时、准确、可靠、简便可行、利于推广的硬件控制系统，能做成集成电路，减小体积，方便存放和测试。

a、系统框架建立

输入系统和显示系统是设计的两大系统，因此，在开题之前要对其单独进行分析，能准确的构建系统的框架，这是对系统进行分析和控制的前提。

b、控制算法的研究

采用各种不同的控制方法，实现控制要求。

比较控制效果和考虑性价比，从中选择合适的控制算法作为控制器，进而进行下一步的系统仿真和实验。

1.3框架模块功能描述

本设计是基于AT89C51单片机设计的病房呼叫系统设计，该系统就是以Atmel公司的AT89C51单片机作为主控器，包括键盘输入电路，显示电路，以及晶振复位电路等来实现病房呼叫系统。

病床呼叫系统结构框图如图1-1所示

图1-1病房呼叫系统结构框图

1.1.2.病床呼叫系统的方案论证

方案一:

使用8051单片微机外加作地址锁存用的一块8三态锁存器74LS373芯片和一块EPROM芯片可构成一个完整的最小微机电路。

以此为基础，在智能装置中若要配置多位数码管显示器，以及m行n列矩阵键盘的话，可通过扩展诸如8255或8279之类的并行1/0芯片来完成，或者通过串行通讯口P3.0（RXD）和P3:

1（TXD）经多块串—并，并—串转换电路74LS164和74LS165IC芯片实现接口。

按照一般的设计方法，显示和键盘搜索按下键均按动态扫描的方法进行，显示电路接口由P1口和P2口组成，键盘接口由P2口和P3口组成。

在完成显示功能过程中，P1口锁存器显示字符的八段字形码，P2口的高6位（P2.7-P2.2）锁存待显示字符的位选码。

8051按分时方式执行程序进入到键盘搜索时，经P2.7-P2.2输出键盘扫描的行选码，键盘的列输入由P3口的P3.7-P3.4承担缓冲功能。

利用P2.7-P2.2输出数据代码的做法是通过改变程序计数器高6位数值来实现的。

方案二：

用8051自身接口实现数码管静态显示和键盘扫描,使用8051单片微机外加作地址锁存用的四块8三态锁存器74LS373芯片和一块74LS138芯片可构成一个完整的最小微机电路。

以此为基础，在智能装置中若要配置多位数码管显示器，以及m行n列矩阵键盘的话，可以不扩展I/O芯片而由8051自身I/O口，实现上述功能,即用P0口的八个端口作为LED的段选,用P2口的高三位连接一个三八译码器74LS138作为四个LED的片选.用P1口和P2口的低五位做键盘电路的接口。

综上所述，方案一中键盘显示均采用动态扫描方式，其软件实现起来比较简单，但硬件电路过于复杂，没有合理利用单片机的I/O．而方案二外围电路简单，且软件实现起来也不是太复杂，合理利用单片机I/O口，比较起来本文采用的是方案二。

1.1.3总体结构框图

本设计是基于AT89C51单片机设计的病房呼叫系统设计

该系统就是以Atmel公司的AT89C51单片机作为主控器，包括键盘输入电路，显示电路，以及晶振复位电路等来实现病房呼叫系统。

病房呼叫系统结构框图如1-2所示

图1-2病房呼叫系统结构框图

1.2框架模块功能描述

（1）输入部分包括按键输入，按键输入相当于一个外界的干扰信号，用于向单片机传输命令或数据。

（2）调节电路部分包括晶振和复位，需要时对控制器发出中断信号，以对系统进行调节。

（3）微处理器采用常见的AT89C51单片机为控制核心，通过软件编程，对实时采集的温度进行处理，同时也对调节电路进行驱动和控制。

（4）输出部分包括LED显示电路，将从键盘上输入的信号显示出来，给人以直观的印象。

（5）系统过程的综述：

键盘（按钮）输入信号，AT89C51单片机收到信号后进行处理，通过输出系统将信号显示在点阵屏上，此时还可以通过按键进行中断调节，显示会发生相应变化，实际情况出发，人们易于操作。

第2章系统硬件设计

2.1呼叫系统硬件

呼叫系统的构成由键盘电路、单片机、显示电路和报警电路构成。

呼叫系统的构成示意图如图2-1所示

图2-1呼叫系统硬件构成示意图

2.2外围电路设计

单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统。

尽管他的大部分功能集成在一块小芯片上，但是它具有一个完整计算机所需要的大部分部件：

CPU、存、部和外部总线系统。

单片机是单片微型机的简称，故又称为微控制器MCU（MicroControlUnit）。

通常由单块集成电路芯片组成，部包含有计算机的基本功能部件：

中央处理器CPU，存储器和I/O接口电路等。

因此，单片机只要和适当的软件及外部设备相结合，便可成为一个单片机控制系统。

2.1呼叫系统控制器AT89C51

 AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压,高性能CMOS8位单片机，片含4kbytes的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和128bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度，非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统,片置通用8位中央处理器（CPU）和Flash存储单元，功能强大AT89C51单片机可为您提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。

AT89C51主要特性：

a与MCS-51产品指令系统完全兼容

b4K字节可重擦写Flash闪速存储器

c1000次擦写周期

e全静态操作:

0Hz-24MHz

f三级加密程序存储器

g128×8字节部RAM

h32个可编程I/O口线

i2个16位定时/计数器

j6个中断源

k可编程串行UART通道

l低功耗空闲和掉电模式※输入输出引脚AT89C51引脚如图2-2示：

图2-2AT89C51引脚图

P0~P3：

通用I/O口；

VCC：

电源端，一般接5V；

GND：

电源地；

XTAL1，XTAL2：

外接晶体振荡器，不能超过24M；需加微调电容，一般为30pF；

RST/VPD：

复位端，平时为低电平；

ALE/PROG：

地址锁存允许信号端；

EA/Vpp：

外部程序存储器地址允许输入端/固化编程电压输入端；

复位电路：

RST引脚是复位信号输入端，高电平有效。

采用上电加按钮复位，因为本系统设计考虑到该系统比较重要，所以除了采用上电复位的方式外，应该还有按钮复位备用复位方式以防止系统死机时能。

上电复位和按键复位如下图2-3所示。

图2-3上电复位和按键复位

时钟电路：

时钟是时序的基础，AT89C51核片由一个反相放大器构成振荡器，可以由它产生时钟，时钟可以由两种方式产生部方式和外部方式。

本系统采用部方式，在XTAL1和XTAL2端外接石英晶体作为定时元件，部反相放大器自激振荡，产生时钟。

时钟发生器对振荡脉冲二分频。

电容采用30pF电容。

单片机外接电路如下图2-4所示。

图2-4单片机外接电路

2.2键盘电路设计

1、矩阵式键盘

最简单的键盘，每个键对应I/O端口的一位，没有什么键闭和时，各位均处于高电位。

当有一个键按下时，就是对应位接地而成为低电位，而其它位仍为高电位。

这样，CPU只要检测到某一位为”0”，便可判别出对应键已经按下。

但是，当键盘上的键较多时，引线太多，占用的I/O端口也太多。

比如，一个有64个键的键盘，采用这种方法来设计时，就需要64条连线和8个8位并行端口。

所以，这种简单结构只用在仅由几个键的小键盘中。

通常使用的键盘结构是矩阵式的，如图3.5所示。

设有个键盘，那么，采用矩阵式结构以后，便只要条引线就行了。

比如，有个键，那么，只要用两个并行端口和16条引线便可以完成键盘的连接。

矩阵键盘示意图如下图2-5所示

图2-5矩阵键盘示意图

2、键的识别

为了识别键盘上的闭和键，通常采用两种方法，一种称为行扫描法，另一种称为行反转法。

（1）行扫描法的原理：

行扫描法识别闭和键的原理如下：

先使第0行接地，其余行为高电平，然后看第0行是否有键闭和，这是通过检查列线电位来实现的，即在第0行接地时，看是