病房呼叫系統(tǒng)說明書教材

1、單片機(jī)原理及外圍電路課程論文基于 51 單片機(jī)的簡易病房呼叫系統(tǒng) 姓名： * * *學(xué)號： 502121210*班級：通信工程 16-1摘要：本系統(tǒng)是基于 51 單片機(jī)的簡易病床呼叫系統(tǒng)。該系統(tǒng)以 80C51單片機(jī)為核心， 輔以矩陣鍵盤、 LED點(diǎn)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(jì)中每個病房都有一個按鍵，當(dāng)患者有需要時(shí)，按下按 鍵，此時(shí)值班室的顯示屏可顯示此患者的床位號，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： 80C51 單片機(jī) 矩陣鍵盤 LED 顯示

2、呼叫系統(tǒng)Abstract This system is the patients request to the doctor on duty or nurse emergency call tool s for diagnosis, care, and it is mainly used to assist the hospital patient in the bed easily call th e medical staff, the patients request can be quickly sent to the duty doctor or nurse is to impro

3、ve one of the essential equipment of hospital and ward level of care.Increasingly fierce compe tition in the hospital, commercial hospital survival is the first to enhance the grade and quality of service is imminent,accompany the issue has been the main body of the patient conflict, bu t also long-

4、troubled health system quality of service issues, using the ward call system more c onvenient for patients to find a doctor to save the valuable time of the patient.The system is a ward call system based on the 51 series micro-chip design. The sy-stem uses 80C51 micro-controller as the core, supplem

5、ented by matrix keyboard, LED dot matrix displa y of a simple circuit and some analog and digital circuits to achieve the transfer of informatio n between patients and health care.In this design,each ward has a button, when patients in need, press the button, the display of t he duty room to display

6、 the number of beds in this patient, people use to achieve circular displ ay, press the medical staff response to cancel the current call. This system can provide a low cost, high efficiency, easy operation and easy installation and maintenance system for the hos pital.Keywords：80C51 Single-chip wor

7、d call system matrix keyboard LED display目錄1. 緒論. 11.1 課題背景及研究意義 . 11.2 具體現(xiàn)狀 . 11.3 課題的設(shè)計(jì)目的 . 11.4 課題的主要工作 . 22系統(tǒng)概述 22.1 方案論證 . 22.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理 . 33 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 43.1 主控電路設(shè)計(jì) . 43.3 顯示電路 . 53.4 示警電路 . 63.5 鍵盤電路 . 63.6 總體電路圖 . 74系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 74.1 主程序設(shè)計(jì) . 74.3 仿真結(jié)果 . 94.4 布線 . 104.5 覆銅 . 10！未定義書簽結(jié)論 . 參考文獻(xiàn) . 11附錄 A 系統(tǒng)整

8、體電路 13附錄 B PCB圖和 3D效果圖 . 13附錄 C 全部程序清單 141. 緒論1.1 課題背景及研究意義伴隨著醫(yī)療體制改革的不斷深化和醫(yī)療事業(yè)的飛速發(fā)展，越來越多的人們需要迅 捷、方便地得到醫(yī)院的各種各樣的醫(yī)療服務(wù)，這必將使醫(yī)院之間的競爭日趨激烈。這使 得衡量一個醫(yī)院的綜合水平高低，不再僅僅局限于軟、硬件的建設(shè)上，更要比服務(wù)。原 有的服務(wù)體系已不足以適應(yīng)現(xiàn)代社會需求，謀求適合現(xiàn)代社會需求的客戶服務(wù)系統(tǒng)，是 所有企事業(yè)單位計(jì)劃做或正在做的工作。這些工作有利于改善服務(wù)量，提高效率并增加 企業(yè)效益，從而贏得良好的社會聲譽(yù)。如何利用先進(jìn)的信息技術(shù)為醫(yī)院服務(wù)，更大程度 的提高醫(yī)院的服務(wù)質(zhì)量

9、及利潤，是醫(yī)院信息化建設(shè)中的一個重要著眼點(diǎn)。醫(yī)院的競爭越來越激烈，商業(yè)醫(yī)院的生存是第一位的，提升檔次和服務(wù)質(zhì)量迫在眉 睫，陪護(hù)問題一直是醫(yī)患矛盾的主體，也是長期困擾衛(wèi)生系統(tǒng)服務(wù)質(zhì)量的大問題，使用 病房呼叫系統(tǒng)，方便病人更快找到醫(yī)生，以節(jié)約病人的寶貴時(shí)間。病房呼叫管理系統(tǒng)便于病員快捷的呼叫護(hù)士，縮短人工呼叫的時(shí)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(shí)，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(shí)快 捷地與醫(yī)護(hù)人員進(jìn)行溝通。1.2 具體現(xiàn)狀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

10、線式和無線式。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。本文設(shè)計(jì)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。病房呼叫系統(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。病房呼叫系統(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(shí)、準(zhǔn)確可靠、簡便可行、利于 推廣。1.3 課題的設(shè)計(jì)目的1. 根據(jù)課堂講授內(nèi)容，做相應(yīng)的自主練習(xí)，消化課堂所講

11、解的內(nèi)容；通過調(diào)試典型例題 或習(xí)題積累調(diào)試 C 程序的經(jīng)驗(yàn)；通過完成輔導(dǎo)教材中的編程題，逐漸培養(yǎng)學(xué)生的編程能 力、用計(jì)算機(jī)解決實(shí)際問題的能力。2. 培養(yǎng)針對課題需要，選擇和查閱有關(guān)手冊、圖表及文獻(xiàn)資料的自學(xué)能力，提高組成 系統(tǒng)、編程、調(diào)試的動手能力。3. 通過對課題設(shè)計(jì)方案的分析、選擇、比較、熟悉單片機(jī)用系統(tǒng)開發(fā)、研制的過程， 軟硬件設(shè)計(jì)的方法、內(nèi)容及步驟。4鞏固、加深和擴(kuò)大單片機(jī)應(yīng)用的知識面，提高綜合及靈活運(yùn)用所學(xué)知識解決工業(yè)控 制的能力。1.4 課題的主要工作本課題的研究重點(diǎn)是設(shè)計(jì)一種基于 80C51單片機(jī)的簡易病房呼叫系統(tǒng)。(1) 設(shè)計(jì)一個可容 64 張床位的病房呼叫系統(tǒng)。(2) 要求每

12、個床位都有一個按鈕，當(dāng)患者需要呼叫護(hù)士時(shí)，按下按鈕。此時(shí)護(hù) 士值班室內(nèi)的呼叫系統(tǒng)板上顯示該患者的床位號，并響鈴 3 秒。(3) 當(dāng)護(hù)士按下“響應(yīng)”鍵時(shí)，取消當(dāng)前呼叫。2 系統(tǒng)概述2.1 方案論證使用 8051 單片微機(jī)外加作地址鎖存用的一塊 8 三態(tài)鎖存器 74LS373 芯片和一塊 EPROM芯片可構(gòu)成一個完整的最小微機(jī)電路 12 。以此為基礎(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，可通過擴(kuò)展諸如 8255或 8279之類的 并行 1/0 芯片來完成，或者通過串行通訊口 P3.0(RXD)和 P3:1(TXD) 經(jīng)多塊串并，并 串轉(zhuǎn)換電路 74LS164和 7

13、4LS165 IC 芯片實(shí)現(xiàn)接口。按照一般的設(shè)計(jì)方法，顯示和鍵 盤搜索按下鍵均按動態(tài)掃描的方法進(jìn)行，顯示電路接口由 P1 口和 P2口組成，鍵盤接口 由 P2口和 P3 口組成。在完成顯示功能過程中， P1口鎖存器顯示字符的八段字形碼， P2 口的高 6 位(P2.7-P2.2) 鎖存待顯示字符的位選碼。 8051 按分時(shí)方式執(zhí)行程序進(jìn)入到鍵 盤搜索時(shí)，經(jīng) P2.7-P2.2 輸出鍵盤掃描的行選碼，鍵盤的列輸入由 P3 口的 P3.7-P3.4 承擔(dān)緩沖功能。 利用 P2 .7-P2.2 輸出數(shù)據(jù)代碼的做法是通過改變程序計(jì)數(shù)器高 6 位數(shù) 值來實(shí)現(xiàn)的。系統(tǒng)框圖如圖 2-1 所示。圖 2-1 系

14、統(tǒng)基本方框圖用 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 鎖存用的兩塊 8 三態(tài)鎖存器 74LS373芯片可構(gòu)成一個完整的最小微機(jī)電路。 以此為基礎(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 P0口的八個端口作為 LED的段選,用 P1 口和 P2口的做鍵盤電路的接口。綜上所述，方案一中鍵盤顯示均采用動態(tài)掃描方式，其軟件實(shí)現(xiàn)起來比較簡單，但 硬件電路過于復(fù)雜，沒有合理利用單片機(jī)的 I/O 而方案二外圍電路簡單，且軟件實(shí)現(xiàn) 起來也不是太復(fù)雜，

15、合理利用單片機(jī) I/O 口，比較起來本文采用的是方案二?；?80C51單片機(jī)的簡易病房呼叫系統(tǒng)的硬件主要是利用單片機(jī) 80C51，然后通過 獨(dú)立式鍵盤來獲取呼叫的病床號， 其次通過數(shù)碼管顯示出病床號同時(shí)也利用報(bào)警電路進(jìn) 行病房呼叫報(bào)警， 最后利用復(fù)位電路對整個呼叫系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)位， 使其恢復(fù)到初始化狀態(tài)。 以下是系統(tǒng) 設(shè)計(jì)原理。2.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理用 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 80C51 單片微機(jī)構(gòu)成一個 完整的最小微機(jī)電路。以此為基礎(chǔ)，在智能裝置中若要配置多位數(shù)碼管顯示器，以及 8 行 8 列矩陣鍵盤的話，可以不擴(kuò)展 I/O 芯片而由 80C51 自身 I/O 口，

16、實(shí)現(xiàn)上述功能。本課題以是 80C51單片機(jī)為核心設(shè)計(jì)的一種呼叫系統(tǒng)電路， 系統(tǒng)整體硬件電路包括， 復(fù)位電路，顯示電路，鍵盤電路，單片機(jī)主板電路等組成 , 系統(tǒng)框圖主要由主控制器、 單片機(jī)復(fù)位、報(bào)警設(shè)置、時(shí)鐘振蕩、 LCD顯示組成。系統(tǒng)框圖如圖 2-2 所示：單片機(jī)復(fù)位 （復(fù) 位電路）8*8 按 鍵 電 路（鍵盤電路）圖 2-2 系統(tǒng)基本方框圖3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1 主控電路設(shè)計(jì)Intel 公司在 MCS-48的基礎(chǔ)上推出了完善的、典型的 MCS-51單片機(jī)系列。 80C51 單片機(jī)屬于 MCS-51系列單片機(jī)，由 Intel 公司開發(fā)，其結(jié)構(gòu)是 8048 的延伸，改進(jìn)了 8048 的缺點(diǎn)，增加

17、了如乘（ MUL）、除（ DIV）、減（ SUBB）、比較（ CMP）、16 位數(shù)據(jù)指針、 布爾代數(shù)運(yùn)算等指令，以及串行通信能力和 5 個中斷源。采用 40 引腳雙列直插式 DIP （Dual In Line Package ），內(nèi)有 128 個 RAM單元及 4K的 ROM。80C51有兩個 16 位定 時(shí)計(jì)數(shù)器，兩個外中斷，兩個定時(shí)計(jì)數(shù)中斷，及一個串行中斷，并有4個 8位并行輸入口。 80C51內(nèi)部有時(shí)鐘電路，但需要石英晶體和微調(diào)電容外接，本系統(tǒng)中采用12MHz的晶振頻率。由于 80C51的系統(tǒng)性能滿足系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集及時(shí)間精度的要求，而且產(chǎn)品產(chǎn)量 豐富來源廣，應(yīng)用也很成熟，故采用 80C51

18、來作為控制核心，如圖 3-1 所示。80C51 具有以下特點(diǎn)： 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 CPU集中管理的模式； 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 。3.2 復(fù)位電路80C51引腳圖RST引腳是復(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(jì) 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(shí)能。上電加按鈕復(fù)位一般由 RC組成，它響應(yīng)時(shí)間大約為 10ms。 當(dāng)按下按鈕時(shí)，系統(tǒng)會從地址 0000H從新開始執(zhí)行程序，如圖 3-2 所示。

19、3.3 顯示電路顯示器所要顯示的就是呼叫病房的號碼，所以在模塊的設(shè)計(jì)當(dāng)中，我設(shè)計(jì)了如 3-3 所示的電路。圖 3-3 顯示電路3.4 示警電路示警電路由一個 NPN與 SPAKER相接，當(dāng)有鍵按下時(shí)，有信號輸入， SPEAKER發(fā)出 聲音，提醒值班護(hù)士有病人需要醫(yī)務(wù)人員。如圖 3-4 所示。圖 3-4 示警電路3.5 鍵盤電路鍵盤電路采用 P3 口與矩陣 8*8 鍵盤連接。鍵盤的選用方面，在程序調(diào)試時(shí)經(jīng)過橡 膠鍵盤與按鈕鍵盤進(jìn)行比較，雖然橡膠鍵盤的正確率較高，易用性較強(qiáng)，但是由于購買 困難最終制作實(shí)物時(shí)選用經(jīng)濟(jì)、已購買的按鈕開關(guān)。仿真圖如圖 3-5 所示。圖 3-5 鍵盤電路3.6 總體電路圖

20、 總體電路圖如圖 3-6 所示圖 3-6 總體電路4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1 主程序設(shè)計(jì)因該系統(tǒng)需要比較多的輸入、輸出口，所以采用內(nèi)部存儲資源和 I/O 口比較多的 MCS-51指令系列的 80C51單片機(jī)，需要8根數(shù)據(jù)線，采用 P0口作為數(shù)據(jù)線，P3口的P3.0， P3.1 作為線選，相當(dāng)于地址線，選擇其中一位顯示， P3.2 口作為中斷 1 的專門接口外 接一個接地的按鈕以實(shí)護(hù)士響應(yīng)該患者的請求產(chǎn)生中斷。 Proteus 設(shè)計(jì)具有分層次組織 的設(shè)計(jì)特點(diǎn)。所謂分層次組織實(shí)際上是一種非常有效的系統(tǒng)方法。用戶可以將待設(shè)計(jì)的 系統(tǒng)劃分為若干子系統(tǒng)，子系統(tǒng)再劃分為若干功能模塊，功能模塊再劃分成基本模塊，

21、 然后分層逐級實(shí)現(xiàn)。這使得系統(tǒng)的設(shè)計(jì)條理清晰、簡單可靠。這種步驟被稱為自頂向下 ( Top down)的層次型設(shè)計(jì)方法。也可以倒過來，從最基本的模塊開始逐級向上完成 設(shè)計(jì)，這被成為自底向上( Bottom up)設(shè)計(jì)方法。 Proteus 對同一設(shè)計(jì)項(xiàng)目中原理圖 的張數(shù)沒有限制，對設(shè)計(jì)層次的深度也沒有限制，用戶可以同時(shí)編輯多張?jiān)韴D，各原 理圖(總圖與子圖，子圖與總圖)之間的切換也非常方便。主機(jī)模塊主要完成數(shù)據(jù)處理 和系統(tǒng)控制功能，其中的初始化子模塊主要完成主機(jī)核心的端口配置、設(shè)置顯示器的初 值等的設(shè)定，還有 LCD顯示的初始化工作，同樣最后是完成主機(jī)系統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)內(nèi)核 的啟動。數(shù)據(jù)處理子模

22、塊完成從機(jī)數(shù)據(jù)的接收和處理，發(fā)出提示等待相關(guān)人員處理。系 統(tǒng)控制子模塊提供數(shù)據(jù)的查詢和相關(guān)系統(tǒng)設(shè)置功能。根據(jù)要求至少有 64 個病房的輸入要求的，采用 88 矩陣鍵盤，采用矩陣鍵盤也是 利用軟件節(jié)省硬件，采用 80C51作為運(yùn)算和控制單元完全滿足系統(tǒng)的需求。軟件程序流程圖如圖 4-1 所示。4.3 仿真結(jié)果1.如圖 4-3 所示。此時(shí)病床 21，需要護(hù)士，顯示屏顯示 21，實(shí)現(xiàn)警報(bào)。圖 4-3 仿真結(jié)果圖94.4 布線圖 4-4 布線圖4.5 覆銅10圖 4-5 覆銅圖實(shí)驗(yàn)結(jié)論先選擇這個課題之后，在設(shè)計(jì)中首先考慮到鍵盤的設(shè)計(jì)問題，由于這個題目的鍵盤 設(shè)計(jì)是所有題目中最多的，達(dá)到了 64 個按鍵

23、，想到我們剛學(xué)習(xí)的鍵盤設(shè)計(jì)知識，沒有 采用獨(dú)立式鍵盤，因?yàn)槿绻捎眠@種方案的話 I/O 口是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠用的，于是采用按鈕構(gòu) 造的矩陣式鍵盤，但是矩陣式鍵盤對程序編寫的要求多而且也很麻煩，這也就是考驗(yàn)我 們對所學(xué)知識有比較透徹的了解和我們的耐心。當(dāng)然在設(shè)計(jì)的過程中遇到了很多問題，可以說得是困難重重，這畢竟第一次做的， 難免會遇到過各種各樣的問題，同時(shí)在設(shè)計(jì)的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，如對以前 所學(xué)過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固，比如說 wave 仿真不熟練， Proteus 仿真知識及操作、對單片機(jī)匯編語言掌握得不好，不過通過這次課程設(shè)計(jì)之后，也學(xué)到 了很多知識，更重要的是一定把以前所學(xué)

24、過的知識重新溫故，學(xué)好用好，學(xué)以致用。最后在百般努力下，這次課程設(shè)計(jì)終于完成了，在設(shè)計(jì)中遇到了很多編程問題，最 后在崔立志老師的辛勤指導(dǎo)下，終于實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)的要求。同時(shí)，在老師的身上也讓我學(xué) 得到很多實(shí)用的知識，在次我表示感謝！同時(shí)，對給過我?guī)椭乃型瑢W(xué)和各位指導(dǎo)老 師再次表示忠心的感謝！此次設(shè)計(jì)我全部采用了 C 語言，是因?yàn)橄鄬τ趨R編語言而言， 我對 C語言更加熟悉， 在網(wǎng)上病房呼叫系統(tǒng)的例子不多，所以只能參考一些搶答器的例子。病房呼叫系統(tǒng)相比 于搶答器來說， 程序上簡單很多， 但是，如果是想自己寫的話， 我只能選擇相對簡單的， 這樣才好更加的了解自己設(shè)計(jì)的東西，比直接 copy 出來的設(shè)計(jì)

25、會學(xué)到更多的東西。參考文獻(xiàn)1 李建忠 . 單片機(jī)原理及應(yīng)用 M ，西安電子科技大學(xué)出版社， 2008.2.2 黃智偉 . 全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽系統(tǒng)設(shè)計(jì) M ，北京：北京航空航天大學(xué)出版社， 2006.6.3 黃智偉 . 凌陽單片機(jī)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo) M ，北京：北京航空航天大學(xué)出版社， 2006.11.4 李廣弟，朱月秀，王秀山 . 單片機(jī)基礎(chǔ) M ，北京：北京航空航天大學(xué)出版社， 2001.7.5 趙曙光，郭萬有，楊頌華 . 可編程邏輯器件原理開發(fā)與應(yīng)用 M, 西安：西安電子科技大學(xué)， 2000.6 候伯亨 .VHDL 硬件描述語言與數(shù)字邏輯電路設(shè)計(jì) M, 西安：西安電子科技大學(xué)出版社， 199

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29、ternationalTest Conference. (ITC 06) . 200620 Keating,M.,Bricaud,P. Reuse Methodology Manual . 199912附錄 A 系統(tǒng)整體電路附錄 B PCB圖和 3D效果圖1.PCB圖132.3D 效果圖附錄 C 全部程序清單#include#include#define uchar unsigned char sbit p3_0=P30;sbit p3_1=P31;sbit p3_7=P37;void delay_50us(char ); void display(char );uchar scan_key1();uc