單片機病房呼叫器

1、.課 程 設 計 說 明 書課程名稱：單片機原理及其在煤礦中的應用設計題目：病房呼叫器院 系：礦業(yè)工程學院 學生姓名：孟亞東 劉春磊 祁樂學 號：2014003600 2014003597 2014003601專業(yè)班級： 采礦1409指導教師： 曹金燕 2017年 1月 6日課 程 設 計 任 務 書設計題目 病房呼叫器學生姓名孟亞東劉春磊祁樂所在院系礦業(yè)工程學院專業(yè)、班級采礦1409設計要求 1、設計一個可容64張床位的病房呼叫器。2、要求每個床位都有1個按鈕，當患者需要呼叫護士時，按下按鈕。此時護 士值班室內的呼叫系統(tǒng)板上顯示該患者的床位號，并振鈴3秒。3、當護士按下響應鍵時，銷除該呼叫。

2、學生應完成的工作： 本設計以AT89C51單片機為主控模塊，利用匯編語言編寫程序實現(xiàn)數(shù)碼管顯示。主要任務包括：（1）硬件原理圖的設計。（2）軟件程序的設計：（3）用匯編語言進行軟件的編寫與調試。（3）系統(tǒng)運行以及結果分析（4）撰寫課程設計報告。課程設計提交的成果1）設計說明書 2） 圖樣資料 a) 系統(tǒng)原理圖； 3）查閱文獻不少于5篇b) 硬件電路圖；c) 匯編語言源程序；d) PROTEUS運行仿真圖；工作計劃：2016年12月1日； 搜索有關資料并進行硬件原理圖設計；文獻查閱。2016年12月3日 2016年12月10日；進行硬件電路與軟件程序的編寫及調試；2016年12月15日 2016

3、年12月25日：編寫課程設計說明書；2016年1月6日； 提交課程設計。任務下達日期：2016年11月任務完成日期：2017年1月 6日指導教師（簽名）： 學生（簽名）： 設計內容設計一個單片機病房呼叫系統(tǒng)，可容64張床位的病房呼叫，每當患者需要呼叫護士時，按下按鈕，此時護士值班室內的呼叫系統(tǒng)板上顯示該患者的床位號，并振鈴3秒。當護士按下“響應”鍵時，結束當前呼叫。設計步驟一、 總體方案設計基于單片機的病房呼叫系統(tǒng)設計,附有復位電路,時鐘電路,鍵盤電路等。復位電路是單片機的初始化操作,為擺脫困境,通過復位電路可以重新開始。時鐘電路采用12MHz的晶振,作為系統(tǒng)的時鐘源,具有較高的準確性。二、硬

4、件選型工作：對所使用的電路元件應選擇型號。三、硬件的設計和實現(xiàn)1. 選擇所用的51單片機；2. 設計單片機最小系統(tǒng)，在此基礎上進行擴展；3. 設計支持系統(tǒng)工作的外圍電路；四、軟件設計1. 編寫系統(tǒng)初始化和主程序模塊；2. 畫出電路流程圖；3. 編寫子程序；4. 顯示程序。目錄一、設計要求5二、設計目的5三、設計的具體實現(xiàn)53.1系統(tǒng)概述53.2單元電路設計63.2.1 單片機的引腳介紹63.2.2 單片機復位電路介紹83.2.3 時鐘電路的介紹83.2.4 詳細設計93.3軟件程序設計113.3.1 系統(tǒng)軟件的設計113.3.2 主程序流程圖123.3.3子程序流程圖12四、實驗仿真14五、心

5、得體會及建議19六、附錄(源程序)21七、參考文獻25單片機病房呼叫系統(tǒng)設計報告一、設計要求1、設計一個可容64張床位的病房呼叫系統(tǒng)。2、要求每個床位都有一個按鈕，當患者需要呼叫護士時，按下按鈕。此時護士值班室內的呼叫系統(tǒng)板上顯示該患者的床位號，并振鈴3秒。3、當護士按下“響應”鍵時，取消當前呼叫。二、設計目的在大型機關，旅館和醫(yī)院中，常需要有一種內部聯(lián)絡和呼叫系統(tǒng)，以便在旅客（病員）和服務人員之間建立必要的聯(lián)絡，而一般的內部通話系統(tǒng)都比較少，經(jīng)常使用的是比較便宜的呼叫指示，這種呼叫指示系統(tǒng)在提示的同時，能夠用數(shù)碼管顯示各呼叫的號碼。病房呼叫系統(tǒng)是病人請求值班醫(yī)生或護士進行診斷或護理的緊急呼叫

6、工具，它主要用于協(xié)助醫(yī)院病員在病床上方便地呼叫醫(yī)務人員，可將病人的請求快速傳送給值班醫(yī)生或護士，是提高醫(yī)院和病房護理水平的必備設備之一。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，提升檔次和服務質量迫在眉睫，陪護問題一直是醫(yī)患矛盾的主體，也是長期困擾衛(wèi)生系統(tǒng)服務質量的大問題，使用病房呼叫系統(tǒng)，方便病人更快找到醫(yī)生，以節(jié)約病人的寶貴時間。因此該系統(tǒng)具有很大的應用前景和廣闊的市場發(fā)展空間。本設計是以AT89C51為核心的病人呼叫系統(tǒng)，對該系統(tǒng)的硬件和軟件結構進行了相應的描述。此系統(tǒng)主要由89C51單片機，按鍵，數(shù)碼管，喇叭等組成。每個病人要呼叫可以按鍵，同時會有喇叭響，數(shù)碼管顯示不同床位號，相

7、應的指示燈亮通過對病區(qū)的數(shù)據(jù)采集，實現(xiàn)醫(yī)院醫(yī)療人員值班室和病人房之間的通信呼叫聯(lián)系，具有使用方便、操作簡單等特點。三、設計的具體實現(xiàn)3.1系統(tǒng)概述在本系統(tǒng)中，我采用單片機AT89C51為核心的系統(tǒng)主要包括2個部分：數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)的輸出，數(shù)據(jù)的輸出用來進行呼叫，編碼使用單片機完成，數(shù)據(jù)采集負責接收分機發(fā)來的信號，并顯示該患者的床位號，并響鈴,主機上設有鍵盤可以取消當前呼叫。其實現(xiàn)結構框圖如圖3.1所示。圖3.1 系統(tǒng)總體方案圖由88鍵盤矩陣采集到的鍵值經(jīng)過P1、P2口輸入到單片機AT89C51中，然后通過P0口把相關信息傳送到數(shù)碼管顯示。同時報警警示燈閃爍、報警聲響起。醫(yī)療人員可以通過控制鍵盤操

8、作，完成呼叫響應和信息查詢等監(jiān)護工作。3.2單元電路設計3.2.1 單片機的引腳介紹AT89C51可以說是最常用的51單片機了，下圖介紹AT89C51的引腳圖資料。如圖3.2所示。圖3.2 AT89C51引腳圖(1) RESET一般接2個元件：接10K電阻到地，接10電容到電源。(2) / VPP一般情況下接高電平（這時使用MCU內部RAM/ROM）。(3)ALE / PROG一般情況下空著（這時使用MCU內部RAM/ROM）。(4)一般情況下空著（當使用MCU內部RAM/ROM時）。(5)P0內部沒有上拉電阻，所以必要時需要在每個引腳外接5.1K左右上拉電阻到電源。(6) XTAL1是片內振

9、蕩器的反相放大器輸入端，XTAL2則是輸出端，使用外部振蕩器時，外部振蕩信號應直接加到XTAL1，而XTAL2懸空。內部方式時，時鐘發(fā)生器對振蕩脈沖二分頻，如晶振為12MHz，時鐘頻率就為6MHz，晶振的頻率可以在1MHz-24MHz內選擇，電容取20PF左右。(7) VDD：電源+5V。 VSS：GND接地。引腳功能說明：電源引腳 Vcc（40腳）：典型值5V。Vss（20腳）：接低電平。輸入輸出口引腳： P0口：I/O雙向口。作輸入口時，應先軟件置“ 1”。P1口：I/O雙向口。作輸入口時，應先軟件置“ 1”。P2口：I/O雙向口。作輸入口時，應先軟件置“ 1”。 P3口：I/O雙向口。作

10、輸入口時，應先軟件置“ 1”?？刂埔_： RST/Vpd、ALE/、/Vpp組成了MSC-51的控制總線。 RST/Vpd（9腳）：復位信號輸入端（高電平有效）。第二功能：加+5V備用電源，可以實現(xiàn)掉電保護RAM信息不丟失。 ALE/ (30腳）：地址鎖存信號輸出端。第二功能：編程脈沖輸入。（29腳）：外部程序存儲器讀選通信號。/Vpp(31腳）：外部程序存儲器使能端。3.2.2 單片機復位電路介紹當MCS-51系列單片機的復位引腳RST出現(xiàn)兩個機器周期以上的高電平時，單片機就執(zhí)行復位操作。如果RST持續(xù)為高電平，單片機就處于循環(huán)復位狀態(tài)。根據(jù)應用的要求，復位操作通常有兩種基本的方式：上電復位

11、和上電或開關復位。上電復位要求接通電源后，自動實現(xiàn)復位操作。常用的上電復位如下圖3中所示。圖中電容C1和電阻對電源+5V來說構成微分電路。上電后，保持RST一段高電平時間，由于單片機內的等效電阻的作用，不用圖中電阻，也能達到上電復位的操作功能。如下圖3.3和3.4中所示。圖 3.3 上電復位電路 圖 3.4 上電復位和按鈕復位電路3.2.3 時鐘電路的介紹采用時鐘方式時，在XTAL1和XTAL2之間接入石英晶體振蕩器（晶振）即可使內部振蕩器起振，產(chǎn)生單片機工作所需的時鐘脈沖。如圖3.5所示。時鐘是時序的基礎，8951核片內由一個反相放大器構成振蕩器，可以由它產(chǎn)生時鐘，時鐘可以由兩種方式產(chǎn)生內部

12、方式和外部方式。本系統(tǒng)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(chǎn)生時鐘。時鐘發(fā)生器對振蕩脈沖二分頻。電容采用22nF MCS-51單片機時鐘脈沖也可以由外部產(chǎn)生，但芯片的制造工藝不同，外部時鐘源的輸入方式有所不同。對于HMOS型芯片，外部振蕩信號接至XIAL2引腳，XTAL1接地，XTAL2引腳對電源接入上拉電阻。而CHMOS型芯片，外部振蕩信號接至XTAL1,XTAL2懸空。圖3.5 時鐘電路 3.2.4 詳細設計(1) 數(shù)碼管顯示模塊本系統(tǒng)采用了較為簡單的由單片機直接驅動數(shù)碼管的顯示電路，由于51單片機P0口內部是漏極開路型（作I/O口用時

13、），P0口內部沒有設置上拉電阻，不接上拉電阻的話輸出會不正常，比如輸出高電平時得不到高電平。電路如圖3.6。圖3.6 單片機與數(shù)碼管接口圖(2)報警電路設計主機在接受到呼叫后，進行報警告知值班人員。報警分為兩個部分，第一個部分是當有病床進行呼叫后值班臺警示燈閃爍三次后保持常亮，顯示為當前有病床呼叫；第二個部分是響鈴三秒后自動停止，當值班人員聽到響鈴會知道當前有病床呼叫，觀察顯示面板可知是幾號病床呼叫，從而進行快速處理。報警電路用單片機如圖3.7所示。圖3.7 報警電路設計圖(3) 鍵盤模塊電路設計88鍵盤矩陣和64個LED警示燈模塊組成，在鍵盤掃描和LED驅動部分，使用了LED顯示電路原理圖如

14、圖3.8所示。圖3.8 鍵盤模塊電路圖(4) 鍵盤的工作方式介紹鍵盤的工作方式應該根據(jù)實際應用系統(tǒng)中CPU的工作狀況而定，其選取的原則是既要保證CPU能及時響應按鍵操作，又不要過多占用CPU的工作時間。通常，鍵盤的工作方式有三種，即編程掃描、定時掃描和中斷掃描。編程掃描方式:編程掃描方式是利用CPU完成其他工作的空余時間，調用鍵盤掃描子程序來檢驗按鍵狀態(tài)，響應鍵盤輸入。執(zhí)行鍵功能程序時，CPU不再享有鍵輸入要求，直到CPU重新掃描鍵盤為止。定時掃描方式:定時掃描方式就是每隔一段時間對鍵盤掃描一次，她利用單片機內部的定時器產(chǎn)生一定時間（如20ms）的定時，定時時間到產(chǎn)生定時器溢出中斷。CPU在中

15、斷服務程序中鍵盤進行掃描，并在有鍵按下時識別出該鍵并保存鍵號，然后在中斷服務程序或主程序中執(zhí)行該鍵的功能程序。中斷掃描方式:本設計采用上述兩種鍵盤掃描方式時，無論是否有鍵按下，CPU都要定時掃描鍵盤，而單片機應用系統(tǒng)工作時，并非經(jīng)常需要鍵盤輸入。因此，CPU經(jīng)常處于空掃描狀態(tài)，浪費CPU大量時間，CPU不掃描鍵盤，而有鍵按下時，通過相應電路產(chǎn)生中斷請求，CPU相應中斷，執(zhí)行鍵盤掃描子程序，并識別鍵號。3.3軟件程序設計3.3.1 系統(tǒng)軟件的設計該系統(tǒng)軟件主要完成以AT89C51為核心的數(shù)據(jù)的采集、處理和有線傳輸。采用模塊化程序設計方法，將系統(tǒng)軟件的設計主要分為顯示模塊，輸入模塊，輸出模塊。單片

16、機掃描發(fā)射鍵，如果掃描到有發(fā)射鍵按下，系統(tǒng)便掃描撥碼開關的狀態(tài)以確定地址碼，通過P1口和P2口開始地址碼傳送當服務臺接收到呼叫信號后，護士值班室內的呼叫系統(tǒng)板上顯示該患者的床位號，并振鈴。當護士按下“響應”鍵時，結束當前呼叫。3.3.2 主程序流程圖單片機掃描發(fā)射鍵，如果掃描到有發(fā)射鍵按下，系統(tǒng)便掃描撥碼開關的狀態(tài)以確定地址碼，再進行中斷初始化，去除鍵的延時抖動，分辨行、列值，進入死循環(huán)，這時病房指示燈點亮，服務臺顯示出床號并響鈴，病房等待服務臺的回應，如果沒有掃描到信號輸入，則單片機始終處于初始狀態(tài)。如圖3.9所示。圖3.9 主程序流程圖3.3.3子程序流程圖子程序如圖3.10是一個中斷式鍵

17、盤的流程圖，當單片機收到信號后，中斷入口開始初始化，去除鍵的延時抖動。而一般的削抖方式有軟件和硬件兩種，硬件削抖雖能夠解決鍵抖動問題，但如果應用系統(tǒng)所需按鍵較多，本系統(tǒng)采用的是軟件削抖，當檢測出有鍵閉合時，先執(zhí)行一個延時子程序產(chǎn)數(shù)毫秒的延時，待接通時的前沿抖動消失后再判別是否有鍵按下，分辨出行、列值。當按鍵釋放時，也要經(jīng)過數(shù)毫秒延時，待后沿抖動消失后再判別是否有鍵按下。圖3.10 子程序流程圖中斷程序：INTR_0: MOV 30H,*0FFH CLR P3.7 RETI當病房護士接收相應信息后，可由外部中斷0執(zhí)行外部中斷。為報警系統(tǒng)發(fā)聲電路和顯示電路初始化。3.4延時程序DELAY3:DDL

18、1: MOV 41H,*220DDL2: MOV 42H,*250DDL3:DJNZ 42H,DDL3LCALL DISPDJNZ 41H,DDL2RET由于外接鍵盤涉及接口過多，本程序中未使用定時器作為延時系統(tǒng)。四、實驗仿真使用Keil、preoteus軟件調試仿真試是通過對程序的編譯鏈接執(zhí)行來發(fā)現(xiàn)程序中的語法錯誤與邏輯錯誤并加以排除糾正的過程，通過對源程序逐步執(zhí)行來觀察是否能達到預期的硬件顯示的效果，之后用proteus將編譯好的程序輸入到以設計好的電路的AT89C51中，開始模擬調試，進一步修改并完善硬件及軟件設。1. Keil 簡介Keil C51開發(fā)系統(tǒng)基本知識(1)系統(tǒng)概述Keil

19、 C51軟件提供豐富的庫函數(shù)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 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。(2)Keil C51單片機軟件開發(fā)系統(tǒng)的整體結構C51工具包的整體結構，uVision與Ishell分別是C51 for Windows和for Dos的集成開發(fā)環(huán)境(IDE），可以完成編輯、編譯、連接、調試、仿真等整個開發(fā)流程。開發(fā)人員可用IDE本身或其它編輯器編輯C或匯編源文件。然后分別由C51及C51編譯器編譯生成目標文件（.OBJ）。目標文件可由LIB51創(chuàng)建生成庫文件，也可以

20、與庫文件一起經(jīng)L51連接定位生成絕對目標文件(.ABS）。ABS文件由OH51轉換成標準的Hex文件，以供調試器dScope51或tScope51使用進行源代碼級調試，也可由仿真器使用直接對目標板進行調試，也可以直接寫入程序存貯器如EPROM中。(3)使用獨立的Keil仿真器時，注意事項仿真器標配11.0592MHz的晶振，但用戶可以在仿真器上的晶振插孔中換插其他頻率的晶振。仿真器上的復位按鈕只復位仿真芯片，不復位目標系統(tǒng)。仿真芯片的31腳（/EA）已接至高電平，所以仿真時只能使用片內ROM，不能使用片外ROM；但仿真器外引插針中的31腳并不與仿真芯片的31腳相連，故該仿真器仍可插入到擴展有外

21、部ROM（其CPU的/EA引腳接至低電平）的目標系統(tǒng)中使用。2.Proteus簡介Proteus軟件是英國Lab Center Electronics公司出版的EDA工具軟件（該軟件中國總代理為廣州風標電子技術有限公司）。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機及外圍器件。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(fā)應用的科技工作者的青睞。3.仿真調試過程1）Keil仿真過程打開Keil匯編語言軟件，（1）建立一個工程項目選擇芯片確定選項ProjectNew Project輸入工程名“病房呼叫器”保

22、存工程文件（鼠標點擊保存按鈕） （2）選cpu廠家三2）Proteus仿真(1)選取待用仿真硬件(2)根據(jù)設計要求連接電路(3)AT89C51導入keil程序(4)進行仿真調試五、心得體會及建議本次課程設計結束了，在這次的課程設計中不僅檢驗了我所學習的知識，也培養(yǎng)了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。在設計過程中，與同學分工設計，和同學們相互探討，相互學習，相互監(jiān)督。學會了合作，學會了運籌帷幄，學會了寬容，學會了理解，也學會了做人與處世。課程設計是我們專業(yè)課程知識綜合應用的實踐訓練，著是我們邁向社會，從事職業(yè)工作前一個必不少的過程。千里之行始于足下，通過這次畢業(yè)設計，我

23、深深體會到這句千古名言的真正含義我今天認真的進行課程設計，學會腳踏實地邁開這一步，就是為明天能穩(wěn)健地在社會大潮中奔跑打下堅實的基礎。通過這次單片機設計，我在多方面都有所提高。通過這次基于單片機的病房呼叫器設計，綜合運用本專業(yè)所學課程的理論和生產(chǎn)實際知識進行一次單片機設計工作的實際訓練從而培養(yǎng)和提高學生獨立工作能力，鞏固與擴充了單片機課程所學的內容，掌握單片機設計的方法和步驟，掌握單片機設計的基本的技能懂得了怎樣分析電路，了解了單片機的基本結構，提高了計算能力，繪圖能力，熟悉了規(guī)范和標準，同時各科相關的課程都有了全面的復習，獨立思考的能力也有了提高。在這次設計過程中，體現(xiàn)出團隊設計的團結以及綜合

24、運用知識的能力，體會了學以致用、突出自己勞動成果的喜悅心情，從中發(fā)現(xiàn)自己平時學習的不足和薄弱環(huán)節(jié)，從而加以彌補。轉眼之間課程設計就要結束了，這幾周我過得雖然忙碌但是很充實，因為通過這次設計我學到了很多知識，對單片機也有了更深的認識，并且把以前學的知識又重新梳理了一遍，除此之外我也感覺到了自己知識的匱乏，設計過程中遇到許多困難，比如由于之前對單片機應用知識的不熟悉，程序編寫無從下手以及對以前所學知識掌握的不夠牢固等等，給了我很大的壓力，真正的感覺到是學無止境這句話是什么含義。我一遇到不會的知識或者以前學過但現(xiàn)在卻忘記的知識，我就上圖書館，上網(wǎng)去查，或者拿出以前的書再看看，盡力把它弄明白。我們小組

25、在設計時一起討論，一起研究，在大家的互相幫助下我們提高的很快，解決了很多問題，也通過這次設計我們在彼此身上學到了很多知識，并且在我們即將面臨實習的重要時刻，這次設計過程也讓我們對我們自己的專業(yè)，和學習，工作的方向有了更清晰的認識。讓我知道不論做什么工作都要努力，都要不斷學習。此次設計為有線呼叫系統(tǒng)，雖存在布線復雜、維修不便、病房不能與值班室的語音對話等缺陷。但相對于無線呼叫系統(tǒng)而言，它的可靠性能高，而且不干擾其他醫(yī)療設備。如果采用無線傳輸，會節(jié)約布線和改造線路的資金，為醫(yī)院節(jié)約成本，并且及時、簡便可行，比目前的同類產(chǎn)品更能受到醫(yī)院及病人的認可，有更強的競爭力，能大量推廣。六、附錄附錄一：系統(tǒng)電

26、路圖圖6.1 病房呼叫系統(tǒng)電路圖附錄二：元器件明細表表6.2 元件器件表器件參數(shù)數(shù)量電阻5002電容22pF，20uF22pF2個，20uF1個芯片AT89C511晶振1蜂鳴器1數(shù)碼管兩位1排阻1按鍵66LEDRED1附錄三：源程序代碼：ORG 0000HLJMP MAINORG 0003HLJMP INTR_0ORG 0030HMAIN: SETB EA ;初始化系統(tǒng)，EA/EXO/IT0置位SETB EX0SETB IT0MAIN1: CLR P3.7 ;P3.7清零MOV 30H,*0FFHLCALL DISPDP1: LCALL KEYLCALL DISPLJMP DP1KEY:LCA

27、LL KSJNZ K1LCALL DELAY2 ;延時消抖RETK1: LCALL DELAY2JNZ K2LJMP KEYK2: MOV R2,*0FEHMOV P1,*0FFH ;使P1口置高電平MOV R4,*00HK3: MOV P2,R2LOOP0: JB P1.0,LOOP1 ;掃描按鈕鍵盤MOV A,*00HLJMP LOOPKLOOP1: JB P1.1,LOOP2MOV A,*08HLJMP LOOPKLOOP2: JB P1.2,LOOP3MOV A,*10HLJMP LOOPKLOOP3: JB P1.3,LOOP4MOV A,*18HLJMP LOOPKLOOP4: JB P1.4,LOOP5MOV A,*20HLJMP LOOPKLOOP5: JB P1.5,LOOP6MOV A,*28HLJMP LOOPKLOOP6: JB P1.6,LOOP7MOV A,*30HLJMP LOOPKLOOP7: JB P1.7,NEXTMOV A,*38HLOOPK: ADD A,R4 ;移位掃描行PUSH