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
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