病房呼叫系统说明书.docx

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病房呼叫系统说明书

《单片机原理及外围电路》课程论文

《基于51单片机的简易病房呼叫系统》

姓名：

***

学号：

502121210*

班级：

通信工程16-1

摘要：

本系统是基于51单片机的简易病床呼叫系统。

该系统以80C51单片机为核心，辅以矩阵键盘、LED点阵显示电路和部分简单模拟和数字电路组成的能够实现病人和医护人员之间信息的传递。

在该设计中每个病房都有一个按键，当患者有需要时，按下按键，此时值班室的显示屏可显示此患者的床位号，医护人员按下“响应”键取消当前呼叫。

此系统能够为医院提供一个成本低、效率高、操作方便和易于安装维护的快捷系统.

关键词：

80C51单片机矩阵键盘LED显示呼叫系统

Abstract This system is the patient's request to the doctor on duty or nurse emergency call tools for diagnosis, care, and it is mainly used to assist the hospital patient in the bed easily call the medical staff, the patient's request can be quickly sent to the duty doctor or nurse is to improve one of the essential equipment of hospital and ward level of care.Increasingly fierce competition 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, but also long-troubled health system quality of service issues, using the ward call system more convenient 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, supplemented by matrix keyboard, LED dot matrix display of a simple circuit and some analog and digital circuits to achieve the transfer of information between patients and health care. 

In this design,each ward has a button, when patients in need, press the button, the display of the duty room to display the number of beds in this patient, people use to achieve circular display, 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 hospital.

Keywords：

80C51Single-chipwordcallsystemmatrixkeyboardLEDdisplay

目录

1.绪论1

1.1课题背景及研究意义1

1.2具体现状1

1.3课题的设计目的1

1.4课题的主要工作2

2系统概述2

2.1方案论证2

2.2系统设计原理3

3系统硬件设计4

3.1主控电路设计4

3.3显示电路5

3.4示警电路6

3.5键盘电路6

3.6总体电路图7

4系统软件设计7

4.1主程序设计7

4.3仿真结果9

4.4布线10

4.5覆铜10

结论11

参考文献11

附录A系统整体电路13

附录BPCB图和3D效果图13

附录C全部程序清单14

1.绪论

1.1课题背景及研究意义

伴随着医疗体制改革的不断深化和医疗事业的飞速发展，越来越多的人们需要迅捷、方便地得到医院的各种各样的医疗服务，这必将使医院之间的竞争日趋激烈。

这使得衡量一个医院的综合水平高低，不再仅仅局限于软、硬件的建设上，更要比服务。

原有的服务体系已不足以适应现代社会需求，谋求适合现代社会需求的客户服务系统，是所有企事业单位计划做或正在做的工作。

这些工作有利于改善服务量，提高效率并增加企业效益，从而赢得良好的社会声誉。

如何利用先进的信息技术为医院服务，更大程度的提高医院的服务质量及利润，是医院信息化建设中的一个重要着眼点。

医院的竞争越来越激烈，商业医院的生存是第一位的，提升档次和服务质量迫在眉睫，陪护问题一直是医患矛盾的主体，也是长期困扰卫生系统服务质量的大问题，使用病房呼叫系统，方便病人更快找到医生，以节约病人的宝贵时间。

病房呼叫管理系统便于病员快捷的呼叫护士，缩短人工呼叫的时间。

当今病房呼叫系统正在逐步地向智能化发展，它可以和录像机一起使用，当病人按下开关时，在护士值班室的大屏幕能够观察病人的需要。

并且可以配备对讲机等设备，能够使病员及时快捷地与医护人员进行沟通。

1.2具体现状

目前市场上存在着许多种型号不一功能各异的医院病房呼叫系统，主要为两大类：

有线式和无线式。

无线式病房呼叫系统不存在铺设线路的问题，但是可靠性差，而且无线电波会干扰其他医疗仪器设备。

本文设计的是有线式的，适合较小的医院病房使用，具有成本低，易于操作、安装和维护，而且具有可靠稳定，对其他医疗设备不会产生干扰的特点；但受到布线较多，影响美观，故不适宜较大的医院。

病房呼叫系统是一种应用于医院病房、养老院等地方，用来联系沟通医护人员和病员的专用呼叫系统，是提高医院水平的必备设备之一。

病房呼叫系统的优劣直接影响到病员的安危，历来受到各大医院的普遍重视。

它要求及时、准确可靠、简便可行、利于推广。

1.3课题的设计目的

1.根据课堂讲授内容，做相应的自主练习，消化课堂所讲解的内容；通过调试典型例题或习题积累调试C程序的经验；通过完成辅导教材中的编程题，逐渐培养学生的编程能力、用计算机解决实际问题的能力。

2.培养针对课题需要，选择和查阅有关手册、图表及文献资料的自学能力，提高组成系统、编程、调试的动手能力。

3.通过对课题设计方案的分析、选择、比较、熟悉单片机用系统开发、研制的过程，软硬件设计的方法、内容及步骤。

4．巩固、加深和扩大单片机应用的知识面，提高综合及灵活运用所学知识解决工业控制的能力。

1.4课题的主要工作

本课题的研究重点是设计一种基于80C51单片机的简易病房呼叫系统。

（1）设计一个可容64张床位的病房呼叫系统。

（2）要求每个床位都有一个按钮，当患者需要呼叫护士时，按下按钮。

此时护

士值班室内的呼叫系统板上显示该患者的床位号，并响铃3秒。

（3）当护士按下“响应”键时，取消当前呼叫。

2系统概述

2.1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]12[。

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74LS165 IC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。

系统框图如图2-1所示。

图2-1系统基本方框图

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两块8三态锁存器74LS373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P1口和P2口的做键盘电路的接口。

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。

基于80C51单片机的简易病房呼叫系统的硬件主要是利用单片机80C51，然后通过独立式键盘来获取呼叫的病床号，其次通过数码管显示出病床号同时也利用报警电路进行病房呼叫报警，最后利用复位电路对整个呼叫系统进行复位，使其恢复到初始化状态。

以下是系统设计原理。

2.2系统设计原理

用8051自身接口实现数码管静态显示和键盘扫描，使用80C51单片微机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8行8列矩阵键盘的话，可以不扩展I/O芯片而由80C51自身I/O口，实现上述功能。

本课题以是80C51单片机为核心设计的一种呼叫系统电路，系统整体硬件电路包括，复位电路，显示电路，键盘电路，单片机主板电路等组成,系统框图主要由主控制器、单片机复位、报警设置、时钟振荡、LCD显示组成。

系统框图如图2-2所示：

图2-2系统基本方框图

3系统硬件设计

3.1主控电路设计

Intel公司在MCS-48的基础上推出了完善的、典型的MCS-51单片机系列。

80C51单片机属于MCS-51系列单片机，由Intel公司开发，其结构是8048的延伸，改进了8048的缺点，增加了如乘（MUL）、除（DIV）、减（SUBB）、比较（CMP）、16位数据指针、布尔代数运算等指令，以及串行通信能力和5个中断源。

采用40引脚双列直插式DIP（DualInLinePackage），内有128个RAM单元及4K的ROM。

80C51有两个16位定时计数器，两个外中断，两个定时计数中断，及一个串行中断，并有4个8位并行输入口。

80C51内部有时钟电路，但需要石英晶体和微调电容外接，本系统中采用12MHz的晶振频率。

由于80C51的系统性能满足系统数据采集及时间精度的要求，而且产品产量丰富来源广，应用也很成熟，故采用80C51来作为控制核心，如图3-1所示。

80C51具有以下特点：

①设置了经典、完善的8位单片机的并行总线结构；

②外围功能单元由CPU集中管理的模式；

③体现控制特性的地址空间和位操作方式；

④指令系统趋于丰富和完善，并且增加了许多突出控制功能的指令。

图3-180C51引脚图

3.2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。

上电加按钮复位一般由RC组成，它响应时间大约为10ms。

当按下按钮时，系统会从地址0000H从新开始执行程序，如图3-2所示。

图3-2复位电路

3.3显示电路

显示器所要显示的就是呼叫病房的号码，所以在模块的设计当中，我设计了如3-3所示的电路。

图3-3显示电路

3.4示警电路

　　　示警电路由一个NPN与SPAKER相接，当有键按下时，有信号输入，SPEAKER发出声音，提醒值班护士有病人需要医务人员。

如图3-4所示。

图3-4示警电路

3.5键盘电路

键盘电路采用P3口与矩阵8*8键盘连接。

键盘的选用方面，在程序调试时经过橡胶键盘与按钮键盘进行比较，虽然橡胶键盘的正确率较高，易用性较强，但是由于购买困难最终制作实物时选用经济、已购买的按钮开关。

仿真图如图3-5所示。

图3-5键盘电路

3.6总体电路图

总体电路图如图3-6所示。

图3-6总体电路

4系统软件设计

4.1主程序设计

因该系统需要比较多的输入、输出口，所以采用内部存储资源和I/O口比较多的MCS-51指令系列的80C51单片机，需要8根数据线，采用P0口作为数据线，P3口的P3.0，P3.1作为线选，相当于地址线，选择其中一位显示，P3.2口作为中断1的专门接口外接一个接地的按钮以实护士响应该患者的请求产生中断。

Proteus设计具有分层次组织的设计特点。

所谓分层次组织实际上是一种非常有效的系统方法。

用户可以将待设计的系统划分为若干子系统，子系统再划分为若干功能模块，功能模块再划分成基本模块，然后分层逐级实现。

这使得系统的设计条理清晰、简单可靠。

这种步骤被称为自顶向下（Top down）的层次型设计方法。

也可以倒过来，从最基本的模块开始逐级向上完成设计，这被成为自底向上（Bottom up）设计方法。

Proteus对同一设计项目中原理图的张数没有限制，对设计层次的深度也没有限制，用户可以同时编辑多张原理图，各原理图（总图与子图，子图与总图）之间的切换也非常方便。

主机模块主要完成数据处理和系统控制功能，其中的初始化子模块主要完成主机核心的端口配置、设置显示器的初值等的设定，还有LCD显示的初始化工作，同样最后是完成主机系统的嵌入式系统内核的启动。

数据处理子模块完成从机数据的接收和处理，发出提示等待相关人员处理。

系统控制子模块提供数据的查询和相关系统设置功能。

根据要求至少有64个病房的输入要求的，采用8×8矩阵键盘，采用矩阵键盘也是利用软件节省硬件，采用80C51作为运算和控制单元完全满足系统的需求。

软件程序流程图如图4-1所示。

4.3仿真结果

1.如图4-3所示。

此时病床21，需要护士，显示屏显示21，实现警报。

图4-3仿真结果图

4.4布线

图4-4布线图

4.5覆铜

图4-5覆铜图

实验结论

先选择这个课题之后，在设计中首先考虑到键盘的设计问题，由于这个题目的键盘设计是所有题目中最多的，达到了64个按键，想到我们刚学习的键盘设计知识，没有采用独立式键盘，因为如果采用这种方案的话I/O口是远远不够用的，于是采用按钮构造的矩阵式键盘，但是矩阵式键盘对程序编写的要求多而且也很麻烦，这也就是考验我们对所学知识有比较透彻的了解和我们的耐心。

当然在设计的过程中遇到了很多问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，如对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，比如说wave仿真不熟练，Proteus仿真知识及操作、对单片机汇编语言掌握得不好，不过通过这次课程设计之后，也学到了很多知识，更重要的是一定把以前所学过的知识重新温故，学好用好，学以致用。

最后在百般努力下，这次课程设计终于完成了，在设计中遇到了很多编程问题，最后在崔立志老师的辛勤指导下，终于实现了设计的要求。

同时，在老师的身上也让我学得到很多实用的知识，在次我表示感谢！

同时，对给过我帮助的所有同学和各位指导老师再次表示忠心的感谢！

此次设计我全部采用了C语言，是因为相对于汇编语言而言，我对C语言更加熟悉，在网上病房呼叫系统的例子不多，所以只能参考一些抢答器的例子。

病房呼叫系统相比于抢答器来说，程序上简单很多，但是，如果是想自己写的话，我只能选择相对简单的，这样才好更加的了解自己设计的东西，比直接copy出来的设计会学到更多的东西。

参考文献

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北京航空航天大学出版社，2006.6.

[3]黄智伟.凌阳单片机课程设计指导[M]，北京：

北京航空航天大学出版社，2006.11.

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北京航空航天大学出版社，2001.7.

[5]赵曙光，郭万有，杨颂华.可编程逻辑器件原理开发与应用[M],西安：

西安电子科技大学，2000.

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西安电子科技大学出版社，1999.

[7]康华光.模拟电子技术基础（第四版）[M],武汉：

华中理工大学出版社，1999.

[8]谭浩强.C语言程序设计（第二版）[M]，北京：

清华大学出版社，1991.

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北京人民邮电出版社，2005.

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清华大学出版社，2007.

[12]罗亚非.凌阳16位单片机应用基础[M]，北京：

北京航空航天大学出版社，2003.

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[16]YeapG.PracticalLowPowerDigitalVLSIDesign..1998

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[18]BeVanNgo,LawP,Sparks,A.UseofJTAGboundary-scanfortestingelectroniccircuitboardsandsystems.AUTOTESTCON2008.

[19]L.Whetsel."AhighspeedreducedpincountJTAGinterface".theIEEE2006InternationalTestConference.（ITC06）.2006

[20]Keating,M.,Bricaud,P.ReuseMethodologyManual.1999

附录A系统整体电路

附录BPCB图和3D效果图

1.PCB图

2.3D效果图

附录C全部程序清单

#include

#include

#defineucharunsignedchar

sbitp3_0=P3^0;//显示扫描位1

sbitp3_1=P3^1;//显示扫描位2

sbitp3_7=P3^7;//响铃

voiddelay_50us（char）;

voiddisplay（char）;//显示程序

ucharscan_key1（）;//判断有无按键按下

ucharscan_key2（）;//键值判断

ucharn=0;

ucharcodetable[]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0x88,0x83,0xc6,0xa1,0x86,0x8e,0xbf,0x7f,0xff};

/********************************************************************************************/

voidmain（）

{

ucharkey_status=0;

ucharkey_value1,key_value2;

P1=0;

P3=0;

TMOD=0x01;//响铃中断设置

TH0=0xd8;

TL0=0xf0;

EA=1;//开cpu中断

ET0=1;//开定时器0中断

while

（1）//按键扫描程序

{

key_value1=scan_key1（）;

if（key_value1!

=0xff）

{

delay_50us（100）;

key_value2=scan_key1（）;

if（key_value1==key_value2）

{

key_status=scan_key2（）;

P1=0;

TR0=1;

}

}

display（key_status）;

}

}

/*****************************************************************************/

ucharscan_key1（）//键盘扫描1确认有键按下

{uchartemp;

P2=0xff;

temp=P2;

returntemp;

}

/******************************************************************************/

ucharscan_key2（）//键盘扫描2定位

{

uchartemp1,i,j=0;

P1=0xfe;

for（i=0;i<8;i++）

{

temp1=P2;

P1=P1<<1|1;

if（temp1!

=0xff）break;

}

if（i==8）return0;

temp1=~temp1;

while（temp1!

=0）

{

temp1=temp1>>1;

j++;

}

temp1=i*8+j;

returntemp1;

}

/********************************