病床呼叫數(shù)碼管洞洞板報(bào)告

PAGEPAGE19病床呼叫器的設(shè)計(jì)摘要病床呼叫系統(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。病床呼叫系統(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(jiǎn)便可行、利于推廣。目前市場(chǎng)上存在著許多種型號(hào)不一功能各異的醫(yī)院病房呼叫系統(tǒng)，主要為兩大類：有線式和無線式。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(huì)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(duì)其他醫(yī)療設(shè)備不會(huì)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。病床呼叫管理系統(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(duì)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。關(guān)鍵詞:單片機(jī)病床呼叫

目錄TOC\o"1-2"\h\z\u一、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求 31.1設(shè)計(jì)任務(wù) 31.2設(shè)計(jì)要求 31.3設(shè)計(jì)目的 3二、方案總體設(shè)計(jì) 42.1方案 42.2總體設(shè)計(jì) 42.3總體方案工作原理 5三、硬件設(shè)計(jì) 63.1DXP介紹 63.2總體原理圖 63.3單片機(jī)最小系統(tǒng) 73.4電源指示燈部分 93.5數(shù)碼管顯示部分 93.6蜂鳴器部分 93.7按鍵部分 10四、軟件設(shè)計(jì) 124.1keil軟件 124.2系統(tǒng)流程 13五、系統(tǒng)仿真與調(diào)試 145.1仿真軟件簡(jiǎn)介 145.2硬件調(diào)試 145.3軟件調(diào)試 15六、設(shè)計(jì)總結(jié) 17七、參考文獻(xiàn) 18

一、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求1.1設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)一個(gè)可容多張床位的病房呼叫系統(tǒng)。要求每個(gè)床位都有一個(gè)按鈕，患者按下按鈕，護(hù)士值班室內(nèi)的呼叫系統(tǒng)班上顯示該患者的床位號(hào)，并且相應(yīng)的指示燈閃爍，并進(jìn)行報(bào)警。1.2設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)一個(gè)病床呼叫系統(tǒng)，具有現(xiàn)實(shí)和報(bào)警功能。1.3設(shè)計(jì)目的該設(shè)計(jì)具有以下優(yōu)點(diǎn)：可以方便得知呼叫的病床；比傳統(tǒng)病床呼叫系統(tǒng)更完善；制作簡(jiǎn)單，成本低。

二、方案總體設(shè)計(jì)市面上的病床呼叫系統(tǒng)的種類很多，采用的方式也不相同，下面分別對(duì)其進(jìn)行介紹。2.1方案方案一：采用PLC邏輯控制器病床呼叫系統(tǒng)由從機(jī)、主機(jī)等兩部分組成。從機(jī)即病床按鈕，主機(jī)包括PLC及指示燈報(bào)警系統(tǒng)。呼叫源每張病床配備一個(gè)，呼叫源一般放在病床床頭?；颊哂泻艚姓?qǐng)求時(shí)，按下手持式按鈕向護(hù)士站呼叫。PLC順序讀入輸入端口各呼叫源的狀態(tài)，并且不斷地循環(huán)掃描。一旦有呼叫按鈕按下且未在5秒內(nèi)按下重置按鈕，PLC立即響應(yīng)，通過設(shè)置的程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的控制：點(diǎn)亮床頭指示燈；病房門口報(bào)警指示燈開始閃爍，同時(shí)，護(hù)士站報(bào)警指示燈閃爍，并通過報(bào)警指示燈指出病房號(hào)。并通過互鎖實(shí)現(xiàn)優(yōu)先級(jí)別判斷的能力（即只有在護(hù)士處理完首先呼叫的病床后進(jìn)行按鈕置位后，其他病床對(duì)應(yīng)指示燈方可閃爍，以實(shí)現(xiàn)優(yōu)先級(jí)）。方案二：用單片機(jī)控制采用單片機(jī)STC89C51為核心控制器，完成數(shù)據(jù)采集以及數(shù)據(jù)輸出的功能。使用數(shù)碼管顯示患者的床位號(hào)并進(jìn)行響鈴。當(dāng)有多個(gè)病人呼叫時(shí)，按照呼叫的先后次序，在數(shù)碼管上顯示病床號(hào)，并進(jìn)行響鈴。使用PLC制作的病床呼叫器，工作穩(wěn)定、可靠性高，但是成本偏高。相對(duì)來說，使用單片機(jī)較容易實(shí)現(xiàn)，成本較低，所以方案二是最佳選擇。2.2總體設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)總體框架圖如圖1所示。圖1單片機(jī)總體框架圖2.3總體方案工作原理采用STC89C51作為核心控制器。采用數(shù)碼管顯示病床號(hào)。設(shè)置了8個(gè)按鍵，用來模擬醫(yī)院的病床呼叫源，當(dāng)按下按鍵時(shí)，在數(shù)碼管上顯示病床號(hào)，使用LED燈作為指示，同時(shí)使用蜂鳴器作為報(bào)警裝置。

三、硬件設(shè)計(jì)3.1DXP介紹電路設(shè)計(jì)自動(dòng)化EDA（ElectronicDesignAutomation）指的就是將電路設(shè)計(jì)中各種工作交由計(jì)算機(jī)來協(xié)助完成。如電路原理圖（Schematic）的繪制、印刷電路板（PCB）文件的制作、執(zhí)行電路仿真（Simulation）等設(shè)計(jì)工作。隨著電子科技的蓬勃發(fā)展，新型元器件層出不窮，電子線路變得越來越復(fù)雜，電路的設(shè)計(jì)工作已經(jīng)無法單純依靠手工來完成，電子線路計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)已經(jīng)成為必然趨勢(shì)，越來越多的設(shè)計(jì)人員使用快捷、高效的CAD設(shè)計(jì)軟件來進(jìn)行輔助電路原理圖、印制電路板圖的設(shè)計(jì)，打印各種報(bào)表。AltiumDesigner6是原Protel軟件開發(fā)商Altium公司于2006年推出的一體化的電子產(chǎn)品開發(fā)系統(tǒng)，主要運(yùn)行在WindowsXP操作系統(tǒng)。這套軟件通過把原理圖設(shè)計(jì)、電路仿真、PCB繪制編輯、拓?fù)溥壿嬜詣?dòng)布線、信號(hào)完整性分析和設(shè)計(jì)輸出等技術(shù)的完美融合，為設(shè)計(jì)者提供了全新的設(shè)計(jì)解決方案，使設(shè)計(jì)者可以輕松進(jìn)行設(shè)計(jì)，熟練使用這一軟件必將使電路設(shè)計(jì)的質(zhì)量和效率大大提高。AltiumDesigner6除了全面繼承包括Protel99SE、ProtelDXP在內(nèi)的先前一系列版本的功能和優(yōu)點(diǎn)外，還增加了許多改進(jìn)和很多高端功能。該平臺(tái)拓寬了板級(jí)設(shè)計(jì)的傳統(tǒng)界面，全面集成了FPGA設(shè)計(jì)功能和SOPC設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)功能，從而允許工程設(shè)計(jì)人員能將系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的FPGA與PCB設(shè)計(jì)及嵌入式設(shè)計(jì)集成在一起。3.2總體原理圖如圖2所示，是病床呼叫器的總體原理圖。分別由單片機(jī)最小系統(tǒng)、顯示模塊、按鍵模塊、報(bào)警系統(tǒng)以及指示器組成，后續(xù)將會(huì)分別對(duì)其進(jìn)行介紹。圖2總體原理圖3.3單片機(jī)最小系統(tǒng)3.3.1STC89CSTC89C51是一個(gè)低功耗，高性能CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含具有如下特點(diǎn)：40個(gè)引腳，4kBytesFlash片內(nèi)程序存儲(chǔ)器，128bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），32個(gè)外部雙向輸入/輸出（I/O）口，5個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)2層中斷嵌套中斷，2個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器，2個(gè)全雙工串行通信口，看門狗（WDTC）電路，片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器。此外，STC89C51設(shè)計(jì)和配置了振蕩頻率可為0Hz并可通過軟件設(shè)置省電模式?？臻e模式下，CPU暫停工作，而RAM定時(shí)計(jì)數(shù)器，串行口，外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存RAM的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復(fù)位。同時(shí)該芯片還具有PDIP、TQFP和PLCC等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。單片機(jī)引腳圖如圖3所示：圖3單片機(jī)引腳圖3.3.2復(fù)位功能：?jiǎn)纹瑱C(jī)復(fù)位電路就好比電腦的重啟部分，當(dāng)電腦在使用中出現(xiàn)死機(jī)，按下重啟按鈕電腦內(nèi) 部的程序從頭開始執(zhí)行。單片機(jī)也一樣，當(dāng)單片機(jī)系統(tǒng)在運(yùn)行中，受到環(huán)境干擾出現(xiàn)程序跑飛的時(shí)候，按下復(fù)位按鈕內(nèi)部的程序自動(dòng)從頭開始。單片機(jī)復(fù)位時(shí)只要保持RST引腳接2us的高電平即可。復(fù)位電路圖如圖4所示：圖4復(fù)位電路圖3.3.3單片機(jī)的XTAL1和XTAL2分別接外部晶振和微調(diào)電容的一端。振蕩電路的頻率就是晶體的固有頻率。晶振電路結(jié)合單片機(jī)內(nèi)部電路產(chǎn)生單片機(jī)所需的時(shí)鐘頻率。晶振頻率越高，單片機(jī)運(yùn)行速度越快。單片機(jī)一切指令的執(zhí)行都是建立在晶振提供的時(shí)鐘頻率上。最小系統(tǒng)使用的是12MHz的晶振。晶振電路原理圖如圖5所示：圖5晶振電路原理圖3.4電源指示燈部分電源指示燈部分包括一個(gè)藍(lán)白自鎖開關(guān)，發(fā)光二級(jí)管和限流電阻。當(dāng)電源接通時(shí)發(fā)光二級(jí)管點(diǎn)亮，表明電路已上電。排針P0是預(yù)留的下載接口，用于燒寫程序使用。電源指示燈原理圖如圖6所示：圖6電源指示燈原理圖3.5數(shù)碼管顯示部分?jǐn)?shù)碼管顯示部分原理圖如圖7所示。圖7數(shù)碼管原理圖采用1位共陰數(shù)碼管作為病床呼叫的顯示系統(tǒng)。使用P0.0-P0.6作為數(shù)碼管段碼控制端。將P0.7用于控制位選端，小數(shù)點(diǎn)不使用。這樣能夠防止單片機(jī)上電復(fù)位的時(shí)候，數(shù)碼管就全亮。3.6蜂鳴器部分蜂鳴器分為有源蜂鳴器與無源蜂鳴器，他們的區(qū)別如下。1）內(nèi)部區(qū)別：需要注意的是這里的“源”不是指電源，而是指震蕩源。也就是說，有源蜂鳴器內(nèi)部帶震蕩源，所以只要一通電就會(huì)叫。而無源內(nèi)部不帶震蕩源，所以如果用直流信號(hào)無法令其鳴叫。有源蜂鳴器往往比無源的貴，就是因?yàn)槔锩娑鄠€(gè)震蕩電路。2）外觀區(qū)別：兩者的高度略有區(qū)別，有源蜂鳴器，高度為9mm，而無源蜂鳴器的高度為8mm。如將兩種蜂鳴器的引腳都朝上放置時(shí)，可以看出有綠色電路板的一種是無源蜂鳴器，沒有電路板而用黑膠封閉的一種是有源蜂鳴器。3）辨別方式：除了從外觀上來看，進(jìn)一步判斷有源蜂鳴器和無源蜂鳴器，還可以用萬用表電阻檔Rxl檔測(cè)試:用黑表筆接蜂鳴器"-"引腳，紅表筆在另一引腳上來回碰觸，如果觸發(fā)出咔、咔聲的且電阻只有8Ω(或16Ω)的是無源蜂鳴器;如果能發(fā)出持續(xù)聲音的，且電阻在幾百歐以上的，是有源蜂鳴器。有源蜂鳴器直接接上額定電源(新的蜂鳴器在標(biāo)簽上都有注明)就可連續(xù)發(fā)聲；而無源蜂鳴器則和電磁揚(yáng)聲器一樣，需要接在音頻輸出電路中才能發(fā)聲。無源蜂鳴器的優(yōu)點(diǎn)是：便宜聲音頻率可控，可以做出“多來米發(fā)索拉西”的效果在一些特例中，可以和LED復(fù)用一個(gè)控制口有源蜂鳴器的優(yōu)點(diǎn)是程序控制方便。蜂鳴器電路如圖8所示，由于蜂鳴器的工作電流至少為幾十毫安，單片機(jī)引腳只能輸出幾毫安的電流，因此使用S9012三極管作為蜂鳴器驅(qū)動(dòng)。S9012是PNP型的三極管，當(dāng)基極電壓是低電平時(shí)，三極管導(dǎo)通使用1K電阻進(jìn)行限流。圖8蜂鳴器電路3.7按鍵部分本設(shè)計(jì)采用將按鍵連接成獨(dú)立按鍵。獨(dú)立式按鍵是直接用I/O口線構(gòu)成的單個(gè)按鍵電路，其特點(diǎn)是每個(gè)按鍵單獨(dú)占用一根I/O口線，每個(gè)按鍵的工作不會(huì)影響其它I/O口線的狀態(tài)。獨(dú)立式按鍵電路配置靈活，軟件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但每個(gè)按鍵必須占用一根I/O口線，然而，在按鍵較多時(shí)，I/O口線浪費(fèi)較大，不宜采用。按鍵電路圖如圖9所示，使用按鍵作為病床呼叫系統(tǒng)的呼叫源。圖9按鍵電路圖

四、軟件設(shè)計(jì)4.1keil軟件1）本設(shè)計(jì)中使用的編程軟件是KeilC51，KeilC51是美國(guó)KeilSoftware公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，C語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢(shì)，因而易學(xué)易用。Keil提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫(kù)管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過一個(gè)集成開發(fā)環(huán)境（uVision）將這些部分組合在一起。運(yùn)行Keil軟件需要WIN98、NT、WIN2000、WINXP等操作系統(tǒng)。如果你使用C語言編程，那么Keil幾乎就是你的不二之選，即使不使用C語言而僅用匯編語言編程，其方便易用的集成環(huán)境、強(qiáng)大的軟件仿真調(diào)試工具也會(huì)令人事半功倍。2）C51工具包的整體結(jié)構(gòu)，uVision與Ishell分別是C51forWindows和forDos的集成開發(fā)環(huán)境(IDE），可以完成編輯、編譯、連接、調(diào)試、仿真等整個(gè)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(biāo)文件（.OBJ）。目標(biāo)文件可由LIB51創(chuàng)建生成庫(kù)文件，也可以與庫(kù)文件一起經(jīng)L51連接定位生成絕對(duì)目標(biāo)文件(.ABS）。ABS文件由OH51轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的Hex文件，以供調(diào)試器dScope51或tScope51使用進(jìn)行源代碼級(jí)調(diào)試，也可由仿真器使用直接對(duì)目標(biāo)板進(jìn)行調(diào)試，也可以直接寫入程序存貯器如EPROM中。使用獨(dú)立的Keil仿真器時(shí)，注意事項(xiàng)：仿真器標(biāo)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(fù)位按鈕只復(fù)位仿真芯片，不復(fù)位目標(biāo)系統(tǒng)；仿真芯片的31腳（/EA）已接至高電平，所以仿真時(shí)只能使用片內(nèi)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(kuò)展有外部ROM（其CPU的/EA引腳接至低電平）的目標(biāo)系統(tǒng)中使用；4.2系統(tǒng)流程程序的流程如圖10所示。圖10程序流程圖當(dāng)有多個(gè)病床對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行呼叫時(shí)，系統(tǒng)會(huì)對(duì)呼叫的先后秩序?qū)ζ溥M(jìn)行輪流顯示，而指示燈也會(huì)進(jìn)行輪流閃爍。

五、系統(tǒng)仿真與調(diào)試5.1仿真軟件簡(jiǎn)介Proteus是由LabcenterElectronics開發(fā)的功能強(qiáng)大的單片機(jī)仿真軟件，現(xiàn)在最新版本6.9SP5。Proteus與其他的仿真軟件相比較，在下面的優(yōu)點(diǎn)：能仿真模擬電路、數(shù)字電路、數(shù)模混合電路；能繪制原理圖、PCB圖；幾乎包括實(shí)際中所有使用的儀器；其最大的亮點(diǎn)在于能夠?qū)纹瑱C(jī)進(jìn)行實(shí)物級(jí)的仿真。從程序的編寫，編譯到調(diào)試，目標(biāo)版的仿真一應(yīng)俱全。支持匯編語言和C語言的編程。還可配合KeilC實(shí)現(xiàn)程序的聯(lián)合調(diào)試，將Proteus中繪制的原理圖作為實(shí)際中的目標(biāo)板，而用KeilC集成環(huán)境實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)板的控制，與實(shí)際中通過硬件仿真器對(duì)目標(biāo)板的調(diào)試幾乎完全相同，并且支持多顯示器的調(diào)試，即Proteus運(yùn)行在一臺(tái)計(jì)算機(jī)上，而KeilC運(yùn)行在另一臺(tái)計(jì)算機(jī)上，通過網(wǎng)絡(luò)連接實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的調(diào)試。5.2硬件調(diào)試硬件調(diào)試是針對(duì)單片機(jī)部分進(jìn)行的調(diào)試。在上電之前，先確保電路中不存在斷路或短路情況，這一工作是整個(gè)調(diào)試工作的第一步，也是非常重要的一個(gè)步驟。在這部分調(diào)試中主要使用的工具是萬用表，用來完成檢測(cè)電路中是否存在斷路或者短路情況的任務(wù)。注意焊點(diǎn)之間，確保焊點(diǎn)沒有短接在一起，同時(shí)注意焊點(diǎn)的美觀，確保沒有開路以及短路的現(xiàn)象出現(xiàn)。在確保硬件電路正常且無異常情況（短路或斷路）的情況下方可上電調(diào)試，上電調(diào)試的口的是檢測(cè)單片機(jī)控制部分、數(shù)碼管點(diǎn)亮部分、和音頻轉(zhuǎn)換電路硬件調(diào)試。數(shù)碼管LED電路調(diào)試：接通電源，隨機(jī)按下按鈕可以看到數(shù)碼福安顯示數(shù)字。鍵盤單片機(jī)控制部分調(diào)試：上電后，隨機(jī)按動(dòng)鍵盤可以發(fā)現(xiàn)各個(gè)按鍵對(duì)應(yīng)的數(shù)碼管顯示正確。5.3軟件調(diào)試調(diào)試主要方法和技巧：通常一個(gè)調(diào)試程序應(yīng)該具有至少四種性能：跟蹤、斷點(diǎn)、查看變量、更改數(shù)值。整個(gè)程序是一個(gè)主程序調(diào)用各個(gè)子程序?qū)崿F(xiàn)功能的過程，要使主程序和整個(gè)程序都能平穩(wěn)運(yùn)行，各個(gè)模塊的子程序的正確與平穩(wěn)運(yùn)行必不可少，所以在軟件調(diào)試的最初階段就是把各個(gè)子程序進(jìn)行分別調(diào)試。Keil軟件中生成程序的HEX軟件圖如圖11所示：:圖11生成相應(yīng)程序的HEX軟件將keil程序下載到仿真圖如圖12所示：圖12將keil程序下到仿真中仿真電路圖圖13所示：圖13仿真圖

六、設(shè)計(jì)總結(jié)總體來說，此次單片機(jī)課程設(shè)計(jì)使我們收獲良多，雖然課程設(shè)計(jì)的過程中遇到了很多困難與問題，但我們最終還是完成了設(shè)計(jì)的任務(wù)及要求。具體來說可以分為以下幾點(diǎn)：第一，不夠細(xì)心，不夠嚴(yán)謹(jǐn)（總是布錯(cuò)線）；第二，因?qū)φn本理論的掌握度不夠?qū)е戮幊坛霈F(xiàn)錯(cuò)誤；第三，硬件方面，剛開始有的程序模塊不能實(shí)現(xiàn)預(yù)期的效果，對(duì)于有的硬件，對(duì)于整體各元器件的布局都有很高的要求。不過在向同學(xué)請(qǐng)教，各方面都有了不同程度的改善；第四，在做人方面，我認(rèn)識(shí)到，無論做什么事情，只要你足夠堅(jiān)強(qiáng)，有足夠的毅力和決心，有足夠的挑戰(zhàn)困難的勇氣，就沒有什么辦不到的。這次課程設(shè)計(jì)中，經(jīng)過我們的努力，仿真和實(shí)物上都實(shí)現(xiàn)了，使我們有了一定的成就感，也使我們進(jìn)一步熟悉和掌握了單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理，了解了單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本方法和步驟，掌握了DXP的使用方法和鍵盤、顯示器在的單片機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，同時(shí)也掌握了撰寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告的方法?？傊?，通過這次課程設(shè)計(jì)，我們都清楚明白了自己的能力有多深，想提高還得歸于多鍛煉，多動(dòng)手，多向別人學(xué)習(xí)。尤其在做各種東西時(shí)應(yīng)該要特別的仔細(xì)小心，比如我在進(jìn)行硬件排布時(shí)搞錯(cuò)了數(shù)碼管，共陰數(shù)碼管被拿成了共陽(yáng)數(shù)碼管，然后發(fā)光二極管的極性