基于單片機的病房呼叫系統(tǒng)全解

1、申燈莎孵院ii畢業(yè)設(shè)計題目基于單片機的病房呼叫系統(tǒng)姓名雷順頔學(xué)號20126005系部理工系年級專業(yè) 2012級電子信息工程指導(dǎo)教師陳亞妮2016年3月5日摘要呼叫系統(tǒng)是醫(yī)院和養(yǎng)老院的必備設(shè)備，是日常護理和緊急搶救重要通訊手段。傳統(tǒng)有 線呼叫系統(tǒng)施工繁瑣、檢修困難、施工成本高，更重要的是有線系統(tǒng)沒有移動接收呼叫信 息的功能，使很多病人喪失了搶救的良機。隨著醫(yī)院、養(yǎng)老院的醫(yī)療條件的不斷提高，越 來越多的場所采用無線呼叫系統(tǒng)，施工和維護簡便，呼叫操作簡單，醫(yī)護人員可隨時隨地 接收病人的呼叫。醫(yī)護呼叫系統(tǒng)采用調(diào)幅(FSK)技術(shù)，保證呼叫成功率，避免信號干擾。根據(jù)醫(yī)院和養(yǎng)老院的功能要求、場地大小、管理要

2、求等因素，多種解決方案以供選擇。關(guān)鍵詞：單片機STC89C51，無線傳輸模塊，病床呼叫Title : Ward calling system based on single chip microcomputerAbstract:Call system is necessaryequipment in hospitals and nursing homes, is the daily care and emergency rescue of an importantmeans of communication. The traditional wired call system and fuss

3、y con structi on, maintenan cedifficulties, high con struct ion cost, more importa nt is the cable system is not mobile receives thecall in formati on, make manypatie nts lost the opport unity to save. Alo ng with the hospital, nursing home medical con diti onscontinueto improve, more and more place

4、s using wireless callsystem, con struct ion and easymaintenan ce, operati on simplecall, call medicalpers onnelcan whe never and wherever possible to receive patie nts. Add fast wireless medical call system using amplitude modulati on (FSK) tech no logy, en sure the call success rate, to avoid in te

5、rfere nee.According to the hospitals and nursing homes, the size of the site functional requireme nts, man ageme nt requireme ntsand other factors, plus Xun series products provide a variety of soluti ons to choose from.Keywords: single chip STC89C51, wireless transmission module, Sickbed Calling1緒

6、論錯誤！未定義書簽。1.1病床系統(tǒng)背景與意義3.1.2 目標(biāo)3.1.3可行性分析3.1.4設(shè)計步驟3.2基于單片機的病床呼叫系統(tǒng)的設(shè)計實現(xiàn) 42.1系統(tǒng)總體設(shè)計4.3系統(tǒng)硬件設(shè)計 .5.3.1單片機介紹5.3.1.1單片機的發(fā)展介紹 53.1.2單片機的結(jié)構(gòu)特點53.1.3單片機的實際應(yīng)用 53.1.4 控制器 AT89C51 63.2系統(tǒng)原理框圖 .錯誤！未定義書簽。3.3硬件模塊設(shè)計 .9.3.3.1 無線發(fā)射模塊 93.3.2無線接收模塊93.3.3聲音報警模塊123.3.4應(yīng)答電路133.3.5 鍵盤接口 143.3.6顯示接口 143.4外圍電路設(shè)計1.73.4.1 控制器 AT89

7、C51143.4.2鍵盤電路設(shè)計144系統(tǒng)軟件設(shè)計204.1程序設(shè)計語言的介紹 20機器語言20匯編語言 20高級語言204.2主函數(shù)程序設(shè)計214.3初始化程序設(shè)計194.4延時子程序設(shè)定244.5 液晶顯示子程序 245 液晶顯示子程序 255.1軟件調(diào)試255.2硬件調(diào)試26參考文獻27附錄A28附錄B29致謝30301引言1.1病床系統(tǒng)背景與意義醫(yī)院建設(shè)呼叫中心系統(tǒng)有十分的重要現(xiàn)實意義，國內(nèi)部分醫(yī)院都有成功應(yīng)用的經(jīng)驗。醫(yī)院建設(shè)呼叫中心系統(tǒng)具有以下幾個方面的重要現(xiàn)實意義：改善醫(yī)院服務(wù)質(zhì)量； 提升醫(yī)院的品牌優(yōu)勢； 優(yōu)化醫(yī)院的服務(wù)流程；降低醫(yī)院的服務(wù)成本；開辟新的收入來源；提升醫(yī)療信息化的水

8、平等。通過醫(yī)院呼叫中心的建設(shè)，醫(yī)院不僅可以更大程度的提高服務(wù)質(zhì)量及工作效率，更可以體現(xiàn)出醫(yī)院的人文特色、全面提高就醫(yī)者對醫(yī)院的滿意度，同時也可以利用醫(yī)院呼叫中心多種多樣的增值業(yè)務(wù)來提高醫(yī)院的利潤、起到盈利性的目的。我們正是基于這種考慮， 利用現(xiàn)有發(fā)達的電話網(wǎng)， 采用計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和語音交換技術(shù)設(shè)計了 醫(yī)院呼叫中心系統(tǒng)，為醫(yī)療機構(gòu)提供了全面有效的解決方案。1.2目標(biāo)設(shè)計要求：設(shè)計出穩(wěn)定高效的運行系統(tǒng)，并且有一定的抗干擾能力，能夠?qū)崿F(xiàn)多路呼叫且互不干擾。 距離在100m范圍內(nèi)，實現(xiàn)多路無線病床呼叫，并留有擴展空間。預(yù)期目標(biāo)：病人按呼叫鍵時，無線發(fā)射器發(fā)射信號，無線接收器接收無線信號，通過單片機控制

9、處 理，護士值班室發(fā)出呼叫警報，同時1602液晶上顯示相應(yīng)的床位號，當(dāng)護士按鍵應(yīng)答，呼叫報警停止,液晶顯示以應(yīng)答，警報由定時器控制關(guān)閉。當(dāng)有多個病人呼叫沒有及時應(yīng)答時，對應(yīng)顯示各床床位號， 同時報警。1.3可行性分析有線呼叫器受位置的制約不能很好的達到醫(yī)患溝通，無線呼叫系統(tǒng)就顯示其很大的優(yōu)越性，可移動,不受位置制約，現(xiàn)今無線傳輸技術(shù)有了突飛猛進的發(fā)展，技術(shù)越來越成熟，普遍應(yīng)用到生活、娛樂、學(xué) 習(xí)和軍工等領(lǐng)域，這為無線傳輸技術(shù)與醫(yī)學(xué)臨床的結(jié)合提供了技術(shù)支持。在校期間也學(xué)習(xí)了與單片機相關(guān)的課程，有了一定的理論基礎(chǔ)。因此，本課題具有可行性，能夠得到。1.4設(shè)計步驟針對單片機的無線病床呼叫系統(tǒng)，制定以

10、下方案及步驟：第一步，根據(jù)設(shè)計目的構(gòu)想設(shè)計的原理圖框架，學(xué)習(xí)設(shè)計中要用到的知識，如無線發(fā)射模塊的原理、編碼解碼，單片機C語言編程設(shè)計，液晶1602的顯示，使用的芯片引腳工作原理，Protel軟件使用等。第二步，對硬件模塊進行設(shè)計。如無線發(fā)射模塊、無線接收模塊、1602顯示模塊、聲音呼叫模塊。在Protel中繪制原理圖。第三步，對系統(tǒng)軟件進行設(shè)計。如主函數(shù)程序設(shè)計、初始化程序設(shè)計、延時子程序設(shè)計、液晶顯示 子程序設(shè)計、定時器中斷服務(wù)子程序設(shè)計2基于單片機的病床呼叫系統(tǒng)的設(shè)計2.1 系統(tǒng)總體設(shè)計2.1.1功能要求本課題主攻方向是使系統(tǒng)實現(xiàn)以下目的： 任一病房（共16張）呼叫，醫(yī)護值班室馬上能響應(yīng)并

11、顯示病房號； 顯示病房床號； 若有多個病床呼叫就循環(huán)顯示； 處理完畢后清除記錄； 顯示器不重復(fù)顯示按一次以上的病床號2.1.2設(shè)計方案用8051自身接口實現(xiàn)數(shù)碼管靜態(tài)顯示和鍵盤掃描，使用8051單片微機外加作地址鎖存用的四塊三態(tài)鎖存器74LS373芯片和一塊74LS138芯片可構(gòu)成一個完整的最小微機電路。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，可以不擴展I/O芯片而由8051自身I/O 口，實現(xiàn)上述功能，即用P0 口的八個端口作為 LED的段選，用P2 口的高三位連接一個三八譯碼器 74LS138作為四個LED的片選用 P1 口和P2 口的低五位做鍵盤電路

12、的接口。2.1.3總體結(jié)構(gòu)框圖本設(shè)計是基于 AT89C51單片機設(shè)計的病房呼叫系統(tǒng)設(shè)計，該系統(tǒng)就是以Atmel公司的AT89C51單片機作為主控器，包括鍵盤輸入電路，顯示電路，以及晶振復(fù)位電路等來實現(xiàn)病房呼叫系統(tǒng)。圖2.1病房呼叫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖3系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1單片機介紹3.1.1單片機的介紹單片機也被稱作“單片微型計算機”、“微控制器”和“嵌入式微控制器”，單片機一詞最初源于Single Chip Microcomputer ”，簡稱SCM。隨著單片機在技術(shù)和體系結(jié)構(gòu)上的進步，其控制功能不斷 擴展，國際上逐漸采用“ MCU ”(Micro Controller Unit,微控制器)來代替 S

13、CM。3.1.2單片機的結(jié)構(gòu)特點單片機是微型機的一個重要分支，它在結(jié)構(gòu)上的最大特點是把CPU、存儲器、定時器和多種輸入 /輸出接口電路集成在一塊超大規(guī)模的集成電路芯片上。單片機內(nèi)是一種在線式實時控制計算機，在線式就是現(xiàn)場控制，需要有較強的抗干擾能力，較低 的成本。單片機由于這種結(jié)構(gòu)，所以具有很多顯著的特點。主要有控制能力強，抗干擾能力強、可靠性高， 性能價格比高，低功耗、低電壓，擴展了多種串行口和系統(tǒng)擴展容易等特點。3.1.3單片機的實際應(yīng)用單片機廣泛應(yīng)用于儀表儀器、家用電器、醫(yī)用設(shè)備、航空航天、專用設(shè)備的智能化管理及過程控 制等領(lǐng)域，大致可分為以下幾個范疇：(1) 在智能儀器儀表上的應(yīng)用單片

14、機具有體積小、功耗低、控制功能強、擴展靈活、微型化和使用方便等特點，廣泛應(yīng)用于儀 器儀表中看，結(jié)合不同類型的傳感器，可以實現(xiàn)諸如電壓、功率、頻率、溫度、流量、速度、角度、硬 度、元素、壓力等物理量的測量。采用單片機控制使得儀器儀表數(shù)字化、智能化、微型化。且功能比采 用電子和熟悉電路更加強大。例如精密的測量設(shè)備(功率計、示波器和各種分析儀)。(2) 在工業(yè)控制中的應(yīng)用用單片機可以構(gòu)成形式多樣的控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。例如工廠流水線的智能化管理，電梯智 能化控制、各種報警系統(tǒng)，與計算機聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成二級控制系統(tǒng)等。(3) 在家用電器中的應(yīng)用可以這樣說，現(xiàn)在的家電基本上都采用了單片機控制，從電飯煲、洗衣機

15、、電冰箱、空調(diào)機、彩 電、其他音響視頻器材、再到電子稱量設(shè)備，五花八門，無其不有，無所不在。(4) 在計算機網(wǎng)絡(luò)和通信領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)在的單片機普遍具有通信接口，可以很方便的與計算機實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，為計算機網(wǎng)絡(luò)和通信設(shè) 備間的應(yīng)用提供了極好的物質(zhì)條件，可以的通信設(shè)備基本上都實現(xiàn)了單片機智能控制，從手機，電話機、小型程控交換機、樓宇自動通信呼叫系統(tǒng)、列車無線通信、再到日常工作中隨處可見的移動電話，集群移動通信，無線對講機等。(5) 單片機在醫(yī)用設(shè)備領(lǐng)域中的應(yīng)用 單片機在易用設(shè)備領(lǐng)域中的應(yīng)用相當(dāng)廣泛，例如醫(yī)用呼吸機，各種分析儀，監(jiān)護儀，超聲波診斷設(shè)備及病床呼叫系統(tǒng)等等。此外單片機在工商、金融、科研、教育

16、、國防、航空航天領(lǐng)域都有相當(dāng)廣泛 的應(yīng)用。3.1.4 控制器 AT89C51AT89C51是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CM0S8位單片機，片內(nèi)含4k bytes的可反復(fù) 擦寫的只讀程序存儲器(PEROM)和128 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器(RAM)，器件采用 ATMEL公司的高密度，非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器(CPU)和Flash存儲單元，功能強大AT89C51單片機可為您提供許 多高性價比的應(yīng)用場合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域2。主要特性： 與MCS-51產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容 4K字節(jié)可重擦寫Flash閃速存儲器 1000次擦

17、寫周期 全靜態(tài)操作：0Hz-24MHz 三級加密程序存儲器 128X 8字節(jié)內(nèi)部RAM 32個可編程I/O 口線 2個16位定時/計數(shù)器 5個中斷源 可編程串行UART通道AT89C51單片機采用40Pin封裝的雙列直插 DIP結(jié)構(gòu)，圖1.1是它的引腳配置圖。40個引腳中， 正電源和地線兩根；4組8位I/O 口，共32個引腳；時鐘電路引腳 XTAL1和XTAL2 ;控制信號引腳 包含：復(fù)位輸入端RET，地址鎖存允許輸出/編程脈沖輸入端 ALE/PROG，片外程序存儲器選通控制信號端PSEN，內(nèi)外程序存儲器選擇/編程電源輸入端 EA/VPP。3.2單片機外圍電路(1)時鐘電路STC89C51單片

18、機的時鐘信號通常有兩種方式產(chǎn)生：一是內(nèi)部時鐘方式，二是外部時鐘方式。內(nèi)部時鐘方式如圖3.1所示。在 STC89C51單片機內(nèi)部有一振蕩電路，只要在單片機的XTAL1(18)和XTAL2(19)引腳外接石英晶體(簡稱晶振)，就構(gòu)成了自激振蕩器并在單片機內(nèi)部產(chǎn)生時鐘脈沖信號。圖 中電容C1和C2的作用是穩(wěn)定頻率和快速起振，電容值在530pF，典型值為30pF。晶振CYS的振蕩頻率范圍在1.212MHz間選擇，典型值為 12MHzc和6MHz。18Y119圖3.1 STC89CP內(nèi)部時鐘電路(2)復(fù)位電路當(dāng)在STC89C51單片機的RST引腳引入高電平并保持 2個機器周期時，單片機內(nèi)部就執(zhí)行復(fù)位操

19、作(若該引腳持續(xù)保持高電平，單片機就處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài))。復(fù)位電路通常采用上電自動復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種方式。最簡單的上電自動復(fù)位電路中上電自動復(fù)位是通過外部復(fù)位電路的電容充放電來實現(xiàn)的。只要Vcc的上升時間不超過 1ms,就可以實現(xiàn)自動上電復(fù)位。除了上電復(fù)位外，有時還需要按鍵手動復(fù)位。本設(shè)計就是用的按鍵手動復(fù)位。按鍵手動復(fù)位有電 平方式和脈沖方式兩種。其中電平復(fù)位是通過RST(9)端與電源Vcc接通而實現(xiàn)的。按鍵手動復(fù)位電路見圖3.2。時鐘頻率用 11.0592MHZ時C取10uF,R取10k Q。VCCS410k圖3.2 STC89C51復(fù)位電路(四)STC89C51中斷技術(shù)概述中斷技術(shù)主要用于

20、實時監(jiān)測與控制，要求單片機能及時地響應(yīng)中斷請求源提出的服務(wù)請求，并作 出快速響應(yīng)、及時處理。這是由片內(nèi)的中斷系統(tǒng)來實現(xiàn)的。當(dāng)中斷請求源發(fā)出中斷請求時，如果中斷請求被允許，單片機暫時中止當(dāng)前正在執(zhí)行的主程序，轉(zhuǎn)到中斷服務(wù)處理程序處理中斷服務(wù)請求。中斷服務(wù)處理程序處理完中斷服務(wù)請求后，再回到原來被中止的程序之處(斷點)，繼續(xù)執(zhí)行被中斷的主程序。圖3.3為整個中斷響應(yīng)和處理過程。如果單片機沒有中斷系統(tǒng)，單片機的大量時間可能會浪費在查詢是否有服務(wù)請求發(fā)生的定時查詢 操作上。采用中斷技術(shù)完全消除了單片機在查詢方式中的等待現(xiàn)象，大大地提高了單片機的工作效率和實時性。3.3硬件模塊設(shè)計系統(tǒng)原理框圖，整個系統(tǒng)

21、分為五個模塊：無線發(fā)射模塊、無線接收模塊、聲音報警模塊、液晶顯示 模塊、按鍵應(yīng)答模塊。下面將簡單的介紹各個模塊設(shè)計方案。3.3.1無線發(fā)射模塊PT2262是一種 CMOST藝制造的低功耗低價位通用編碼電路，PT2262最多可有12位(A0-A11)三態(tài)地址端管腳 (懸空，接高電平，接低電平),任意組合可提供531441地址碼,PT2262最多可有6位(D0-D5)數(shù)據(jù)端管腳，設(shè)定的地址碼和數(shù)據(jù)碼從17腳串行輸出，可用于無線遙控發(fā)射電路。PT2262管腳說明如表3.1表3.1 PT2262管腳說明名稱管腳說明A0-A111-8,10-13地址管腳，用于進行地址編碼，可置為“ 0” “1” 、“懸

22、空”。D0-D57-8,10-13數(shù)據(jù)輸入端，有一個為“1”即有編碼發(fā)出，內(nèi)部下拉。VCC18電源正端（+ ）GND9電源負端（一）TE14編碼啟動端，用于多數(shù)據(jù)的編碼發(fā)射，低電平有效；OSC116振蕩電阻輸入端，與 OSC所接電阻決定振蕩頻率；OSC215振蕩電阻振蕩器輸出端；DOUT17編碼輸出端（正常時為低電平）T10A發(fā)射模塊（如表3.2 ）采用SMD技術(shù)，在穩(wěn)頻處理上采用最先進聲表諧振器（SAW元件，電路板（PCB采用介質(zhì)損耗最小的材料，體積小巧。表3.2 T10A發(fā)射模塊技術(shù)指標(biāo)1參數(shù)工作電壓3V-12V工作電流 25mA(12V；2個字符芯片工作電壓:4.5 5.5V工作電流：2

23、.0mA(5.0V)模塊最佳工作電壓:5.0V字符尺寸:2.95 4.35(WX H)mm引腳功能說明1602LCD采用標(biāo)準(zhǔn)的14腳（無背光）或16腳（帶背光）接口，各引腳接口說明如表3.4所示:編號符號引腳說明編號符號引腳說明1VSS電源地9D2數(shù)據(jù)2VDD電源正極10D3數(shù)據(jù)3VL液晶顯示偏壓11D4數(shù)據(jù)4RS數(shù)據(jù)/命令選擇12D5數(shù)據(jù)5R/W讀/寫選擇13D6數(shù)據(jù)6E使能信號14D7數(shù)據(jù)7D0數(shù)據(jù)15BLA背光源正極8D1數(shù)據(jù)16BLK背光源負極表3.4 :弓I腳接口說明表第1腳：VSS為地電源。第2腳：VDD接5V正電源。第3腳：VL為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地

24、時對比度最高，對比度過高時 會產(chǎn)生鬼影”使用時可以通過一個 10K的電位器調(diào)整對比度。第4腳：RS為寄存器選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選擇指令寄存器。第5腳：R/W為讀寫信號線，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作。當(dāng)RS和R/W共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址， 當(dāng)RS為低電平R/W為高電平時可以讀忙信號， 當(dāng)RS為高電平R/W 為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。第6腳：E端為使能端，當(dāng)E端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。第714腳：D0D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。第15腳：背光源正極。第16腳：背光源負極。3.3.4聲音報警模塊該設(shè)計有聲音報警，當(dāng)有病人呼叫時，蜂鳴器就會大聲提

25、示，直到護士應(yīng)答回復(fù)，才會停止鳴叫， 控制引腳接在P3.4引腳上，利用三極管當(dāng)做開關(guān)電路可以保護單片機，還可以起到放大電流的作用， 當(dāng)三極管基極為高電平時，發(fā)射極截止，為低電平時，發(fā)射極導(dǎo)通。報警模塊如圖3.7所示。P3 4R41kVCC圖3.7聲音報警模塊3.3.5應(yīng)答電路本設(shè)計中四個床位使用一個應(yīng)答按鈕，接在應(yīng)答按鈕，即可停止報警，聲音模塊圖如圖3.8P3.3引腳上，當(dāng)有病人按下按鈕，報警開始時，按下 所示VCCR510 kS1P3 3圖3.8應(yīng)答電路3.3.6鍵盤接口在單片機的應(yīng)用系統(tǒng)中，通常都有人一機對話功能。它包含人對系統(tǒng)的狀態(tài)干預(yù)、數(shù)據(jù)的輸入以 及應(yīng)用系統(tǒng)向人報告運行狀態(tài)與運行結(jié)果

26、等。鍵盤成為人一機聯(lián)系的必要手段，此時需要配置適當(dāng)?shù)逆I盤輸入設(shè)備5。3.3.6.1 鍵盤工作原理鍵盤中的每個按鍵都是一個常開的開關(guān)電路，當(dāng)所設(shè)置的功能鍵或數(shù)字鍵按下時，則處于閉合狀 態(tài)。對于一組鍵或一個鍵盤，需要通過接口電路與單片機相連，以便將鍵的開關(guān)狀態(tài)通知單片機。單片機可以采用查詢或中斷方式檢查有無鍵的輸入以及是哪個鍵被按下，并通過轉(zhuǎn)移指令轉(zhuǎn)入執(zhí)行該鍵的功能程序，執(zhí)行完再返回到原始狀態(tài)。3.362 獨立式按鍵獨立式按鍵是指直接用I/O 口線構(gòu)成的單個按鍵電路。每個獨立式按鍵單獨占有一根I/O 口線，每根I/O 口線的工作狀態(tài)都不會影響其他I/O 口線的工作狀態(tài)。3.3.6.3行列式鍵盤獨立

27、式按鍵電路每一個按鍵開關(guān)占用一根I/O 口線。當(dāng)按鍵數(shù)較多時，要占用較多的I/O 口線。因此，在按鍵數(shù)大于 8時，通常采用行列式（也稱“矩陣式”）鍵盤電路。最簡單的鍵盤，每個鍵對應(yīng)I/O端口的一位，沒有什么鍵閉和時，各位均處于高電位。當(dāng)有一個鍵按下時，就是對應(yīng)位接地而成為低電位，而其它位仍為高電位。這樣，CPU只要檢測到某一位為“ 0”，便可判別出對應(yīng)鍵已經(jīng)按下。但是，當(dāng)鍵盤上的鍵較多時，弓I線太多，占用的I/O端口也太多。比如，一個有64個鍵的鍵盤，采用這種方法來設(shè)計時，就需要 64條連線和8個8位并行端口。所以，這種簡單結(jié)構(gòu)只用在僅由幾個鍵的小鍵盤 中。通常使用的鍵盤結(jié)構(gòu)是矩陣式。設(shè)有m

28、* n個鍵盤，那么，采用矩陣式結(jié)構(gòu)以后，便只要條引線就行了。比如，有 m + n個鍵，那么，只要用兩個并行端口和16條引線便可以完成鍵盤的連接。3.364 顯示接口為了方便人們觀察和監(jiān)視單片機運行情況，通常需要利用顯示器作為單片機的輸出設(shè)備，以顯示 單片機的鍵輸入值、中間信息以及運算結(jié)果等。在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中，常用的顯示器主要有LCD（液晶顯示器）和 LED（發(fā)光二極管顯示器）。這兩種顯示器都具有耗電省，配置靈活，線路簡單，安裝方便，耐振動，壽命長等優(yōu)點。3.3.6.5 液晶顯示器液晶顯示器LCD（Liquid Crystal Display）是一種極低功耗的顯示器。由于其具有清晰度高，信息

29、量大等特點，從而使得它越來越廣泛地應(yīng)用在小型儀器的顯示中。把LCD與驅(qū)動器組裝在儀器的部件的英文名稱為LCDModule，簡稱LCM LCM一般分為三類，即段碼型液晶模塊、點陣字符液晶模塊和點陣圖形液晶模塊。3.3.6.6 LED點陣顯示屏LED點陣顯示屏的構(gòu)成型式有多種，其中典型的有兩種。一種把所需展示的廣告信息燒寫固化到 EPROMS片內(nèi)，能進行固定內(nèi)容的多幅漢字顯示，稱為單顯示型；另一種在機內(nèi)設(shè)置了字庫、程序庫， 具有程序編制能力，能進行內(nèi)容可變的多幅漢字顯示，稱可編程序型。目前，國內(nèi)的LED點陣顯示屏大部分是單顯示型，其顯示的內(nèi)容相對較少，顯示花樣較單一。一 般在產(chǎn)品出廠時，顯示內(nèi)容就

30、已寫入顯示屏控制系統(tǒng)中的EPROM芯片內(nèi)，當(dāng)需要更換顯示內(nèi)容時就非常困難，這樣使該類型的顯示屏使用范圍受到了限制。國內(nèi)的另一種LED顯示屏一一可編程序型 LED顯示屏，雖然增加了顯示屏系統(tǒng)的編程能力，顯示內(nèi)容和顯示花樣都有所增加，但也存在著更換顯示內(nèi)容不 便的缺點。隨著社會經(jīng)濟的迅速發(fā)展，如今的廣告牌都存在著顯示內(nèi)容豐富、信息量大、信息更換速度快等特點。因此傳統(tǒng)的 LED顯示屏控制系統(tǒng)已經(jīng)越來越不能滿足現(xiàn)代廣告宣傳業(yè)的需要。而利用PC機通信技術(shù)控制LED顯示屏，則具有顯示內(nèi)容豐富，信息更換靈活等優(yōu)點7。 8*8點陣為8X 8單基色點陣的結(jié)構(gòu)圖， 從內(nèi)部結(jié)構(gòu)可以看出 8X 8點陣共需要64個發(fā)光

31、二極管，且每個發(fā) 光二極管是放置在各行和列的交叉點上。 當(dāng)對應(yīng)的某一列置高電平， 另一列置低電平時， 則在該行和列 的交叉點上相應(yīng)的二極管就亮。8X 8點陣LED外觀及引腳圖，其等效電路如圖9所示，只要其對應(yīng)的 X、Y軸順向偏壓，即可使LED發(fā)亮。例如如果想使左上角 LED點亮，則Y0=1, X0=0即可。應(yīng)用時限流電阻可以放在 X軸或Y軸問。 8*8點陣顯示原理從理論上說，不論顯示圖形還是文字，只要控制與組成這些圖形或文字的各個點所在的位置相對 應(yīng)的LED器件發(fā)光，就可以得到我們想要的顯示結(jié)果，這種同時控制各個發(fā)光點亮滅的方法稱為靜態(tài)驅(qū)動顯示方式。8*8的點陣共有64個發(fā)光二極管，顯然單片機

32、沒有這么多的端口，如果我采用鎖存器來 擴展端口，按8位的鎖存器來計算，8*8的點陣需要64/8=8個鎖存器。這個數(shù)字很龐大，因為我們僅 僅是8*8的點陣，在實際應(yīng)用中的顯示屏往往要大得多，這樣在鎖存器上花的成本將是一個很龐大的數(shù)字。因此在實際應(yīng)用中的顯示屏幾乎都不采用這種設(shè)計，而采用另外一種稱為動態(tài)掃描的顯示方法9。動態(tài)掃描的意思簡單地說就是逐行輪流點亮，這樣掃描驅(qū)動電路就可以實現(xiàn)多行（比如8行）的同名列共用一套驅(qū)動器。具體就8*8的點陣來說，把所有同 1行的發(fā)光管的陽極連在一起，把所有同1列的發(fā)光管的陰極連在一起（共陽極的接法），先送出對應(yīng)第一行發(fā)光管亮滅的數(shù)據(jù)并鎖存，然后選通第1行使其燃亮

33、一定時間， 然后熄滅；再送出第二行的數(shù)據(jù)并鎖存，然后選通第2行使其燃亮相同的時間，然后熄滅；以此類推，第 8行之后，又重新燃亮第 1行，反復(fù)輪回。當(dāng)這樣輪回的速度足夠快（每 秒24次以上），由于人眼的視覺暫留現(xiàn)象，就能夠看到顯示屏上穩(wěn)定的圖形了。采用掃描方式進行顯示時，每一行有一個行驅(qū)動器，各行的同名列共用一個驅(qū)動器。顯示數(shù)據(jù)通常存儲在單片機的存儲器中，按8位一個字節(jié)的形式順序排放。顯示時要把一行中各列的數(shù)據(jù)都傳送到 相應(yīng)的列驅(qū)動器上去，這就存在一個顯示數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯栴}。從控制電路到列驅(qū)動器的數(shù)據(jù)傳輸可以采用并列方式或串行方式。顯然，采用并行方式時，從控制電路到列驅(qū)動器的線路數(shù)量大，相應(yīng)的硬件數(shù)

34、目多。當(dāng)列數(shù)很多時，并列傳輸?shù)姆桨甘遣豢扇〉?0。采用串行傳輸?shù)姆椒?，控制電路可以只用一根信號線，將列數(shù)據(jù)一位一位傳往列驅(qū)動器，在硬件方面無疑是十分經(jīng)濟的。 但是，串行傳輸過程較長，數(shù)據(jù)按順序一位一位地輸出給列驅(qū)動器，只有當(dāng)-行的各列數(shù)據(jù)都以傳輸?shù)轿恢螅?這一行的各列才能并行地進行顯示。 這樣，對于一行的顯示過程就可 以分解成列數(shù)據(jù)準(zhǔn)備 （傳輸）和列數(shù)據(jù)顯示兩部分。對于串行傳輸方式來說，列數(shù)據(jù)準(zhǔn)備時間可能相當(dāng)以致影響到LED的亮度。解決串行傳輸中長，在行掃描周期確定的情況下留給行顯示的時間就太少了, 列數(shù)據(jù)準(zhǔn)備和列數(shù)據(jù)顯示的時間矛盾問題，可以采用重疊處理的方法。即在顯示本行各列數(shù)據(jù)的同時，傳

35、送下一列數(shù)據(jù)。為了達到重疊處理的目的，列數(shù)據(jù)的顯示就需要具有所存功能。經(jīng)過上述分析，就可 以歸納出列驅(qū)動器電路應(yīng)具有的功能。 對于列數(shù)據(jù)準(zhǔn)備來說，它應(yīng)能實現(xiàn)串入并處的移位功能； 對于列 數(shù)據(jù)顯示來說，應(yīng)具有并行鎖存的功能。這樣，本行已準(zhǔn)備好的數(shù)據(jù)打入并行鎖存器進行顯示時， 串并 移位寄存器就可以準(zhǔn)備下一行的列數(shù)據(jù)，而不會影響本行的顯示。注：總硬件電路圖見附錄 B。3.4外圍電路設(shè)計3.4.1 控制器 AT89C51復(fù)位電路：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，因為本系統(tǒng)設(shè)計考慮到該系統(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)死機時

36、能。下圖3.9所示：圖3.9上電復(fù)位和按鍵復(fù)位時鐘電路:時鐘是時序的基礎(chǔ)，AT89C51核片內(nèi)由一個反相放大器構(gòu)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(nèi)部方式和外部方式。本系統(tǒng)采用內(nèi)部方式，在XTAL1和XTAL2端外接石英晶體作為定時元件，內(nèi)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30pF電容。如下圖3.10所示：圖3.10內(nèi)部時鐘電路3.4.2鍵盤電路設(shè)計1、 鍵的識別為了識別鍵盤上的閉合鍵，通常采用兩種方法，一種稱為行掃描法，另一種稱為行反轉(zhuǎn)法。（1 ）行掃描法的原理 ：行掃描法識別閉合鍵的原理如下：先使第0行接地，其余行為高電平，然后看第0行是否

37、有鍵閉合，這是通過檢查列線電位來實現(xiàn)的，即在第0行接地時，看是否有條列線變成低電平。如果有某條列線變?yōu)榈碗娖?，則表示第0行和此列線相交位置上的鍵被按下；如果沒有任何一條列線為低電平，則說明第0行上沒有鍵被按下。此后，再將第1行接地，然后檢測列線中是否有變?yōu)榈碗娖降木€。如此往下逐行掃描，直到最后一行。在掃描過程中，當(dāng)發(fā)現(xiàn)某一行有鍵閉合時，也就是列線輸入中有一位為0時，便在掃描中途退出，而將輸入值進行移位，從而確定閉合鍵所在的列線位置。根據(jù)行線位置和列線位置便能再掃描法來確定具體位置。將行線和一個并行接口相接，CPU每次使并行輸出接口的某一位為0,便相當(dāng)于將某一行線接地，而其他位為1，則相當(dāng)于使其

38、他行線處于高電平。為了檢查列線上的電位，將列線和一個并行輸入輸出口相接，CPU只要讀取輸入輸出口中的數(shù)據(jù)，就可以設(shè)法判別出第幾號鍵被按下。（2）程控掃描法從上面的原理中知道，程控掃描法是由程序控制鍵掃描的方法。程控掃描的任務(wù)是： 首先判斷是否有鍵按下。其方法是使所有的行輸出均為低電平，然后從端口 A讀入列值。如果沒有鍵按下，則讀入的列值為FFH ;如果有鍵按下，則讀入的列值不為FFH。 去除鍵抖動。若有鍵按下，則延時510ms,再一次判斷有無鍵按下，如果此時仍有鍵按下，則認為鍵盤上有一個鍵處于穩(wěn)定閉合期。 若有鍵閉合，則求出閉合鍵的鍵值.求鍵值的方法是對鍵盤逐行掃描。（3）行反轉(zhuǎn)法的原理。它的

39、原理如下所述。這了敘述方便，以4 X 4=16鍵的鍵盤行反轉(zhuǎn)法也是識別閉合鍵的常用方法, 為例。圖3.11是行反轉(zhuǎn)法的工作示意圖：PR.PR；1o -1p0 0123045670 k 9AB0pEFI圖3.11行反轉(zhuǎn)法連接圖0C D E F從圖中可以看到，用行反轉(zhuǎn)法識別閉合鍵時，要將行線接一個并行口，先讓它工作為輸出方式， 將列線接到一個并行口， 先讓它工作在輸出方式。 程序使CPU通過輸出端口往各行線上全部送低電平， 然后讀入列線的值。如果此時有某一個鍵被按下，則必定會使某一列線值為0，然后，程序再對兩個并行端口進行方式設(shè)置，使接行線的并行端口工作在輸出方式，而使接列線的并行端口工作在輸出方

40、式， 并且將剛才讀得的列線值從所接的并行端口輸出，再讀取行線的輸入值， 那么，在閉合鍵所在的行線上的值必定為0。這樣，當(dāng)一個鍵被按下時，必定可以讀得一對唯一的行值和列值。在鍵盤設(shè)計時，除了 以鍵碼的識別以外，還有抖動問題需要解決。有軟件方法可以很容易解決抖動問題，這就是通過延遲來等待抖動消失，這之后，再讀入。4系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1程序設(shè)計語言的介紹單片機能執(zhí)行的程序可以用很多種語言編寫。從語言結(jié)構(gòu)及其與單片機的關(guān)系兩方面可分為三大 類：分別是機器語言、匯編語言和高級語言。機器語言機器語言是一種用二進制代碼“ o”和“ 1”表示指令和數(shù)據(jù) 的最原始的程序設(shè)計語言。由于計算 機只能識別二進制代碼，因

41、此，這種語言與計算機的關(guān)系最為直接，計算機能夠快速識別并立即執(zhí)行， 響應(yīng)速度最快。但這種語言編寫程序非常繁瑣、費時，且不易看懂，不便記憶，容易出錯。匯編語言匯編語言是一種用助記符來表示的面向機器的程序設(shè)計語言。 不同的機器所使用的匯編語言一般是 不同的。這種語言比機器語言更加直觀、 易懂、易用，且便于記憶。但是由于不同機器的匯編語言不同， 這種語言有一定的局限性，移植性差。高級語言高級語言是一種面向過程且獨立于計算機硬件結(jié)構(gòu)的通用計算機語言。目前在單片機應(yīng)用最廣泛 的是C語言。4.2主函數(shù)程序設(shè)計一個完整的程序中只有一個main函數(shù)，首先調(diào)用初始化函數(shù)進行初始化，然后判斷并調(diào)用顯示子程序使液晶

42、1602顯示、蜂鳴器鳴響報警。程序流程如圖 4.1所示。開始圖4.1主程序流程圖4.3初始化程序設(shè)計初始化程序包括液晶初始化顯示、定時器中斷系統(tǒng)初始化。（一）、液晶初始化根據(jù)液晶使用手冊，在液晶使用之前，要對其設(shè)置顯示模式，光標(biāo)設(shè)置，然后進行清屏操作。方便 之后使用。（二）、定時器中斷系統(tǒng)初始化STC89C51有兩個定時/計數(shù)器，都有定時和計數(shù)兩種工作模式，四種工作方式(方式0、方式1、方式2、方式3),屬于增一計數(shù)器。特殊功能寄存器TMO用于選擇定時器/計數(shù)器TO、T1的工作模式和工作方式。但無論是工作在定時器模式還是計數(shù)器模式，實質(zhì)都是對脈沖信號進行計數(shù)，只是計數(shù)的來源不同，計數(shù)器模式是對

43、加在T0(P3.4)和T1(P3.5)兩個引腳的外部脈沖進行計數(shù)，而定時器模式是對單片機的時鐘振蕩器信號經(jīng)片內(nèi)12分頻后的內(nèi)部脈沖信號計數(shù)。3、工作方式控制寄存器 TMOD不能位尋址，其格式如表4.1所示。D7D6D5D4D3D2DIDOGATEC.TMlMOGATECTMlMOT1芳式字段卜TO肓式字段表4.1寄存器TMOD勺格式(1) GATE:門控位。(2) MO M1:工作方式選擇位。 C/T:計數(shù)器和定時器模式選擇位。C/T=0,為定時器模式；C/T=1為計數(shù)器模式。M0 M1共有4種編碼，對應(yīng)于 4種工作方式的選擇，見表 4.2 。表4.2 M1、M0工作方式選擇M1M0工作方式0

44、0方式0,為13位定時器/計數(shù)器01方式1,為16位定時器/計數(shù)器10方式2, 8位的常數(shù)自動重裝的定時器 /計數(shù)器11方式3，僅用于T0,此時T0分為兩個8位計數(shù)器，T1停止計數(shù)定時器的工作方式設(shè)置好以后就要給定時器裝入初值，工作方式不同初值也不同。f0sc ,則時鐘周期1、下面介紹一下單片機的時鐘周期、機器周期和指令周期。(1) 時鐘周期是單片機時鐘控制信號的基本時間單位。若時鐘晶體的震蕩頻率為Tosc=1/f osc(2) 機器周期是CPU完成一個基本操作所需要的時間。AT89C51單片機的每12個時鐘周期為一個機器周期，即 TcY=12/f OSC。(3) 指令周期是執(zhí)行一條指令所需的

45、時間。AT89C51單片機中指令按字節(jié)來分，可分為單字節(jié)、雙字節(jié)和三字節(jié)指令，單字節(jié)和雙字節(jié)指令一般為單機器周期和雙機器周期，三字節(jié)指令都是雙機器周期，只有乘、除指令占4個機器周期。本設(shè)計中，時鐘晶體的頻率為11.0592MHZ,所以時鐘周期為1/12M。T0作為定時器使用，工作方式為方式1,作為16位計數(shù)器。設(shè)計數(shù)個數(shù)為N,計數(shù)初值為X,那么X=216-N ,定時時間=NX 12/晶振頻率，所以，定時時間 =(2 -X) X 12/晶振頻率。本設(shè)計設(shè)置每隔 50ms中斷一次，那么得出初值 X=0x4BFF,定時器T0的高8 位TH0賦值0x4B,低8位TL0賦值OxFF。2、定時器/計數(shù)器控制寄存器 TCON可位尋址，其格式見表4.3。表4.3特殊寄存器TCON勺格式D7D6D5D4D3D2D1D0TCONTF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0位地址8FH8DH8BH8AH89H88H TR0:定時器啟動位。TR0=0,關(guān)閉定時器0; TR0=1,開啟定時器0. IT0 :選擇外部中斷0為跳沿觸發(fā)方式還是電平觸發(fā)方式。IT0=0，為電平觸發(fā)方式；IT0=1，為跳沿觸發(fā)方式。4、單片機對各中斷源的開放或屏蔽是由片內(nèi)的中斷允許寄存器IE控制的