選做實(shí)驗(yàn) 心電圖機(jī)打印系統(tǒng)指導(dǎo)書

心電圖機(jī)打印系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私獯蛴C(jī)工作原理；掌握打印機(jī)打印曲線的工作方法；掌握打印機(jī)接口掌握單片機(jī)編程技巧。2.實(shí)驗(yàn)要求了解MCS-51單片機(jī)與RD-A打印機(jī)硬件配置與連接方式；掌握MCS-51單片機(jī)的編程語言；掌握打印機(jī)波形打印程序的算法和構(gòu)造；編寫程序并調(diào)試程序；3.實(shí)驗(yàn)設(shè)備MCS-51單片機(jī)仿真器RD-A微型點(diǎn)陣打印機(jī)穩(wěn)壓電源4.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容4.1實(shí)驗(yàn)說明在我們本科教學(xué)計劃中，有關(guān)醫(yī)療器械的設(shè)計能力培養(yǎng)上，一向以心電圖機(jī)的設(shè)計作教學(xué)和實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)。這有幾個原因：第一，心電圖儀是極具代表性的醫(yī)療儀器；第二，心電圖儀是具有極高臨床診斷意義的醫(yī)療儀器；第三，它是使用范圍最廣，目前設(shè)計最為成熟的醫(yī)療儀器；第四，相比其他醫(yī)療儀器，它是最為簡單的一種。這幾個因素決定了再本科教學(xué)中，心電圖機(jī)的設(shè)計必然成為我們學(xué)習(xí)醫(yī)療器械設(shè)計的入門課程。而掌握好心電圖機(jī)的設(shè)計過程，充分的了解和領(lǐng)悟醫(yī)療儀器設(shè)計的要點(diǎn)，也是對生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)最基本的要求。本課題將探討打印機(jī)在心電圖機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用，主要是有關(guān)心電圖形的打印，坐標(biāo)軸的打印，漢字信息的打印三個部分的內(nèi)容。4．2硬件平臺介紹MCS-51單片機(jī)介紹：單片機(jī)是由運(yùn)算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備以及輸出設(shè)備共五個基本部分組成的。單片機(jī)是把包括運(yùn)算器、控制器、少量的存儲器、最基本的輸入輸出口電路、串行口電路、中斷和定時電路等都集成在一個尺寸有限的芯片上。

MCS-51單片機(jī)芯片內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)

通過MCS-51單片機(jī)內(nèi)部的邏輯結(jié)構(gòu)圖掌握單片機(jī)內(nèi)部的邏輯結(jié)構(gòu)及各個部件的功能與特點(diǎn)。即：

中央處理器（CPU）、內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器、內(nèi)部程序存儲器、定時器/計數(shù)器、并行I/O口、串行口、中斷控制系統(tǒng)、時鐘電路、位處理器、總線。

MCS-51單片機(jī)的內(nèi)部存儲器

MCS-51單片機(jī)芯片內(nèi)部有數(shù)據(jù)存儲器和程序存儲器兩類存儲器，即所謂的內(nèi)部RAM和內(nèi)部ROM。同學(xué)重點(diǎn)要掌握內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器的結(jié)構(gòu)、用途、地址分配和使用特點(diǎn)。

一是內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器的低128單元，它包括了寄存器區(qū)、位尋址區(qū)、用戶RAM區(qū)，要掌握這些單元的地址分配、作用等。

二是內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器高128單元，這是為專用寄存器提供的，地址范圍為80H～FFH。所謂專用寄存器是區(qū)別于通用寄存器而言的，即這些寄存器的功能或用途已作了專門的規(guī)定，用于存放單片機(jī)相應(yīng)部件的控制命令、狀態(tài)或數(shù)據(jù)等。在這些專用寄存器中，重點(diǎn)要掌握以下寄存器的使用：

程序計數(shù)器、累加器A、B寄存器、程序狀態(tài)字（PSW）、數(shù)據(jù)指針（DPTR）。

MCS-51的堆棧操作：堆棧是計算機(jī)的重要概念，要掌握以下幾方面：

1.堆棧的功用

2.堆棧的設(shè)置

3.堆棧指示器

4.堆棧使用方式

內(nèi)部程序存儲器

80C51芯片內(nèi)有4KROM存儲單元，其地址為0000H～0FFFH，這就是我們所說的內(nèi)部程序存儲器（或簡稱“內(nèi)部ROM”）。無論是片內(nèi)或是片外存儲器（對于無片內(nèi)ROM的單片機(jī)），在程序存儲器中有一組特殊的保留單元0000H～002AH，使用時應(yīng)特別注意。

系統(tǒng)的啟動單元：0000H～0002H

五個中斷源的中斷地址區(qū)：0003H～002AH

0003H～000AH外部中斷0中斷地址區(qū)

000BH～0012H定時器/計數(shù)器0中斷地址區(qū)

0013H～001AH外部中斷1中斷地址區(qū)

001BH～0022H定時器/計數(shù)器1中斷地址區(qū)

0023H～002AH串行中斷地址區(qū)

中斷響應(yīng)后，系統(tǒng)能按中斷種類，自動轉(zhuǎn)到各中斷區(qū)的首地址去執(zhí)行程序。因此在中斷地址區(qū)中本應(yīng)存放中斷服務(wù)程序。但通常情況下，8個單元難以存下一個完整的中斷服務(wù)程序，因此一般也是從中斷地址區(qū)首地址開始存放一條無條件轉(zhuǎn)移指令，以便中斷響應(yīng)后，通過中斷地址區(qū)，再轉(zhuǎn)到中斷服務(wù)程序的實(shí)際入口地址去。MCS-51單片機(jī)系統(tǒng)的存儲器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

單片機(jī)的存儲器結(jié)構(gòu)有兩個重要的特點(diǎn)：一是把數(shù)據(jù)存儲器和程序存儲器截然分開，二是存儲器有內(nèi)外之分。總的來說，由芯片內(nèi)存儲器和芯片外擴(kuò)展存儲器構(gòu)成了單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的整個存儲器系統(tǒng)。

MCS-51單片機(jī)并行輸入/輸出口電路

單片機(jī)芯片內(nèi)還有一項(xiàng)重要內(nèi)容就是并行I/O口電路。MCS-51共有四個8位的并行雙向I/O口，分別記作P0、P1、P2、P3，實(shí)際上它們已被歸入專用寄存器之列。這四個口除了按字節(jié)尋址之外，還可以按位尋址，四個口合在一起共有32位。

在單片機(jī)中，口是一個集數(shù)據(jù)輸入緩沖、數(shù)據(jù)輸出驅(qū)動及鎖存等多項(xiàng)功能于一體的I/O電路。MCS-51的四個口在電路結(jié)構(gòu)上是基本相同的，但它們又各具特點(diǎn)，因此在功能和使用上各口之間有一定的差異。在學(xué)習(xí)中必須要掌握各個口的用途。

MCS-51單片機(jī)時鐘電路與時序

時鐘電路用于產(chǎn)生單片機(jī)工作所需要的時鐘信號，單片機(jī)本身就是一個復(fù)雜的同步時序電路，為了保證同步工作方式的實(shí)現(xiàn)，電路應(yīng)在唯一的時鐘信號控制下嚴(yán)格地按時序進(jìn)行工作。而時序所研究的則是指令執(zhí)行中各信號之間的相互時間關(guān)系。

要理解時鐘電路的產(chǎn)生與作用，能根據(jù)外部所加入的晶體的振蕩頻率計算時序的定時單位。

1.MCS-51的外部晶體的振蕩頻率范圍：1.2MHz～12MHz，

2.MCS-51時序的定時單位共有4個，依次是：拍節(jié)、狀態(tài)、機(jī)器周期和指令周期。RD-A打印機(jī)介紹：榮達(dá)創(chuàng)新RD-A系列微型打印機(jī)專為儀器儀表面板安裝而設(shè)計，采用獨(dú)特的面板式嵌入結(jié)構(gòu)，便可將整個打印機(jī)固定在儀表面板上。面板安裝開孔尺寸為103mm*57mm，外形尺寸為：110mm（長）*62mm（寬）*55mm（深）。RD-A型為后換紙結(jié)構(gòu)設(shè)計，換紙操作須取下整臺打印機(jī)進(jìn)行換紙。A型熱敏系列與針打系列均采用原裝進(jìn)口打印頭有效確保打印效果與打印機(jī)的使用壽命。性能指標(biāo)：打印方式：針式撞擊點(diǎn)陣打??；打印速度：1.0行/秒，0.7行/秒，0.4行/秒（5*7點(diǎn)陣字符）；分辨率：8點(diǎn)/毫米，384點(diǎn)/行；打印寬度：33mm/48mm；字符數(shù)/行：16/24/40；打印字符：全部448個字符及圖塊，包括96個ASCII字符，352個希臘文、德文、俄文、法文等字母，日文片假名，部分中文字，數(shù)字符號，打印字符，塊圖符；32個用戶自定義字符。國標(biāo)一二級漢字庫中全部漢字和西文字、圖符共8178個；字符大?。何魑模?*7點(diǎn)陣；塊圖符：6*8點(diǎn)陣；用戶自定義字符：6*8點(diǎn)陣；漢字：24*24點(diǎn)陣，16*16點(diǎn)陣，12*12點(diǎn)陣；控制板：采用模塊化驅(qū)動控制電路，有效保護(hù)打印頭的絕對安全；專門的復(fù)位控制電路、電源監(jiān)測電路以及近乎完美的軟硬件看門狗控制電路，確保打印機(jī)不死機(jī)、不亂打。熱敏控制電路更提供溫度檢測、電壓檢測、過熱檢測、缺紙檢測，有效延長了打印頭的使用壽命，更能保證打印機(jī)在不同的工作場合打印效果清晰美觀、高速流暢、完整、無噪音；控制命令：通用ESC/P打印命令。支持字符、漢字、圖形的正向、反向、左右旋轉(zhuǎn)打印，反白，上下劃線、左右劃線打印以及任意變高、變寬，行間距、字間距調(diào)整、水平制表、垂直制表、曲線打印、條形碼打印等功能以及以上功能的混合打印，也可根據(jù)客戶需要適當(dāng)增減相關(guān)命令；打印漢字：V8型、VS型可通過隨機(jī)軟件自由選擇打印漢字的數(shù)量、漢字的字體、漢字的點(diǎn)陣并通過隨機(jī)電纜下載至打印機(jī)，打印漢字只需輸入相應(yīng)漢字代碼即可方便快速打印。8+型標(biāo)配16*16點(diǎn)陣與12*12點(diǎn)陣國標(biāo)一、二級漢字字庫；打印LOG：特殊機(jī)型可通過隨機(jī)軟件自由調(diào)用用戶LOG等專用圖案，生成專用圖形打印命令。方便、快捷、正確、清晰的打印用戶LOG及專用圖案；徹底解決用戶繁瑣復(fù)雜的編程，快速提升用戶輸出效果；紙張類型：44mm±0.5mm*?45mm∕57mm±0.5mm*?45mm普通卷紙；缺紙檢測：可選；換紙方式：面板式后換紙；打印緩存：32K；外接口：標(biāo)準(zhǔn)并行接口，標(biāo)準(zhǔn)串行接口，485接口，可選配紅外無線接口；驅(qū)動：提供WINDOWS98/2K/XP/NT操作系統(tǒng)下，專用驅(qū)動；電源：DC5V/2A；可靠性：50萬行；開孔尺寸：103mm*57mm；外形尺寸：114mm（長）*62mm（寬）*64mm（深）；重量：約200克；工作環(huán)境：溫度0～50℃，相對濕度：0～80%。4．3.程序設(shè)計4.3.1硬件接口RD-A型并口與CENTRONICS標(biāo)準(zhǔn)并行口兼容，可直接由微機(jī)并口或單片機(jī)控制。A型并口26線雙排插座。引腳序號，如下圖：1。圖3-1打印機(jī)引腳序號A型并口各引腳信號定義：表1RD-A型打印機(jī)引腳信號在本設(shè)計中，被使用到的信號接口有：D0-D7（數(shù)據(jù)線）、STB（選通）和BUSY（忙）。STB信號兼有片選和啟動兩種功能，當(dāng)CPU向打印機(jī)發(fā)出STB=0以后，打印機(jī)才開始接收和鎖存數(shù)據(jù)，并開始打印字符。當(dāng)CPU和打印機(jī)采用查詢方式傳送數(shù)據(jù)時，可以用BUSY信號作為查詢對象。在打印機(jī)開始工作后，只要打印沒有結(jié)束，BUSY就保持為1。CPU檢測到BUSY為1時就不應(yīng)該再向打印機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)，只有在BUSY=0時，才可以向打印機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)，否則會造成信息丟失。單片機(jī)和打印機(jī)在查詢方式下的接口電路圖如圖2所示。圖2單片機(jī)與打印機(jī)并行接口4.3.2程序構(gòu)造本設(shè)計旨在實(shí)現(xiàn)心電圖型的打印，牽涉到心電曲線的打印，坐標(biāo)的打印，以及相關(guān)文字的打印。程序設(shè)計比較繁瑣，牽涉到中斷，循環(huán)，分支程序。其流程圖如下：：定義中斷、查詢定義中斷、查詢判斷是否為終止信號判斷是否要打印坐標(biāo)軸凸點(diǎn)否設(shè)定打印方式為曲線打印，打印坐標(biāo)軸與心電曲線設(shè)定打印方式為曲線打印，打印坐標(biāo)軸、坐標(biāo)軸上凸點(diǎn)與心電曲線否讀入數(shù)據(jù)設(shè)定打印方式為漢字打印打印漢字信息結(jié)束打印開始是是圖3總程序流程圖4.3.3.代碼具體函數(shù)代碼如下STBBITP3.5//定義STB為選通BUSYBITP3.3//定義BUSY為中斷ORG0000HJMPSTARTSTART:MOVR2,#00H//表的偏移量初值NEXT:MOVA,R2//表的偏移量送AMOVDPTR,#TAB//表的首地址MOVCA,@A+DPTR//從表中取出待打印字符送ACJNEA,#00H,PRINT//判斷是否為終止信號，否則執(zhí)行打印程序JMPFINISH//是則執(zhí)行終止程序PRINT:PUSHACC//待打印字符送堆棧MOVA,R2//表的偏移量送AMOVB,#10H//定義每10個數(shù)據(jù)構(gòu)成一個單位時DIVAB間，判斷是否是第N*10個數(shù)據(jù)，MOVA,B否則執(zhí)行普通打印程序，是則執(zhí)CJNEA,#00H,PRINT1打印坐標(biāo)軸凸點(diǎn)的程序//*****下面是打印坐標(biāo)軸凸點(diǎn)的程序*****POPACC//從堆棧中取出待打印字符送AMOVP1,#1BHJBBUSY,$CLRSTBNOPNOPSETBSTBMOVP1,#27H//設(shè)置打印機(jī)工作方式為曲線打印JBBUSY,$CLRSTBNOPNOPSETBSTBMOVP1,#04H//設(shè)置工作方式為同時打印四個點(diǎn)：心電曲線對應(yīng)點(diǎn)、坐標(biāo)軸對應(yīng)點(diǎn)和坐標(biāo)軸上突起的兩點(diǎn)JBBUSY,$CLRSTBNOPNOPSETBSTBMOVP1,A//送心電數(shù)據(jù)打印JBBUSY,$CLRSTBNOPNOPSETBSTBMOVP1,#02H//打印坐標(biāo)軸JBBUSY,$CLRSTBNOPNOPSETBSTBMOVP1,#03H//打印坐標(biāo)軸上凸點(diǎn)JBBUSY,$CLRSTBNOPNOPSETBSTBMOVP1,#04H//打印坐標(biāo)軸上凸點(diǎn)JBBUSY,$CLRSTBNOPNOPSETBSTBMOVP1,#0DHJBBUSY,$CLRSTBNOPNOPSETBSTBINCR2//修改表的偏移量JMPNEXT//讀下一數(shù)據(jù)，進(jìn)入循環(huán)//*****下面是普通打印程序*****PRINT1:POPACC//從堆棧取出待打印數(shù)據(jù)送AMOVP1,#1BHJBBUSY,$CLRSTBNOPNOPSETBSTBMOVP1,#27H//設(shè)置打印機(jī)工作方式為曲線打印JBBUSY,$CLRSTBNOPNOPSETBSTBMOVP1,#02H//設(shè)置工作方式為同時打印兩條曲線：心電曲線、坐標(biāo)軸JBBUSY,$CLRSTBNOPNOPSETBSTBMOVP1,A//送心電數(shù)據(jù)打印JBBUSY,$CLRSTBNOPNOPSETBSTBMOVP1,#02H//打印坐標(biāo)軸JBBUSY,$CLRSTBNOPNOPSETBSTBMOVP1,#0DHJBBUSY,$CLRSTBNOPNOPSETBSTBINCR2//修改偏移量JMPNEXT//讀下一數(shù)據(jù)，進(jìn)入循環(huán)//*****下面是最終漢字信息打印程序*****FINISH:MOVR2,#00H//設(shè)表偏移量初值NEXT2: MOVA,R2//表偏移量初值送AMOVDPTR,#TAB1//取表的首地址MOVCA,@A+DPTR//從表中取待打印數(shù)據(jù)CJNEA,#00H,PRINT2//判斷是否為終止信號，否則執(zhí)行程序打印SJMP$//是則程序結(jié)束PRINT2:MOVP1,A//數(shù)據(jù)送打印 JBBUSY,$CLRSTBNOPNOPSETBSTBINCR2//修改偏移量JMPNEXT2//進(jìn)入循環(huán)TAB:DB72,72,72,71,71,70,70,70,69,68,67,67,66,66,66//心電信號DB66,66,67,68,69,70,71,71,72,72,72,72,72,72,72,72數(shù)據(jù)DB72,72,72,72,72,72,72,72,72,72,72,72,72,72,72,72DB72,72,72,72,72,72,72,72,72,72,72,72,72,72,72,72DB66,54,46,38,26,15,12,11,12,16,23,44,66,97,122,145DB156,163,168,176,188,202,210,205,198,188,172,160,146,136,125,113DB104,94,85,77,72,70,68,66,64,63,62,61,60,59,58,58DB57,56,55,55,54,53,53,52,52,51,51,50,50,49,49,48DB48,47,47,46,46,45,45,44,44,43,43,42,42,41,41,40DB40,39,39,38,38,37,37,36,36,35,35,34,34,33,33,32DB