基于单片机的病床呼叫系统的设计课程设计

基于单片机的病床呼叫系统的设计课程设计内容摘要：

8 置和列线位置便能再扫描法来确定具体位置。 将行线和一个并行接口相接，CPU 每次使并行输出接口的某一位为 0，便相当于将某一行线接地，而其他位为 1，则相当于使其他行线处于高电平 [5]。 为了检查列线上的电位，将列线和一个并行输入输出口相接， CPU 只要读取输入输出口中的数据，就可以设法判别出第几号键被按下 [6]。 从上面的原理中知道，程控扫描法是由程序控制键扫描的方法。 程控扫描的任务是： （ 1） 首先判断是否有键按下。 其方法是使所有的行输出 均为低电平，然后从端口 A 读入列值。 如果没有键按下，则读入的列值为 FFH；如果有键按下，则读入的列值不为 FFH。 （ 2）去除键抖动。 若有键按下，则延时 5～ 10ms，再一次判断有无键按下，如果此时仍有键按下，则认为键盘上有一个键处于稳定闭合期。 （ 3）若有键闭合，则求出闭合键的键值 . 求键值的方法是对键盘逐行扫描。 如图 26 行扫描法。 9 图 26 行扫描法流程图 调显示程序 扫描整个键盘 有键按下。 再次扫描整个键盘 有键按下。 延时 10ms 输出使 Xi 为低电平 此行有键按。 行值＋ 08H 求下一行为低电平模型 各行扫描完了。 列值＋ 1 列数据右移 1 位 延时 有键按下。 键释放了。 计算键值 （ BUFF） 键值 调查找 功能键程序 Y N Y N Y Y N N Y N N Y 开始 10 [7]： 行反转法也是识别闭合键的常用方法，它的原理如下所述。 这了叙述方便，以 4 4=16 键的键盘为例。 图 27 是行反转法的工作示意图。 图 27 行反转法连接图 从图中可以看到，用行反转法识别闭合键时，要将行线接一个并行口，先让它工作为输出方式，将列线接到一个并行口，先让它工作在输出方式。 程序使 CPU 通过输出端口往各行线上全部送低电平，然后读入列线的值 [8]。 如果此时有某一个键被按下，则必定会使某一列线值为 0，然后，程序再对两个并行端口进行方式设置，使接行线的并行端口工作在输出方式，而使接列线的并行端口工作在输出方式，并且将刚才读得的列线值从所接的并行端口输出， 再读取行线的输入值，那么，在闭合键所在的行线上的值必定为 0。 这样，当一个键被按下时，必定可以读得一对惟一的行值和列值 [9]。 在键盘设计时，除了以键码的识别以外，还有抖动问题需要解决 [10]。 有软件方法可以很容易解决抖动问题，这就是通过延迟来等待抖动消失，这之后，再读入键码。 167。 显示电路设计 一． LED 显示原理 LED 即发光二极管，它是一种由某种半导体材料制成的 PN 结，由于掺杂浓度很高，当正相偏置时，会产生大量的电子 空穴复合，把多余的能量释放为光能。 LED 显示器具有工作电压低、体积小、寿命长 （约十万小时）、响应速度快，颜色丰富（红、黄、绿等）等特点，是智能仪器最常使用的显示器 [11]。 LED 的正向工作电压降一般在 ，发光工作电流在 5mA20mA，发光强度基本上与正向电流成正比，故电路须串联适当的限流电阻 [12]。 LED 很 11 适合于脉冲工作状态，在平均电流相同的情况下，脉冲状态比直流工作状态产生的亮度增强 20%左右。 LED 显示器有单个、七段和点阵式几种类型，本设计将使用七段 LED 显示器。 二．七段 LED 显示 七段 LED 显示器由数个 LED 组成一个阵列，并封装与一个标准外壳中。 为适用 于不同的驱动电路，有共阴极和共阳极两种结构，如图所示。 用七段LED 显示器可组成 09 数字和多种字母，为了适应各种装置的需要，这种显示中还有一个小数点，所以实际共有八段 [13]。 图 28 LED 显示器的两种结构 为了显示某个数或字符，就要点亮对应的段，这就需要译码。 译码有硬件和软件之分，硬件译码的优点是计算机时间的开销比较小，但硬件开支大[14]。 与硬件电路相比，软件译码显示电路省去了硬件译码器，本设计采用软件译码的方式。 按照显示方式，七段 LED 系统又有静态显示和动态显示之分 [15]。 这次设计采用的是 静态显示，利用 74LS373 和显示器组成了显示系统。 在每一次显示输出后能够保持不变，仅在待显示数字需要改变时，才更新锁存内容。 12 167。 报警电路设计 采用发光二极管和蜂鸣器相串联，用三极管加限流电阻作为控制开关，用单片机 端口控制，当有高电平导通，显示器显示床号的同时蜂鸣器发出“嘀嘀”声作为呼叫提示。 电路连接图如 29 图所示。 图 29 报警设计 167。 控制电路设计 控制按键接 端口，当有呼叫发出时，值班室人员收到相应信息后，可按下“响应按钮”，通过编程令单片机执行中断程序。 13 第三章 系统软件设计 167。 系统软件环境介绍 167。 KEIL_C 于 AT89C51 的控制设计，以 Keil_c 为软件编程环境，以 proteus 软件为电路仿真设计环境。 二者的结合为该系统的设计提供有利条件。 Keil_c 软件界面如图 31 所示： 图 31 Keil_c 软件界面 该软件是一款集编程和仿真于一体的软件，它支持汇编、 C 语言及二者的混合编程 [16]。 167。 Protues ISIS Proteus ISIS 是英国 Labcenter 公司开发的电路分析与实物仿真软件。 它运行于 Windows 操作系统上，可以仿真、分析 (SPICE)各种模拟器件和集成电路 [17]。 该软件的特点是： 一．全部满足我们提出的单片机软件仿真系统的标准，并在同类产品中 14 具有明显的优势。 二．具有模拟电路仿真、数字电路仿真、单片机及其外围电路组成的系统的仿真、 RS－ 232 动态仿真、 I2 C 调试器、 SPI 调试器、键盘和 LCD 系统仿真的功能；有各种虚拟仪器，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等 [18]。 三．目前支持的单片机类型有： ARM7 系列、 68000 系列、 8051 系列、 AVR系列、 PIC12 系列、 PIC16 系列、 PIC18 系列、 Z80 系列、 HC11 系列以及各种外围芯片。 四．支持大量的存储器和外围芯片。 总之，该软件是一款集单片机和 SPICE 分析于一身的仿真软件，功能极其强大 ，可仿真 ARM、 5 AVR、 PIC[19]。 Proteus ISIS 的工作界面是一种标准的 Windows 界面，如图所示，包括：标题栏、主菜单、标准工具栏、绘图工具栏、状态栏、对象选择按钮、预览对象方位控制按钮、仿真进程控制按钮、预览窗口、对象选择器窗口、图形编辑窗口 [20]。 图 32 电路仿真界面 运行 Proteus 程序后，进入软件的主界面。 通过左侧工具栏中的 P(从库中选择元件命令 )命令，在 P ick Devices 左侧窗口中选择所需元件的关键字 [21]，然后放置元件并调整方向和位置以及参数设置，最后进行连线[22](图 32 电路仿真界面 )。 15 167。 系统程序设计 病房呼叫系统 软件设计均采用模块化设计，整个程序 主要 包括主程序、键盘扫描 程序、 显示 程序。 所有程序均采用 C 语言编写。 病房呼叫系统 的软件设计思路说明如下：主程序的作用为程序初始化， 显示病房编号 (病房号的获得在键盘扫描程序中实现 )，并 在多人按键时实现循环显示的功能。 通过不断的扫描，检查是否有病人呼叫。 显示程序通过扫描 64 个病床的判断标志位来决定是否需要显示床号。 键盘扫描程序是重要组成部分，它的功能是判断是否有按键并进一步确认是哪个按键按下或释放，同时修改相应的标志位，以运用到显示程序中。 167。 系统主程序流程图 主程序流程图给出了系统工作的基本过程，描述了信号的基本流向，起到一个向导的作用。 开 始设 定 床 号 显 示 标 志 并 初 始 化扫 描 键 值是 否 有 键 按 下记 录 键 值 ， 标 志 位 取 反扫 描 各 床 位 标 志显 示 对 应 床 号NY 16 图 31 主程序流程图 主程序程序描述： 首先对各存储单元初始化，设定定时初值，清零键，然后继续扫描键盘，如扫描到键盘有键 按下，则进而判断是哪个床位按下，进而显示病床号时，要判断标志位，若已经按下，则不响应，否则显示病床号。 最后，返回扫描键值程序，准备下一次的判断。 计算机控制技术课程答辩论文 17 167。 显示程序流程图 显示程序主要是来判断是否需要显示 ,以及如何去显示 ,是十分重要的程序之一。 设计流程图如图所示。 设 定 床 号 显 示 标 志 b ia o [ n ]n = 1B ia o [ n ] 是 否 不 为 0显 示 床 号 n扫 描 键 值n 是 否 为 6 4。