激光辅助治疗仪的设计毕业论文.doc

届毕业生届毕业生 毕毕业业 论论文文 题题 目目 激光辅助治疗仪的设计激光辅助治疗仪的设计 院系名称 院系名称 电气工程学院电气工程学院 专业班级 专业班级 学生姓名 学生姓名 学学 号 号 指导教师 指导教师 教师职称 教师职称 讲讲 师师 年年 06 月月 10 日日 I 摘 要 近年来随着生活水平的提高 人们对健康的关注程度的逐渐增加 相应的对 医疗设备的关注也得到进一步提高 该课题所研究的激光治疗法是一种非常安全 的治疗方法 该课题设计的激光治疗仪是一种医用器械 以 AT89S52 单片机为核心 采 用 5V 电源供电 利用激光发射器件发射激光 作用于人体敏感部位 产生辅助 治疗作用 利用按键对激光器发送的脉冲形式和时间进行控制 从而使末端激光 器发射出最适宜身体接受的光波 为了解决治疗强度和治疗时间的问题 我们采 用了四位 LED 数码管动态显示治疗时间 并设置了三个按键 一个用来控制治 疗强度 也就是控制激光发射头高低电平的切换 两个按键用来控制治疗时间的 加减 为了提醒使用者是否真的采取按键操作功能 我们设计了当有按键按下时 蜂鸣器发出报警信号以确定是否采取该操作 利用 C 语言设计相应的软件实现其 功能 该课题设计的治疗仪以单片机为核心 完成了所需要的各项功能 具有结构 简单 使用方便的特点 关键词 单片机 激光治疗仪 LED II Title Design of Laser Aid Treatment Instrument Abstract In recent years along with the living standard s enhancement people s attention to health gradually increases correspondingly the attention to medical equipment also has further enhancements The laser instrument which this topic studies is a very safe method of treatment auxiliary As a kind of medical instrument this laser treatment meter in view of its design AT89S52 was took monolithic integrated circuit as the core and 5V power source was used for supplying power and laser transmission component for launching laser It affects in the human body sensitive spot and has the aid therapeutic action The meter carries on the control to the pulse mode and time which the laser transmits thus it makes the terminal laser to launch suitable light waves which the body accepts In order to solve the problem that patient s treatment time and intensity is different we use four LED nixie light dynamic demonstration to demonstrate the treatment time It has three pressed keys two pressed keys are used for controlling the treatment time s addition and subtraction one for the treatment intensity and one used for treatment meter s height level cut In order to remind the curer of the treatment conclusion and to make the operation easy this design uses the software to control pressed keys warning function Use the corresponding C language design software to realize the corresponding function The structure of this treatment meter which my topic designs is simple and easy to operate Keywords Single chip processor Laser treatment instrument LED III 目 次 1 1 绪论绪论 1 1 1 1 课题研究的目的和意义 1 1 2 治疗仪的使用背景 1 1 3 国内外的应用现状 2 1 4 课题的发展要求 2 2 2方案论证方案论证 3 3 2 1 课题所需的总体功能 3 2 2 总体方案论证 3 2 3 激光发射器的选择 6 3 3硬件设计硬件设计 7 7 3 1 晶振电路 7 3 2 复位电路 7 3 3 显示电路 8 3 4 键盘电路 12 3 5 报警电路 14 3 6 电源电路 15 3 7 激光发射电路 16 4 4软件设计软件设计 18 4 1 系统软件设计语言 18 4 2 软件程序设计 18 结结 论论 25 致致 谢谢 26 参参 考考 文文 献献 27 附录附录 A A 总电路图 总电路图 29 附录附录 B B C C 语言源程序清单语言源程序清单 31 1 1 1 绪论绪论 1 11 1 课题研究的目的和意义课题研究的目的和意义 随着近年来随着人们生活水平的提高 物质资料的增加和各种疾病的增多 人们对自己和亲人健康问题的关注程度的逐渐增 很多人和医院对医疗设备的 关注也得到进一步提高 很多人对医疗设备的要求也在进一步增加 倾向于健 康安全的医疗器械 激光照射血液以改变血液生化指标的物理疗法 是目前国内外比较成熟的 心脑血管等疾病的治疗方法之一 利用激光的光辐射及波长相关性改变细胞生 物学特性 提高细胞活性 增强细胞携氧能力 改善细胞变形能力 降低血液 的中分子浓度 改善血液流变形能力 降低血液的中分子浓度 改善血液流变 形 降低血脂 胆固醇 有效预防心脏病 脑血栓 心肌梗塞等疾病的发生 是一种非药物非手术的疗法 从而避免了引起各种毒副作用的发生 具有非特 异性和广谱的治疗作用 1 21 2 治疗仪的使用背景治疗仪的使用背景 激光手术目前主要用于普外科 肝胆外科 泌尿外科 心胸外科 烧伤外 科 骨外科 神经外科 妇科 皮肤科 五官科等各科手术 医用激光器作为 治疗的设备已充分体现了它无与伦比的优越性 中国医学科学院基础医学研究所 中国协和医科大学基础医学联合作 导 体激光辅助治疗仪血管内辐射安全性的实验研究 全国近 10 年来 各地用此 法治疗心脑血管疾病的人数以十万计 激光安全等级为 3A 未见不安全病例的 报导 因此 我们可以放心大胆的在治疗仪器上应用激光来治疗疾病 而这种 治疗将会给我们的医疗界带来一个更为广阔的方向和发展空间 激光治疗比以 往的手术和药物治疗更安全 对人体无毒副作用 是患者治疗疾病的最佳选择 在经济快速发展的今天 激光辅助治疗仪有了很大的发展空间和应用前景 该课题所研究的激光辅助治疗仪是一种对以 AT89S52 单片机为核心 采用 5V 电源供电 利用激光发射器件发射激光 作用于人体敏感部位 产生辅助治疗的 2 医用器械 对激光器发送的脉冲形式和时间进行控制 从而使末端激光器发射 出最适宜身体接受的光波 1 3 国内外的应用现状国内外的应用现状 在 1960 年美国贝尔实验室发明红宝石激光器一年后 我国第一台红宝石激 光器在长春光机所诞生 自此以后 我国在激光器和激光应用技术研究方面有 了许多的成果 激光器和激光应用仪器在八十年代走向市场 我国激光医疗仪器发展较早 在七十年代就有少量应用 但尚未形成市场 八五 前期激光器械发展势头大减 直到 1994 1995 年才又重新高速增长 激光医疗器械是我国的出口大项 因为我国激光医疗应用开发较早 激光 医疗器械的水平和质量也有较大提高 而价格又比西方国家便宜 作为中 低 档激光医疗器械在国际市场上具有一定的优势 历年均在出口 并有逐步增长 1 4 课题的发展要求课题的发展要求 从激光诞生至今 随着激光技术的发展及其在医学领域中的研究和临床应 用 今后激光医学必将取得更快的发展 在激光的发展中 我们应该开拓广阔 的视线 在更多方面设计出更多的人性化的器械 能够让我们的治疗和健身变 成日常化 在该激光辅助治疗仪的设计中 针对问题 我们通过单片机控制激光发射 的时间和强度治疗病人身上的穴位和病变部位 在激光的应用中 主要有两个 关键所在 在设计中有按键控制时间的加减和强度 这种简易化的设计似的患 者可以独自治疗 而不是通过在医院花费昂贵的费用和耽误宝贵的时间来治疗 疾病 无论是老人还是孩子都可以放心安全的使用该仪器 在看电视或者休闲 聊天的时候就可以轻松的使用这种仪器治疗 该课题我们所研究的激光辅助治疗仪是一种简单便携的设备 使用 5V 电 压 使得治疗更加简单方便 患者可以不受时间和地点的限制反复治疗 患者 使用时 只需插上 5V 电源即可进行治疗 使用简单方便 安全可靠 该设计 中设有报警功能 有按键按下时 蜂鸣器就会发出报警声音 以此来提示使用 者是否需要选择该功能 操作简单方便 3 2 2方案论证方案论证 2 1 课题所需的总体功能课题所需的总体功能 该课题设计的是一种基于单片机为核心的治疗仪 在家庭中可以方便实用 该治疗仪采用激光发射器件 作用于人体敏感部位 产生辅助治疗作用 设计 需要把学过的自动控制原理 模拟和数字电路 MCU 等多方面专业知识综合运 用 在了解治疗仪原理的基础上 采用单片机为核心部件 对激光器发送的脉 冲形式和时间进行控制 从而使末端激光器发射出最适宜身体接受的光波 在该课题中 有一个停止开始开关来控制开关的开断 根据不同的疾病选 择不同的治疗时间和强度 在设计时应利用单片机控制 键来加减时 间 由此来选择治疗时间的长短 在治疗过程中还需根据单片机来控制一个按 键来控制方波和连续波的切换 利用 5V 电压供电 同时具有设置显示功能和 报警等功能 总体设计框图如下图 2 1 所示 主要结构有单片机 显示器 键盘 报警 电路和激光发射电路组成 图 2 1 激光辅助治疗仪设计结构框图 2 2 总体方案论证总体方案论证 2 2 1 单片机的选择 MCS 51 单片机 MCS 51 单片机最早由 Intel 公司推出 其后 多家公司 单 片 机 显示器 键盘 报警电路 激光发 射电路 接 口 芯 片 4 购买了 MCS 51 的内核 使得以 MCS 51 为内核的 MCU 系列单片机在世界上 产量最大 应用也最广泛 Motorola 单片机 Motorola 是世界上最大的单片机厂商 从 M6800 开始 开发了广泛的品种 4 位 8 位 16 位 32 位的单片机都能生产 其中典型的代 表有 8 位机 M6805 M68HC05 系列 8 位增强型 M68HC11 M68HC12 16 位机 M68HC16 32 位机 M683XX Motorola 单片机的特点之一是在同样的速 度下所用的时钟频率较 Intel 类单片机低得多 因而使得高频噪声低 抗干扰能 力强 更适合于工控领域及恶劣的环境 AT89S52 是一种低功耗 高性能 CMOS8 位微控制器 具有 8K 在系统可 编程 Flash 存储器 使用 Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造 与工业 80C51 产品指令和引脚完全兼容 片上 Flash 允许程序存储器在系统可编程 亦 适于常规编程器 在单芯片上 拥有灵巧的 8 位 CPU 和在系统可编程 Flash 使得 AT89S52 为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活 超有效的解决方案 此外 AT89S52 设计和配置了振荡频率可为 0Hz 并可通过软件设置省电模 式 空闲模式下 CPU 暂停工作 而 RAM 定时计数器 串行口 外中断系统 可继续工作 掉电模式冻结振荡器而保存 RAM 的数据 停止芯片其它功能直 至外中断激活或硬件复位 由于实际程序要求并不复杂 要实现的功能对芯片要求不是很苛刻 而 AT89S52 又是一种我学习接触较多的一种单片机 可以搜集到的资料较多 芯 片便宜 技术发展成熟 所以在该课题设计中选用 AT89S52 单片机 2 2 2 显示器的选择 单片机应用系统最常用的显示器是 LED 发光二极管显示器 和 LCD 液 晶显示器 这两种显示器可显示数字 字符及系统的状态 它们的驱动电路简 单 易于实现且价格低廉 因此 得到广泛应用 常用的 LED 显示器有 LED 状态显示器 俗称发光二极管 LED 七段显示 器 俗称数码管 和 LED 十六段显示器 发光二极管可显示两种状态 用于系 统状态显示 数码管用于数字显示 LED 十六段显示器用于字符显示 液晶显 示屏 LCD 具有轻薄短小 低耗电量 平面直角显示以及影像稳定不闪烁等 优势 可视面积大 画面效果好 分辨率高等特点 七段发光二极管显示器 5 又叫 LED 显示器 因其价格低廉 功耗较小和性能可靠等优点 在各种仪器仪 表中得到了广泛的应用 现在市场上出售的专用 LED 驱动器种类有很多 且大 多数功能较多 但价格相应地也较高 如果用在低成本的简单系统中 不仅是 一种资源的浪费 而且增加了产品的成本 用 74LS07 芯片驱动 LED 有以下特 点 速度较快 功耗较小 LED 的数目多少随意 既可以控制共阴极的 LED 显示器 也可以控制共阳极的 LED 显示器 可以软件控制 LED 的亮度 还可 以在必要的时候关断显示 数据保留 以减小功耗 并可随时唤醒显示 用它 设计的电路 不仅软硬件设计简单 而且功耗低 驱动能力强 占用的 I O 口 线较少 是一种造价低廉 应用灵活的设计方案 该设计中系统需要显示的信息量不大 LED 数码管 对外界环境要求低 操作简单 易于维护 能按照需要显示字符 所以利用数码板显示很容易实现 数码板又便宜且显示程序比较好调试 因此我在这次的设计中选择 4 位 LED 时 间数码板显示 2 2 3 显示器动静态的选择 LED 七段数码管有静态显示和动态显示 静态显示是指数码管显示某一字符时 相应的发光二极管恒定导通或恒定 截止 这种显示方式的各位数码管相互独立 公共端恒定接地 共阴极 或接 正电源 共阳极 每个数码管的 8 个字段分别与一个 8 位 I O 口地址相连 I O 口只要有段码输出 相应字符即显示出来 并保持不变 直到 I O 口输出新 的段码 采用静态显示方式 较小的电流即可获得较高的亮度 且占用 CPU 时 间少 编程简单 显示便于监测和控制 但其占用的口线多 硬件电路复杂 成本高 只适合于显示位数较少的场合 数码管静态显示方式的一种典型应用 其硬件及软件都非常简单 但其只 能显示一位 如要用 P1 口显示多位 则每位数码管都应有各自的锁存 译码与 驱动器 还需有相应的位选通电路 位选通电路输出位码 动态显示是一位一位地轮流点亮各位数码管 这种逐位点亮显示器的方式 称为位扫描 通常 各位数码管的段选线相应并联在一起 由一个 8 位的 I O 口控制 各位的位选线 公共阴极或阳极 由另外的 I O 口线控制 动态方式 显示时 各数码管分时轮流选通 要使其稳定显示必须采用扫描方式 即在某 6 一时刻只选通一位数码管 并送出相应的段码 在另一时刻选通另一位数码管 并送出相应的段码 依此规律循环 即可使各位数码管显示将要显示的字符 虽然这些字符是在不同的时刻分别显示 但由于人眼存在视觉暂留效应 只要 每位显示间隔足够短就可以给人同时显示的感觉 采用动态显示方式比较节省 I O 口 硬件电路也较静态显示方式简单 但 其亮度不如静态显示方式 而且在显示位数较多时 CPU 要依次扫描 占用 CPU 较多的时间 该课题所制作的激光治疗仪为了解决治疗者需要查看治疗时间的问题 因 此选择动态显示电路 2 2 4 键盘设计 在单片机设计中 键盘设计一般分为独立是键盘和矩阵式键盘 对于按键 多的设计一般情况下采用矩阵式键盘设计 通过键盘扫描来确认按键是否按下 另一种是独立是键盘 每一个按键对应一个 I O 接口 分别来控制 在按键少 的情况下用这种控制 在该设计中 只有三个按键 分别用来控制治疗仪治疗时间的加减和激光 强度的切换 因此在该设计中选用选择独立式键盘 2 2 5 电源的选择 本课题所研究的是激光辅助治疗仪 考虑到其易于携带和家庭使用的特点 所以应采用电池和经过变压器调节后的 5V 电压为整体系统供电 同时还应当 设计一个电源 能够把 220V 电压调节成 5V 使得治疗应用简单化 安全化 2 3 激光发射器的选择 治疗激光医疗器械是我国的强项 因为我国激光医疗应用开发较早 激光 医疗器械的水平和质量也有较大提高 而价格又比西方国家便宜 作为中 低 档激光医疗器械在国际市场上具有一定的优势 历年均在出口 并有逐步增长 因此开发激光辅助治疗仪有很好的技术支持和市场前景 该课题设计的激光治疗仪是一种医用器械 利用激光发射器件发射激光 作用于人体敏感部位 产生辅助治疗作用 利用按键对激光器发送的脉冲形式 和时间进行控制 从而使末端激光器发射出最适宜身体接受的光波 随着社会自动化程度的提高 人机交互能力急需大的转变 向着更方便使 7 用 更直观的方向发展 激光治疗机主要应用激光的物理特性作用于人体 产 生机体化学反应从而达到治疗疾病的目的 因此在该课题我们选用激光发射器 8 3 硬件设计硬件设计 3 1 晶振电路晶振电路 时钟电路是单片机的心脏 各部分都以时钟频率为基准 有条不紊地一拍 一拍地工作 利用芯片内部的振荡电路 在 XTAL1 和 XTAL2 两端跨接晶体振 荡器和两个电容就构成了一个稳定的自激振荡器 AT89S52 内部都有一个用于 构成振荡器的高增益反相放大器 引脚 XTAL1 和 XTAL2 分别是反相放大器的 输入端和输出端 由这个放大器与作为反馈元件的片外晶体一起构成了一个自 激振荡器 这种形式的时钟信号称为内部时钟方式 在芯片的外部 XTAL1 和 XTAL2 之间跨接晶体振荡器和微调电容 从而 构成一个稳定的自激振荡器 这就是单片机的时钟电路 如图 3 1 所示 该电 路选择两个 30PF 电容 晶振为 12MHZ 图 3 1 晶振电路 3 2 复位电路复位电路 复位是单片机的初始化操作 单片机在启动运行时 都需要先复位 它的 作用是使 CPU 和系统中其它部件都处于一个确定的初始状态 并从这个状态开 始工作 单片机在启动或断电后 程序需要从头开始执行 机器内全部寄存器 I O 接口等都必须重新复位 这个功能由复位电路来完成 无论是在单片机刚开始接上电源时 还是断电后或者发生故障后都要复位 单片机复位的条件是 必须使 RST VPD 或 RST 引脚 9 加上持续二个 123456 A B C D 654321 D C B A Title NumberRevisionSize B Date 18 Jun 2008Sheet of File C Documents and Settings Administrator 伟伟 伟伟伟 伟伟伟伟伟 DdbDrawn By C2 C1 Y1 GND 30p 30p 12M EA VP 31 X1 19 X2 18 RESET 9 RD 17 WR 16 INT0 12 INT1 13 T0 14 T1 15 P10 1 P11 2 P12 3 P13 4 P14 5 P15 6 P16 7 P17 8 P00 39 P01 38 P02 37 P03 36 P04 35 P05 34 P06 33 P07 32 P20 21 P21 22 P22 23 P23 24 P24 25 P25 26 P26 27 P27 28 PSEN 29 ALE P 30 TXD 11 RXD 10 U1 89S52 AT89S52 9 机器周期 即 24 个振荡周期 的高电平 单片机常见的复位电路如图 3 2 所示 123456 A B C D 654321 D C B A Title NumberRevisionSize B Date 18 Jun 2008Sheet of File C Documents and Settings Administrator 伟伟 伟伟伟 伟伟伟伟伟 DdbDrawn By R10 C3 VCC 10u 8 2k GND R1 C3 VCC 10u 8 2k GND R2 200 RET RET GND a 上电复位电路 b 按键复位电路 图 3 2 单片机常见的复位电路 图 3 2 a 为上电复位电路 它是利用电容充电来实现的 在接电瞬间 RST 端的电位与 VCC 相同 随着充电电流的减少 RST 的电位逐渐下降 只 要保证 RST 为高电平的时间大于 2 个机器周期 便能正常复位 图 3 2 b 为按键复位电路 该电路除具有上电复位功能外 若要复位 只需按图 2 b 中的 RESET 键 此时电源 VCC 经电阻 R1 R2 分压 在 RST 端产生一个复位高电平 在该设计中 由于在引入电源时接有总开关 所以没有必要选择按钮复位 由此我选择上电复位 3 3显示电路显示电路 3 3 1数码管驱动电路 晶体三极管 是半导体基本元器件之一 具有电流放大作用 是电子电路 的核心元件 三极管是在一块半导体基片上制作两个相距很近的 PN 结 两个 PN 结把正块半导体分成三部分 中间部分是基区 两侧部分是发射区和集电区 排列方式有 PNP 和 NPN 两种 以材料分有硅材料和锗材料两种 常用三极管的封装形式有金属封装和塑料封装两大类 引脚的排列方式具 有一定的规律 底视图位置放置 使三个引脚构成等腰三角形的顶点上 从左 向右依次为 e b c 对于中小功率塑料三极管按图使其平面朝向自己 三个 引脚朝下放置 则从左到右依次为 e b c 10 9012 是 PNP 型三极管 工作电流 0 5A 功率为 0 6W 放大倍数约为 200 在该设计中选择 9012 三极管作为驱动管 电阻选择 4 7K 驱动电路如下 图 3 3 所示 123456 A B C D 654321 D C B A Title NumberRevisionSize B Date 18 Jun 2008Sheet of File C Documents and Settings Administrator 伟伟 伟伟伟 伟伟伟伟伟 DdbDrawn By R1 VCC 9012 PNP A 8 DIG0 1 DIG1 11 DIG2 10 DIG3 7 B 12 C 3 D 5 E 6 F 9 G 2 DP 4 U1 LE D 4 7K EA VP 31 X1 19 X2 18 RESET 9 RD 17 WR 16 INT0 12 INT1 13 T0 14 T1 15 P10 1 P11 2 P12 3 P13 4 P14 5 P15 6 P16 7 P17 8 P00 39 P01 38 P02 37 P03 36 P04 35 P05 34 P06 33 P07 32 P20 21 P21 22 P22 23 P23 24 P24 25 P25 26 P26 27 P27 28 PSEN 29 ALE P 30 TXD 11 RXD 10 U1 89S52 图 3 3 驱动电路 在实际电路中 数码管与单片机之间需要加驱动器 该设计中选用 7407 在下面一部分中有详细介绍 3 3 27407 的驱动作用 单片机在扩展时 为了正确地进行数据的I O口传送 必须解决总线的和驱 动问题 通常总线上连接着多个数据源设备 向总线输入数据 和多个数据负 载设备 向总线输出数据 但是在任何时刻 只能进行一个源和一个负载之间 的数据传送 此时要求所有其它设备在电性能上与总线隔离 使外设在需要的 时刻与总线相通 不需要的时候与总线隔开 这就是总线隔离问题 此外 由 于单片机功率有限 故每个I O管脚的驱动能力有限 因此 为了驱动负载 往 往采用缓冲 驱动器 7407就具有数据隔离缓冲和驱动的作用 其输入阻抗抗较 抵 常用做想三态缓冲输出 图3 4为其引脚图 11 7407 1A 1 1Y 2 2A 3 2Y 4 3A 5 3Y 6 GND 7 4Y 8 4A 9 5Y 10 5A 11 6Y 12 6A 13 VCC 14 图3 4 7407引脚图 7407是TTL集电极开路六正相高压驱动器是六高压输出缓冲驱动器 其中第 1 3 5 9 11和13六个引脚是六位输入 2 4 6 8 10和12六个引脚是六 位输出 7脚接地 14脚接电源 3 3 3数码管结构及工作原理 1 数码管结构 数码管由 8 个发光二极管 以下简称字段 构成 通过不同的组合可用来 显示数字 0 9 字符 A F H L P R U Y 符号 及小数点 数码管的外型结构如图 3 5 a 所示 数码管又分为共阴极和共阳极两种结构 分别如图 3 5 b 和图 3 5 c 所示 10 9 8 7 6 g f GND a b 1 2 3 4 5 dp e d GND c dp a b c d e f g DD 5V a 外型结构 b 共阴极 c 共阳极 图 3 5 数码管结构图 2 数码管工作原理 共阳极数码管的 8 个发光二极管的阳极 二极管正端 连接在一起 通常 公共阳极接高电平 一般接电源 其它管脚接段驱动电路输出端 当某段驱动 电路的输出端为低电平时 则该端所连接的字段导通并点亮 根据发光字段的 不同组合可显示出各种数字或字符 12 共阴极数码管的 8 个发光二极管的阴极 二极管负端 连接在一起 通常 公共阴极接低电平 一般接地 其它管脚接段驱动电路输出端 当某段驱动电 路的输出端为高电平时 则该端所连接的字段导通并点亮 根据发光字段的不 同组合可显示出各种数字或字符 该课题采用了共阳极数码管 所选用的数码管引脚图如下图 3 6 所示 平 面视图如下图 3 7 所示 1 DIG0 2 G 3 C 4 DP 5 D 6 E 7 DIG3 8 A 9 F 10 DIG2 11 DIG1 12 B 图 3 6 数码管引脚图 图 3 7 数码管平面图 该设计中所选用的数码管有 12 个引脚 1 脚控制数码管 0 的位选 10 脚控 制数码管 1 的位选 11 脚控制数码管 2 的位选 7 脚控制数码管 3 的位选 8 脚控制数码管 a 段 12 脚控制数码管 b 段 3 脚控制数码管 c 段 5 脚控制数 码管 d 段 6 脚控制数码管 e 段 9 脚控制数码管 f 段 2 脚控制数码管 g 段 4 脚控制数码管小数点 dp 其中 0 位数码管的 dp 段控制时间显示中数码管的上 小数点 1 位数码管的 dp 段控制时间显示中数码管的下小数点 3 3 4 显示电路 LED 七段数码管有静态显示和动态显示 该设计选择是为四位动态时间显 示电路 由四个 9012 三极管进行位选 分别接在单片机 P2 口的低四位 加电 阻为 4 7K 在显示器与单片机之间要加 8 个 330 欧姆的电阻 由于单片机与数 码管之间电流太小 需要用两片 74LS07 驱动器进行驱动 显示电路如下图 3 8 所示 123456 A B C D 654321 D C B A Title NumberRevisionSize B Date 1 Jun 2008 Sheet of File F 伟伟伟 伟 伟伟伟伟伟 DdbDrawn By B 12 DIG1 11 DIG2 10 F 9 A 8 D 5 DP 4 C 3 G 2 DIG0 1 E 6 DIG3 7 L1 LE D 84伟伟 13 123456 A B C D 654321 D C B A Title NumberRevisionSize B Date 15 Jun 2000Sheet of File E C DdbDrawn By EA VP 31 X1 19 X2 18 RESET 9 RD 17 WR 16 INT0 12 INT1 13 T0 14 T1 15 P10 1 P11 2 P12 3 P13 4 P14 5 P15 6 P16 7 P17 8 P00 39 P01 38 P02 37 P03 36 P04 35 P05 34 P06 33 P07 32 P20 21 P21 22 P22 23 P23 24 P24 25 P25 26 P26 27 P27 28 PSEN 29 ALE P 30 TXD 11 RXD 10 U1 89S52 Q1 PNP 1 2 3 4 5 6 7 8 16 15 14 13 12 11 10 9 RP1 8 330 Q3 PNP Q4 PNP Q2 PNP R2R1 R3 R4 4 7K 4 7K 4 7K 4 7K VCC 1Y 2Y 3Y 4Y 5Y 6YGND 6A 5A 3A 2A 1A 4A 7407 U2 7407 VCC 1Y 2Y 3Y 4Y 5Y 6YGND 6A 5A 3A 2A 1A 4A 7407 U1 7407 A 8 DIG0 1 DIG1 11 DIG2 10 DIG3 7 B 12 C 3 D 5 E 6 F 9 G 2 DP 4 U1 LED 84 P2 2 P2 3 P2 1 P2 0 VCC AT89S52 图 3 8 显示电路 3 4 键盘电路键盘电路 键盘是由一组规则排列的按键组成 一个按键实际上是一个开关元件 也 就是说键盘是一组规则排列的开关 按键按照结构原理可分为两类 一类是触 点式开关按键 另一类是无触点开关按键 机械式按键再按下或释放时 由于 机械弹性作用的影响 通常伴随有一定时间的触点机械抖动 然后其触点才稳 定下来 抖动时间的长短与开关的机械特性有关 一般为 5 10ms 在触点抖动期间检测按键的通与断状态 可能导致判断出错 即按键一次 按下或释放被错误地认为是多次操作 这种情况是不允许出现的 为了克服按 键触点机械抖动所致的检测误判 必须采取去抖动措施 可从硬件 软件两方 面予以考虑 在键数较少时 可采用硬件去抖 而当键数较多时 采用软件去 抖 在硬件上可采用在键输出端加 R S 触发器 双稳态触发器 或单稳态触发器 构成去抖动电路 软件上采取的措施是 在检测到有按键按下时 执行一个 10ms 左右 具体时间应视所使用的按键进行调整 的延时程序后 再确认该键 电平是否仍保持闭合状态电平 若仍保持闭合状态电平 则确认该键处于闭合 14 状态 同理 在检测到该键释放后 也应采用相同的步骤进行确认 从而可消 除抖动的影响 独立式按键 单片机控制系统中 往往只需要几个功能键 此时 可采用 独立式按键结构 独立式按键是直接用 I O 口线构成的单个按键电路 其特点 是每个按键单独占用一根 I O 口线 每个按键的工作不会影响其它 I O 口线的 状态 独立式按键的典型应用如图 6 所示 独立式按键电路配置灵活 软件结 构简单 但每个按键必须占用一根 I O 口线 因此 在按键较多时 I O 口线浪 费较大 不宜采用 123456 A B C D 654321 D C B A Title NumberRevisionSize B Date 15 Jun 2000Sheet of File E C DdbDrawn By EA VP 31 X1 19 X2 18 RESET 9 RD 17 WR 16 INT0 12 INT1 13 T0 14 T1 15 P10 1 P11 2 P12 3 P13 4 P14 5 P15 6 P16 7 P17 8 P00 39 P01 38 P02 37 P03 36 P04 35 P05 34 P06 33 P07 32 P20 21 P21 22 P22 23 P23 24 P24 25 P25 26 P26 27 P27 28 PSEN 29 ALE P 30 TXD 11 RXD 10 U1 AT89S52 S2 S1 S3 GND R8 10K R6 10K R7 10K VCC AT89S52 图 3 9 独立式按键电路 图 3 9 输入均采用低电平有效 此外 上拉电阻保证了按键断开时 I O 口 线有确定的高电平 当 I O 口线内部有上拉电阻时 外电路可不接上拉电阻 独立式按键的软件结构 独立式按键软件常采用查询式结构 先逐位查询 每根 I O 口线的输入状态 如某一根 I O 口线输入为低电平 则可确认该 I O 口 线所对应的按键已按下 然后 再转向该键的功能处理程序 矩阵式按键 片机系统中 若使按键较多时 通常采用矩阵式 也称行列 式 键盘 矩阵式键盘的结构及原理 矩阵式键盘由行线和列线组成 按键位 于行 列线的交叉点上 其结构如图 3 10 所示 15 0123 4567 8 1213 910 1415 11 5 V 0 1 2 3 0123 图 3 10 矩阵式键盘结构 由图 3 10 可知 一个 4 4 的行 列结构可以构成一个含有 16 个按键的键 盘 显然 在按键数量较多时 矩阵式键盘较之独立式按键键盘要节省很多 I O 口 矩阵式键盘中 行 列线分别连接到按键开关的两端 行线通过上拉电阻 接到 5V 上 当无键按下时 行线处于高电平状态 当有键按下时 行 列线 将导通 此时 行线电平将由与此行线相连的列线电平决定 这是识别按键是 否按下的关键 然而 矩阵键盘中的行线 列线和多个键相连 各按键按下与 否均影响该键所在行线和列线的电平 各按键间将相互影响 因此 必须将行 线 列线信号配合起来作适当处理 才能确定闭合键的位置 该设计中所使用独立式键盘 利用软件延时消抖 延时时间为 10ms 3 5 报警电路报警电路 蜂鸣器有两类 3 大品种 一类是压电式 一类是电磁式 电磁式又有两大 品种 铁振膜式和动圈式 二者原理一样只是结构不同 所有蜂鸣器都有两种 类型 纯蜂鸣器和带驱动的蜂鸣器 蜂鸣器都是用音频信号驱动的 当然是交 流驱动 一般所指的蜂鸣器是以压电陶瓷为主要元件的 压电陶瓷是一类有将 压力与电流相互转换能力的特殊陶瓷 这种能力缘于其特殊的晶体结构 当压 电陶瓷在一定方向上受到一个压力使其晶体结构发生形变时 它就会在内部产 生一个电流 并且电流的变化与压力的变化密切相关 反之亦然 所以利用这 一特性 在压电陶瓷上通过一定频率的电流 就会引起压电陶瓷微小形变 这 一形变带动空气发生振动 如果频率适当 就可以被人耳所听见 也就是产生 了蜂鸣声 报警器需要的电流为 10mA 因此需要加驱动电路 该设计采用 PNP 型三 极管 9012 和 4 7k 电阻驱动 报警电路设计如下图 3 11 所示 16 123456 A B C D 654321 D C B A Title NumberRevisionSize B Date 18 Jun 2008Sheet of File C Documents and Settings Administrator 伟伟 伟伟伟 伟伟伟伟伟 DdbDrawn By EA VP 31 X1 19 X2 18 RESET 9 RD 17 WR 16 INT0 12 INT1 13 T0 14 T1 15 P10 1 P11 2 P12 3 P13 4 P14 5 P15 6 P16 7 P17 8 P00 39 P01 38 P02 37 P03 36 P04 35 P05 34 P06 33 P07 32 P20 21 P21 22 P22 23 P23 24 P24 25 P25 26 P26 27 P27 28 PSEN 29 ALE P 30 TXD 11 RXD 10 U1 89S52 LS1 GND Q1 PNP R2 4 7K VCC AT89S52 图 3 11 报警电路 3 6电源电路电源电路 该课题设计中选用的电源为 5V 用来供应单片机工作 通过激光输出电路 来发射激光作用于人体治疗疾病 为了减少电源对无线传送的干扰 我们采用 7812 和 7805 双稳压管 由于 7805 输入需小于 12V 的电压 所以我们前端选用了 7812 三极管型的 7812 排 列方式是入 出 地 圆切面朝内 7812 是最为常见三端稳压集成 它的额 定工作电流为 1 5A 不过要加合适的散热片才行 如果没有散热片的情况下 工作电流不要超过 200mA 7812 的输入电压为 18V 左右 太高芯片负担大 效率低 发热量大 对设备稳定工作并不合适 7812 为正三端稳压 1 脚输入 2 脚接地 3 脚输出 7805 是三端稳压器 它的管脚 1 是输入端 管脚 2 是公 用端 管脚 3 是输出端 输入端最高输入电压为 35V 7805 输出正 5V 最大 输出电流为 1 5A 输入输出之间的电压差不可小于 2V 最好在 5V 左右 输 入输出之间的电压差小于 2V 时将会影响稳压效果 稳压电源如图 3 12 所示 17 123456 A B C D 654321 D C B A Title NumberRevisionSize B Date 15 Jun 2003Sheet of File G tu MyDesign1 ddbDrawn By 1 2 3 4 D0 C1 30uf C3 0 1uf C2 30uf C4 0 1uf Vin 1 GND 2 Vout 3 7812 Vin 1 GND 2 Vout 3 7805 图 3 12 稳压电源电路图 在该设计中我们选用 5V 电源 当需要治疗时 接上 5V 电源后 按下开关 即可看到指示灯亮 即开始治疗 开始时 设置的默认治疗时间为 15 00 如 果 15 分钟时间合适则开始治疗 如果不合适则可以适当的加减时间 下图 3 13 为开关设置图 123456 A B C D 654321 D C B A Title NumberRevisionSize B Date 18 Jun 2000Sheet of File C Documents and Settings martin DdbDrawn By D2 R10 S0 5V GND 1 2 J1 CON2 图 3 13 开关设置 3 7 激光发射电路激光发射电路 该课题设计的激光治疗仪是一种医用器械 以单片机为核心 采用 5V 电 源供电 利用激光发射器件发射激光 作用于人体敏感部位 产生辅助治疗作 用 利用按键对激光器发送的脉冲形式和时间进行控制 从而使末端激光器发 射出最适宜身体接受的光波 治疗激光医疗器械是我国的强项 因为我国激光医疗应用开发较早 激光 医疗器械的水平和质量也有较大提高 而价格又比西方国家便宜 作为中 低 档激光医疗器械在国际市场上具有一定的优势 历年均在出口 并有逐步增长 因此开发激光辅助治疗仪有很好的技术支持和市场前景 从激光诞生至今 随着激光技术的发展及其在医学领域中的研究和临床应 用 激光医学也取得了很快的发展 在激光的发展中 我们应该开拓广阔的视 线 在更多方面设计出更多的人性化的器械 能够让我们的治疗和健身变成日 18 常化 在该设计中 我们应用的输出应该是激光发射头 但由于时间和技术的限 制 我们利用二极管来代替激光发射头 通过 9012 来驱动二极管发光 在使用 是只需要将二极管换成激光发射头就行了 激光发射电路如下图 3 14 所示 123456 A B C D 654321 D C B A Title NumberRevisionSize B Date 18 Jun 2008Sheet of File C Documents and Settings Administrator 伟伟 伟伟伟 伟伟伟伟伟 DdbDrawn By D1 LE D R9 330 GND Q1 PNP R2 4 7K VCC EA VP 31 X1 19 X2 18 RESET 9 RD 17 WR 16 INT0 12 INT1 13 T0 14 T1 15 P10 1 P11 2 P12 3 P13 4 P14 5 P15 6 P16 7 P17 8 P00 39 P01 38 P02 37 P03 36 P04 35 P05 34 P06 33 P07 32 P20 21 P21 22 P22 23 P23 24 P24 25 P25 26 P26 27 P27 28 PSEN 29 ALE P 30 TXD 11 RXD 10 U1 89S52 AT89S52 图 3 14 激光发射电路 19 4软件设计软件设计 4 1 系统软件设计语言系统软件设计语言 在编写单片机程序时 可以用汇编语言编写 也可以用 C 高级语言来编写 还可以用两者混合编程 汇编语言采用助记符来编写程序 比起机器语言的二进制代码来说要方便 一些 在一定程度上简化了编程过程 汇编语言的特点是用符号代替了机器语 言 指令与代码一一对应 基本保留了机器语言的灵活性 使用汇编语言能简 化程序 汇编语言占用内存小 运算速度快 但是汇编语言不容易理解 编程 难度大 C 语言作为高级语言 它更接近和体现人的设计思想 是目前流行的一种 计算机语言 它主要用于单片机和一般微型计算机 C 高级语言程序设计快 可读性好 可靠性高 可移植性好 代码转换质量高 单片机 C 高级语言的特 点是同时兼有高级语言和汇编语言的优点 还能像汇编语言那样直接利用 CPU 的硬件特性进行程序设计 直接操作单片机的硬件和接口 C 高级语言目标模 块还可以同汇编连接组成一个完整的程序 目前在单片机应用领域 C 高级语 言越来越受到人们的重视 使用 C 高级语言的工作效率高 其生成的机器代码 质量也是高水平的 因此 我们在该设计中选用 C 语言来编程 4 2 软件程序设计软件程序设计 激光辅助治疗仪的系统软件程序有主程序和子程序组成 主程序包含初始 化参数设置 按键处理 数码管显示模块 报警模块 在设计时各个模块都采 用子程序结构设计 在主程序中调用 由于定时器 计数器采用中断方式处理 因此还要编写定时器 中断服务子程序 在定时器 计数器中断服务子程序中队倒 计时进行调整 对蜂鸣器报警时间和激光闪烁灯的闪烁延时时间进行调整 4 2 1主程序 主程序先对显示单元和定时器 计数器初始化 然后重复调用数码管显示模 块和按键处理模块以及报警模块 当有按键按下时 则调用相应