无线病房呼叫系统硬件设计.doc

目录 前言 1 第 1 章 系统概述 2 1 1 系统功能 2 1 2 系统构成图 2 1 3 系统方案设计 2 第 2 章 主要元器件介绍 4 2 1 单片机介绍 4 2 1 1AT89S51 单片机介绍 4 2 1 251 单片机与 74HC164 静态显示接口 9 2 2 PT2262 PT2272 无线 发送接受模块 10 2 2 1 pt2262 pt2272 解码芯片 10 2 2 2 基于 PT2262 的无线编码模块 14 2 2 3 基于 PT2272 的无线解码模块 15 2 3 数码管介绍 17 2 4 74LS00 芯片介绍 20 2 5 蜂鸣器简介 21 2 5 1 蜂鸣器的分类 21 2 5 2 有源 无源蜂鸣器区别 21 2 5 3 驱动方式 21 第 3 章 硬件电路设计 24 3 1 系统电路设计 24 3 2 单片机外围电路设计 25 3 3LED 显示电路设计 25 3 4单片机与无线接收模块连接 26 3 5 无线发送模块 26 3 6 无线接收模块 27 3 7发声电路设计 28 3 8提示灯电路设计 28 第 4 章 系统软件简介 29 4 1系统总流程图 29 4 2系统平台介绍 30 4 2 1 汇编语言介绍 30 4 2 2 LCA51 软件简介 31 第 5 章 系统测试 37 5 1 硬件调试 37 5 1 2 导通性测试 37 5 1 3 防短接测试 37 5 1 4 通电测试 38 5 2 故障分析及解决方案 38 5 2 1 系统无显示输出 38 5 2 2 显示数据不正确 38 结束语 39 参考文献 40 致谢 41 参考文献 42 附录一 电路原理图 43 附录二 实物图 44 附录三 元器件清单 45 第 1 页 共 49 页 前言 伴随着医疗体制改革的不断深化和医疗事业的飞速发展 越来越多的人们需要迅 捷 方便地得到医院的各种各样的医疗服务 这必将使医院之间的竞争日趋激烈 这 使得衡量一个医院的综合水平高低 不再仅仅局限于软 硬件的建设上 更要比服务 医院的竞争越来越激烈 商业医院的生存是第一位的 提升档次和服务质量迫在眉睫 如何利用先进的信息技术为医院服务 更大程度的提高医院的服务质量及利润 是医 院信息化建设中的一个重要着眼点 陪护问题一直是医患矛盾的主体 也是长期困扰 卫生系统服务质量的大问题 使用病房呼叫系统 方便病人更快找到医生护士 以节 约病人的宝贵时间 病床呼叫系统是病人请求值班医生或护士进行诊断或护理的紧急呼叫工具 可将病人 的呼求快速传送给值班医生和护士 呼叫系统的优劣直接关系到病员的安危 也可减少医 护人员巡视病床的辛劳 能放心地 高效地处理其它医护问题 历来受到各大医院的普遍重 视 是提高医院和病室护理水平的必备设备之一 目前医院使用的病房呼叫系统多为有线呼 叫系统 存在布线复杂 布线费用较高 易出故障 维修不便 明线不雅观等缺陷 无线 呼叫系统没有上述缺点 安装方便 成本低 使用简单 系统的建设将本着 以患者为中 心 的原则 以方便患者 提高就诊效率为目的 力争为患者提供最满意的服务 同时也将 提高医疗的社会效益和经济效益 鉴于此 设计及时 准确 可靠 简便可行 利于推广的 无线呼叫系统有很高的应用价值和实际意义 病房呼叫系统只是医院管理系统中的一小部分 随着医疗技术的发展以及计算机的发 展 医院管理系统也向标准化 系统化 网络化 集中式数据库 自上而下的一体化设计 和数据的共享以及电子病例等方面发展 第 2 页 共 49 页 第 1 章 系统概述 1 1 系统功能 系统主要实现的功能是 当病人按下呼叫按钮 在系统接收端上发出相应频率的声 音 有呼叫信号灯指示 并能显示出呼叫的床位号 1 2 系统构成图 系统结构框图 如图1 1所示 报警信号 报警信号 图1 1 系统结构框图 1 3 系统方案设计 设计无线呼叫系统时 首先根据无线呼叫的特点及对系统性能的要求 选择系统 的方案 进行方案设计时 主要考虑无线模块与单片机的连接和电路对接受 发射模 发射模块 接收模块 单片机 发光二极管 蜂鸣器 报警 数码驱动电路 数码管显示 第 3 页 共 49 页 块的信号干扰问题 此外还要考虑性能价格比等 所以无线模拟病房呼叫系统有以下 几种方案 方案 1 利用单片机的串行全双工通信和高频发射 接收电路设计的多路无线医院 病房呼叫系统 该系统利用 MCS 51 系列单片机的串行传输功能 将串行输出信号传送 到发射电路 当信号为高电平时高频发射电路工作 并发射 433 MHz 等幅高频信号 当信号为低平时高频发射电路停止工作 所以高频发射电路完全受控于单片机串行输 出的数字信号 对高频电路完成幅度键控 ASK 调制 采用超载波接收板接收高频信号 信号解码 声光报警 动态显示等功能由单片机完成 该系统对抗噪要求较高 因为 接收模块接收到的第一位数据极易被干扰 即零电平干扰 而引起接收数据错误 方案 2 使用 PT2272 和 PT2262 收发芯片 使系统工作在 315Mhz 附近 此方案所 采用的是模块化设计 其发射和接收都是以 PT2262 和 PT2272 芯片为主的集成模块 不存在方案 1 中的极易被干扰的现象 该方案主要是对方案 1 的修改 集成模块价廉 物美 经济实用 本次设计选择的是方案 2 第 4 页 共 49 页 第 2 章 主要元器件介绍 2 1 单片机介绍 单片机全称为单片微型计算机 Single Chip Microcomputer 又称为微控制器 Micro controller Unit 或嵌入式控制器 Embedded Controller 它是将计算机的 基本部件微型化并集成到一块芯片上的微型计算机 通常片内都含有CPU ROM RAM 并行 I O 串行I O 定时器 计数器 中断控制 系统时钟及系统总线等 随着技术的发展 单 片机片内集成的功能越来越强大 并朝着片上系统方向发展 单片机有着体积小 功耗低 功能强 性能价格比高 易于推广应用等显著优点 在 自动化装置 智能仪器仪表 过程控制 通信 家用电器等许多领域得到日益广泛的应用 目前单片机渗透到人们生活的各个领域 几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹 导弹 的导航装置 飞机上各种仪表的控制 计算机的网络通讯与数据传输 工业自动化过程的 实时控制和数据处理 广泛使用的各种智能IC卡 民用豪华轿车的安全保障系统 录像机 摄像机 全自动洗衣机的控制 以及程控玩具 电子宠物等等 这些都离不开单片机 更 不用说自动控制领域的机器人 智能仪表 医疗器械了 因此 单片机的学习 开发与应 用将造就一批计算机应用与智能化控制的科学家 工程师 2 1 1AT89S51 单片机介绍 AT89S51是ATMEL公司开发的一款低功耗 高性能CMOS 8位单片机 片内含4k Bytes ISP In system programmable 的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器 器件采用ATMEL公司的高密度 非易失性存储技术制造 兼容标准MCS 51指令系统及 80C51引脚结构 芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元 功能强大的 微型计算机的AT89S51可为许多嵌入式控制应用系统提供性价比高的解决方案 AT89S51具有如下特点 40个引脚 4k Bytes Flash片内程序存储器 128 bytes 的随机存取数据存储器 RAM 32个外部双向输入 输出 I O 口 5个中断优先级2 层中断嵌套中断 2个16位可编程定时计数器 2个全双工串行通信口 看门狗 WDT 电路 片内时钟振荡器 第 5 页 共 49 页 图2 1 AT89S51单片机外观 此外 AT89S51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 同时 该芯片还具有PDIP TQFP和PLCC等三种封装形式 以适应不同产品的需求 1 主要功能特性 兼容MCS 51指 令系统 4k可反复 擦写 1000次 ISP Flash ROM 32个双向I O口 4 5 5 5V工作电压 2个16位可编程定时 计数器 时钟频率0 33MHz 全双工UART串行中断口线 128x8bit内部RAM 2个外部中断源 低功耗空闲和省电模式 中断唤醒省电模式 3级加密位 看门狗 WDT 电路 软件设置空闲和省电功能 灵活的ISP字节和分页编程 双数据寄存器指 针 2 AT89S51与AT89C51比较 第 6 页 共 49 页 89S51相对于89C51而言 新增加了很多功能 性能有了较大提升 价格基本不变 甚至比89C51更低 ISP在线编程功能 这个功能的优势在于改写单片机存储器内的程序不需要把芯片 从工作环境中剥离 是一个强大易用的功能 最高工作频率为33MHz 大家都知道89C51的极限工作频率是24M 就是说S51具有更 高工作频率 从而具有了更快的计算速度 内部集成看门狗计时器 不再需要像89C51那样外接看门狗计时器单元电路 全新的加密算法 这使得对于89S51的解密变为不可能 程序的保密性大大加强 这样就可以有效的保护知识产权不被侵犯 兼容性方面 向下完全兼容51全部字系列产品 比如8051 89C51等等早期MCS 51 兼容产品 也就是说所有教科书 网络教程上的程序 不论教科书上采用的单片机是 8051还是89C51还是MCS 51等等 在89S51上一样可以照常运行 这就是所谓的向下兼 容 比较结果 就如同INTEL的P3向P4升级一样 虽然都可以跑Windows98 不过速度是 不同的 从AT89C51升级到AT89S51 也是同理 和S51比起来 C51就要逊色一些 实 际应用市场方面技术的进步是永远向前的 3 AT89S51各引脚功能介绍 引脚如图2 2所示 以下是各引脚的说明 图2 2 AT89S51单片机引脚 VCC AT89S51 电源正端输入 接 5V VSS 电源地端 XTAL1 单芯片系统时钟的反相放大器输入端 第 7 页 共 49 页 XTAL2 系统时钟的反向放大器输出端 一般在设计上只要在 XTAL1 和 XTAL2 上 接上一只石英振荡晶体系统就可以动作了 此外可以在两个引脚与地之间加入一 20PF 的小电容 可以使系统更稳定 避免噪声干扰而死机 RESET AT89S51的重置引脚 高电平动作 当要对晶片重置时 只要对此引脚电平 提升至高电平并保持两个机器周期以上的时间 AT89S51便能完成系统重置的各项动作 使得内部特殊功能寄存器之内容均被设成已知状态 并且至地址0000H处开始读入程序 代码而执行程序 EA Vpp EA 为英文 External Access 的缩写 表示存取外部程序代码之意 低 电平动作 也就是说当引脚为低电平后 系统会调用外部的程序代码 存于外部EPROM 中 来执行程序 因此在8031及8032中 EA引脚必须接低电平 因为其内部无程序存 储器空间 如果是使用 8751 内部程序空间时 引脚要接成高电平 此外 在将程序 代码烧录至8751内部EPROM时 可以利用此引脚来输入21V的烧录高压 Vpp 4 ALE PROG ALE是英文 Address Latch Enable 的缩写 表示地址锁存器启用信号 AT89S51可以利用这个引脚来触发外部的8位锁存器 如74LS373 将端口0的地址总线 A0 A7 锁进锁存器中 因为AT89S51是以多工的方式送出地址及数据 平时在程序 执行时ALE引脚的输出频率约是系统工作频率的1 6 因此可以用来驱动其他周边晶片 的时基输入 此外在烧录8751程序代码时 此引脚会被当成程序规划的特殊功能来使 用 PSEN 此为 Program Store Enable 的缩写 其意为程序储存启用 当8051被设 成为读取外部程序代码工作模式时 EA 0 会送出此信号以便取得程序代码 通常这 支脚是接到EPROM的OE脚 AT89S51可以利用PSEN及RD引脚分别启用存在外部的RAM与 EPROM 使得数据存储器与程序存储器可以合并在一起而共用64K的定址范围 PORT0 P0 0 P0 7 端口0是一个8位宽的开路电极 Open Drain 双向输出入 端口 共有8个位 P0 0表示位0 P0 1表示位1 依此类推 其他三个I O端口 P1 P2 P3 则不具有此电路组态 而是内部有一提升电路 P0在当作I O用时可以 推动8个LS的TTL负载 如果当EA引脚为低电平时 即取用外部程序代码或数据存储器 P0就以多工方式提供地址总线 A0 A7 及数据总线 D0 D7 设计者必须外加一个 锁存器将端口0送出的地址锁住成为A0 A7 再配合端口2所送出的A8 A15合成一个完 整的16位地址总线 而定位地址到64K的外部存储器空间 PORT2 P2 0 P2 7 端口2是具有内部提升电路的双向I O端口 每一个引脚可 第 8 页 共 49 页 以推动4个LS的TTL负载 若将端口2的输出设为高电平时 此端口便能当成输入端口来 使用 P2除了当作一般I O端口使用外 若是在AT89S51扩充外接程序存储器或数据存 储器时 也提供地址总线的高字节A8 A15 这个时候P2便不能当作I O来使用了 PORT1 P1 0 P1 7 端口1也是具有内部提升电路的双向I O端口 其输出缓冲 器可以推动4个LS TTL负载 同样地 若将端口1的输出设为高电平 便是由此端口来输 入数据 如果是使用8052或是8032的话 P1 0又当作定时器2的外部脉冲输入脚 而P1 1 可以有T2EX功能 可以做外部中断输入的触发引脚 PORT3 P3 0 P3 7 端口3也具有内部提升电路的双向I O端口 其输出缓冲器 可以推动4个TTL负载 同时还多工具有其他的额外特殊功能 包括串行通信 外部中 断控制 计时计数控制及外部数据存储器内容的读取或写入控制等功能 其引脚分配如下 P3 0 RXD 串行通信输入 P3 1 TXD 串行通信输出 P3 2 INT0 外部中断0输入 P3 3 INT1 外部中断1输入 P3 4 T0 计时计数器0输入 P3 5 T1 计时计数器1输入 P3 6 WR 外部数据存储器的写入信号 P3 7 RD 外部数据存储器的读取信号 3 AT89S51的优点 1 含有 FLASH 存储器 因此在系统的开发过程中可以十分容易进行修改 这就大大缩短了系统的开发周 期 同时 在系统工作过程中 能有效地保持一些数据信息 即使外界损坏也不影响 到信息的保持 2 和 80S51 插座兼容 89 系列单片机的引脚是和 80S51 一样的 所以 当 89 系列单片机取代 80S51 时 可以进行代换 1 静态时钟方式 89 系列单片机采用静态时钟方式 所以可以节省电能 这对于降低便携式产品的 功耗十分有用 第 9 页 共 49 页 2 错误编程亦无废品产生 一般的 OPT 产品 一旦错误编程就成了废品 而 89 系列单片机内部采用了 FLASH 存储器 所以 错误编程后可以重新编程 直到正确为止 故不存在废品 3 可进行反复系统试验 用 89 系列单片机设计的系统 可以反复进行系统试验 每次试验可以不同的程序 这样可以保证用户的系统设计达到最优 而且随用户的需要和发展 还可以进行修改 使系统不断能追随用户的最新要求 3 89 系列单片机内部结构 89 系列的内部结构和 89S51 相近 它主要含有如下一些部件 1 8031CPU 2 振荡电路 3 总线控制部件 4 重点控制部件 5 片内 FLASH 存储器 6 片内 RAM 7 并行 I O 接口 8 定时器 9 串行 I O 接口 2 1 251 单片机与 74HC164 静态显示接口 在单片机应用系统中 显示器显示常用两种方法 静态显示和动态扫描显示 所 谓静态显示 就是每一个显示器都要单独占用具有锁存功能的I O接口用于笔划段字形 代码 这样单片机只要把要显示的字形代码发送到接口电路 就不用管它了 直到要 显示新的数据时 再发送新的字形码 因此 使用这种方法单片机中CPU的开销小 可 以提供单独锁存的I O接口电路很多 这里以常用的串并转换电路74HS164为例 介绍 一种常用静态显示电路 以使大家对静态显示有一定的了解 第 10 页 共 49 页 图2 3 74HC164 引脚图 MCS 51单片机串行口方式0为移位寄存器方式 外接6片74HS164作为6位LED显示器 的静态显示接口 把8031的RXD作为数据输出线 TXD作为移位时钟脉冲 74HS164为 TTL单向8位移位寄存器 可实现串行输入 并行输出 其中A B 第1 2脚 为串行 数据输入端 2个引脚按逻辑与运算规律输入信号 共一个输入信号时可并接 T 第8 脚 为时钟输入端 可连接到串行口的TXD端 每一个时钟信号的上升沿加到T端时 移位寄存器移一位 8个时钟脉冲过后 8位二进制数全部移入74HC164 中 R 第9脚 为复位端 当R 0时 移位寄存器各位复0 只有当R 1时 时钟脉冲才起作用 Q1 Q8 第3 6和10 13引脚 并行输出端分别接LED显示器的hg a各段对应的引脚上 1 图2 4 74HC164 内部原理图 2 2 pt2262 pt2272 无线 发送接受模块 2 2 1 pt2262 pt2272 解码芯片 PT2262 PT2272是台湾普城公司生产的一种CMOS工艺制造的低功耗低价位通用编 解码电路 PT2262 PT2272最多可有12 位 A0 A11 三态地址端管脚 悬空 接高电平 接 第 11 页 共 49 页 低电平 任意组合可提供531441地址码 PT2262 最多可有6 位 D0 D5 数据端管脚 设 定的地址码和数据码从17 脚串行输出 可用于无线遥控发射电路 5 编码芯片 PT2262 发出的编码信号由 地址码 数据码 同步码组成一个完整的码字 解码芯片 PT2272 接收到信号后 其地址码经过两次比较核对后 VT 脚才输出高电平 与此同 时相应的数据脚也输出高电平 如果发送端一直按住按键 编码芯片也会连续发射 当发射机没有按键按下时 PT2262 不接通电源 其17 脚为低电平 所以315MHz 的高 频发射电路不工作 当有按键按下时 PT2262 得电工作 其第17 脚输出经调制的串 行数据信号 当17 脚为高电平期间315MHz 的高频发射电路起振并发射等幅高频信号 当17 脚为低平期间315MHz 的高频发射电路停止振荡 所以高频发射电路完全收控于 PT2262 的17 脚输出的数字信号 从而对高频电路完成幅度键控 ASK 调制 相当于 调制度为100 的调幅 PT2262 PT2272 特点 1 CMOS 工艺制造 低功耗 2 外部元器件少 3 RC 振荡电阻 4 工作电压范围宽 2 6 15v 5 数据最多可达6 位 6 地址码最多可达531441 种 PT2262 PT2272应用范围 1 车辆防盗系统 2 家庭防盗系统 3 遥 控 玩 具 4 其他电器遥控 图2 5 PT2262 引 脚 图 第 12 页 共 49 页 表2 1 PT2262 管脚说明 名称管脚说明 A0 A11 1 8 10 13地址管脚 用于进行地址编码 可置为 0 1 f 悬空 D0 D5 7 8 10 13数据输入端 有一个为 1 即有编码发出 内部下拉 Vcc18 电源正端 Vss9 电源负端 TE14 编码启动端 用于多数据的编码发射 低电平有效 OSC116 振荡电阻输入端 与OSC2 所接电阻决定振荡频率 OSC215 振荡电阻振荡器输出端 Dout17 编码输出端 正常时为低电平 在具体的应用中 外接振荡电阻可根据需要进行适当的调节 阻值越大振荡频率越慢 编码的宽度越大 发每一帧的时间越长 表2 2 PT2272参数 图2 6 PT2272 解码电路 引 脚 图 第 13 页 共 49 页 表2 3 PT2272 引脚说明 名称管脚说 明 A0 A111 8 10 13 地址管脚 用于进行地址编码 可置为 0 1 f 悬 空 必须与2262 一致 否则不解码 D0 D57 8 10 13 地址或数据管脚 当做为数据管脚时 只有在地址码与2262 一 致 数据管脚才能输出与2262 数据端对应的高电平 否则输出为 低电平 锁存型只有在接收到下一数据才能转换 Vcc18 电源正端 Vss9电源负端 DIN14 数据信号输入端 来自接收模块输出端 OSC116 振荡电阻输入端 与OSC2 所接电阻决定振荡频率 OSC215 振荡电阻振荡器输出端 VT17 解码有效确认 输出端 常低 解码有效变成高电平 瞬态 PT2272 解码芯片有不同的后缀 表示不同的功能 有L4 M4 L6 M6 之分 其中L 表示锁存输出 数据只要成功接收就能一直保持对应的电平状态 直到下次遥控数据 发生变化时改变 M 表示非锁存输出 数据脚输出的电平是瞬时的而且和发射端是否 发射相对应 可以用于类似点动的控制 后缀的6 和4 表示有几路并行的控制通道 当采用4 路并行数据时 PT2272 M4 对应的地址编码应该是8 位 如果采用6 路的 并行数据时 PT2272 M6 对应的地址编码应该是6 位 PT2262 2272 芯片的地址编码设定和修改 在通常使用中 我们一般采用8 位地址码和4 位数据码 这时编码电路PT2262 和 解码PT2272 的第1 8 脚为地址设定脚 有三种状态可供选择 悬空 接正电源 接 地三种状态 3的8次方为6561 所以地址编码不重复度为6561 组 只有发射端PT2262 和接收端PT2272的地址编码完全相同 才能配对使用 遥控模块的生产厂家为了便于 生产管理 出厂时遥控模块的PT2262 和PT2272 的八位地址编码端全部悬空 这样用 户可以很方便选择各种编码状态 用户如果想改变地址编码 只要将PT2262 和PT2272 的1 8 脚设置相同即可 例如将发射机的PT2262 的第1 脚接地第5 脚接正电源 其 它引脚悬空 那么接收机的PT2272 只要也第1 脚接地第5 脚接正电源 其它引脚悬空 第 14 页 共 49 页 就能实现配对接收 当两者地址编码完全一致时 接收机对应的D1 D4 端输出约4V 互锁高电平控制信号 同时VT 端也输出解码有效高电平信号 5 用户可将这些信号 加一级放大 便可驱动继电器 功率三极管等进行负载遥控开关操纵 市场提供的遥控类产品上一般都预留地址编码区 采用焊锡搭焊的方式来选择 悬空 接正电源 接地三种状态 出厂是一般都悬空 便于客户自己修改地址码 这里 以常用的超再生插针式接收板的跳线区为例 O O O O O O O O L 1 1 1 1 1 1 1 1 H 可以看到 跳线区是由三排焊盘组成 中间的8 个焊盘是PT2272 解码芯片的第1 8 脚 最左边有1 字样的是芯片的第一脚 最上面的一排焊盘上标有L 字样 表示和地连通 如 果用万用表测量会发现和PT2272 的第9 脚连同 最下面的一排焊盘上标有H 字样 表示 和正电源连通 如果用万用表测量会发现和PT2272 的第18 脚连同 所谓的设置地址码 就是用焊锡将上下相邻的焊盘用焊锡桥搭短路起来 例如将第一脚和上面的焊盘L 用 焊锡短路后就相当于将PT2272 芯片的第一脚设置为接地 同理将第一脚和下面的焊盘 H 用焊锡短路后就相当于将PT2272 芯片的第一脚设置为接正电源 如果什么都不接就 是表示悬空 设置地址码的原则是 同一个系统地址码必须一致 不同的系统可以依 靠不同的地址码加以区分 2 2 2 基于 PT2262 的无线编码模块 编码发射模块外形小巧 美观 与很多车辆防盗系统中的遥控器一样 根据功能 的多少按键数也不一样 我们本章所用的发射模块为A B C D四个按键 编码发射 模块主要由PT2262编码IC和高频调制 功率放大电路组成 常用的编码发射模块实物 和内部框图如图2 7和图2 8所示 遥控发射器工作电压为DC 12V 电池供电 尺寸 mm 58 39 14 工作频率 315MHz 工作电流 mA 13 编码类型 固定码 板上焊盘跳 接设置 应用说明 与各类型带解码功能的接收模块联合使用 解码输出后进行相应 控制 如采用单片机进行读取接收并解码数据然后控制相应的灯或电源开关 第 15 页 共 49 页 图 2 7 无线模块实物图 图 2 7 编码发射模块实物图与原理框图 图 2 8 无线编码模块原理图 图 2 8 常用的编码发射模块实物和内部框图 其中编码部分电路由PT2262编码IC来组成 具体电路见图2 9所示 图 2 9 PT2262 编码原理图 图 2 9 编码电路原理图 第 16 页 共 49 页 2 2 3 基于 PT2272 的无线解码模块 解码接收模块包括接收头和解码芯片PT2272两部分组成 接收头将收到的信号输 入PT2272的14脚 DIN PT2272再将收到的信号解码 解码接收模块和电路原理图如 图2 10 接收板实物如图2 11所示 接收板工作电压为DC 5V 接收灵敏度 103dBm 尺寸 mm 49 20 7 工作频 率 315MHz 工作电流 5mA 编码类型 固定码 板上焊盘跳接设置 应用说明 与 各类型遥控器配合使用 解码输出后进行相应控制 如采用单片机进行读取接收并解 码数据然后控制相应的灯或电源开关 图 2 10 PT2272 电路原理图 图 2 10 解码接收模块和电路原理图 图 2 11 PT2272 实物图 图 2 11 无线遥控接收板 无线收发模块的地址码设定 在通常使用中 一般采用8位地址码和4位数据码 这时编码芯片PT2262和解码芯 片PT2272的第1 8脚为地址设定脚 有三种状态可供选择 悬空 接正电源 接地三 第 17 页 共 49 页 种状态 地址编码不重复度为38 6561组 只有发射端PT2262和接收端PT2272的地址编 码完全相同 才能配对使用 遥控模块的生产厂家为了便于生产管理 出厂时遥控模 块的PT2262和PT2272的八位地址编码端全部悬空 这样用户可以很方便选择各种编码 状态 用户如果想改变地址编码 只要将PT2262和PT2272的1 8脚设置相同即可 例 如将发射机的PT2262的第2脚接地 第3脚接正电源 其它引脚悬空 那么接收机的 PT2272只要也第2脚接地 第3脚接正电源 其它引脚悬空就能实现配对接收 地址设 置跳线如图2 12所示 用户可以在PCB板上直接将地址引脚 PCB板中间8个过孔焊盘 与L 低电平 或H 高电平 相连 从而实现地址设置 PT2262与PT2272地址设置要 完全一样 当两者地址编码完全一致时 接收机对应的D1 D4端输出约4V互锁高电平 控制信号 同时VT端也输出解码有效高电平信号 O O O O O O O O L 1 1 1 1 1 1 1 1 H 图 2 11 地址设置跳线设置图 图 2 12 地址设置跳线图 2 3 数码管介绍 数码管是一种半导体发光器件 其基本单元是发光二极管 2 3 1 数码管分类 数码管按段数分为七段数码管和八段数码管 八段数码管比七段数码管多一个 发光二极管单元 多一个小数点显示 按能显示多少个 8 可分为 1 位 2 位 4 位等等数码管 按发光二极管单元连接方式分为共阳极数码管和共阴极数码管 共阳数码管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极 COM 的数码管 共阳数码管在应用时应将公共极 COM 接到 5V 当某一字段发光二极管的阴极为低 电平时 相应字段就点亮 当某一字段的阴极为高电平时 相应字段就不亮 共 第 18 页 共 49 页 阴数码管是指将所有发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极 COM 的数码管 共 阴数码管在应用时应将公共极 COM 接到地线 GND 上 当某一字段发光二极管的阳极 为高电平时 相应字段就点亮 当某一字段的阳极为低电平时 相应字段就不亮 图 2 12 数码管原理图 2 3 2 数码管驱动方式 数码管要正常显示 就要用驱动电路来驱动数码管的各个段码 从而显示出我 们要的数字 因此根据数码管的驱动方式的不同 可以分为静态式和动态式两类 静态显示驱动 静态驱动也称直流驱动 静态驱动是指每个数码管的每一个 段码都由一个单片机的 I O 端口进行驱动 或者使用如 BCD 码二 十进制译码器译 码进行驱动 静态驱动的优点是编程简单 显示亮度高 缺点是占用I O 端口多 如驱动 5 个数码管静态显示则需要 5 8 40 根 I O 端口来驱动 要知道一个 89S51 单片机可用的 I O 端口才 32 个呢 实际应用时必须增加译码驱动器进行 驱动 增加了硬件电路的复杂性 动态显示驱动 数码管动态显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方 式之一 动态驱动是将所有数码管的 8 个显示笔划 a b c d e f g dp 的同名端 连在一起 另外为每个数码管的公共极 COM 增加位选通控制电路 位选通由各自独 立的 I O 线控制 当单片机输出字形码时 所有数码管都接收到相同的字形码 但 究竟是那个数码管会显示出字形 取决于单片机对位选通COM 端电路的控制 所 以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开 该位就显示出字形 没有选通的 数码管就不会亮 通过分时轮流控制各个数码管的的COM 端 就使各个数码管轮流 受控显示 这就是动态驱动 在轮流显示过程中 每位数码管的点亮时间为 1 2ms 由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应 尽管实际上各位数码管 并非同时点亮 但只要扫描的速度足够快 给人的印象就是一组稳定的显示数据 第 19 页 共 49 页 不会有闪烁感 动态显示的效果和静态显示是一样的 能够节省大量的I O 端口 而且功耗更低 2 3 3 数码管参数 8 字高度 8 字上沿与下沿的距离 比外型高度小 通常用英寸来表示 范围一 般为 0 25 20 英寸 长 宽 高 长 数码管正放时 水平方向的长度 宽 数码管正放时 垂 直方向上的长度 高 数码管的厚度 时钟点 四位数码管中 第二位 8 与第三位 8 字中间的二个点 一般用于显示 时钟中的秒 电流 静态时 推荐使用 10 15mA 动态时 16 1 动态扫描时 平均电流为 4 5mA 峰值电流 50 60mA 电压 查引脚排布图 看一下每段的芯片数量是多少 当红色时 使用1 9V 乘以每段的芯片串联的个数 当绿色时 使用2 1V 乘以每段的芯片串联的个数 2 3 4 数码管恒流驱动 1 显示效果 由于发光二极管基本上属于电流敏感器件 其正向压降的分散性很大 并且 还与温度有关 为了保证数码管具有良好的亮度均匀度 就需要使其具有恒定的工 作电流 且不能受温度及其它因素的影响 另外 当温度变化时驱动芯片还要能够 自动调节输出电流 的大小以实现色差平衡温度补偿 2 安全性 即使是短时间的电流过载也可能对发光管造成永久性的损坏 采用恒流驱动电 路后可防止 由于电流故障所引起的数码管的大面积损坏 另外 我们所采用的超大 规模集成电路还具有级联延时开关特性 可防止反向尖峰电压对发光二极管的损害 超大规模集成电路还具有热保护功能 当任何一片的温度超过一定值时可自动关断 并且可在控制室内看到故障显示 2 3 5 亮度不均匀问题 关于亮度一致性的问题是一个行业内的常见问题 有二个大的因素影响到亮度 一致性 一是使用原材料芯片的选取 一是使用数码管时采取的控制方式 第 20 页 共 49 页 1 原材料芯片的 VF 和亮度和波长是一个正态分布 即使筛选过芯片 VF 和亮度和波长已在一个很小的范围了 生产出来的产品还是在一个范围内 结果就 是亮度不一致 2 要保证数码管亮度一样 在控制方式选取上也有差别 最好的办法是恒流 控制 流过每一个发光二极管的电流都是相同的 这样发光二极管看起来亮度就是 一样的了 如恒压控制 则导致 VF 不相同的发光二极管分到的电流不相同 所以 亮度也不同 当然以上二个条件是相辅相成的 2 4 74LS00 芯片介绍 00 为四组2 输入端与非门 正逻辑 共有54 7400 54 74H00 54 74S00 54 74LS00 四种线路结构形式 其主要电特性的典型值如下 表2 4 电特性典型值 型号tPLHtPHLPD 5400 740011ns7ns40mW 54H00 74H005 9ns6 2ns90mW 54S00 74S003ns3ns75mW 54LS00 74LS009ns10ns9mW 引出端符号 1A 4A 1B 4B输入端 1Y 4Y输出端 图2 13 74LS00逻辑图 表2 5 74LS00功能表 第 21 页 共 49 页 本次设计是用 74LS00 做反相器使用 2 5 蜂鸣器简介 蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器 采用直流电压供电 广泛应用于计算 机 打印机 复印机 报警器 电子玩具 汽车电子设备 电话机 定时器等 电 子产品中作发声器件 蜂鸣器主要分为压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器两种类型 蜂鸣器在电路中 的电路图形符号 用字母 H 或 HA 旧标准用 FM LB JD 等 表示 2 5 1 蜂鸣器的分类 1 压电式蜂鸣器 压电式蜂鸣器主要由 多谐振荡器 压电蜂鸣片 阻抗匹配器及 共鸣箱 外壳等组成 有的压电式蜂鸣器外壳上还装有发光二极管 多谐振 荡器由晶体管或集成电路构成 当接通电源后 1 5 15V 直流工作电压 多谐振 荡器起振 输出 1 5 2 5kHZ 的音频信号 阻抗匹配器推动压电蜂鸣片发声 压电蜂 鸣片由锆钛酸铅或铌镁酸铅压电陶瓷材料制成 在陶瓷片的两面镀上银电极 经极 化和老化处理后 再与黄铜片或不锈钢片粘在一起 2 电磁式蜂鸣器 电磁式蜂鸣器由振荡器 电磁线圈 磁铁 振动膜片及外壳等组 成 接通电源后 振荡器产生的音频信号电流通过电磁线圈 使电磁线圈产生磁场 振动膜片在电磁线圈和磁铁的相互作用下 周期性地振动发声 2 5 2 有源 无源蜂鸣器区别 这里的 源 不是指电源 而是指震荡源 也就是说 有源蜂鸣器内部带震荡源 所以只要一通电就会叫 而无源蜂鸣器内部不带震荡源 所以如果用直流信号无法令 其鸣叫 必须用 2K 5K 的方波去驱动它 有源蜂鸣器往往比无源的贵 就是因为里面 多个震荡电路 第 22 页 共 49 页 无源蜂鸣器的优点 1 便宜 2 声音频率可控 可以做出 多来米发索拉西 的效果 3 在一些特例中 可以和 LED 复用一个控制口 有源蜂鸣器的优点是 程序控制方便 2 5 3驱动方式 由于自激蜂鸣器是直流电压驱动的 不需要利用交流信号进行驱动 只需对驱 动口输出驱动电平并通过三极管放大驱动电流就能使蜂鸣器发出声音 很简单 这 里就不对自激蜂鸣器进行说明了 这里只对必须用 1 2duty 的方波信号进行驱动 的他激蜂鸣器进行说明 单片机驱动他激蜂鸣器的方式有两种 一种是PWM 输出 口直接驱动 另一种是利用 I O 定时翻转电平产生驱动波形对蜂鸣器进行驱动 PWM 输出口直接驱动是利用 PWM 输出口本身可以输出一定的方波来直接驱动 蜂鸣器 在单片机的软件设置中有几个系统寄存器是用来设置PWM 口的输出的 可以设置占空比 周期等等 通过设置这些寄存器产生符合蜂鸣器要求的频率的波 形之后 只要打开 PWM 输出 PWM 输出口就能输出该频率的方波 这个时候利用 这个波形就可以驱动蜂鸣器了 比如频率为 2000Hz 的蜂鸣器的驱动 可以知道周 期为500 s 这样只需要把 PWM 的周期设置为 500 s 占空比电平设置为 250 s 就能产生一个频率为 2000Hz 的方波 通过这个方波再利用三极管就可以 去驱动这个蜂鸣器了 而利用 I O 定时翻转电平来产生驱动波形的方式会比较麻烦一点 必须利用定 时器来做定时 通过定时翻转电平产生符合蜂鸣器要求的频率的波形 这个波形就 可以用来驱动蜂鸣器了 比如为 2500Hz 的蜂鸣器的驱动 可以知道周期为 400 s 这样只需要驱动蜂鸣器的 I O 口每200 s 翻转一次电平就可以产生一个 频率为2500Hz 占空比为1 2duty 的方波 再通过三极管放大就可以驱动这个蜂鸣 器了 2 5 4蜂鸣器驱动电路 由于蜂鸣器的工作电流一般比较大 以致于单片机的I O 口是无法直接驱动 的 所以要利用放大电路来驱动 一般使用三极管来放大电流就可以了 本次设 计中所使用的是三极管驱动 如图2 14 第 23 页 共 49 页 图 2 14 本设计使用驱动电路图 第 24 页 共 49 页 第 3 章 硬件电路设计 3 1 系统电路设计 该系统主要包括显示模块 声音模块 无线模块 接口电路四部分组成 图 3 1 系统电路原理图 第 25 页 共 49 页 3 2 单片机外围电路设计 本次毕业设计的单片机控制部分的执行元件采用了 MCS 51T 系列的 AT89S51 单片 机 AT89S51 单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案 单片机的外围电路如图 2 2 所示 复位电路采用手动按钮复位 手动按钮复位需 要人为在复位输入端 RST 上加入高电 由于人的动作再快也会使按钮保持接通达数十 毫秒 所以 完全能够满足复位的时间要求 当人为按下按钮时 则 Vcc 的 5V 电平就 会直接加到 RST 端 电容器被短路放电 RST 直接和 VCC 相连 就是高电平 此时进入 复位状态 松手后 电源开始对电容器充电 此时 充电电流在电阻上 形成高电 平送到 RST 仍然是 复位状态 稍后 充电结束 电流降为 0 电阻上的电压也将 为 0 RST 降为低电平 开始正常工作 单片机的晶振电路是一种典型电路 采用内部 时钟方式 晶振的时钟频率为 12MHZ 外接两个 30PF 的谐振电容 图3 2单片机及其外围电路 3 3LED 显示电路设计 主要由 74HC164 和数码管组成的 通过串口输入和串口输出把号码显示到数码管上 由 于原串口已被分配给提示灯电路 所以这里用 P1 P2 口模拟了 4 个串口 通过4 个 74HC164 来实现 在程序中主要是用循环来实现给一个时钟信号 输入一个数据 当有 按键按下时 数码管将显示出是几号床位上的病人呼叫 而且一直在显示 直到有护士 第 26 页 共 49 页 发现 图 3 3 74HC164 和数码管连接电路 3 4单片机与无线接收模块连接 无线接收模块的四个输出端占用了 AT89S51 单片机最小系统四个 I O 口 通过 74LS00 反相器分别接在 P1 口的 P1 4 P1 7 引脚上 单片机不断地循环扫描 I O 口是高电平还 是低电平来判断是否有病人呼叫 同时还需要考虑到一些问题 例如 当有多个病人 同时呼叫时 应使互不干扰 图 3 4 无线接收模块与单片机接口 3 5 无线发送模块 编码发射模块主要由 PT2262 编码 IC 和高频调制 功率放大电路组成 发射模块的 A B C D 四个按键分别代表不同的病床号 按下代表病人呼救 如图 2 18 为无线发 第 27 页 共 49 页 射模块电路图 图 3 5 无线发射模块 3 6 无线接收模块 解码接收模块包括接收头和解码芯片 PT2272 两部分组成 接收头将收到的信号输入 PT2272 的 14 脚 DIN PT2272 再将收到的信号解码 四个数据输出口接到四个 I O 口 分别接在 AT89S51 单片机最小系统 P1 口的 P1 4 P1 7 引脚上 通过不断的扫描 I O 口是高电平还是低电平来判断是否有病人呼叫 是通过循环实现的 同时还需要考 虑到一些问题 例如 当有多个病人同时呼叫时 能使互不干扰 如图 2 19 为无线接 收模块电路图 图 3 6 无线接收模块 第 28 页 共 49 页 3 7发声电路设计 利用蜂鸣器来实现 蜂鸣器报警占用了四个 I O 口 分别接在 P2 口的 P2 4 P2 7 引 脚上 蜂鸣器如图所示 图 3 7 蜂鸣器 图 3 20 蜂鸣器 3 8提示灯电路设计 假设病房有 4 个床位 要占用 8 个 I O 口 就需要 4 个数码显示管 4 个按钮 要占用 4 个 I O 口 P1 4 P1 7 4 个蜂鸣器报警 P2 4 2 7 4 个指示灯 要占用 4 个 I O 口 P3 4 P3 7 图 3 8 提示灯电路 图 3 21 指示灯线路图 第 29 页 共 49 页 第 4 章 系统软件简介 4 1系统总流程图 系统流程图如图5所示 3号病房键按下 判断是哪个病房键 按下 2号病房键按下 程序初始化 1号病房键按下4号病房键按下 数码管显示病房号 指示灯亮蜂鸣器报警 数码管显示病房号 指示灯亮蜂鸣器报警 数码管显示病房号 指示灯亮蜂鸣器报警 数码管显示病房号 指示灯亮蜂鸣器报警 图3 1 系统流程图 通过单片机不断地循环扫描模拟串口 检查是否有病人呼叫 4 2系统平台介绍 4 2 1 汇编语言介绍 程序设计语言可以分为 符号语言 机器语言 汇编语言 高级语言 符号语言 己经具有很多优点 但符号语言中的每一个符号 这里称作助记符 可以是用户根据辨 认或者记忆的需要自己来决定的 这样 通用性不是很强 就是说 按某一个人的想 法编写的符号语言程序 另外一个人是无法看懂的 汇编语言克服了上述的缺点 它 是在符号语言的基础上发展起来的 它是针对一类 甚至几类 计算机 抽象出来的 一种符号语言并把这些符号加以统一规定 使得使用同类计算机的人都了解这些符号 的意义 这样 使得用汇编语言编写的程序可以在这一类型的任何一台计算机上使用 第 30 页 共 49 页 这就有了极大的灵活性 当然不同类型的计算机的汇编语言也不同 它们都必须由生 产厂家提供的汇编语言来编写 另外 汇编语言还增加了宏指令的功能 让我们比较一下汇编语言和高级语言的特点 首先 汇编语言与处理器关系密切 每种处理器都有自己的指令系统 相应的汇编 语言也各自不同 因而汇编语言程序的通用性 可移植性较差 而高级语言与具体计 算机无关 高级语言程序可以在多种计算机上编译启执行 其次 汇编语言编程涉及寄存器 内存等硬件细节 程序繁琐 调试也比较困 难 而高级语言采用类似自然语言的语法 容易被掌握和使用 也不必关心诸如标志 堆栈等 但是 汇编语言本质上就是机器语言 它可以直接有效地控制计算机硬件 因而可 以产生运行速度快 指令序列短的高效率目标程序 而高级语言不易直接控制计算机 的各种操作 编译程序产生的目标程序庞大 程序难以优化 运行速度慢 总的来说 汇编语言的主要优点就是可以直接控制计算机硬件 可以编写在时间和 空间两方面更有效的程序 这些优点使得汇编语言在程序设计中占有重要的地位 是 不可取代的 但汇编语言的缺点也是明显的 它与处理器密切相关 要求程序员熟悉计算机硬件 系统 考虑许多细节问题 所以程序繁琐 调试 维护 交流和移植困难 因此 有 时可以采用高级语言和汇编语言混合编程的方法 互相取长补短 更好地解决实际问 题 汇编语言生要应用场合有以下几种 l 程序要具有较短的运行时问 或者只