病房呼叫系统说明书教材

1、单片机原理及外围电路课程论文基于 51 单片机的简易病房呼叫系统 姓名： * * *学号： 502121210*班级：通信工程 16-1摘要：本系统是基于 51 单片机的简易病床呼叫系统。该系统以 80C51单片机为核心， 辅以矩阵键盘、 LED点阵显示电路和部分简单模拟和数字电路组成的能够实现病人和医 护人员之间信息的传递。在该设计中每个病房都有一个按键，当患者有需要时，按下按 键，此时值班室的显示屏可显示此患者的床位号，医护人员按下“响应”键取消当前呼 叫。此系统能够为医院提供一个成本低、 效率高、操作方便和易于安装维护的快捷系统 . 关键词： 80C51 单片机 矩阵键盘 LED 显示

2、呼叫系统Abstract This system is the patients request to the doctor on duty or nurse emergency call tool s for diagnosis, care, and it is mainly used to assist the hospital patient in the bed easily call th e medical staff, the patients request can be quickly sent to the duty doctor or nurse is to impro

3、ve one of the essential equipment of hospital and ward level of care.Increasingly fierce compe tition in the hospital, commercial hospital survival is the first to enhance the grade and quality of service is imminent,accompany the issue has been the main body of the patient conflict, bu t also long-

4、troubled health system quality of service issues, using the ward call system more c onvenient for patients to find a doctor to save the valuable time of the patient.The system is a ward call system based on the 51 series micro-chip design. The sy-stem uses 80C51 micro-controller as the core, supplem

5、ented by matrix keyboard, LED dot matrix displa y of a simple circuit and some analog and digital circuits to achieve the transfer of informatio n between patients and health care.In this design,each ward has a button, when patients in need, press the button, the display of t he duty room to display

6、 the number of beds in this patient, people use to achieve circular displ ay, press the medical staff response to cancel the current call. This system can provide a low cost, high efficiency, easy operation and easy installation and maintenance system for the hos pital.Keywords：80C51 Single-chip wor

7、d call system matrix keyboard LED display目录1. 绪论. 11.1 课题背景及研究意义 . 11.2 具体现状 . 11.3 课题的设计目的 . 11.4 课题的主要工作 . 22系统概述 22.1 方案论证 . 22.2 系统设计原理 . 33 系统硬件设计 43.1 主控电路设计 . 43.3 显示电路 . 53.4 示警电路 . 63.5 键盘电路 . 63.6 总体电路图 . 74系统软件设计 74.1 主程序设计 . 74.3 仿真结果 . 94.4 布线 . 104.5 覆铜 . 10！未定义书签结论 . 参考文献 . 11附录 A 系统整

8、体电路 13附录 B PCB图和 3D效果图 . 13附录 C 全部程序清单 141. 绪论1.1 课题背景及研究意义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。原 有的服务体系已不足以适应现代社会需求，谋求适合现代社会需求的客户服务系统，是 所有企事业单位计划做或正在做的工作。这些工作有利于改善服务量，提高效率并增加 企业效益，从而赢得良好的社会声誉。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

9、及利润，是医院信息化建设中的一个重要着眼点。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，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，以节约病人的宝贵时间。病房呼叫管理系统便于病员快捷的呼叫护士，缩短人工呼叫的时间。当今病房呼叫 系统正在逐步地向智能化发展，它可以和录像机一起使用，当病人按下开关时，在护士 值班室的大屏幕能够观察病人的需要。并且可以配备对讲机等设备，能够使病员及时快 捷地与医护人员进行沟通。1.2 具体现状目前市场上存在着许多种型号不一功能各异的医院病房呼叫系统，主要为两大类： 有

10、线式和无线式。无线式病房呼叫系统不存在铺设线路的问题，但是可靠性差，而且无 线电波会干扰其他医疗仪器设备。本文设计的是有线式的，适合较小的医院病房使用， 具有成本低，易于操作、安装和维护，而且具有可靠稳定，对其他医疗设备不会产生干 扰的特点；但受到布线较多，影响美观，故不适宜较大的医院。病房呼叫系统是一种应用于医院病房、养老院等地方，用来联系沟通医护人员和病 员的专用呼叫系统，是提高医院水平的必备设备之一。病房呼叫系统的优劣直接影响到 病员的安危，历来受到各大医院的普遍重视。它要求及时、准确可靠、简便可行、利于 推广。1.3 课题的设计目的1. 根据课堂讲授内容，做相应的自主练习，消化课堂所讲

11、解的内容；通过调试典型例题 或习题积累调试 C 程序的经验；通过完成辅导教材中的编程题，逐渐培养学生的编程能 力、用计算机解决实际问题的能力。2. 培养针对课题需要，选择和查阅有关手册、图表及文献资料的自学能力，提高组成 系统、编程、调试的动手能力。3. 通过对课题设计方案的分析、选择、比较、熟悉单片机用系统开发、研制的过程， 软硬件设计的方法、内容及步骤。4巩固、加深和扩大单片机应用的知识面，提高综合及灵活运用所学知识解决工业控 制的能力。1.4 课题的主要工作本课题的研究重点是设计一种基于 80C51单片机的简易病房呼叫系统。(1) 设计一个可容 64 张床位的病房呼叫系统。(2) 要求每

12、个床位都有一个按钮，当患者需要呼叫护士时，按下按钮。此时护 士值班室内的呼叫系统板上显示该患者的床位号，并响铃 3 秒。(3) 当护士按下“响应”键时，取消当前呼叫。2 系统概述2.1 方案论证使用 8051 单片微机外加作地址锁存用的一块 8 三态锁存器 74LS373 芯片和一块 EPROM芯片可构成一个完整的最小微机电路 12 。以此为基础，在智能装置中若要配置 多位数码管显示器，以及 m行 n列矩阵键盘的话，可通过扩展诸如 8255或 8279之类的 并行 1/0 芯片来完成，或者通过串行通讯口 P3.0(RXD)和 P3:1(TXD) 经多块串并，并 串转换电路 74LS164和 7

13、4LS165 IC 芯片实现接口。按照一般的设计方法，显示和键 盘搜索按下键均按动态扫描的方法进行，显示电路接口由 P1 口和 P2口组成，键盘接口 由 P2口和 P3 口组成。在完成显示功能过程中， P1口锁存器显示字符的八段字形码， P2 口的高 6 位(P2.7-P2.2) 锁存待显示字符的位选码。 8051 按分时方式执行程序进入到键 盘搜索时，经 P2.7-P2.2 输出键盘扫描的行选码，键盘的列输入由 P3 口的 P3.7-P3.4 承担缓冲功能。 利用 P2 .7-P2.2 输出数据代码的做法是通过改变程序计数器高 6 位数 值来实现的。系统框图如图 2-1 所示。图 2-1 系

14、统基本方框图用 8051 自身接口实现数码管静态显示和键盘扫描， 使用 8051 单片微机外加作地址 锁存用的两块 8 三态锁存器 74LS373芯片可构成一个完整的最小微机电路。 以此为基础， 在智能装置中若要配置多位数码管显示器， 以及 m行 n 列矩阵键盘的话，可以不扩展 I/O 芯片而由 8051自身 I/O 口，实现上述功能 , 即用 P0口的八个端口作为 LED的段选,用 P1 口和 P2口的做键盘电路的接口。综上所述，方案一中键盘显示均采用动态扫描方式，其软件实现起来比较简单，但 硬件电路过于复杂，没有合理利用单片机的 I/O 而方案二外围电路简单，且软件实现 起来也不是太复杂，

15、合理利用单片机 I/O 口，比较起来本文采用的是方案二。基于 80C51单片机的简易病房呼叫系统的硬件主要是利用单片机 80C51，然后通过 独立式键盘来获取呼叫的病床号， 其次通过数码管显示出病床号同时也利用报警电路进 行病房呼叫报警， 最后利用复位电路对整个呼叫系统进行复位， 使其恢复到初始化状态。 以下是系统 设计原理。2.2 系统设计原理用 8051 自身接口实现数码管静态显示和键盘扫描，使用 80C51 单片微机构成一个 完整的最小微机电路。以此为基础，在智能装置中若要配置多位数码管显示器，以及 8 行 8 列矩阵键盘的话，可以不扩展 I/O 芯片而由 80C51 自身 I/O 口，

16、实现上述功能。本课题以是 80C51单片机为核心设计的一种呼叫系统电路， 系统整体硬件电路包括， 复位电路，显示电路，键盘电路，单片机主板电路等组成 , 系统框图主要由主控制器、 单片机复位、报警设置、时钟振荡、 LCD显示组成。系统框图如图 2-2 所示：单片机复位 （复 位电路）8*8 按 键 电 路（键盘电路）图 2-2 系统基本方框图3 系统硬件设计3.1 主控电路设计Intel 公司在 MCS-48的基础上推出了完善的、典型的 MCS-51单片机系列。 80C51 单片机属于 MCS-51系列单片机，由 Intel 公司开发，其结构是 8048 的延伸，改进了 8048 的缺点，增加

17、了如乘（ MUL）、除（ DIV）、减（ SUBB）、比较（ CMP）、16 位数据指针、 布尔代数运算等指令，以及串行通信能力和 5 个中断源。采用 40 引脚双列直插式 DIP （Dual In Line Package ），内有 128 个 RAM单元及 4K的 ROM。80C51有两个 16 位定 时计数器，两个外中断，两个定时计数中断，及一个串行中断，并有4个 8位并行输入口。 80C51内部有时钟电路，但需要石英晶体和微调电容外接，本系统中采用12MHz的晶振频率。由于 80C51的系统性能满足系统数据采集及时间精度的要求，而且产品产量 丰富来源广，应用也很成熟，故采用 80C51

18、来作为控制核心，如图 3-1 所示。80C51 具有以下特点： 设置了经典、完善的 8 位单片机的并行总线结构； 外围功能单元由 CPU集中管理的模式； 体现控制特性的地址空间和位操作方式； 指令系统趋于丰富和完善，并且增加了许多突出控制功能的指令 。3.2 复位电路80C51引脚图RST引脚是复位信号输入端，高电平有效。采用上电加按钮复位，因为本系统设计 考虑到该系统比较重要，所以除了采用上电复位的方式外，应该还有按钮复位备用复位 方式以防止系统死机时能。上电加按钮复位一般由 RC组成，它响应时间大约为 10ms。 当按下按钮时，系统会从地址 0000H从新开始执行程序，如图 3-2 所示。

19、3.3 显示电路显示器所要显示的就是呼叫病房的号码，所以在模块的设计当中，我设计了如 3-3 所示的电路。图 3-3 显示电路3.4 示警电路示警电路由一个 NPN与 SPAKER相接，当有键按下时，有信号输入， SPEAKER发出 声音，提醒值班护士有病人需要医务人员。如图 3-4 所示。图 3-4 示警电路3.5 键盘电路键盘电路采用 P3 口与矩阵 8*8 键盘连接。键盘的选用方面，在程序调试时经过橡 胶键盘与按钮键盘进行比较，虽然橡胶键盘的正确率较高，易用性较强，但是由于购买 困难最终制作实物时选用经济、已购买的按钮开关。仿真图如图 3-5 所示。图 3-5 键盘电路3.6 总体电路图

20、 总体电路图如图 3-6 所示图 3-6 总体电路4 系统软件设计4.1 主程序设计因该系统需要比较多的输入、输出口，所以采用内部存储资源和 I/O 口比较多的 MCS-51指令系列的 80C51单片机，需要8根数据线，采用 P0口作为数据线，P3口的P3.0， P3.1 作为线选，相当于地址线，选择其中一位显示， P3.2 口作为中断 1 的专门接口外 接一个接地的按钮以实护士响应该患者的请求产生中断。 Proteus 设计具有分层次组织 的设计特点。所谓分层次组织实际上是一种非常有效的系统方法。用户可以将待设计的 系统划分为若干子系统，子系统再划分为若干功能模块，功能模块再划分成基本模块，

21、 然后分层逐级实现。这使得系统的设计条理清晰、简单可靠。这种步骤被称为自顶向下 ( Top down)的层次型设计方法。也可以倒过来，从最基本的模块开始逐级向上完成 设计，这被成为自底向上( Bottom up)设计方法。 Proteus 对同一设计项目中原理图 的张数没有限制，对设计层次的深度也没有限制，用户可以同时编辑多张原理图，各原 理图(总图与子图，子图与总图)之间的切换也非常方便。主机模块主要完成数据处理 和系统控制功能，其中的初始化子模块主要完成主机核心的端口配置、设置显示器的初 值等的设定，还有 LCD显示的初始化工作，同样最后是完成主机系统的嵌入式系统内核 的启动。数据处理子模

22、块完成从机数据的接收和处理，发出提示等待相关人员处理。系 统控制子模块提供数据的查询和相关系统设置功能。根据要求至少有 64 个病房的输入要求的，采用 88 矩阵键盘，采用矩阵键盘也是 利用软件节省硬件，采用 80C51作为运算和控制单元完全满足系统的需求。软件程序流程图如图 4-1 所示。4.3 仿真结果1.如图 4-3 所示。此时病床 21，需要护士，显示屏显示 21，实现警报。图 4-3 仿真结果图94.4 布线图 4-4 布线图4.5 覆铜10图 4-5 覆铜图实验结论先选择这个课题之后，在设计中首先考虑到键盘的设计问题，由于这个题目的键盘 设计是所有题目中最多的，达到了 64 个按键

23、，想到我们刚学习的键盘设计知识，没有 采用独立式键盘，因为如果采用这种方案的话 I/O 口是远远不够用的，于是采用按钮构 造的矩阵式键盘，但是矩阵式键盘对程序编写的要求多而且也很麻烦，这也就是考验我 们对所学知识有比较透彻的了解和我们的耐心。当然在设计的过程中遇到了很多问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的， 难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，如对以前 所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，比如说 wave 仿真不熟练， Proteus 仿真知识及操作、对单片机汇编语言掌握得不好，不过通过这次课程设计之后，也学到 了很多知识，更重要的是一定把以前所学

24、过的知识重新温故，学好用好，学以致用。最后在百般努力下，这次课程设计终于完成了，在设计中遇到了很多编程问题，最 后在崔立志老师的辛勤指导下，终于实现了设计的要求。同时，在老师的身上也让我学 得到很多实用的知识，在次我表示感谢！同时，对给过我帮助的所有同学和各位指导老 师再次表示忠心的感谢！此次设计我全部采用了 C 语言，是因为相对于汇编语言而言， 我对 C语言更加熟悉， 在网上病房呼叫系统的例子不多，所以只能参考一些抢答器的例子。病房呼叫系统相比 于抢答器来说， 程序上简单很多， 但是，如果是想自己写的话， 我只能选择相对简单的， 这样才好更加的了解自己设计的东西，比直接 copy 出来的设计

25、会学到更多的东西。参考文献1 李建忠 . 单片机原理及应用 M ，西安电子科技大学出版社， 2008.2.2 黄智伟 . 全国大学生电子设计竞赛系统设计 M ，北京：北京航空航天大学出版社， 2006.6.3 黄智伟 . 凌阳单片机课程设计指导 M ，北京：北京航空航天大学出版社， 2006.11.4 李广弟，朱月秀，王秀山 . 单片机基础 M ，北京：北京航空航天大学出版社， 2001.7.5 赵曙光，郭万有，杨颂华 . 可编程逻辑器件原理开发与应用 M, 西安：西安电子科技大学， 2000.6 候伯亨 .VHDL 硬件描述语言与数字逻辑电路设计 M, 西安：西安电子科技大学出版社， 199

26、9.7 康华光 . 模拟电子技术基础 （第四版 ）M, 武汉：华中理工大学出版社， 1999.8 谭浩强 .C 语言程序设计（第二版） M ，北京：清华大学出版社， 1991.119 陈小忠，黄宁 . 单片机接口技术实用子程序 M ，北京：北京人民邮电出版社， 2005.10 欧伟明，周春临，瞿遂春 .电子信息系统设计 M ，西安电子科技大学出版社， 2005.9.11 贾立新，王涌 . 电子系统设计与实践 M ，北京：清华大学出版社， 2007.12 罗亚非 .凌阳 16 位单片机应用基础 M ，北京：北京航空航天大学出版社， 2003.13 雷思孝 .凌阳单片机原理及实用技术 M ，西安电

27、子科技大学， 2004.14 (美) Y.DANIEL LIANG著.INTRODUCTINONT O PROGRAMMINWGIT H C+. 机械工业出版社 .2008.05.15 H.M.DEITEL 著.C HOW TO PROGRAM FOURTH EDITIO清N华. 大学出版社 .2007.08.16 Yeap G.Practical Low Power Digital VLSI Design. . 199817 Ping Zhang,Yanmin Song,Jianmin Zhang,Zuocheng Xing.Design of Testing Struture inMicr

28、oprocessor Based on JTAG. 2009 International Symposium on Computational Intelligenceand Design . 200918 Be Van Ngo,Law P,Sparks,A.Use of JTAG boundary-scan for testing electronic circuitboards and systems. AUTOTESTCON2008 .19 L. Whetsel.A high speed reduced pin count JTAGi nterface. the IEEE 2006 In

29、ternationalTest Conference. (ITC 06) . 200620 Keating,M.,Bricaud,P. Reuse Methodology Manual . 199912附录 A 系统整体电路附录 B PCB图和 3D效果图1.PCB图132.3D 效果图附录 C 全部程序清单#include#include#define uchar unsigned char sbit p3_0=P30;sbit p3_1=P31;sbit p3_7=P37;void delay_50us(char ); void display(char );uchar scan_key1();uc