基于AT89S51单片机的多功能病床呼叫系统.docx

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基于AT89S51单片机的多功能病床呼叫系统

毕业设计（论文）说明书

题目：

基于51单片机多

功能病床呼叫系统

系别：

电子工程系

专业：

电子信息工程

学生姓名：

学号：

指导教师：

职称：

题目类型：

理论研究实验研究工程设计工程技术研究软件开发

摘要

我国进行单片机项目开发已经有二十多年的历史，在此期间所进行的单片机开发项目已经由简单到复杂，由小型系统到大型综合系统。

单片机应用也越来越广泛，从开始的工作控制，到现在的航空航天、消防安全、工作数据采集、石油地质勘探、铁路交通运输以及楼宇自动化等，甚至目前的许多家电中都有单片机的应用。

随着计算机技术的飞速发展，单片机已逐渐发展成为一门关键的技术学科。

而随着社会的进步和发展，医疗水平的不断提高，现代医院护理需要简易及时地获知并处理病人的突发病况。

基于单片机设计的医院病床呼叫控制系统能同时监控多个病床，避免了人工呼叫的不便与效果差等缺点，它是现代医院必不可少的设备。

有了病床呼叫控制系统，医院的护理工作变得更加方便全面，不用再为人手不足或未能及时发现突发病况而烦恼。

本文介绍了基于AT89S51单片机的多功能病床呼叫系统的设计方法。

本设计采用主从结构，当病床有按键按下时，以呼叫源为从机的AT89S51单片机对信息进行处理，然后通过芯片MAX485发送，等待主机的接收；以监控系统为主机的另一块AT89S51单片机将接收到的信息处理，并且LED数码管显示对应的床号，同时蜂鸣器报警；最后通过复位键撤销报警。

AT89S51是一个低功耗，高性能CMOS8位单片机，用其设计的电路具有性能可靠，使用方便的优点。

关键词：

单片机;病床呼叫系统；主从结构；蜂鸣器；AT89S51；MAX485；LED

Abstract

MicrocontrollerprojectdevelopmentinChinahasbeen20yearsofhistory,undertakenduringthisperiodhasbeenmicrocontrollerdevelopmentprojectsfromsimpletocomplex,fromsmallsystemstolargeintegratedsystems.Microcontrollerapplicationsaremoreandmorewidely,fromthebeginningofjobcontrol,andnowaerospace,firesafety,workdatacollection,petroleumexploration,railtransportation,andbuildingautomation,andevennowmanyhomeappliancesaresingle-chipmicrocomputers.Withtherapiddevelopmentofcomputertechnology,microcontrollerhasbeengraduallydevelopedandbecomeakeytechnicaldiscipline.

Withsocialprogressanddevelopmentofthecontinuousimprovementofmedicalstandards,modernhospitalcareneedstobeinformedandtodealwithsimpleandtimelypatient'ssuddenillness.Designbasedonsingle-chipmicrocomputerofhospitalbedsinthesametimecallcontrolsystemcanmonitormanybeds,toavoidsomedisadvantages:

theinconvenienceofartificialcallandpoorresult,theseareessentialtomodernhospitalequipment.Withthecallcontrolsystemofhospitalbeds,hospitalcarehasbecomemoreconvenientandcomprehensive,nolongerinshortsupplyorfailuretotimelydetectionofsuddenillnessandtrouble.

Amethodtodeviseamulti-bedsystemisbasedontheMicrocontrollerAT89S51inthearticle.Thisdesignusesmaster-slavestructure,whenthebedswhenthebuttonispressedtocallthesourceAT89S51microcontrollerfromthemachinetoprocesstheinformation,thensendthechipMAX485,waitingtoreceivethehost;tomonitorandcontrolsystemsforahostofotherAT89S51MicrocontrollerwillreceiveinformationprocessingandLEDdigitaldisplayofthebednumberandthebuzzeralarm.Finally,resetalarmkeyrevocation.AT89S51isalow-power,high-performanceCMOS8-bitmicrocontroller.Thecircuitisdesignedreliableandeasytousewithit.

Keywords:

microcontroller;bedscallsystem;master-slavestructure;buzzer;AT89S51;MAX485;LED

目录

引言1

1病床呼叫控制系统的研究目的及意义1

1.1病床呼叫控制系统的功能与设计方案2

1.1.1从机实现按键呼叫功能2

1.1.2主机实现显示功能2

1.1.3实现远程通信功能2

1.2病床呼叫控制系统的原理框图3

1.3主要芯片的相关介绍3

1.3.1单片机AT89S513

1.3.2传输芯片MAX4858

2多功能病床呼叫控制系统的硬件设计9

2.1电路工作原理图9

2.1.1从机的构成及工作原理9

2.1.2主机的构成及工作原理10

2.2病床呼叫控制系统的各部分电路设计10

2.2.1单片机时钟电路的设计10

2.2.2单片机复位电路的设计11

2.2.3按键控制电路的设计12

2.2.4数码显示电路的设计12

2.2.5声音报警电路的设计13

2.2.6通信电路的设计13

3多功能病床呼叫控制系统的软件设计14

3.1程序设计思想14

3.2流程分析14

3.3程序设计14

3.3.1从机主程序14

3.3.2呼叫功能处理15

3.3.3主机主程序17

3.3.4床号显示程序18

3.3.5延时程序18

4应用软件及程序语言介绍19

4.1PROTEL介绍19

4.2KeiluVision3介绍19

4.2.1系统概述19

4.2.2KeilC51单片机软件开发系统的整体结构19

4.3C语言介绍20

5结论20

谢辞21

参考文献22

附件23

引言

1病床呼叫控制系统的研究目的及意义

病房呼叫系统由安装在病区护士站的呼叫主机和分别设置在病房床头、病房卫生间的呼叫分机、走廊显示屏组成，一旦病房床头或卫生间有人按呼叫按钮，护士站的主机就发出声光报警信号，同时，走廊显示屏同步显示呼叫床位号，护士人员便可以立刻赶往病房处理紧急情况。

卫生间的呼叫分机需要有防水功能，这一点很重要。

甚至为了方便病区工作人员工作，可以安装通话和显示装置，以便治疗师可以及时了解情况。

　　病房呼叫系统是为了提高医院管理水平和服务水平的辅助设施。

由于患者在住院期间,可能会在任意时间请求医生或护士进行诊断或护理，所以求助呼叫是传送信息的重要手段。

而病床呼叫系统正是患者向值班医生或护士发出紧急呼叫的工具,要将患者的请求快速传送给值班医生或护士,并在护士站的监控中心留下准确完整的记录,是提高医院和病室护理水平的必备设备之一。

因此该系统需要24小时连续工作，要求故障率要低，性能要稳定，质量要可靠，能及时、准确地将病人信息传送至值班医生或护士。

当今社会,病床呼叫系统已成为医院不可缺少的监护设备,它对于病人和医护人员之间的信息沟通起着十分重要的作用,能够有效的保证病人及时得到医护人员的看护和医治,同时为医护人员的医护管理带来了极大的方便。

而且系统操作简便，利于推广，历来受到各大医院的普遍重视。

1.1病床呼叫控制系统的功能与设计方案

目前，医院病床呼叫装置大多由单片机及低压电力线等传输，通过单片机的I/O接口，使得系统构成简单。

设计将利用单片机设计制作一个多功能病床呼叫系统。

1.1.1从机实现按键呼叫功能

以从机作为呼叫源，由AT89S51单片机、传输电路及一些外围电路组成。

若干个按键接在单片机AT89S51的I/O口上，当某一按钮按下时，对应的LED灯亮，单片机确认呼叫地址后，扫描I/O的状态。

一旦有键按下，立即把对应的请求信息进行处理，再传输电路发送给主机，并等待主机的确认。

1.1.2主机实现显示功能

以主机作为监控系统，由AT89S51单片机、显示装置、报警电路、传输电路以及一些外围电路组成。

主机接收从从机发来的信息，并通过单片机AT89S51进行处理，然后通过数码管显示对应的床位号 ，蜂鸣器报警，以便提示医护人员尽快到达现场。

1.1.3实现远程通信功能

以芯片MAX485作为传输电路，将从机发送的信号通过有线传输至主机，已达到及时传输病人信息给医护人员的目的。

1.2病床呼叫控制系统的原理框图

图1

1.3主要芯片的相关介绍

1.3.1单片机AT89S51

（1）AT89S51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AT89S51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。

AT89S51具有以下标准功能：

8k字节Flash，256字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。

另外，AT89S51可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。

空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。

掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。

（2）单片机AT89S51的特殊功能寄存器

MCS-51单片机内有21个特殊功能寄存器，每一个寄存器是一个存储单元，但不作一般RAM使用，而是有各自不同的特殊功能。

它们主要用于描述单片机的状态字和控制字，大体分为两类：

一类发布单片机的地址信号、控制命令以及输入/输出数据信号，通过单片机引脚形成对外电路的三组总线信号；另一类作单片机内部控制使用。

简要介绍如下：

P0端口——地址线/数据线分时使用端口。

作地址线使用时，输出低8位地址信号；作数据线使用时，I/O端口，输入/输出数据信号。

SP——堆栈指针，用于指示堆栈的栈顶。

堆栈内按照“先入后出”原则组织的一段区间，单片机内的堆栈通常设置在片内RAM中，具有向下生长的性质。

DPL——8位数据寄存器。

DPH——8位数据寄存器。

DPL和DPH除作两个独立8位数据寄存器使用外，还可以和在一起构成一个16位的数据指针，DPL作为低8位，DPH作为高8位。

PCON——电源控制寄存器。

对于采用HMOS工艺结构的单片机，用于串行方式中选择波特率的倍数。

对于CHMOS工艺结构的单片机，除了用于串行方式中选择波特率的倍数外，还用于选择工作在正常操作方式，或是工作在低功耗操作方式。

TCON——定时器/计数器控制寄存器，用于确定采用何种触发方式和有无中断申请。

TMOD——定时器/计数器方式控制寄存器，用于规定定时器/计数器的工作方式。

TL0——定时/器计数器T0的低8位。

TL1——定时/器计数器T1的低8位。

TH0——定时/器计数器T0的高8位。

TH1——定时/器计数器T1的高8位。

P1端口——8位I/O数据端，作8条数据线使用。

SCON——串行口控制寄存器，用于设定串行口的工作方式、接收/发送标志。

SBUF——串行I/O缓冲器，用于接收/发送数据。

P2端口——高8位地址线/8位I/O数据线合用端口，P2和P0组成单片机的16位地址线。

一般情况下，P2做地址线用时，不再用于I/O数据线，因此无需锁存P2。

IE——中断允许寄存器，用于是否允许或禁止中断。

P3端口——8位I/O数据线/第2功能线合用端口，在做数据线使用时，不作第2功能线；当作第2功能线时，不作数据线用。

IP——中断优先级控制寄存器，用于选择中断优先级别。

PSW——程序状态字，反映运算结果标志及选择工作寄存器组。

RS0和RS1——选择工作寄存器组的决定位。

RS1RS0

00选中0组为工作寄存器组

01选中1组为工作寄存器组

10选中2组为工作寄存器组

11选中3组为工作寄存器组

P——奇偶标志，指令运算结果有奇数个“1”时，P=1；有偶数个“1”时，P=0。

OV——溢出标志，运算结果超出补码表示范围时有溢出，OV=1；无溢出，OV=0。

F0——需用户自己定义。

AC——半进（借）位，又称辅助进（借）位，运算中低4位向高4位有进（借）位时，AC=1；否则AC=0。

CY——进（借）位，在加（减）法运算中有进（借）位时，CY=1；无进（借）位时，CY=0。

A——累加器，8位数据寄存器，是单片机指令操作中用得最多的寄存器。

本身带有零标志Z，当A=0时Z=1，A≠0时Z=0。

零标志常用于条件转移。

B——B寄存器，存放8位数据用。

（3）单片机AT89S51引脚功能（如图2）

图2

P0口——P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。

作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。

对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。

当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用。

在这种模式下，P0具有内部上拉电阻。

在flash编程时，P0口也用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。

程序校验时，需要外部上拉电阻。

　　P1口——P1口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。

对P1端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。

作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。

此外，P1.0和P1.2分别作定时器/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和时器/计数器2的触发输入（P1.1/T2EX），具体如下表所示。

在flash编程和校验时，P1口接收低8位地址字节。

　　引脚号第二功能

　　P1.0T2（定时器/计数器T2的外部计数输入），时钟输出

　　P1.1T2EX（定时器/计数器T2的捕捉/重载触发信号和方向控制）

　　P1.5MOSI（在系统编程用）

　　P1.6MISO（在系统编程用）

　　P1.7SCK（在系统编程用）

　　P2口——P2口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。

对P2端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。

作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。

　　在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器时，P2口送出高八位地址。

在这种应用中，P2口使用很强的内部上拉发送1。

在使用8位地址访问外部数据存储器时，P2口输出P2锁存器的内容。

　　在flash编程和校验时，P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。

　　P3口——P3口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。

对P3端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。

作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。

　　P3口亦作为AT89S51特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。

　　在flash编程和校验时，P3口也接收一些控制信号。

　　端口引脚第二功能

　　P3.0RXD（串行输入口）

　　P3.1TXD（串行输出口）

　　P3.2INTO（外中断0）

　　P3.3INT1（外中断1）

　　P3.4TO（定时/计数器0）

　　P3.5T1（定时/计数器1）

　　P3.6WR（外部数据存储器写选通）

　　P3.7RD（外部数据存储器读选通）

　　此外，P3口还接收一些用于FLASH闪存编程和程序校验的控制信号。

　　RST——复位输入。

当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将是单片机复位。

　　ALE/PROG——当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。

一般情况下，ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。

要注意的是：

每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。

　　如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的8EH单元的D0位置位，可禁止ALE操作。

该位置位后，只有一条MOVX和MOVC指令才能将ALE激活。

此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE禁止位无效。

　　PSEN——程序储存允许（PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89C51由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次PSEN有效，即输出两个脉冲，在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次PSEN信号。

EA/VPP——外部访问允许，欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000H-FFFFH），EA端必须保持低电平（接地）。

需注意的是：

如果加密位LB1被编程，复位时内部会锁存EA端状态。

如EA端为高电平，CPU则执行内部程序存储器的指令。

XTAL1和XTAL2——外部时钟振荡信号输入端。

（4）串行通信接口的结构

①帧和波特率

在串行通信中，数据是以帧的格式发送或接收的。

一帧数据由8～11位二进制数组成：

起始位1位，常用“0”表示数据的开始；数据常有5～8位二进制数，并且规定低位在前，高位在后。

数据后有奇偶校验位P，最后一位是停止位，以“1”结束。

波特率（BaudRate）是数据传送的速率，定义为每秒传送的二进制数位数。

其倒数是传送1位二进制数所需的时间。

②片内串行口

单片机的串行口主要由一个数据缓冲器SBUF、两个控制寄存器SCON和PCON、波特率发生器T1、发送/接收控制器和输入移位控制器等组成。

串行口数据缓冲器SBUF既可以用于发送，又可以用于接收，有读写指令区分。

串行口控制寄存器SCON用于规定串行口的工作状态及存放状态信息。

电源控制寄存器PCON用于规定波特率的大小。

当需要从串行口RxD端接收数据时，首先应当使用指令使SCON的REN位置1，表明CPU允许接受。

这时，片外数据串行从RxD进入单片机，数据最低位首先进入，最高位最后进入。

进入的数据先在输入移位控制器暂存，等一帧数据进入完毕后再从输入移位控制器并行送入缓冲器SBUF，并经片内总线送到累加器A。

与此同时将中断标志RI置位并提出片内串行口中断申请。

CPU响应中断后，需要用指令将RI复位，接着进行下一帧数据的接收。

当需要从串行口TxD端发送数据时，先将数据从累加器A并行写入到SBUF中，再经控制门串行从TxD送到单片机外。

一帧数据发送完毕，SBUF内空，引起中断标志位TI置位发出片内串行口中断申请。

CPU响应中断后，需要用指令将TI复位，接着进行下一帧数据发送。

③异步通信和同步通信

通信双方按事先约定的帧格式完成数据发送和接收的全过程，称为异步通信。

由于一帧数据采用固定格式，发送方只要有数据从起始位发出，接收方就能接收到，因此异步通信不需要专门的同步字符。

通信双方使用同步字符实现数据发送和接收的全过程，称为同步通信。

通信前，发送数据和接收数据的双方约定好同步字符。

发送方先发送同步字符，随后是一组数据。

接收方只要接收到同步字符，就把同步字符后面出现的数据块当作有用数据一并接受。

（5）单片机AT89S51相对于AT89C51增加的新功能包括：

①新增加很多功能，性能有了较大提升，价格基本不变，甚至比AT89C51更低！

②ISP在线编程功能，在改写单片机存储器内的程序时不用把芯片从工作环境中剥离。

③最高工作频率为33MHz，就是说S51具有更高工作频率，从而具有了更快的计算速度。

④具有双工UART串行通道。

⑤内部集成看门狗计时器，不再需要像AT89C51那样外接看门狗计时器单元电路。

⑥双数据指示器。

⑦电源关闭标识。

⑧全新的加密算法，程序的保密性加强，这样就可以有效的保护知识产权不被侵犯。

⑨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。

在AT89S51上一样可以照常运行，这就是所谓的向下兼容。

AT89S51就是在这样的背景下取代AT89C51的，所以本设计也选用了AT89S51。

1.3.2传输芯片MAX485

MAX485是用于RS-485通信的低功耗收发器，芯片中具有一个驱动器和一个接收器。

MAX485的驱动器摆率不受限制，可以实现最高2.5Mbps的传输速率。

这种收发器在驱动器禁用的空载或满载状态下，吸取的电源电流在120μA至500μA之间。

驱动器具有短路电流限制，并可以通过热关断电路将驱动器输出置为高阻状态，防止过度的功率损耗。

接收器输入具有失效保护特性，当输入开路时，可以确保逻辑高电平输出。

MAX485采用单一电源+5V工作，额定电流为300μA，采用半双工通讯方式。

它完成将TTL电平转换为RS－485电平的功能。

MAX485芯片的结构和引脚都非