毕业设计59多功能微电脑病床呼叫系统.docx

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毕业设计59多功能微电脑病床呼叫系统

摘要

目前，许多医院住院病房靠步行呼叫值班员，存在医护人员不能及时赶到，甚至激化医患矛盾等问题）为方便病号呼叫值班医护人员，可设计个呼叫系统，将病房的呼叫信息及时反映给值班人员）该系统的主要功能有：

数码显示病号所在的病房号、病床号、声音报警提醒值班人员，若有多个病号同时呼叫，则循环显示病房的代号，确保信息不丢，按给定顺序沿信号线向呼叫器发出对应地址的脉冲数，如果呼叫器有动作，该呼叫器沿信号线返回给主机个脉冲，主机检测到后就振铃报警并显示病房号、病床号）若没有动作，信号线处于低电平，从而完成主机和呼叫器之间的应答）

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。

可将病人的请求快速传送给值班医生或护士，是提高医院和病室护理水平的必备设备之一。

继电器控制的门铃式呼叫系统，由于外观粗造、噪声大、功能单一，在医院达标定级中已不能适应现代医院的要求。

利用单片机的多机通讯功能，设计出的具有呼叫、振铃、显示排队、优先权设定、通话、烟火报警等功能的多功能微电脑病床呼叫系统，满足了医院的病房管理和护理的要求。

第一章单片机8031的介绍

8031单片机是Intel公司生产的MCS-51系列单片机中的一种，除无片内ROM外，其余特性与MCS-51单片机基本一样。

MCS-51单片机的引脚描述及片外总线结构

一、芯片的引脚描述

HMOS制造工艺的MCS-51单片机都采用40引脚的直插封装（DIP方式），制造工艺为CHMOS的80C51/80C31芯片除采用DIP封装方式外，还采用方型封装工艺，引脚排列如图。

其中方型封装的CHMOS芯片有44只引脚，但其中4只引脚（标有NC的引脚1、12、23、34）是不使用的，在单片机的40条引脚中有2条专用于主电源的引脚，2条外接晶体的引脚，4条控制或与其它电源复用的引脚，32条输入/输出（I/O）引脚。

下面按其引脚功能分为四部分叙述这40条引脚的功能。

1、主电源引脚VCC和VSS

VCC——（40脚）接+5V电压；

VSS——（20脚）接地。

2、外接晶体引脚XTAL1和XTAL2

XTAL1（19脚）接外部晶体的一个引脚。

在单片机内部，它是一个反相放大器的输入端，这个放大器构成了片内振荡器。

当采用外部振荡器时，对HMOS单片机，此引脚应接地；对CHMOS单片机，此引脚作为驱动端。

XTAL2（18脚）接外晶体的另一端。

在单片机内部，接至上述振荡器的反相放大器的输出端。

采用外部振荡器时，对HMOS单片机，该引脚接外部振荡器的信号，即把外部振荡器的信号直接接到内部时钟发生器的输入端；对XHMOS，此引脚应悬浮。

3、控制或与其它电源复用引脚RST/VPD、ALE/PROG、PSEN和EA/VPP

①RST/VPD（9脚）当振荡器运行时，在此脚上出现两个机器周期的高电平将使单片机复位。

推荐在此引脚与VSS引脚之间连接一个约8.2k的下拉电阻，与VCC引脚之间连接一个约10μF的电容，以保证可靠地复位。

VCC掉电期间，此引脚可接上备用电源，以保证内部RAM的数据不丢失。

当VCC主电源下掉到低于规定的电平，而VPD在其规定的电压范围（5±0.5V）内，VPD就向内部RAM提供备用电源。

②ALE/PROG（30脚）：

当访问外部存贮器时，ALE（允许地址锁存）的输出用于锁存地址的低位字节。

即使不访问外部存储器，ALE端仍以不变的频率周期性地出现正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。

因此，它可用作对外输出的时钟，或用于定时目的。

然而要注意的是，每当访问外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。

ALE端可以驱动（吸收或输出电流）8个LS型的TTL输入电路。

对于EPROM单片机（如8751），在EPROM编程期间，此引脚用于输入编程脉冲（PROG）。

③PSEN（29脚）：

此脚的输出是外部程序存储器的读选通信号。

在从外部程序存储器取指令（或常数）期间，每个机器周期两次PSEN有效。

但在此期间，每当访问外部数据存储器时，这两次有效的PSEN信号将不出现。

PSEN同样可以驱动（吸收或输出）8个LS型的TTL输入。

④EA/VPP（引脚）：

当EA端保持高电平时，访问内部程序存储器，但在PC（程序计数器）值超过0FFFH（对851/8751/80C51）或1FFFH（对8052）时，将自动转向执行外部程序存储器内的程序。

当EA保持低电平时，则只访问外部程序存储器，不管是否有内部程序存储器。

对于常用的8031来说，无内部程序存储器，所以EA脚必须常接地，这样才能只选择外部程序存储器。

对于EPROM型的单片机（如8751），在EPROM编程期间，此引脚也用于施加21V的编程电源（VPP）。

4、输入/输出（I/O）引脚P0、P1、P2、P3（共32根）

①P0口（39脚至32脚）：

是双向8位三态I/O口，在外接存储器时，与地址总线的低8位及数据总线复用，能以吸收电流的方式驱动8个LS型的TTL负载。

②P1口（1脚至8脚）：

是准双向8位I/O口。

由于这种接口输出没有高阻状态，输入也不能锁存，故不是真正的双向I/O口。

P1口能驱动（吸收或输出电流）4个LS型的TTL负载。

对8052、8032，P1.0引脚的第二功能为T2定时/计数器的外部输入，P1.1引脚的第二功能为T2EX捕捉、重装触发，即T2的外部控制端。

对EPROM编程和程序验证时，它接收低8位地址。

③P2口（21脚至28脚）：

是准双向8位I/O口。

在访问外部存储器时，它可以作为扩展电路高8位地址总线送出高8位地址。

在对EPROM编程和程序验证期间，它接收高8位地址。

P2可以驱动（吸收或输出电流）4个LS型的TTL负载。

④P3口（10脚至17脚）：

是准双向8位I/O口，在MCS-51中，这8个引脚还用于专门功能，是复用双功能口。

P3能驱动（吸收或输出电流）4个LS型的TTL负载。

作为第一功能使用时，就作为普通I/O口用，功能和操作方法与P1口相同。

作为第二功能使用时，各引脚的定义如表所示。

值得强调的是，P3口的每一条引脚均可独立定义为第一功能的输入输出或第二功能。

表P3各口线的第二功能定义

口线引脚第二功能

P3.010RXD（串行输入口）

P3.111TXD（串行输出口）

P3.212INT0（外部中断0）

P3.313INT1（外部中断1）

P3.414T0（定时器0外部输入）

P3.515T1（定时器1外部输入）

P3.616WR（外部数据存储器写脉冲）

P3.717RD（外部数据存储器读脉冲）

二、MCS-51单片机的片外总线结构

综合上面的描述可知，I/O口线都不能当作用户I/O口线。

除8051/8751外真正可完全为用户使用的I/O口线只有P1口，以及部分作为第一功能使用时的P3口。

单片机的引脚除了电源、复位、时钟接入，用户I/O口外，其余管脚是为实现系统扩展而设置的。

这些引脚构成MCS-51单片机片外三总线结构，即：

①地址总线（AB）：

地址总线宽为16位，因此，其外部存储器直接寻址为64K字节，16位地址总线由P0口经地址锁存器提供8位地址（A0至A7）；P2口直接提供8位地址（A8至A15）。

②数据总线（DB）：

数据总线宽度为8位，由P0提供。

③控制总线（CB）：

由P3口的第二功能状态和4根独立控制线RESET、EA、ALE、PSEN组成。

中央处理器是单片机内部的核心部件，它决定了单片机的主要功能特性。

中央处理器主要由运算部件和控制部件组成。

下面我们把中央处理器功能模块和有关的控制信号线联系起来加以讨论，并涉及相关的硬件设备（如振荡电路和时钟电路）。

1、运算部件：

它包括算术、逻辑部件ALU、布尔处理器、累加器ACC、寄存器B、暂存器TMP1和TMP2、程序状态字寄存器PSW以及十进制调整电路等。

运算部件的功能是实现数据的算术逻辑运算、位变址处理和数据传送操作。

MCS-51单片机的ALU功能十分强，它不仅可对8位变量进行逻辑“与”、“或”、“异或”、循环、求补、清零等基本操作，还可以进行加、减、乘、除等基本运算。

为了乘除运算的需要，设置了B寄存器。

在执行乘法运算指令时，用来存放其中一个乘数和乘积的高8位数；在执行除法运算指令时，B中存入除数及余数。

MCS-51单片机的ALU还具有一般微机ALU，如Z80、MCS-48所不具备的功能，即布尔处理功能。

单片机指令系统中的布尔指令集、存储器中的位地址空间与CPU中的位操作构成了片内的布尔功能系统，它可对位（bit）变量进行布尔处理，如置位、清零、求补、测试转移及逻辑“与”、“或”等操作。

在实现位操作时，借用了程序状态标志器（PSW）中的进位标志Cy作为位操作的“累加器”。

运算部件中的累加器ACC是一个8位的累加器（ACC也可简写为A）。

从功能上看，它与一般微机的累加器相比没有什么特别之处，但需要说明的是ACC的进位标志Cy就是布尔处理器进行位操作的一个累加器。

MCS-51单片机的程序状态PSW，是一个8位寄存器，它包含了程序的状态信息。

2、控制部件

控制部件是单片机的神经中枢，它包括时钟电路、复位电路、指令寄存器、译码以及信息传送控制部件。

它以主振频率为基准发出CPU的时序，对指令进行译码，然后发出各种控制信号，完成一系列定时控制的微操作，用来控制单片机各部分的运行。

其中有一些控制信号线能简化应用系统外围控制逻辑，如控制地址锁存的地址锁存信号ALE，控制片外程序存储器运行的片内外存储器选择信号EA，以及片外指信号PSEN。

替换型号：

80C31、8032、80C32。

第二章主机

2.1主机的设计

多功能微电脑病床呼叫系统主要是根据MCS-51单片机的多机通讯功能，将不同的床位编成有一定规律的代码，主机根据接收到的代码判断床位的号码，并向该床位发送指令，达到通话的目的。

2.2主机的硬件组成

主机由MCS-51单片机同键盘、数码显示、RS232数据通讯、通话、状态指示等电路组成，如图1所示。

由单片微机8031、8D锁存器74LS373和EPROM2764构成主机的控制核心，P1口通过3/8译码器74LS138的七段译码、锁存、驱动器CD4511及数码管组成数据显示电路。

由8/3线八进位优编码器74LS148，双单稳多谐振荡器74LS221等组成键盘电路，通过外部中断“0”进行键盘输入。

图1主机硬件图

2.3　数据通讯和数据处理

　　多功能呼叫系统的核心是MCS-51多机全双工通讯。

如图所示各子机仅能和主机通讯，子机之间的通讯要通过主机进行，本单位不允许子机之间通讯。

对所有子机的SM2位置1，使其处于接收地址帧状态，主机每隔20ms发送其中的一子机地址，其中包含8位地址，第9位为地址数据标志位，为1表示是发送地址﹔为0表示是数据。

子机接到数据后，同本机的设定地址比较，如果相同，SM2清“0”。

并计时20ms，这时，该机可以接收主机发送的数据，也可向主机发送数据，20ms计时到，置SM2=1，失去了与主机通讯权，主机开始发送另一子机的地址，受权于另外一台子机。

这样对于100个以内床位子机，在2s之内都可以同主机通讯，接收主机数据或向主机发送数据，主机同各个子机分时进行数据交换。

主机接收到子机送来的数据，有效的数据是子机应答主机、子机呼叫、当前唯一的呼叫、烟火报警等情况之一。

分析接收到的数据，如果是子机应答主机，子机应答主机灯亮，子机已经将该机的通话系统打开，医护人员可以和被呼叫的床位通话。

　　如果是子机呼叫，根据标志判断是否是当前唯一的呼叫，是当前唯一的呼叫，主要显示当前呼叫的床位号，打开通话系统，向子机发出应答指令，子机打开通话线路，和呼叫者通话。

否则，主机将向该呼叫者发出线路忙的指令，当前有人排队指示灯亮，并将该呼叫号排入队列中﹔如果是烟火报警，烟火报警指示灯亮，医护人员应该亲自去病房说服教育，或者在病房内安装请勿吸烟的标志并通过主机发出警告声，提请病人或家属不要吸烟。

程序流程如图2所示。

主机数据处理子程序清单：

1.CHHU2：

PUSHA

2.MOVA，SBUF

3.CJNEA，34H，CC2﹔子机应答主机转CC2

4.MOV＠R0,A﹔子机呼叫

5.INCR0

6.INCR4

7.INCR2

8.JNB10HCC

9.MOVA，4FH﹔当前第一次呼叫

10.ACALLBCD﹔显示当前呼叫号

11.CLRA

12.MOVP1，A

13.AJMPCC314.CC：

　　MOVA，＃0FEH﹔非第一个呼叫排队

15.CLRTB8

16.MOVSBUF，A

图2　主机接收处理数据程序流程框图

第三章子机

3.1子机（床位机）设计

子机（床位）机要求操作简单、体积小、功能全、易于安装调试。

子机的主要功能是向主机发出呼叫信号，收到主机应答后，打开通话系统，同医护人员进行通话；接收主机的呼收，应答主机呼叫，此功能在正常情况下屏蔽，完成此项功能的过程中，都有相应的功能指示。

3.2硬件的组成

利用MCS-51单片机8031，8D锁存器74LS373，EPROM2716组成最小的单片机系统。

74LS00和双向按键开关组成消颤电流，申请中断，启动该机完成一系列功能。

通过P1口驱动功能指示灯和开启听筒话筒电路。

采用RS232标准进行串行通讯。

原理如图3所示。

图3子机硬件原理图

3.3软件设计和功能的实现

3.3.1接收和处理数据

对于每个床位都有特定的编号（床位号）即子机的地址，初始的过程中，SM2=1，表示处于多机通讯功能，只能接收主机发送给该机的地址，不能接收主机数据和向主机发送数据。

接收到主机发送的数据第9位为1时，数据装入SBU下，并置RI=1，向CPU发出中断请求，如果接收以第9位数为0时，则不产生中断标志，数据放弃。

接收到的数据和本机号进行比较，如果相同，则置SM2=0，并开始20ms计时，在这个时间段内，主机发送的数据第9位为0时，接收并进行处理，同时根据本机的情况可以向主机发送数据，完成子机的功能。

20ms计时到，SM2=1，此时，该机只能接收主机发送的地址，再无别的通讯功能。

由以上叙述的约定可以看出，床位机与主机的数据传送受主机控制分时完成，保证了主机与多机之间的正常通讯。

对于100个床位以内的系统，给每个子机分时20ms，在2s之内主机就可对所有子机询访一次，对使用者，即可感到是随时呼叫主机。

接收到主机的数据，判断数据类型，对状态进行标记及数据处理，程序图如图4所示。

图4　子机接收数据程序流程框图

接收数据子程序清单：

1.　　　　MOVA，SBUF

2.GLMEA，＃0FEH，CHU5﹔线路忙

3.CJNEA，＃22H，CHH﹔非本机信号

4.CJNEA，30H，CHU6

5.SETBP1.1﹔主机呼号

6.SETBP1.2﹔振铃

7.RETI

8.CHU6：

MOVC，RB8

9.JNCPDTL

10.CLRP1.3

11.CHH：

CLRRI

12.RETI13.PDTL：

CLRP1.1

14.CLRP1.4

15.CLRP1.0

16.CLR30H

17.CLRRI

18.RETI

19.CHU5：

MOVA，＃22

20.CJNEA，30H，CHU7

21.RETI　　﹔本机没有呼叫

22.CHU7：

SETP1.0﹔主机线路

23.RETI

图5　子机呼叫程序流程框图

3.3.2　呼叫及数据处理

　　这里的呼叫是指病人（使用者）通过按键向主机发呼叫请求。

按键后，通过外部中断“0”向CPU发中断请求，在SM2=0的情况下，根据状态标志判断是应答主机呼叫还是向主机发呼叫，并向主机发送数据，程度流程如图5所示。

子机呼叫应答数据处理子程序清单：

1.CHU2：

MOVA，＃22

2.CJNEA，30H﹔CH11

3.INA，P1

4.ANLA，＃06H

5.　　CJNEA，＃06H，CH10

6.MOVA，＃2

7.MOV30H，A

8.MOVSBUF，A﹔呼叫主机

9.HERE：

JNBTIHERE

10.SETBP1.3

11.CLRTI

12.RETI

13.CH10：

CLRP1.1

14.CLRP1.2

15.MOVA，＃22

16.MOVSBUF，A

17.CH12：

JNBTICH12

18.CLRTI

19.CLRP1.4

20.CH11：

RETI

第四章LED显示

3.1原理图

在单片机系统中，常常用数码管（LE0）做显示器。

一般的显示器为4位或8位，即需要4个或8个LED。

实现这种显示的方法比较多，也比较简单。

但是，对于多个LED显示，就必须采取必要的措施才能实现。

这里用一种设计方法，利用该方法设计的多路LED显示系统具有硬件结构简单，软件编程方便，价格低廉的特点，经在储蓄所大屏幕利率显示屏中应用，效果很好。

图6多个LED显示的硬件原理

3.2硬件电路原理

80C31单片机是MCS一51系列单片机的一种，它广泛应用于各种小型控制系统中。

我们知道，80C31单片机有一个串行口可用于串行通讯，笔者发现它在方式。

状态下，还可以扩展并行1/0口，从而实现多个LED显示，其硬件原理如图6所示。

其中，74HCl64为串行输入、并行输出移位寄存器，74HC244为单向总线驱动器，LED采用SEFll83KR型共阴极数码管。

当80C31单片机复位时，串行口为方式。

状态，即工作在移位寄存器方式，波特率为振荡频率的十二分之一。

参看图7,器件执行任何一条将SBUF作为目的寄存器的命令时，数据便开始从RXD端发送。

在写信号有效时，相隔一个机器周期后发送控制端SEND有效，即允许RXD发送数据，同时，允许从TXD端输出移位脉冲。

第一帧（8位）数据发送完毕时，各控制信号均恢复原状态，只有TI保持高电平，呈中断申请状态。

第一个74Hc164把第一帧数据并行输出，LEDI显示该数据（发送时序如图2所示）。

然后，用软件将TI清零，发送第二帧数据。

第二帧数据发送完毕，LEDI显示第二帧数据，第一帧数据串行输入给第二个74Hcl64,LEDZ显示第一帧数据。

依此类推，直到把数据区内所有数据发送出去。

应该注意，数据全部发送完后，第一帧数据在最后一个LED显示。

由于TXD端最多可以驱动8个TTL门，当LED显示器超过8个时，我们采用74Hc244芯片驱动。

每个74HC244有8路驱动，每一路可驱动8个LED，即每增加一个74Hc244，可增加64个LED驱动。

2软件编程

该软件程序采用MCS一51系列单片机汇编语言编制，并把显示程序作为一个子程序，以便在主程序中调用。

设LED为共阴极显示器，共有64个，显示区首地址在内部RAM20H单元，需显示的数据以BCD码依次存放在显示区，软件清单如下：

主程序

ORG0000H

5JMPSTART

ORG0020H

MOVR6,#40H

MOVRO,#20H

LCALLTRXD

5JMP$

显示子程序

TRXD:

MOVDPTR,#DTABDLO:

MOVA,@RO

MOVCA,@A+DPTR

MOVSBUF,A

DLI:

JNBTl,DLI

CLRTl

INCRO

DJNZR6,DLO

RFT

DTAB:

3FH,06H,SBH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH,6FH

图7方式0发送时序图

设计总结

通过本次单片机的课程设计，我对单片机有了更深的了解。

这次设计给了我们一个实践的机会，很好地检验了我们对单片机的掌握情况。

在设计过程中，我们也在不断地增加自己的专业课的知识。

不仅把已学的知识用出来，也把不懂的知识学过来，真可谓一石二鸟。

在这过程中，我也懂得了如何去思考问题，如何去排列版面，如何让自己的设计紧凑，明白简洁。

在设计中我知道了单片机的运行模式，以及单片机的控制作用。

我认为单片机在控制方面的作用是相当优越的，既简单又有效，而且故障率底。

特别是它的嵌入式应用形态有着独特的优点，这也是它前景无限好以及在各个领域广泛应用。

参考文献

1何立民。

《单片机应用系统设计─系统配置与接口技朮》北京航空航天大学出版社，1989

2田学锋，周予滨　《计算器通信与RS-232接口实用指南》电子工业出版社，1995

3潘新民，王燕芳《单片微型计算机实用系统》　　人民邮电出版社1992,7

4孙函芳，徐爱卿《单片机原理及应用》　　　北京航空航天大学出版社1988,2