【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 VCC16CD2CD4094A7B6C4D2E1F9G10DP5COM3COM8SMG1Component_1A7B6C4D2E1F9G10DP5COM3COM8SMG2Component_1A7B6C4D2E1F9G10DP5COM3COM8SMG3Component_1A7B6C4D2E1F9G10DP5COM3COM8SMG4Component_1A7B6C4D2E1F9G10DP5COM3COM8SMG5Component_1A7B6C4D2E1F9G10DP5COM3COM8SMG6Component_1VCCVCCVCCSCKSCKSTRSTR111010CHAZHEN2233445566778899CH1Component_1111010CHAZHEN2233445566778899CH0Component_1A7B6C4D2E1F9G10DP5COM3COM8SMG7Component_1A7B6C4D2E1F9G10DP5COM3COM8SMG8Component_1 圖 34 數(shù)碼管顯示電路圖 單片機(jī)驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示的方法有很多種，按顯示方式分為靜態(tài)和動(dòng)態(tài)掃描兩種，按譯碼方式可以分為硬件譯碼和軟件譯碼兩種。靜態(tài)顯示即數(shù)碼管的每個(gè)段碼都由單片機(jī)的一個(gè) I/O 口驅(qū)動(dòng)，編程簡(jiǎn)單，占用 CPU 時(shí)間少，顯示亮度高，但是占用的 I/O口多，增加了硬件 電路的復(fù)雜性。動(dòng)態(tài)顯示則需要 CPU 時(shí)刻對(duì)數(shù)碼管就行數(shù)據(jù)刷新，顯示數(shù)據(jù)有閃爍感，占用 CPU時(shí)間多。無(wú)論是靜態(tài)還是動(dòng)態(tài)顯示方式都各有利弊，靜態(tài)顯示方式雖然數(shù)據(jù)比較穩(wěn)定，但是每個(gè)顯示單元都需要單獨(dú)的顯示驅(qū)動(dòng)電路，需要的硬件卻比較多；動(dòng)態(tài)顯示雖然有閃爍感，占用 CPU的時(shí)間多，但是需要的硬件少，大大節(jié)省了硬件電路板空間。因此，我們選用動(dòng)態(tài)掃描方式，其實(shí)，只要 LED 數(shù)碼管的刷新頻率大于 25Hz，即同一個(gè) LED 數(shù)碼管相鄰兩次點(diǎn)亮?xí)r間間隔小于 40ms，閃爍現(xiàn)象就不會(huì)出現(xiàn)。比較常用的顯示驅(qū)動(dòng)芯片有： CD409 AMT959 74LS164 等許多種 ,利用這些芯片實(shí)現(xiàn)串入并出擴(kuò)展輸入口，都是簡(jiǎn)單、實(shí)用的 I/O 口擴(kuò)展方式。在這里我們選擇位移位存儲(chǔ)總線本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 10 頁(yè) 共 33 頁(yè) 寄存器 CD4094。 數(shù)碼管顯示電路如圖 34 所示。由于數(shù)碼管顯示電路占用 I/O 資源多，程序設(shè)計(jì)復(fù)雜，所以在硬件設(shè)計(jì)方面，我們應(yīng)該盡量減少 I/O口的占用。因此，我們同樣采用兩個(gè)位移位存儲(chǔ)總線寄存器 CD4094 實(shí)現(xiàn)串入并出，來(lái)減少 I/O 口的使用，其中 CD1作段選， CD2 作位選。軟件方面采用動(dòng)態(tài)掃描的方式顯示當(dāng)前時(shí)間和病床號(hào)。 電路圖中所有數(shù)碼管的 ADP同名端分別連在一起，同時(shí)連著 CD4094 的 8個(gè)并行輸出口 Q1Q8，其中 R0R7 為限流電阻，而每個(gè)數(shù)碼管顯示器的 端各自獨(dú)立的連接另一片 CD4094 的 8個(gè)并行輸出口 Q1Q8。 鍵盤模塊電路 設(shè)計(jì) 在單片機(jī)控制系統(tǒng)中廣泛使用的機(jī)械鍵盤工作原理是：利用動(dòng)片和靜片觸點(diǎn)的接觸和斷開，來(lái)實(shí)現(xiàn)鍵盤兩引腳的通或斷。如圖 35所示。 圖 35 按鍵電氣圖形符號(hào) S1SWPBS14SWPBS5SWPBS13SWPBS9SWPBS2SWPBS10SWPBS6SWPBS3SWPBS7SWPBS11SWPBS15SWPBS8SWPBS4SWPBS12SWPBS16SWPB10KR17Res110KR18Res110KR19Res110KR20Res1Y0Y1Y2Y3X0 X1 X2 X3VCC 圖 36 鍵盤電路圖 為了減少了 I/O 引腳數(shù)目的使用， 鍵盤模塊一般采用 4*4的矩陣鍵盤，也稱行列式鍵盤。使用這種鍵盤，編程也會(huì)更加靈活。電路如圖 36 所示 。它是由四條 I/O 線 Y0Y3 作為行線，四條 I/O 線 X0X3作為列線組成的鍵盤。 語(yǔ)音模塊電路 設(shè)計(jì) 為方便醫(yī)護(hù)人員及時(shí)了解病患的情況并作出應(yīng)對(duì)措施，語(yǔ)音通話功能顯得尤為重要。語(yǔ)音模塊主要采用 stm32上的 I2S音頻協(xié)議 ,I2S是一個(gè) 3引腳的同步串行接口通訊協(xié)議，支持四種音頻標(biāo)準(zhǔn)，包括飛利浦 I2S標(biāo)準(zhǔn)， MSB和 LSB對(duì)齊標(biāo)準(zhǔn)，本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 11 頁(yè) 共 33 頁(yè) 以及 PCM標(biāo)準(zhǔn)，在這里我們使用的 PCM標(biāo)準(zhǔn)。在半雙工的通訊中，可以工作在主、從兩種模式下。 I2S的功能如下： ● 單工通信 (僅發(fā)送或接收 ) ● 主或者從操作 ● 8位線性可編程預(yù)分頻 器，獲得精確的音頻采樣頻率 (8KHz到 96kHz) ● 數(shù)據(jù)格式可以是 16位， 24位或者 32位 ● 音頻信道固定數(shù)據(jù)包幀為 16位 (16位數(shù)據(jù)幀 )或 32位 (1 24或 32位數(shù)據(jù)幀 ) ● 可編程的時(shí)鐘極性 (穩(wěn)定態(tài) ) ● 從發(fā)送模式下的下溢標(biāo)志位和主 /從接收模式下的溢出標(biāo)志位 ● 16位數(shù)據(jù)寄存器用來(lái)發(fā)送和接收，在通道兩端各有一個(gè)寄存器 ● 支持的 I2S協(xié)議： ─ I2S飛利浦標(biāo)準(zhǔn) ─ MSB對(duì)齊標(biāo)準(zhǔn) (左對(duì)齊 ) ─ LSB對(duì)齊標(biāo)準(zhǔn) (右對(duì)齊 ) ─ PCM標(biāo)準(zhǔn) (16位通道幀上帶長(zhǎng)或短 幀同步或者 16位數(shù)據(jù)幀擴(kuò)展為 32位通道幀 ) ● 數(shù)據(jù)方向總是 MSB在先 ● 發(fā)送和接收都具有 DMA能力 ● 主時(shí)鐘可以輸出到外部音頻設(shè)備，比率固定為 256xFs(Fs為音頻采樣頻率 ) ● 在互聯(lián)型產(chǎn)品中，兩個(gè) I2S模塊 (I2S2和 I2S3)有一個(gè)專用的 PLL(PLL3)，產(chǎn)生更加精準(zhǔn)得時(shí)鐘 電路原理圖如圖 3圖 38所示，圖 37為語(yǔ)音采集模塊，因?yàn)槁曇粜盘?hào)經(jīng)麥克風(fēng)傳入時(shí)比較微弱，需要經(jīng) lm358放大后再進(jìn)入 stm32中，最后由 stm32中自帶的 ADC通過(guò) MIC通道將語(yǔ)音信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù) 字量。圖 38為語(yǔ)音播放模塊，采用lm386芯片將還原信號(hào)進(jìn)行功率放大，濾波后由喇叭播放。 lm386 是低電壓音頻功率放大器，他自身功耗低、電壓增益可以調(diào)整、電源電壓的范圍大、外接元件少并且總諧波失真小，所以廣泛應(yīng)用于錄音機(jī)和收音機(jī)中。引腳圖如圖 39所示。 2 腳為反相輸入端， 3 腳為同相輸入端， 5腳為輸出端， 6腳、 4腳分別是電源和地； 1 腳和 8腳是電壓增益設(shè)定端，這里暫時(shí)不用。通過(guò)查 lm386 的數(shù)據(jù)表可知，電源電壓是 412v，靜態(tài)消耗電流時(shí) 4mA；電壓增益是20200db，在 1腳、 8腳開路時(shí)，帶寬是 300khz，輸入阻抗是 50k，音頻功率是本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 12 頁(yè) 共 33 頁(yè) 。 PA4R5VCCGNDGND10kR131kR7121C14104C1310UFC1210kR101kR610ufC7104C8GND0R8MK1Mic2104C33kR41MR3200kR1VCC110KR2104C2100uFC1VCCoutput1input2input+3GND4Vcc8output27input26input2+5lm358lm358 圖 37 語(yǔ)音采集模塊電路圖 J1Phonejack3 RNGNDLS1SpeakerGND100uFC910RR9GAIN1IN2IN+3GND4VOUT5VS6BYPASS7GAIN8U1LM386M147nC4GND104C6100uFC5VCCGND1KR14R1210uFC101kR1147nfC11GNDPA8 圖 38 語(yǔ)音播放模塊電路圖 圖 39 lm386引腳圖 報(bào)警模塊電路設(shè)計(jì) 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 13 頁(yè) 共 33 頁(yè) 病房呼叫系統(tǒng)不僅要將呼叫信息實(shí)時(shí)的顯示在屏幕上，而且為了方便及時(shí)性的需要，同時(shí)還要發(fā)出報(bào)警聲音，提示醫(yī)護(hù)人員有病患請(qǐng)求幫助。 電聲器件是指能將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)換為 音頻電信號(hào)或者將音頻電信號(hào)轉(zhuǎn)換為聲音信號(hào)的器件。它是利用電磁感應(yīng)、靜電感應(yīng)或壓電效應(yīng)等來(lái)完成電聲轉(zhuǎn)換的 ,主要有傳聲器、蜂鳴器和揚(yáng)聲器等。 傳聲器俗稱話筒、麥克風(fēng) ,是一種 聲一電 換能器件 ,可分為電動(dòng)和靜電兩類。電動(dòng)傳聲器是以電磁感應(yīng)為原理 ,以在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)體上獲得輸出電壓的傳聲器 ,常見(jiàn)的為動(dòng)圈式傳聲器。靜電傳聲器是以電場(chǎng)變化為原理的傳聲器 ,常見(jiàn)的為電容式傳聲器。駐極體傳聲器就是利用駐極材料制作的一種典型的電容式傳聲器。 揚(yáng)聲器俗稱喇叭 ,也是一種發(fā)聲器件 ,與蜂鳴器不同的是揚(yáng)聲器可以發(fā)出多種音頻。揚(yáng)聲器可以播 放語(yǔ)音 ,也可以播放音樂(lè) ,所以在實(shí)際生活中應(yīng)用相當(dāng)廣泛。 蜂鳴器是一種一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器 ,通常采用直流電壓供電 ,廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、報(bào)警器、電子玩具、電話機(jī)等電子產(chǎn)品中做發(fā)聲器件。蜂鳴器只能發(fā)出單一的音頻 ,不論輸入蜂鳴器的是交流電壓還是直流電壓 ,只要達(dá)到蜂鳴器的額定電壓 ,它就會(huì)發(fā)出聲響。即使改變輸入的電壓或頻率 ,蜂鳴器也只發(fā)出一個(gè)音頻的聲音。 LS1BuzzerQ21NPN1KR57VCCBEEPBEEP 圖 39 報(bào)警模塊電路圖 綜合比較來(lái)看 ,蜂鳴器雖然功能最簡(jiǎn)單但完全能滿足我們的發(fā)聲需要 ,我們既不需要發(fā)聲 ,也不需要播放音樂(lè) ,只需要發(fā)出一個(gè)音頻的聲音達(dá)到提 示作用即可 ,同時(shí)它比另外兩種在成本上便宜很多 ,所以我們選擇蜂鳴器作為發(fā)聲器件。在硬件連接上也十分簡(jiǎn)單 ,我們只需要用一個(gè)普通 I/O 控制三極管通斷進(jìn)而達(dá)到控制蜂鳴器通斷的效果。 報(bào)警模塊是由 stm32驅(qū)動(dòng)一個(gè)蜂鳴器加上其外圍電路構(gòu)成。 NPN作為蜂鳴器的驅(qū)動(dòng)， R57作限流電阻。 無(wú)線網(wǎng)卡模塊電路設(shè)計(jì) 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 14 頁(yè) 共 33 頁(yè) 在通信領(lǐng)域，按照數(shù)據(jù)傳輸?shù)捻樞蚩梢苑譃榇型ㄐ磐ㄐ藕筒⑿袃煞N。無(wú)線網(wǎng)卡模塊與 stm32 之間使用的便是串行通信。串行通信方式有 RS232， RS422 和RS485。這里我們使用的串行通信接口是 RS232，它是最 早發(fā)布的接口。電路圖如圖 310所示。它是 美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì) EIA（ Electronic Industry Association）制定的一種串行物理接口標(biāo)準(zhǔn)。其中， 2 腳 RXD 是串行數(shù)據(jù)接收引腳，輸入引腳；3腳 TXD 是串行數(shù)據(jù)發(fā)送引腳，輸出引腳。在 TXD 和 RXD 上：邏輯 1(MARK)=3V～15V；邏輯 0(SPACE)=+3～ +15V,噪聲容限 為 2V。 Stm32 將信號(hào)通過(guò)無(wú)線網(wǎng)卡傳輸信號(hào)給路由，再由路由傳輸給帶有其他網(wǎng)卡的 stm32 進(jìn)行信號(hào)的解碼、存儲(chǔ)、顯示等，完成信號(hào)的無(wú)線傳輸。 1234567891110J0D Connector 9TX0RX0RX0TX0 圖 310 串口電路圖 電源電路設(shè)計(jì) 電源是整個(gè)系統(tǒng)正常運(yùn)行的最基本保障。 STM32F103 的供電電壓范圍為2． 0～ 3． 6V。電源模塊是電路關(guān)鍵的一部分，是整個(gè)系統(tǒng)工作的基礎(chǔ)。因此，電源設(shè)計(jì)過(guò)程中需要考慮以下因素： 1)輸入電壓、電流； 2)輸出的電壓、電流和功率； 3)電磁兼容和電磁干擾等 。 電源部 分電路圖如圖 311 所示，由于單片機(jī)和串口皆為低功耗器件，其工作電壓為 ,我們將來(lái)自 USB 接口的 5V 電源經(jīng)過(guò)一對(duì)大小組合的電容濾波之后送入 穩(wěn)壓芯片進(jìn)行穩(wěn)壓，穩(wěn)壓后的電源同理再經(jīng)過(guò)一對(duì)大小組合的電容濾波之后輸出平穩(wěn)的 電壓為系統(tǒng)供電。其中的主要芯片是。 是正向低壓降穩(wěn)壓器，外觀如圖 312 所示，它的主要