【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 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。圖37 語(yǔ)音采集模塊電路圖圖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)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。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)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。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，,。，外觀如圖312所示，供給主芯片stm3串口通信電路和其他外圍芯片。圖中，我們通過(guò)一個(gè)紅色LED和一個(gè)電阻串接到GND，這樣，LED可作為系統(tǒng)電源的指示燈，當(dāng)系統(tǒng)電源正常的時(shí)候，LED發(fā)出紅光，當(dāng)因?yàn)橄到y(tǒng)硬件電路出現(xiàn)故障或者外部輸入的電壓過(guò)大致使穩(wěn)壓芯片燒壞時(shí)，AMS117的輸出端將無(wú)電壓輸出，紅色LED熄滅。此時(shí)我們就可以通過(guò)LED的亮滅狀態(tài)來(lái)一目了然的看出系統(tǒng)電源是否正常。圖311 電源電路圖圖312 stm32最小系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)Stm32最小系統(tǒng)如圖313所示，包括晶振模塊，復(fù)位電路，下載電路等。，因?yàn)橥ㄟ^(guò)15次的二分頻就能得到1s的定時(shí)周期；10m的晶體振蕩器作為高速外部時(shí)鐘信號(hào)源，可以為系統(tǒng)提供精確的主時(shí)鐘。在OSC_IN引腳和地，OSC_OUT引腳和地之間串聯(lián)適當(dāng)容值的電容，可以保證晶體振蕩器正常的震蕩，以便個(gè)哦系統(tǒng)提供穩(wěn)定的外部時(shí)鐘信號(hào)。設(shè)計(jì)硬件時(shí)，為了我們應(yīng)該讓晶體振蕩器和負(fù)載電容最大地接近振蕩器的引腳，用來(lái)縮短震蕩的穩(wěn)定時(shí)間，減小輸出失真。晶振系統(tǒng)時(shí)鐘有三種選擇，當(dāng)sw為00時(shí)，選擇內(nèi)部時(shí)鐘；sw為01時(shí)，選擇外部時(shí)鐘；sw為10時(shí)選擇鎖相環(huán)。STM32支持的復(fù)位方式有系統(tǒng)復(fù)位、電源復(fù)位和后備域復(fù)位三種。系統(tǒng)復(fù)位將復(fù)位除時(shí)鐘控制寄存器CSR的復(fù)位標(biāo)志和備份區(qū)域中的寄存器以外的所有寄存器，復(fù)位后數(shù)值為默認(rèn)數(shù)值。當(dāng)下列事件中的任意一件發(fā)生時(shí)，將產(chǎn)生系統(tǒng)復(fù)位：當(dāng) NRST 引腳為低電平時(shí)產(chǎn)生外部復(fù)位；獨(dú)立看門狗終止計(jì)數(shù)產(chǎn)生復(fù)位 (IWDG 復(fù)位)；窗口看門狗終止計(jì)數(shù)產(chǎn)生復(fù)位 (WWDG復(fù)位)；軟件復(fù)位(SW 復(fù)位)；低功耗管理復(fù)位?？赏ㄟ^(guò)查看 RCC_CSR 寄存器中的復(fù)位狀態(tài)標(biāo)志位來(lái)確定復(fù)位事件的來(lái)源。電源復(fù)位將復(fù)位除備份區(qū)域寄存器外的所有寄存器。當(dāng)下列事件中任意一件發(fā)生時(shí)，將產(chǎn)生電源復(fù)位：上電/掉電復(fù)位(POR/PDR 復(fù)位)和欠壓復(fù)位(BOR 復(fù)位)；退出待機(jī)模式。復(fù)位源將最終作用于 NRST 引腳，并在延遲階段中保持低電平。芯片內(nèi)部的復(fù)圖313 stm32最小系統(tǒng)電路圖位信號(hào)會(huì)在 NRST引腳上輸出，脈沖發(fā)生器保證每一個(gè)復(fù)位源(內(nèi)部或外部)的脈沖寬度至少有 20181。s；假如當(dāng) NRST 引腳被拉低為低電平產(chǎn)生外部復(fù)位時(shí)，將產(chǎn)生復(fù)位脈沖。備份區(qū)域復(fù)位將所有的 RTC 寄存器和 RCC_BDCR 寄存器重置為默認(rèn)值。但是復(fù)位不影響B(tài)KPSRAM。復(fù)位 BKPSRAM 的唯一方法就是通過(guò)要求一個(gè)從 1 到 0 的防護(hù)等級(jí)通過(guò) Flash 界面。當(dāng)下列事件中任意一件發(fā)生時(shí)，將產(chǎn)生備份區(qū)域復(fù)位：軟件復(fù)位，通過(guò)設(shè)置備份域控制寄存器(RCC_BDCR)中的 BDRST 位產(chǎn)生復(fù)位；在 VDD 和 VBAT 兩者都掉電的前提下，VDD 或 VBAT 上電將導(dǎo)致備份區(qū)域復(fù)位。外部復(fù)位電路連接到 NRST 引腳，既可以通過(guò)復(fù)位按鈕產(chǎn)生一個(gè)低電平的復(fù)位信號(hào)，使系統(tǒng)復(fù)位；還可以把內(nèi)部的復(fù)位信號(hào)輸出，用作其他電路部分的復(fù)位信號(hào)。外部復(fù)位電路如圖 313 所示。復(fù)位電路采用按鍵復(fù)位，當(dāng)按鍵按下后，使復(fù)位引腳產(chǎn)生低電平，stm32即可復(fù)位。下載電路是JTAG接口。另外在所有的STM32芯片上都有BOOT0和BOOT1兩個(gè)管教，這兩個(gè)管教在STM32復(fù)位時(shí)的電平狀態(tài)決定了其復(fù)位后從哪個(gè)區(qū)域的程序開始執(zhí)行。具體見(jiàn)表31。表31 STM32三種啟動(dòng)模式BOOT1BOOT1X0從用戶閃存啟動(dòng)，這是正常的工作模式。01從系統(tǒng)存儲(chǔ)器啟動(dòng)，這種模式啟動(dòng)的程序功能由廠家設(shè)置11從內(nèi)存SRAM啟動(dòng)，這種模式可以用于調(diào)試4 病房呼叫系統(tǒng)分機(jī)硬件電路設(shè)計(jì)病房呼叫系統(tǒng)分機(jī)由呼叫器、語(yǔ)音模塊、電源電路、無(wú)線網(wǎng)卡以及stm32最小系統(tǒng)構(gòu)成。闡明了芯片的選型比較，所選用芯片的內(nèi)部組成、功能特點(diǎn)，并設(shè)計(jì)出具體的硬件電路。根據(jù)硬件連接和模塊的功能要求，提出軟件的設(shè)計(jì)方法并編程。圖41 呼叫器電路圖 呼叫器電路設(shè)計(jì)呼叫器是由一個(gè)獨(dú)立按鍵完成呼叫功能，當(dāng)按鍵按下，低電平信號(hào)傳給stm32，再由stm32通過(guò)無(wú)線傳給主機(jī)。電路圖如圖41所示。 語(yǔ)音模塊電路設(shè)計(jì)語(yǔ)音模塊電路圖如圖338所示，原理如上。 無(wú)線網(wǎng)卡模塊電路設(shè)計(jì)無(wú)線網(wǎng)卡模塊與分機(jī)同樣是通過(guò)串行接口RS232完成通訊，電路圖如圖310所示，原理如上。 電源電路設(shè)計(jì)分機(jī)與主機(jī)共用一個(gè)電源，電路圖如圖311所示，原理如上。 stm32最小系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)Stm32最小系統(tǒng)原理圖如圖313所示，原理如上。 病房呼叫系統(tǒng)PCB版圖設(shè)計(jì)我們使用altium designer來(lái)設(shè)計(jì)病房呼叫系統(tǒng)的PCB板。在PCB設(shè)計(jì)中，布線的時(shí)候有很多原則需要我們注意。比如：抗干擾性設(shè)計(jì)原則、熱設(shè)計(jì)原則、抗震設(shè)計(jì)原則和可測(cè)試性設(shè)計(jì)原則等。布線的時(shí)候?qū)?shù)字地與模擬地通過(guò)磁珠隔離，使得系統(tǒng)地整體平穩(wěn)，另外在布線的過(guò)程中還應(yīng)該注意電容選取與放置、合理分配電源網(wǎng)絡(luò)、過(guò)孔大小位置的排放等，同時(shí)還要盡量加寬回路的線寬和縮短關(guān)鍵信號(hào)走線長(zhǎng)度。下面列舉一些通用的設(shè)計(jì)原則：盡量采用45度折現(xiàn)而不采用90度折角，這種布線方式可以減少高頻信號(hào)對(duì)外的發(fā)射與耦合。采用串聯(lián)一個(gè)電阻的方法可以降低控制電路上下沿的跳變速率。石英晶振的外殼一般要接地，石英晶體下面和對(duì)噪聲特別敏感的元器件下面盡量不要進(jìn)行走線。閑置的門電路輸出端盡量不要懸空，閑置不用的運(yùn)放正輸入端要接地，負(fù)輸入端接輸出端。I/O驅(qū)動(dòng)電路盡量靠近PCB邊緣，同時(shí)總線、時(shí)鐘和片選信號(hào)等要盡量遠(yuǎn)離PCB中的I/O電纜。PCB中的任何信號(hào)都不要形成環(huán)路，如果實(shí)在不可避免出現(xiàn)環(huán)路，那么要盡量減少相應(yīng)的環(huán)路面積。我們?cè)O(shè)計(jì)PCB時(shí)，要盡量遵循以上設(shè)計(jì)原則。布局布線完成后，我們還要進(jìn)行PCB的設(shè)計(jì)檢查。檢查的工作可以分為以下四個(gè)方面：布線的檢查、孔和焊盤的檢查、元器件的檢查、PCB的檢查。然后我們的PCB就整體完工了。5 病房呼叫系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)病房呼叫系統(tǒng)軟件部分采用模塊化設(shè)計(jì)，分為主程序、語(yǔ)音模塊、鍵盤模塊、顯示模塊及無(wú)線傳輸模塊。應(yīng)用C語(yǔ)言編程，在keil μ Vision4環(huán)境里運(yùn)行。編程語(yǔ)言的軟件設(shè)計(jì)采用C語(yǔ)言編寫相關(guān)程序。C語(yǔ)音是最常用的編程語(yǔ)言，我們所能接觸到的單片機(jī)幾乎所有都支持C語(yǔ)言的開發(fā)。它有很多的優(yōu)點(diǎn)：語(yǔ)言簡(jiǎn)單、可移植性好、表達(dá)能力強(qiáng)、靈活的表達(dá)、可以是結(jié)構(gòu)化編程、生成的代碼質(zhì)量高、可直接操控電腦硬件等。KEIL MDK軟件是一家德國(guó)軟件公司為ARM公司目前最新推出的多款嵌入式處理器而研發(fā)的開發(fā)工具。uVision4的開發(fā)過(guò)程如下：1） 新建一個(gè)工程，生成一個(gè)新的項(xiàng)目，選擇芯片類型并對(duì)開發(fā)工具進(jìn)行配置，做好必要的準(zhǔn)備。2） 編寫C語(yǔ)言源代碼即工程項(xiàng)目程序。3） 對(duì)已經(jīng)寫好的源代碼進(jìn)行編譯調(diào)試并生成目標(biāo)文件，通過(guò)系統(tǒng)仿真查看相應(yīng)寄存器或者指令的調(diào)用情況，對(duì)程序進(jìn)行進(jìn)一步修改。4） 將目標(biāo)程序通過(guò)JLINK仿真器下載到單片機(jī)中，同時(shí)設(shè)置斷點(diǎn)，查看硬件在程序執(zhí)行每一步的效果，驗(yàn)證程序執(zhí)行的正確性。5） 綜上所述，為了降低系統(tǒng)的開發(fā)和維護(hù)的難度，縮短開發(fā)周期，本課題選擇keil編譯器為病房呼叫系統(tǒng)軟件開發(fā)工具。 主程序設(shè)計(jì)病房呼叫系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)使用的是STM32本身的固件庫(kù)。系統(tǒng)開始運(yùn)行后，首先檢測(cè)電源狀態(tài),對(duì)STM3數(shù)碼管和LED燈屏等進(jìn)行初始化，一切正常后等待中斷的發(fā)生,主控制器開始檢測(cè)是否有呼叫傳入，當(dāng)呼叫出傳入后，運(yùn)行子程序。 語(yǔ)音模塊程序設(shè)計(jì)語(yǔ)音模塊采用的VS1053b，它是通過(guò)一個(gè)串行輸入總線來(lái)接收它的輸入比特流，數(shù)據(jù)流被解碼后會(huì)通過(guò)數(shù)字音量控制器送到一個(gè)高精度DAC，其中的解碼器是通過(guò)一個(gè)串行控制總線來(lái)控制的。它控制整個(gè)系統(tǒng)完成語(yǔ)音錄入，存儲(chǔ)，發(fā)送，接受，播放等功能。首先，激活PCM錄音模式，加載patch。PCM錄音模式是通過(guò)設(shè)置SPI_MODE位來(lái)激活的，激活PCM錄音之前，用戶應(yīng)該給SCI_AICTRL0寫個(gè)SCI_AICTRL0的時(shí)鐘分頻值。采樣率是CLKI/256*d，其中CLKI是內(nèi)部時(shí)鐘，d是SCI_AICTRL0里面的分頻值，如果d是0，并2倍頻，那么采樣率就是16KHz，但是如果是線性的PCM,采樣率就是采樣值。線性錄音的增益由SCI_AICTRL1控制，AGC增益的最大值由SCI_AICTRL2控制。然后初始化wav頭，程序中設(shè)置的采樣率是8khz，線性PCM格式是16位，但是因?yàn)殇浺暨€沒(méi)有真正開始，文件的大小和數(shù)據(jù)的大小都是不能確定的，要等到錄音結(jié)束才可以知道。讀取PCM數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)前面幾步的處理，這一步就比較簡(jiǎn)單了，只需要不停的從SCI_HDAT0中讀取數(shù)據(jù)，然后存入wav文件即可，不過(guò)這里我們還需要做文件大小統(tǒng)計(jì)，在最后的時(shí)候?qū)懭雡av頭里面。計(jì)算整個(gè)文件大小，重