【正文】 所示。 ? 控制器 AT89C51 復(fù)位電路： RST 引腳是復(fù)位信號輸入端，高電平有效。采用上電加按鈕復(fù)位，因為本系統(tǒng)設(shè)計考慮到該系統(tǒng)比較重要，所以除了采用上電復(fù)位的方式外，應(yīng)該還有按鈕復(fù)位備用復(fù)位方式以防止系統(tǒng)死機時能。 其設(shè)計電路 如圖 所示 。 中央處理器 輸入模塊 動態(tài) LED 顯 示 定時部分 聲光提示模塊 電源模塊 病人端處理提示模塊 鍵盤電路 單片機 顯示電路 報警電路 蘭州交通大學(xué)博文學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 RESET 圖 上電復(fù)位和按鍵復(fù)位 ? 時鐘電路： 時鐘電路提供了一個準(zhǔn)確的定時器功能。 時鐘是時序的基礎(chǔ)， AT89C51 核片內(nèi)由一個反相放大器構(gòu)成振蕩器，可以由它產(chǎn)生時鐘，時鐘可以由兩種方式產(chǎn)生內(nèi)部方式和外部方式。本系統(tǒng)采用內(nèi)部方式，在 XTAL1和 XTAL2 端外接石英晶體作為定時元件，內(nèi)部反相放大器自激振蕩，產(chǎn)生時鐘。時鐘發(fā)生器對振蕩脈沖二分頻。電容采用 30pF 電容。 始終電路設(shè)計 如圖 所示 [9]。 圖 內(nèi)部時鐘電路 ? 鍵盤電路設(shè)計 ① 按鍵的分類 按鍵有許多中分類。 一般來說，按鍵按照結(jié)構(gòu)原理可分為兩類，一類是觸點式開關(guān)按鍵，如機械式開關(guān)、導(dǎo)電橡膠式開關(guān)等；另一類是無觸點式開關(guān)按鍵，如電氣式按鍵，磁感應(yīng)按鍵等。前者造價低，后者壽命長。目前，微機系統(tǒng)中最常見的是觸點式開關(guān)按鍵。 按鍵按照接口原理又可分為編碼鍵盤與非編碼鍵盤兩類，這兩類鍵盤的主要區(qū)別是識別鍵符及給出相應(yīng)鍵碼的方法。編碼鍵盤主要是用硬件來實現(xiàn)對鍵的識別，非編碼鍵盤主要是由軟件來實現(xiàn)鍵盤的識別。 VCC RST MCU51 C1 10uF R1 2KΩ R2 200KΩ XTAL1 XTAL2 單 片 機 C1 C2 蘭州交通大學(xué)博文學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 16 全編碼鍵盤由專門的芯片實現(xiàn)識鍵及輸出相應(yīng)的編碼，一般還具有去抖動和多鍵、竄鍵等保護電路，這種鍵盤使用方便，硬件開銷大，一般的小型嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)較少采用。非編碼鍵盤按連接方式可分為獨立式和矩陣式兩種，其它工作都主要由軟件完成。由于其經(jīng)濟實用，較多地應(yīng)用于單片機系統(tǒng)中。 ② 按鍵的輸入原理 按鍵一般分為觸點式和其他按鍵。 在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中，通常使用機械觸點式按鍵開關(guān)，其主要功能是把機械上的通斷轉(zhuǎn)換成為電氣上的邏輯關(guān)系。也就是說，它能提供標(biāo)準(zhǔn)的 TTL 邏輯電平，以便與通用數(shù)字系統(tǒng)的邏輯電平相容。此外，除了復(fù)位按鍵有專門的復(fù)位電路及專一的復(fù)位功能外，其它按鍵都是以開關(guān)狀態(tài)來設(shè)置控制功能或輸入數(shù)據(jù)。當(dāng)所設(shè)置的功能鍵或數(shù)字鍵按下時，計算機應(yīng)用系統(tǒng)應(yīng)完成該按鍵所設(shè)定的功能。因此，鍵信息輸入是與軟件結(jié)構(gòu)密切相關(guān)的過程。 對于一組鍵或一個鍵盤，通過接口電路與單片機相連。單片機可以采用查詢或中斷方式了解有無按鍵輸入并檢查是哪一個按鍵按下，若有鍵按下則跳至相應(yīng)的鍵盤處理程序處去執(zhí)行，若無鍵按下則繼續(xù)執(zhí)行其他程序。 ③ 按鍵的特點與去 抖 按鍵有抖動時間會影響單片機做出反應(yīng)。 機械式按鍵再按下或釋放時，由于機械彈性作用的影響，通常伴隨有一定 時間 的觸點機械抖動，然后其觸點才穩(wěn)定下來。抖動時間的長短與開關(guān)的機械特性有關(guān)，一般為5 ～ 10 ms。在觸點抖動期間檢測按鍵的通與斷狀態(tài)，可能導(dǎo)致判斷出錯。即按鍵一次按下或釋放被錯誤地認為是多次操作，這種情況是不允許出現(xiàn)的。為了克服按鍵觸點機械抖動所致的檢測誤判，必須采取去抖動措施，可從硬件、軟件兩方面予以考慮。一般來說，在鍵數(shù)較少時，可采用硬件去抖，而當(dāng)鍵數(shù)較多時，采用軟件去抖。 常用的按鍵由于機械 觸點的彈性作用，一個按鍵開關(guān)在閉合時或斷開時不會馬上穩(wěn)定下來，因而在閉合和斷開的瞬間都伴隨著一連串的抖動，抖動的時間長短由按鍵的機械特性來決定，一般為 5~10ms。這種抖動對人來說是感覺不到的，但是對單片機來說，則是完全可以感知的，因為單片機的處理速度在微秒量級。如果不對按鍵消除抖動則會引起程序處理的誤操作，去抖動的方法有很多種，如用 RS 觸發(fā)器等的硬件方法，運用不同算法的各種軟件方法等。硬件方法會增加成本和體積，軟件方法用的比較普遍，現(xiàn)在常應(yīng)用加固定軟件延時來去抖動。具體就是有按鍵按下時，利用軟件延時 10ms 或者更長的時間后再次檢測按鍵是否按下，實際上避開了按鍵按下時的抖動時間，實踐證明，不對按鍵釋放的抖動進行處理，也能滿足設(shè)計的要求 [10]。 蘭州交通大學(xué)博文學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 17 本設(shè)計中就采用了后者軟件方法去抖動，具體方法如下：當(dāng)?shù)谝淮螜z測到有按鍵按下時，程序先不做任何其他的操作，運用延時函數(shù) delay(10)延時 10ms 后再次判斷按鍵是否按下，如果再次檢測到按鍵按下則做相應(yīng)的動作。 圖 獨立式按鍵和矩陣式按鍵（本設(shè)計采用四個獨立按鍵） ④ 顯示電路設(shè)計 顯示電路分為動態(tài)和靜態(tài)顯示。 LED 數(shù)碼管要 正常顯示，就要用驅(qū)動電路來驅(qū)動數(shù)碼管的各個段碼，從而顯示出我們要的數(shù)字，因此根據(jù) LED 數(shù)碼管的驅(qū)動方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動態(tài)式兩類。 a. 靜態(tài)顯示驅(qū)動 靜態(tài)驅(qū)動也稱直流驅(qū)動。靜態(tài)驅(qū)動是指每個數(shù)碼管的每一個段碼都由一個單片機的I/O 端口進行驅(qū)動，或者使用如 BCD 碼二 十進制譯碼器譯碼進行驅(qū)動。靜態(tài)驅(qū)動的優(yōu)點是編程簡單，顯示亮度高，缺點是占用 I/O 端口多，如驅(qū)動 5 個數(shù)碼管靜態(tài)顯示則需要 58=40 根 I/O 端口來驅(qū)動，要知道一個 89S51 單片機可用的 I/O 端口才 32 個呢：），實際應(yīng)用時必須增加譯碼驅(qū)動器進行 驅(qū)動，增加了硬件電路的復(fù)雜性。 b. 動態(tài)顯示驅(qū)動 LED 數(shù)碼管動態(tài)顯示接口是單片機中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，動態(tài)驅(qū)動是將所有數(shù)碼管的 8 個顯示筆劃 a， b， c， d， e， f， g， dp的同名端連在一起，另外 為每個數(shù)碼管的公共極 COM 增加位選通控制電路，位選通由各自獨立的 I/O 線控制，當(dāng)蘭州交通大學(xué)博文學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 18 單片機輸出字形碼時，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個數(shù)碼管會顯示出字形，取決于單片機對位選通 COM 端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會亮。 常用 LED 數(shù)碼管其實質(zhì)就是通過八個發(fā)光二極管的亮滅組合出數(shù)字 09 和一些常用字母，本設(shè)計中通過改變數(shù)碼管內(nèi)二極管的顯示來達到顯示病房號和病床號的效果， LED 數(shù)碼管較 LCD數(shù)碼管的顯示效果要差但是成本較低，比較適用于用作小的電子產(chǎn)品的顯示屏，如，智能洗衣機的時鐘顯示或者其他一些數(shù)字時鐘，定時器，計數(shù)器的顯示屏，其具體控制流程是 通過分時輪流控制 。 各個數(shù)碼管的 COM 端，就使各個數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動態(tài)驅(qū)動。在輪流顯示過程中，每位數(shù)碼管的點亮?xí)r間為 1～ 2ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實際上各 位數(shù)碼管并非同時點亮，但 只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會 有閃 爍 感，動態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的 I/O。 4*8 LED 數(shù)碼管原理圖如圖 所示。 圖 LED4*8數(shù)碼管 由于八段數(shù)碼顯示管分為低 4 位和高 4 位顯示，所以可以通過控制其高低 8 位的正負電平來達到顯示數(shù)字和一些字母的目的，本設(shè)計需要的數(shù)據(jù)如表 所示。 蘭州交通大學(xué)博文學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 19 表 數(shù)碼管顯示數(shù)據(jù) dp g f e d c b a 顯示的字符 編碼 1 1 0 0 0 0 0 0 0 C0H 1 1 1 1 1 0 0 1 1 F9H 1 0 1 0 0 1 0 0 2 A4H 1 0 1 1 0 0 0 0 3 B0H 1 0 0 1 1 0 0 1 4 99H 1 0 0 1 0 0 1 0 5 92H 1 0 0 0 0 0 1 0 6 82H 1 1 1 1 1 0 0 0 7 F8H 1 0 0 0 0 0 0 0 8 80H 1 0 0 1 0 0 0 0 9 90H 1 0 0 0 1 0 0 0 A 88H 1 0 0 0 1 1 1 0 F 8EH ⑤ 蜂鳴警報電路設(shè)計 蜂鳴器俗稱喇叭，是廣泛應(yīng)用于各種電子產(chǎn)品的一種元器件，它用于提示、報警、音樂等許多應(yīng)用場合。 蜂鳴器與家用電器上面的喇叭在用法上也有相似的地方，通常工作電流比較大，電路上的 TTL 電平基本上驅(qū)動不了蜂鳴器，需要增加一個電流放大的電路才可以，這一點與家用電器中的功放有相似之處。 學(xué)習(xí)板采用了一個很簡單的電路來實現(xiàn)蜂鳴器的聯(lián)接，由上所述，一個管腳很難驅(qū)動蜂鳴器發(fā)出聲音，所以增加了一個 三極管來增加通過蜂鳴器的電流，見下方原理圖。 蜂鳴器的正極性的一端聯(lián)接到 5V 電源上面，另一端聯(lián)接到三極管的集電極，三極管的基級由單片機的 管腳通過一個與非門來控制，當(dāng) 管腳為低時，與非門輸出高電平，三極管導(dǎo)通，這樣蜂鳴器的電流形成回路，發(fā)出聲音。當(dāng) 管腳為高時，與非門輸出低電平，三極管截止，蜂鳴器不發(fā)出聲音。在這里與非門是作為非門來用的，這里采用一個非門的作用是為了防止系統(tǒng)上電時峰鳴器發(fā)出聲音，以為系統(tǒng)復(fù)位以后，I/O 口輸出的是高電平。 用戶可以通過程序控制 管腳的置低和置高來使蜂鳴 器發(fā)出聲音和關(guān)閉。 蘭州交通大學(xué)博文學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 20 蜂鳴器的聲音大小及音調(diào)可以通過調(diào)整 管腳的置高時間及輸出的波形進行控制，這一點可以在調(diào)試程序的時候來試驗 蜂鳴器的電路原理圖如圖 所示。 圖 蜂鳴器電路原理圖 ? 控制電路設(shè)計 3 個控制按鍵分別接 ， 和 RST 口，當(dāng)有呼叫發(fā)出時，值班室人員收到相應(yīng)信息后，可按下“響應(yīng)按鈕”，單片機執(zhí)行中斷程序。 ? 示警電路 報警電路由 一排 led 燈與 p2 口相接 以及一個蜂鳴器與 口相連 ，當(dāng)有鍵按下時，有信號輸入，燈亮示警 、蜂鳴器 發(fā)出報警聲 ，提醒值班人員有病人出現(xiàn)緊急情況。 系統(tǒng)軟件設(shè)計 設(shè)計的軟件環(huán)境簡介 ? Keil c 對 于 AT89C51 的控制設(shè)計，以 Keil c 軟件編程環(huán)境，以 proteus 軟件為電路仿真設(shè)計環(huán)境。二者的結(jié)合為該系統(tǒng)的設(shè)計提供有利條件。 Keil c 軟件界面 ， 該軟件是一款集編程和仿真于一體的軟件，它支持匯編、 C 語言及二者的混合編程 。 ? Proteus ISIS Proteus ISIS 是英國 Labcenter 公司開發(fā)的電路分析與實物仿真軟件。它運行于Windows 操作系統(tǒng)上，可以仿真、分析 (SPICE)各種模擬器件和集成電路。 該軟件的特點是： ① 全部滿足我們提出的單片機軟件仿真系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)，并在同類產(chǎn)品中具有明顯的優(yōu)勢。 ② 具有模擬電路仿真、數(shù)字電路仿真、單片機及其外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真、RS－ 232 動態(tài)仿真、 I2 C 調(diào)試器、 SPI 調(diào)試器、鍵盤和 LCD 系統(tǒng)仿真 的功能；有各種虛U4 BUZZER(5V) Q1 2N2222 R4 1K F_R 11 13 U11D 74HC00 12 VCC 蘭州交通大學(xué)博文學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 21 擬儀器，如示波器、邏輯分析儀、信號發(fā)生器等。 ③ 目前支持的單片機類型有： ARM7 系列、 68000 系列、 8051 系列、 AVR 系列、PIC12 系列、 PIC16 系列、 PIC18 系列、 Z80 系列、 HC11 系列以及各種外圍芯片。 ④ 支持大量的存儲器和外圍芯片。 總之，該軟件是一款集單片機和 SPICE 分析于一身的仿真軟件，功能極其強大 ，可仿真 ARM、 5 AVR、 PIC、 Proteus ISIS 的工作界面是一種標(biāo)準(zhǔn)的 Windows 界面 ，包括：標(biāo)題欄、主菜單、標(biāo)準(zhǔn)工具欄、繪圖工具欄、狀態(tài)欄、對象選擇按鈕、預(yù)覽對象方位控制按鈕、仿真進程控制按鈕、預(yù)覽窗口、對象選擇器窗口、圖形編輯窗口。 運行 Proteus 程序后，進入軟件的主界面。通過左側(cè)工具欄中的 P(從庫中選擇元件命令 )命令，在 Pick Devices 左側(cè)窗口中選擇所需元件的關(guān)鍵字，然后放置元件并調(diào)整方向和位置以及參數(shù)設(shè)置，最后進行連線 。 Y N Y Y 圖 系統(tǒng)主程序設(shè)計流程 主程序 初始化 鍵盤 按 下 否 報警電路喚醒 中斷按下否 啟動復(fù)位鍵 蘭州交通大學(xué)博文學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 22 主程序程序描述： 首先對各存儲單元初始 化 ，判斷是否有按鍵按下，如果病房端有按鍵按下則喚醒報警電路，并在護士值班室顯示出相應(yīng)的病房號和病床號 ；然后判斷護士值班室是否響應(yīng)中斷，若響應(yīng)則做復(fù)位清屏操作，否則報警電路一直處于工作狀態(tài)。 其工作構(gòu)架如圖 所示。 系統(tǒng)的調(diào)試與