病床呼叫系统

目录

一、设计要求 (1)

二、设计目的 (1)

三、设计的具体实现 (2)

1.系统概述 (2)

2.设计方案与框图 (3)

3.程序流程 (5)

4.单元电路设计 (5)

5.软件程序设计 (10)

四、程序的调试与仿真 (12)

1.用Keil C编译程序 (12)

2.Proteus软件调试与仿真结果 (13)

五、结论与展望 (15)

六、心得体会及建议 (16)

七、附录 (17)

八、参考资料 (22)

病床呼叫系统设计报告

一、设计要求

1.设计一个可容64张床位的病房呼叫系统。

2.要求每个床位都有一个按钮，当患者需要呼叫护士时，按下按钮。此时护士值班室内的呼叫系统板上显示该患者的床位号，并振铃3秒。

3.当护士按下“响应”键时，取消当前呼叫。

二、设计目的

该系统的目的就是能够满足这个要求，且实际意义在于能够为医院提供一个成本低、不复杂、生产和安装方便的简单快捷病房呼叫系统，方便病人更快找到医生，以节约病人的宝贵时间。系统主要用于医院、门疹、养老院等场所。可大大降低护理成本，增强护理的及时性和有效性，安装极其简便。以前当病人需要服务时就不得不亲自到值班室去叫。安装该呼叫系统后，可在减少护理人员的同时，保证病员随时能够得到服务，让每个病人及时得到最佳护。

本设计是基于51系列的单片机设计的病房呼叫系统。在该设计中每个患者床头都有一个按键，当患者有需要的时候，按下按键，此时，值班室的系统板上会显示此患者的床位号，并且为了提醒效果更好会震铃3秒。此时，值班室的护士会看到哪个病房的患者又需要，然后护士按下“响应”键取消当前呼叫。

本系统是一个64个床位的的病房呼叫系统，核心部件选择内部存储资源丰富的AT89C51单片机，输入采用8×8矩阵键盘。显示采用2位7段共阴极LED动态显示，复位电路采用上电加按

钮复位，时钟采用12MHz晶体振荡电路。编程语言方面针对病房呼叫系统程序比较简单，接口可以不通过扩展而实现，而且考虑到汇编的语言对端口的操作比较直观，故采用汇编语言，由于采用AT89C51单片机内部有充足的程序存储单元和数据存储单元，因此不需要进行外围存储扩展。又采用了直观的汇编语言，故该系统具有安装方便，成本低等特点.利用51系列单片机进行病房呼叫系统设计。

1.利用51系列单片机进行病房呼叫系统设计。

2.利用独立式键盘作为呼叫按钮。

3.利用两位八段数码管来显示病房呼叫的病床号。

4.利用Proteus ISIS仿真软件对病房呼叫系统功能进行仿真。

三、设计的具体实现

1.系统概述

1.1单片机的发展介绍

单片机也被称作“单片微型计算机”、“微控制器”和“嵌入式微控制器”，单片机一词最初源于“Single Chip Microcomputer”，简称SCM。随着单片机在技术和体系结构上的进步，其控制功能不断扩展，国际上逐渐采用“MCU”（Micro Controller Unit,微控制器）来代替SCM。单片机的发展历史大致分为4个阶段。

第一阶段：单片机的探索阶段。

第二阶段：单片机的完善阶段。

第三阶段：向微控制器发展的阶段。

第四阶段：单片机的全面发展阶段。

单片机是微型机的一个重要分支，它在结构上的最大特点是把CPU、存储器、定时器和多种输入/输出接口电路集成在一块超

大规模的集成电路芯片上。

单片机内是一种在线式实时控制计算机，在线式就是现场控制，需要有较强的抗干扰能力，较低的成本。

单片机由于种结构，所以具有很多显著的特点。主要有控制能力强，抗干扰能力强、可靠性高，性能价格比高，低功耗、低电压，扩展了多种串行口和系统扩展容易等。

单片机广泛应用于仪表仪器、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域，大致可分为以下几个范畴：

（1）在智能仪器仪表上的应用

（2）在工业控制中的应用

（3）在家用电器中的应用

（4）在计算机网络和通信领域的应用

（5）单片机在医用设备领域中的应用

2.设计方案与框图

2.1设计方案

（1）系统单片机采用AT89S52，AT89S52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。

（2）由于系统需要用到的I/O端口比较多，所以采用矩阵

式键盘，此类键盘采用矩阵式行列扫描方式，优点是可减少占用单片机的I/O口数目，使CPU有足够的资源去处理其他的工作（多机通讯）。

（3）显示采用传统的两个8位数码管（LED ）动态扫描显示传输的数据信息。软件驱动简单，硬件电路调试方便，显示信息量足够用，而且结构简单。 2.2总体框图

图3.2.2 总框图

因该系统需要比较多的输入、输出口，所以采用内部存储资源和I/O 口比较多的MCS-51指令系列的AT89S52单片机，2位LED 动态显示，需要8根数据线，采用P0口作为数据线，P3口的P3.0，P3.1作为线选，相当于地址线，选择其中一位显示，P3.2口作为中断1的专门接口外接一个接地的按钮以实护士响应该患者的请求产生中断。

根据要求至少有64个病房的输入要求的，采用8×8矩阵键盘，采用矩阵键盘也是利用软件节省硬件，利用内部ROM ，进行循环查询。扬声器可以用一个准I ／O 口，这里采用P0的第八口P3.7 。采用AT89S52作为运算和控制单元完全满足系统的需求。

单片机

AT89S52

复位电路

按键电路 数码管显示电路

振铃响应电路

按键响应电路

3.软件程序的流程图

图3.3.1 软件程序流程图

病房呼叫系统硬件安装好后，给系统供电则系统开始准备运行，然后整个系统初始化等待呼叫。如果有病人按下呼叫按钮则响铃会报警、数码管显示病床号，否则系统继续保持初始化。当医护人员按下复位按钮时系统则会恢复到初始化状态，否则数码管一直显示呼叫病床号。

4.单元电路设计 4.1控制器AT89C51

开 始

初 始 化

是否呼叫 扫描整个键盘

LED 显示、响铃 响应复位

结 束

等待

延时

初始化显示、停止响铃

AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压,高性能CMOS8位单片机，片内含4k bytes的可反复擦写的只读程序存储器(PEROM)和128 bytes的随机存取数据存储器(RAM)，器件采用ATMEL公司的高密度，非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统,片内置通用8位中央处理器(CPU)和Flash存储单元，功能强大AT89C51单片机可为您提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。

主要特性：

（1）与MCS-51产品指令系统完全兼容；

（2）4K字节可重擦写Flash闪速存储器；

（3）1000次擦写周期三．全静态操作:0Hz-24MHz ；

（4）三级加密程序存储器；

（5）128×8字节内部RAM；

（6）32个可编程I/O口线；

（7）2个16位定时/计数器；

（8）6个中断源；

（9）可编程串行UART通道；

（10）低功耗空闲和掉电模式。

AT89C51单片机采用40Pin封装的双列直插 DIP结构，图1.1是它的引脚配置图。40个引脚中，正电源和地线两根；4组8位I/O口，共32个引脚；时钟电路引脚 XTAL1和 XTAL2；控制信号引脚包含：复位输入端 RET，地址锁存允许输出/编程脉冲输入端 ALE/PROG，片外程序存储器选通控制信号端 PSEN，内外程序存储器选择/编程电源输入端 EA/VPP。

输入输出引脚AT89C51引脚如图所示：

图3.4.1 AT89C51引脚图

P0~P3：通用I/O口；

VCC：电源端，一般接5V；

GND：电源地；

XTAL1，XTAL2：外接晶体振荡器，不能超过24M；需加微调电容，一般为30pF；

RST/VPD：复位端，平时为低电平；

ALE/PROG：地址锁存允许信号端；

EA/Vpp：外部程序存储器地址允许输入端/固化编程电压输入端。

4.2复位电路

RST引脚是复位信号输入端，高电平有效。采用上电加按钮复位，因为本系统设计考虑到该系统比较重要，所以除了采用上电复位的方式外，应该还有按钮复位备用复位方式以防止系统死机功能。上电加按钮复位一般由RC组成，它响应时间大约为10ms。当按下按钮时，系统会从地址0000H从新开始执行程序。

如图所示：

图3.4.2.1 复位电路

4.3时钟电路

时钟是时序的基础，AT89S52芯片内由一个反相放大器构成振荡器，可以由它产生时钟，时钟可以由两种方式产生内部方式和外部方式。本系统采用内部方式，在XTAL1和XTAL2端外接石英晶体作为定时元件，内部反相放大器自激振荡，产生时钟。时钟发生器对振荡脉冲二分频。电容采用33pF 的电容，如下图3.4.3.1所示。

图3.4.3.1时钟电路

4.4显示电路

采用2位8段共阴极LED ，P0口作为LED 显示码输出端，P3.0、P3.1口接线选端，在单片机应用系统中常用的显示器有发光二极

管数码显示器LED（如图3.4.4.1）。LED显示器具有耗电少、成本低廉、配置简单灵活，抗干扰性强等优点，但显示内容有限，且不能显示图形，因而其灵活性受到限制。8段LED由7个发光二极管按“日”字形排列，阴极接在一起称为共阴极接法。

图3.4.4.1 LED显示器

4.5报警响铃电路

响铃报警部分电路是通过三极管将信号放大然后通过喇叭发出报警声音，当有高电平导通，显示器显示床号的同时蜂鸣器发出“嘀嘀”声作为呼叫提示。P3.2位“响应按钮”端。

图3.4.5.1 报警响铃电路图3.4.5.2 响应电路

4.6键盘电路

矩阵键盘，每个键对应I/O端口的一位，没有什么键闭和时，各位均处于高电位。当有一个键按下时，就是对应位接地而成为低电位，而其它位仍为高电位。这样，CPU只要检测到某一位为”0”，便可判别出对应键已经按下。但是，当键盘上的键较多时，引线太多，占用的I/O端口也太多。比如，一个有64个键的键盘，

采用这种方法来设计时，就需要64条连线和8个8位并行端口。所以，这种简单结构只用在仅由几个键的小键盘中。通常使用的

m?个键盘，那么，键盘结构是矩阵式的，如图2-5所示。设有n

m+条引线就行了。比如，有采用矩阵式结构以后，便只要n

?个键，那么，只要用两个并行端口和16条引线便可以8=

8

64

完成矩阵8*8键盘连接。

图如下所示：

图3.4.6.1 矩阵8*8键盘

5.软件程序设计

5.1系统初始化

启动系统后，系统进行初始化，此时，单片机执行

SETB EA

SETB EX0

SETB IT0

及 CLR P3.7

MOV 30H,#0FFH

LCALL DISPLED

进行系统初始化LED显示00，等待呼叫

5.2键盘扫描程序

KEY:

LCALL KS

JNZ K1

LCALL DELAY2 ;延时消抖

RET

K1: LCALL DELAY2

JNZ K2

LJMP KEY

K2: MOV R2,#0FEH

MOV P1,#0FFH ;使P1口置高电平 MOV R4,#00H

K3: MOV P2,R2

LOOP0: JB P1.0,LOOP1 ;扫描按钮键盘

MOV A,#00H

LJMP LOOPK

LOOP1: JB P1.1,LOOP2

MOV A,#08H

LJMP LOOPK

LOOP2: JB P1.2,LOOP3

MOV A,#10H

LJMP LOOPK

LOOP3: JB P1.3,LOOP4

MOV A,#18H

LJMP LOOPK

LOOP4: JB P1.4,LOOP5

MOV A,#20H

LJMP LOOPK

LOOP5: JB P1.5,LOOP6

MOV A,#28H

LJMP LOOPK

LOOP6: JB P1.6,LOOP7

MOV A,#30H

LJMP LOOPK

LOOP7: JB P1.7,NEXT

MOV A,#38H

LOOPK: ADD A,R4 ;移位扫描行

PUSH ACC

5.3延时程序

DELAY3:

DDL1: MOV 41H,#220

DDL2: MOV 42H,#250

DDL3:

DJNZ 42H,DDL3

LCALL DISP

DJNZ 41H,DDL2

四、程序的调试与仿真

1.用Keil C编译

于AT89C51的控制设计，以Keil C为软件编程环境，以

proteus软件为电路仿真设计环境,通过运行可以生成hex文件，为后面Proteus仿真做准备,二者的结合为该系统的设计提供有利条件。

Keil C软件界面如图4.1.1所示：

图4.1.1 Keil C编译界面

2.Proteus软件调试与仿真结果

2.1调试界面显示

下面是我们通过Proteus软件编程，使对应的软件仿真模块变成可视化的控制界面：

图4.2.1.1调试显示

启动电源，显示屏显示00，在按下1号键时，界面部分显示

01；如果现在不按清零键，再按下64号键时，图反映了控制电路的可行性，按复位后则去掉当前界面显示房间。

2.2Proteus仿真

双击单片机AT89S52出现Edit Component菜单栏，然后载入hex文件后可以进行模拟仿真，可以全速运行也可以单步调试运行。系统开机初始化上电复位后和按下响应按键后LED显示，如图所示。

图4.2.2.1 系统初始化界面

系统初始化后，数码管显示病床号为00。当按下21号病房呼叫按键时则数码管就会显示病床号21，同时病房呼叫系统的响铃也想起，如图 4.2.2.2。当护士按下响应按钮即复位按钮时，数码管由上图数字21变为数字00,并且响铃此时会停止。此时整个呼叫系统回归到初始化状态。以上的仿真结果与课题设计要求一致。通过对病房呼叫系统的功能仿真能够清晰地了解其工作原理

以及该系统的可行性与可靠性。

图4.2.2.2 21号床呼叫仿真

五、结论与展望

至此，本设计的主要内容已经完成。本章是在对前面完成的工作进行总结的基础上，提出今后进一步工作的建议和设想。

随着集成电路和计算机技术的迅速发展，使电子仪器的整体水平发生巨大变化，传统的仪器逐步的被智能仪器所取代。智能仪器的核心部件是单片机，因其极高的性价比得到广泛的应用与发展，从而加快了智能仪器的发展在做毕业设计的过程中，虽然碰到了不少的困难，但是在老师的指导以及自己的努力下，终于取得了一定成果。

在设计的过程中遇到了很多问题，发现了自己的不足之处，有很多没有学习，如Proteus仿真知识及操作，还有单片机的汇编编程；有些软件掌握得不够牢固，比如说Keil C仿真不熟练；

通过此次学习，进一步加强了我的理解，同时提高了我独立自学的能力。

整个设计过程中，老师详细的指导，同学的帮助，以及校图书馆的资料给了我很大的帮助。此次设计让我从中学到很多东西。虽然中间遇到很多困难，但都对于我是一次很好的锻炼。设计以后，才更加深刻感受到自己的学习只是理论部分，而且很多时候不能付诸实践。这次设计能够让我从实践中重新学习理论知识，对我今后的工作和学习有了很多提高。

但是由于本人水平有限，整个设计仍有很多不足之处，如程序不够完善、灵活，显示可以采用液晶LCD模块，还有可以增加一些其他的模块比如记忆功能这些以及根据语音功能等等。完善后将会进一步提高设计的稳定性和普适性。

六、心得体会及建议

首先选择这个课题之后，在设计中首先考虑到键盘的设计问题，由于这个题目的键盘设计是所有题目中最多的，达到了64个按键，想到我们刚学习的键盘设计知识，没有采用独立式键盘，因为如果采用这种方案的话I/O口是远远不够用的，于是采用按钮构造的矩阵式键盘，但是矩阵式键盘对程序编写的要求多而且也很麻烦，这也就是考验我们对所学知识有比较透彻的了解和我们的耐心。

当然在设计的过程中遇到了很多问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，如对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，比如说Keil C仿真不熟练，

Proteus仿真知识及操作、对单片机汇编语言掌握得不好。不过通过这次课程设计之后，也学到了很多知识，更重要的是一定把以前所学过的知识重新温故，学好用好，学以致用。

最后在百般努力下，这次课程设计终于完成了，在设计中遇到了很多编程问题，最后在崔立志老师的辛勤指导下，终于实现了设计的要求。同时，在老师的身上也让我学得到很多实用的知识，在次我表示感谢！同时，对给过我帮助的所有同学和各位指导老师再次表示忠心的感谢！

七、附录

1.源程序代码

ORG 0000H

LJMP MAIN

ORG 0003H

LJMP INTR_0

ORG 0030H

MAIN: SETB EA ;初始化系统，EA/EXO/IT0置位

SETB EX0

SETB IT0

MAIN1: CLR P3.7 ;P3.7清零

MOV 30H,#0FFH

LCALL DISP

DP1: LCALL KEY

LCALL DISP

LJMP DP1

KEY:

LCALL KS

JNZ K1

LCALL DELAY2 ;延时消抖

RET

K1: LCALL DELAY2

JNZ K2

LJMP KEY

K2: MOV R2,#0FEH

MOV P1,#0FFH ;使P1口置高电平 MOV R4,#00H

K3: MOV P2,R2

LOOP0: JB P1.0,LOOP1 ;扫描按钮键盘

MOV A,#00H

LJMP LOOPK

LOOP1: JB P1.1,LOOP2

MOV A,#08H

LJMP LOOPK

LOOP2: JB P1.2,LOOP3

MOV A,#10H

LJMP LOOPK

LOOP3: JB P1.3,LOOP4

MOV A,#18H

LJMP LOOPK

LOOP4: JB P1.4,LOOP5

MOV A,#20H

LJMP LOOPK

LOOP5: JB P1.5,LOOP6

MOV A,#28H

LJMP LOOPK

LOOP6: JB P1.6,LOOP7

MOV A,#30H

LJMP LOOPK

LOOP7: JB P1.7,NEXT

MOV A,#38H

LOOPK: ADD A,R4 ;移位扫描行 PUSH ACC

K4: LCALL KS

JNZ K4

POP ACC

MOV 30H,A

SETB P3.7

LCALL DELAY3

CLR P3.7

RET

NEXT: INC R4

MOV A,R2

JNB ACC.7,RET0

RL A