基于AT89C51单片机的病床呼叫系统的设计
基于AT89C51单片机的病床呼叫系统的设计[20200128190958]
摘 要
本系统是以AT89C51单片机为核心辅以矩阵键盘、LED点阵显示电路、部分简单模拟和数字电路组成，能够实现病人和医护人员之间信息的传递。在该设计中每个房间都有一个按键，当患者有需要时，按下按键，此时值班室的显示屏可显示此患者的床位号，多人使用时可实现循环显示，医护人员按下“响应”键取消当前呼叫。整个系统只需一条两芯屏蔽线，主机通过向各分机提供的电源线实现数据通信和语音通信，最多可容纳100台分机，采用多种软、硬件抗干扰措施，使得系统抗干扰能力强、实时性好、可靠性高、成本低。
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关键字:】单片机,矩阵键盘,点阵,LED显示,呼叫系统
引言 1
一、系统硬件设计方案 1
二、系统硬件主要元器件介绍 2
（一）单片机AT89C51 2
（二）DS24021元件 3
（三）LM386元件 4
（四）MAX232元件 4
三、主机系统的硬件电路设计 5
（一）晶振电路 5
（二）复位电路 5
（三）数码管显示电路 6
（四）呼叫电路 6
（五）报警电路 7
四、从机系统的硬件电路设计 7
（一）键盘电路 7
（二）通信电平转换电路 8
五、系统软件设计 9
（一）软件功能模块划分 9
（二）主机程序流程图 9
（三）从机程序流程图 9
（四）系统仿真 9
总结 12
附录一：主机原理图 13
附录二：从机原理图 14
附录三：主机PCB板元件布局 15
附录四：主机PCB板顶层布线图 16
附录五：主机PCB板底层布线图 17
附录六：从机PCB板元件布局 18
附录七：从机PCB板顶层布线图 19
附录八：从机PCB板底层布线图 20
附录九：源程序 21
参考文献 25
致谢 26
引言
近年来随着计算机在社会领域的渗透和大规模集成电路的发展，现代电子产品几乎渗透了社会的各个领域，有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高，同时也使现代电子产品性能进一步提高，产品更新换代的节奏也越来越快。单片机的应用正在不断地走向深入，由于它具有功能强，体积小，功耗低，价格便宜，工作可靠，使用方便等特点，因此特别适合于与控制有关的系统，也越来越广泛地应用于自动控制，比如智能化仪器，仪表，数据采集，军工产品以及家用电器等各个领域，单片机往往是作为一个核心部件来使用，在根据具体硬件结构，以及针对具体应用对象特点的软件结合，以作完善。
临床求助呼叫是传送临床信息的重要手段,病房呼叫系统可将病人的请求快速传送给值班医生或护士,并在值班室的监控中心主机上留下准确完整的记录,是提高医院和病室护理水平的必备设备之一。特别是突发情况下病人请求值班医生或护士进行及时诊断或护理，这一环节对提高医院的管理服务质量显得尤其重要，这同时也大大提高了医院医护人员应对突发事件的能力。呼叫系统的优劣直接关系到病员的安危,历来受到各大医院的普遍重视。
病床呼叫系统的管理便于病员快捷的呼叫护士，缩短人工呼叫的时间。当今病房呼叫系统正在逐步地向智能化发展，它可以和录像机一起使用，当病人按下开关时，在护士值班室的大屏幕能够观察病人的需要。并且可以配备对讲机等设备，能够使病员及时快捷地与医护人员进行沟通。利用电力线载波通信技术、单片机多机通信和计算机监控管理技术设计的具有呼叫、振铃、显示排队、优先权设定、存储记录等功能的病床呼叫系统,满足了医院的病房管理和护理要求。
因此，设计好的病床呼叫系统就显得非常重要了。这就是我设计病床呼叫系统的意义。
一、系统硬件设计方案
病床呼叫系统的设计思路:
整个设计采用两个单片机系统。同时可以扩展和PC机通信，在PC机上用可视化菜单管理病房呼叫记录情况，以便于提高管理医院病房和考察医院管理水平及效率。
主机以AT89C51为控制中心，通过串口接受从机发来的呼叫信息，通过运算处理送译码电路数码显示及报警求助，同时存储呼叫信息，可以实行复位记录清零，删除记录，上翻和下翻查找呼叫记录信息。
从机采用分布是控制方式。采用单总线器件构成的终端呼叫器和从机单片机构成呼叫系统，这样从机单片机和各病床呼叫器终端之间只有一根双绞线它将地址线、数据线、控制线合为一根信号线路。
考虑到符合人们的习惯，采用声音报警无疑是一种最好的选择。同时考虑到医护人员可能有特殊的情况离开值班室，设计时候要求主机可以存储呼叫记录、即有记忆方式。考虑到以后医院病床的无限增加，设计时采用单总线技术无疑是一种最好的选择，它可以允许在单总线上挂任意多个测控对象。
单总线技术的实现采用DS2401芯片。从机终端呼叫器由单总线器件DS2401和开关封装在一起构成，DS2401芯片是一种符合单总线协议的ROM硅片，厂家在其中写入了唯一的序列号，用作寻址定位的标识。对他的操作非常简单，只需在发完复位脉冲并检测到回复信号后，由主机发送读序列号命令，即可将序列号按单总线协议要求读回来。利用它的这种特性可以构成简单的病床终端呼叫器，并将其挂在单总线上即可。
PC机与单片机的通信接口：将PC机串行接口与经过转换的符合RS一232C电气标准的单片机串行接口连接即可实现二者之间的异步串行通信。单片机有一个全双工串行接口，采用TTL逻辑电平，经过ADM101E芯片可方便地转换成RS-232电气标准。
二、系统硬件主要元器件介绍
（一）单片机AT89C51
1、单片机的引脚介绍
AT89C51是最常用的51单片机，下图介绍AT89C51的引脚资料，如图1所示。
图1 AT89C51单片机引脚图
(1)电源引脚
Vss（20脚）：接地端。
Vcc（40脚）：接+5V电源正端。
(2)时钟引脚
XTAL1（19脚）：内部振荡器的反相放大器输入端，是外接晶体的一个引脚。
XTAL2（18脚）：内部振荡器的反相放大器输出端，是外接晶体的另一端。
(3)控制引脚
EA/Vpp（31脚）：外部程序存储器地址允许输入端/编程电压输入端。一般接高电平（这时使用MCU内部RAM/ROM）。
ALE/PROG（30脚）：地址锁存有效信号输出端。一般情况下空着（这时使用MCU内部RAM/ROM）。
PSEN（29脚）：片外程序储存器读选通信号输出一般端，低电平有效。一般情况下空着（当时使用MCU内部RAM/ROM时）。
RST/Vpd(9脚)：RST即为RESET,Vpd为备用电源。
(4) 输入输出口引脚：
P0口：I/0双向口。作输入口时，应先置“1”。
P1口：I/0双向口。作输入口时，应先置“1”。
P2口：I/0双向口。作输入口时，应先置“1”。
P3口：I/0双向口。作输入口时，应先置“1”。
2、单片机AT89C51的功能特点
AT89C51提供以下标准功能：4K字节flash闪速存储器，128字节内部RAM，32I/O口线，两个16位定时/计数器，一个5响亮两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89C51可降至0Hz静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM的内容，但振荡器停止工作并禁止其他所有部件工作，直到下一次硬件复位。
（二）DS24021元件
DS2401是一款低成本的电子注册码，以最少的电接口提供绝对、唯一的识别功能。内含一个工厂刻入的64位ROM，其中包括：48位唯一序列码、8位CRC校验码和8位家族码。用于读取和写入器件的电源可以由数据线本身产生，无需外部供电。还允许多个器件挂在同一条数据总线上。引脚图如图2所示。引脚功能如表一所示。
摘 要
本系统是以AT89C51单片机为核心辅以矩阵键盘、LED点阵显示电路、部分简单模拟和数字电路组成，能够实现病人和医护人员之间信息的传递。在该设计中每个房间都有一个按键，当患者有需要时，按下按键，此时值班室的显示屏可显示此患者的床位号，多人使用时可实现循环显示，医护人员按下“响应”键取消当前呼叫。整个系统只需一条两芯屏蔽线，主机通过向各分机提供的电源线实现数据通信和语音通信，最多可容纳100台分机，采用多种软、硬件抗干扰措施，使得系统抗干扰能力强、实时性好、可靠性高、成本低。
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关键字:】单片机,矩阵键盘,点阵,LED显示,呼叫系统
引言 1
一、系统硬件设计方案 1
二、系统硬件主要元器件介绍 2
（一）单片机AT89C51 2
（二）DS24021元件 3
（三）LM386元件 4
（四）MAX232元件 4
三、主机系统的硬件电路设计 5
（一）晶振电路 5
（二）复位电路 5
（三）数码管显示电路 6
（四）呼叫电路 6
（五）报警电路 7
四、从机系统的硬件电路设计 7
（一）键盘电路 7
（二）通信电平转换电路 8
五、系统软件设计 9
（一）软件功能模块划分 9
（二）主机程序流程图 9
（三）从机程序流程图 9
（四）系统仿真 9
总结 12
附录一：主机原理图 13
附录二：从机原理图 14
附录三：主机PCB板元件布局 15
附录四：主机PCB板顶层布线图 16
附录五：主机PCB板底层布线图 17
附录六：从机PCB板元件布局 18
附录七：从机PCB板顶层布线图 19
附录八：从机PCB板底层布线图 20
附录九：源程序 21
参考文献 25
致谢 26
引言
近年来随着计算机在社会领域的渗透和大规模集成电路的发展，现代电子产品几乎渗透了社会的各个领域，有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高，同时也使现代电子产品性能进一步提高，产品更新换代的节奏也越来越快。单片机的应用正在不断地走向深入，由于它具有功能强，体积小，功耗低，价格便宜，工作可靠，使用方便等特点，因此特别适合于与控制有关的系统，也越来越广泛地应用于自动控制，比如智能化仪器，仪表，数据采集，军工产品以及家用电器等各个领域，单片机往往是作为一个核心部件来使用，在根据具体硬件结构，以及针对具体应用对象特点的软件结合，以作完善。
临床求助呼叫是传送临床信息的重要手段,病房呼叫系统可将病人的请求快速传送给值班医生或护士,并在值班室的监控中心主机上留下准确完整的记录,是提高医院和病室护理水平的必备设备之一。特别是突发情况下病人请求值班医生或护士进行及时诊断或护理，这一环节对提高医院的管理服务质量显得尤其重要，这同时也大大提高了医院医护人员应对突发事件的能力。呼叫系统的优劣直接关系到病员的安危,历来受到各大医院的普遍重视。
病床呼叫系统的管理便于病员快捷的呼叫护士，缩短人工呼叫的时间。当今病房呼叫系统正在逐步地向智能化发展，它可以和录像机一起使用，当病人按下开关时，在护士值班室的大屏幕能够观察病人的需要。并且可以配备对讲机等设备，能够使病员及时快捷地与医护人员进行沟通。利用电力线载波通信技术、单片机多机通信和计算机监控管理技术设计的具有呼叫、振铃、显示排队、优先权设定、存储记录等功能的病床呼叫系统,满足了医院的病房管理和护理要求。
因此，设计好的病床呼叫系统就显得非常重要了。这就是我设计病床呼叫系统的意义。
一、系统硬件设计方案
病床呼叫系统的设计思路:
整个设计采用两个单片机系统。同时可以扩展和PC机通信，在PC机上用可视化菜单管理病房呼叫记录情况，以便于提高管理医院病房和考察医院管理水平及效率。
主机以AT89C51为控制中心，通过串口接受从机发来的呼叫信息，通过运算处理送译码电路数码显示及报警求助，同时存储呼叫信息，可以实行复位记录清零，删除记录，上翻和下翻查找呼叫记录信息。
从机采用分布是控制方式。采用单总线器件构成的终端呼叫器和从机单片机构成呼叫系统，这样从机单片机和各病床呼叫器终端之间只有一根双绞线它将地址线、数据线、控制线合为一根信号线路。
考虑到符合人们的习惯，采用声音报警无疑是一种最好的选择。同时考虑到医护人员可能有特殊的情况离开值班室，设计时候要求主机可以存储呼叫记录、即有记忆方式。考虑到以后医院病床的无限增加，设计时采用单总线技术无疑是一种最好的选择，它可以允许在单总线上挂任意多个测控对象。
单总线技术的实现采用DS2401芯片。从机终端呼叫器由单总线器件DS2401和开关封装在一起构成，DS2401芯片是一种符合单总线协议的ROM硅片，厂家在其中写入了唯一的序列号，用作寻址定位的标识。对他的操作非常简单，只需在发完复位脉冲并检测到回复信号后，由主机发送读序列号命令，即可将序列号按单总线协议要求读回来。利用它的这种特性可以构成简单的病床终端呼叫器，并将其挂在单总线上即可。
PC机与单片机的通信接口：将PC机串行接口与经过转换的符合RS一232C电气标准的单片机串行接口连接即可实现二者之间的异步串行通信。单片机有一个全双工串行接口，采用TTL逻辑电平，经过ADM101E芯片可方便地转换成RS-232电气标准。
二、系统硬件主要元器件介绍
（一）单片机AT89C51
1、单片机的引脚介绍
AT89C51是最常用的51单片机，下图介绍AT89C51的引脚资料，如图1所示。
图1 AT89C51单片机引脚图
(1)电源引脚
Vss（20脚）：接地端。
Vcc（40脚）：接+5V电源正端。
(2)时钟引脚
XTAL1（19脚）：内部振荡器的反相放大器输入端，是外接晶体的一个引脚。
XTAL2（18脚）：内部振荡器的反相放大器输出端，是外接晶体的另一端。
(3)控制引脚
EA/Vpp（31脚）：外部程序存储器地址允许输入端/编程电压输入端。一般接高电平（这时使用MCU内部RAM/ROM）。
ALE/PROG（30脚）：地址锁存有效信号输出端。一般情况下空着（这时使用MCU内部RAM/ROM）。
PSEN（29脚）：片外程序储存器读选通信号输出一般端，低电平有效。一般情况下空着（当时使用MCU内部RAM/ROM时）。
RST/Vpd(9脚)：RST即为RESET,Vpd为备用电源。
(4) 输入输出口引脚：
P0口：I/0双向口。作输入口时，应先置“1”。
P1口：I/0双向口。作输入口时，应先置“1”。
P2口：I/0双向口。作输入口时，应先置“1”。
P3口：I/0双向口。作输入口时，应先置“1”。
2、单片机AT89C51的功能特点
AT89C51提供以下标准功能：4K字节flash闪速存储器，128字节内部RAM，32I/O口线，两个16位定时/计数器，一个5响亮两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89C51可降至0Hz静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM的内容，但振荡器停止工作并禁止其他所有部件工作，直到下一次硬件复位。
（二）DS24021元件
DS2401是一款低成本的电子注册码，以最少的电接口提供绝对、唯一的识别功能。内含一个工厂刻入的64位ROM，其中包括：48位唯一序列码、8位CRC校验码和8位家族码。用于读取和写入器件的电源可以由数据线本身产生，无需外部供电。还允许多个器件挂在同一条数据总线上。引脚图如图2所示。引脚功能如表一所示。
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