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1、摘 要随着科技的发展，无线应用技术已经渗透到生活的各个领域，无线传输技术也越来越成熟。本设计是将无线传输技术应用到医院的研究型课题，实现基于单片机的由无线传输模块构成的无线医院病房呼叫器。本毕业设计以STC89C52单片机为控制核心，通过无线收发模块nRF905发射接收信号，经STC89C52单片机处理后显示输出并伴有报警提示,从而实现病人与护士之间的无线远距离通信。本病房呼叫系统能够实现远距离发射接收，其性能稳定、占用空间小、使用材料少、传输速度快、距离远，能够满足医院应用的要求。关键词： 单片机STC89C52；无线传输模块；病房呼叫AbstractWith the development
2、 of science and technology, the wireless application technology has penetrated into every field of life, and the wireless transmission technology is also more and more mature.This design is about that the wireless transmission technology is applied to hospital research subject to make the wireless h
3、ospital sickroom beeper which is based on single chip microcomputer and wireless transmission module. This design is taking STC89C52 as core control to realize the wireless long-distanced communication between the patients and the nurses with nRF905 wireless module transmitting and receiving signals
4、.The sickroom call system can realize long transmission and receival .Besides,It has stable performance, high transmission speed and long transmission distance,and takes less rooms, uses less material, and can satisfy the requirements of hospital application.Keywords: chip microcomputer STC89C52,wir
5、eless transmit module,sickroom beeper前 言当代科学技术日益向高速化、智能化、信息化、网络化发展，各种各样的制造业和通信业设备除了可以与计算机联机外，还可以互相联机，而实现设备间相互联机的最具发展潜力的方式就是无线通信。与有线通信方式相比，无线通信具有一系列优点，特别适用于手持现场设备、电池供电设备、遥控遥测设备、水文气象监控设备、生物信号采集系统、工业数据采集系统等。在上述无线通信技术应用实际中，无线通信协议起着至关重要的作用，直接关系到无线通信系统的安全性和误码率以及系统运行的速度。医院病房呼叫器主要应用于医院病房、养老院等地方，方便医护人员和病人之间的
6、沟通，是提高医院水平的必备设备之一。病房呼叫系统的优劣直接影响到病人的安危，历来受到各大医院的普遍重视。它要求及时、准确可靠、简便可行、利于推广。我国传统的医院病房呼叫系统采用的大多都是有线传输，存在着安装布线复杂，检查维修困难，抗干扰能力差，病房扩建不易及费用高，不雅观的缺陷。为克服以上的不足，本毕业设计介绍的是一种无线的医院病房呼叫器，其使用专用的无线收发模块nRF905，并使用单片机控制。这样不但解决了复杂布线等问题，更能提高医疗服务水平，适应现代社会需求。目 录第1章 绪 论 .1 1.1 背景.1 1.2 设计的目的及意义.1 1.3 相关领域国内外技术和发展趋势. .2第2章 方案
7、设计.3 2.1 方案概述.3 2.2 方案设计.32.2.1 单片机的选择 .42.2.2 无线收发模块的选择 .42.2.3 按键的选择 .42.2.4 显示方式的选择 .52.2.5 报警器的选择 .52.2.6 电源转换电路的选择 .5第3章 硬件电路的设计6 3.1 单片机AT89S52的功能及最小系统的电路设计73.2 nRF905无线收发模块的功能.93.2.1 nRF905无线收发模块的特点. 103.2.2 nRF905无线收发模块工作模式.113.2.3 nRF905无线收发模块与单片机STC89C52的连接方案.12 3.3键盘电路设计. .133.4 地址变更电路的设计
8、.143.5 LED数码管显示电路.16 3.5.1 LED数码管的引脚说明.16 3.5.2 LED数码管与单片机接口电路的设计.16 3.6报警电路设计. 173.7电压转换电路的设计.17第4章 软件设计194.1 主机软件设计. .194.2 分机软件设计.214.3 无线发送模块子程序设计. .214.4 无线接收模块子程序设计. .23第5章 调试与实现265.1 KeilC51软件简介. . .265.2系统硬件调试. 28第6章 结论29第7章 社会经济效益分析30致谢. . .31参考文献. . .32附录 从机电路原理图.35附录 主机电路原理图.36附录 主机程序清单.3
9、7附录 从机程序清单.45第1章 绪 论1.1背景近年来，随着人们生活水平的不断提高，人们对医疗水平的要求也不断提高，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。在以往医院，病人遇到突发情况时，由于向医护人员得不到及时的救助，往往错过了最佳治疗的时间，最后造成小病酿成大病，大病酿成无法医，最后导致无药可医以至于死亡，因此,一种新型医院病房呼叫器的研制很有必要。医院病房呼叫器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
10、备设备之一。呼叫器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。它要求及时、准确、可靠、简便可行、利于推广。目前大多医院的病床呼叫系统采用有线传输方式，有线传输占用空间较大，耗材多，而且不易移动，因此现今需要对病床呼叫系统进行升级，近年来在我国无线领域有了大的进展，这为此提供了有力的技术支持。1.2设计的目的和意义一款适合服务性行业的无线呼叫系统，对人们生活的改善，对企业形象的提升起着十分重要的作用。对医院单位而言，在同类行业中，安静清雅的环境更具有竞争优势，快而准的服务极大地提高了工作人员的办事效率，便捷的呼叫系统节约了大量的人力，财力。对医务人员而言，不需要时刻去查房、巡逻，更不
11、需要高声应答病人或家属，免去了无数次的来回奔波，维护了医院良好的安静环境，及时而准确的给病人带来需要和服务。对病人及其家属而言，不必在医院大声喧哗地呼叫医务人员，也不用亲自走到护士房告知护士，更不用在各个病房到处寻找护士。即使病人在没有家属陪伴的情况下，也能及时呼叫得到护理。只需轻轻一按从机的按钮，无论是在床上还是走廊，还是厕所，都能传达呼叫的信号。护士只要在总机旁观察就能看到呼叫的房间，便能立刻派护士去查看和护理。本设计是基于单片机和nRF905无线收发模块实现的医用无线病床呼叫系统，分为无线发射部分、无线接收部分、单片机控制部分、地址变更部分、显示部分、警报呼叫部分等。本系统采用无线电方式
12、实现信号的传递，单片机作为控制部件协调处理整个系统的工作，实现无线信号的远距离传输，减少了材料的耗费，安装简单，使医患沟通更加灵活，是无线网络技术在医院设备上的大胆应用，具有创新性。1.3相关领域国内外技术和发展趋势无线呼叫器是在有线呼叫器的基础上发展起来的，我们所常见的有线呼叫器，如：医院的病床呼叫器、电梯里的求助按钮和公共场所的紧急报警按钮等，因其操作简单而有效。但是有线呼叫器需要布线，费用高，施工繁琐而无法得到广泛应用。有需求，就会有产品，无线呼叫器应运而生。无线呼叫器从技术和应用可大致分为三个阶段：第一阶段以调幅AM技术为主（即：第一代无线呼叫器），主要用于场地较小的场所；第二阶段是以
13、调频FM为核心技术的产品（即：第二代无线呼叫器系统），信号稳定，适合大型组网，应用行业从茶楼、咖啡厅等小型服务场所，发展到大型娱乐场所、酒店、工厂、超市、学校和银行等行业，这个阶段是无线呼叫器应用发展最为迅速的一个时期；第三阶段是调频技术、语音技术和对讲技术为核心的语音无线呼叫系统，实现了无线呼叫器从模拟、数字到语音的蜕变，成为无线呼叫器系统应用的趋势和主流。第2章 方案设计在对课题进行了深入了解的基础上，形成了最终的设计方案，本章的内容对本设计方案进行较为详细的说明。首先应该对所设计的电路的总体框图有所了解，更应该了解各个部分。根据对系统的分析与构思，本系统主要是由呼叫机和主机两部分组成。呼
14、叫机部分包括：无线发送部分、单片机控制部分、地址变更部分、按键部分；主机部分包括：无线接收部分、单片机控制部分、按键部分、报警部分、显示部分。所以本章旨在如何最优的选择各部分器件以达到最佳的性价比。2.1方案概述本毕业设计是医院病房呼叫器的设计，设计的关键是实现呼叫机与主机之间的单工通信。通过SPI通信协议，实现单片机对无线收发模块nRF905的控制以及数据的读取。当主机收到呼叫机的呼叫时，单片机会控制报警器发出报警信号并通过LED数码管进行显示。此外还可以通过主机上的按键来对其进行删除、翻页等操作。本设计系统的硬件设计是以单片机STC89C52与nRF905无线模块为核心器件的一套收发系统，
15、以制作出的电路板为实物，以C语言进行软件程序设计。系统主要由无线收发模块、数码显示电路、键盘电路、报警电路、单片机控制电路部分组成，电路图如附录I与附录II所示。2.2方案设计根据对系统工作的基本原理的了解，此设计的总体设计方案如图2.1所示。图2.1 总的设计方案图2.2.1 单片机的选择单片机是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。单片机诞生于二
16、十世界70年代末，各种制造商也是很多。比如台湾的义隆公司出品的EMC单片机，MICROCHIP公司出品的PIC单片机，还有STC公司出品的STC系列单片机，以及ATMEL公司出品的AT系列单片机。根据本课题，选择了STC公司的STC89C52单片机。因为其性价比最高，价格还很便宜，而且能完全能满足所需的功能。2.2.2 无线收发模块的选择本毕业设计的无线收发模块选择的是nRF905无线模块。nRF905是挪威Nordic VLSI公司推出的单片射频收发器，工作电压为19-36V。32引脚QFN封装(5x5mm)，工作于433868915MHz三个ISM(T业、科学和医学)频道，频道之间的转换时
17、间小于650us。nRF905由频率合成器、接收解调器、功率放大器、晶体振荡器和调制器组成，不需外加声表面滤波器，ShockBurst工作模式，自动处理字头和CRC(循环冗余码校验)，使用SPI接口与微控制器通信，配置非常方便。此外，其功耗非常低，以一10dBm的输出功率发射时电流只有1lmA，工作于接收模式时的电流为125mA，内建空闲模式与关机模式，易于实现节能。nRF905适用于无线数据通信、无线报警及安全系统、无线开锁、无线监测、家庭自动化和玩具等诸多领域。nRF905片内集成了电源管理、晶体振荡器、低噪声放大器、频率合成器、功率放大器等模块，曼彻斯特编码解码由片内硬件完成无需用户对数
18、据进行曼彻斯特编码，因此使用非常方便。2.2.3 按键的选择在单片机中，常用的按键有独立按键和行列式按键两种。独立式按键就是指各键相互独立，每个按键分别各接一根输入线，通过检测输入线的电平状态就可以很容易地判断出哪个按键被按下。独立式按键是直接用I/O口线构成的单个按键电路，其特点是每个按键单独占用一根I/O口线，每个按键的工作不会影响其它I/O口线的状态。即一个按键对应着一个端口输入，每一个按键都有一个按键电路来判断其是否按下。行列式按键，也称矩阵式按键，用于按键数目较多的场合，它由行线和列线组成，按键位于行，列的交叉点上。在按键数目较多的场合，行列式按键与独立式按键相比，要节省很多的I/O
19、口线。所以综合比较之下，因为本次设计中，只需要1个发送键，1个删除键，1个翻页键，按键不是很多，完全没有必要选择复杂的行列式按键。所以，选择独立式按键作为本次设计的按键系统。2.2.4显示方式的选择显示系统是设计中重要的输出部分，用来显示系统的输出结果，以便设计人员对系统进行调试和维护等。LCD与LED都是目前两种成熟的显示技术，LCD是由液态晶体组成的显示屏，而LED则是由发光二极管组成的显示屏。LED显示屏与LCD显示屏相比，LED技术更加先进，而且本次毕业设计只需要1个LED数码管即可实现所要求的功能，所以选择LED数码管作为显示系统。2.2.5 报警器的选择报警电路也是本次设计电路当中
20、一个比较重要的环节。可使用蜂鸣器，扬声器，喇叭等多种器件，蜂鸣器是由蜂鸣片振动而发声的，扬声器一般指由线圈驱动而发声的。虽然蜂鸣器只能发出滴滴的警报音，但是比较适用于本系统，为得到最高的性价比，所以选择蜂鸣器作为报警系统的主体器件。2.2.6 电源转换电路的选择本毕业设计中使用的无线模块需要的供电电压为3.3V，而单片机所使用的电压为5V，故需要电源转换电路。这里使用的是AMS1117-3.3V芯片。AMS1117分为两个版本，固定电压输出版本和可调电压输出版本，固定电压输出版本的输出电压可以为：1.8V，3.3V和5.0V，可调电压输出版本能提供的输出电压范围为：1.8V5.5V。考虑到使用
21、上的稳定和方便，所以我选择了3.3V固定电压输出版本的AMS1117。第3章 硬件电路的设计本毕业设计的设计方案是由呼叫机和主机构成，使用nRF905无线收发模块，使系统工作在频段433MHz附近。一个完整的无线呼叫系统，是由一台主机、若干台呼叫机构成。每个呼叫机有唯一的识别码，并且识别码可以随时修改。当用户按发射键后，识别码被发送出去，主机接收到服务申请后，根据识别码鉴别出是由哪一台呼叫器发出的申请, 并给出声音提示和显示出呼叫器的识别号。如果有几个呼叫器在短时间里同时呼叫, 主机则按照先后顺序存储起来, 通过按键实现翻页查询。此外，为了避免重复处理服务申请，主机还可以通过按键实现删除功能。
22、呼叫分机和接收主机的连接组成框图如图3.1和图3.2所示。 图3.1 呼叫分机框图 图3.2 接收主机框图 分机由拨码开关来控制地址位的设置, 当扫描到呼叫按钮按下时, 其地址被读入单片机, 经过处理后再送至无线发射模块发射。分机用来进行呼叫,分机的核心电路即是单片机与无线发送模块的连接电路。主机负责接收分机发来的信号, 并进行显示和报警。主机上还设有键盘用于翻查、删除记录, 所以主机上应接有键盘电路、显示电路和报警电路。3.1单片机STC89C52的功能及最小系统的电路设计STC89C52是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k BytesISP(In-system progra
23、mmable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准 MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，功能强大的微型计算机的STC89C52可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。STC89C52具有如下特点：40个引脚，8k Bytes Flash片内程序存储器，256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），32个外部双向输入/输出（I/O）口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，片内时钟振荡器。另外，ST
24、C89C52可降至0Hz静态逻 辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。STC89C52共有四个8位的并行I/O口：P0、P1、P2、P3端口，对应的引脚分别是P0.0 P0.7，P1.0 P1.7，P2.0 P2.7，P3.0 P3.7，共32根I/O线。每根线可以单独用作输入或输出。 P0 口：P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。作为输出口，每位能驱动8个TTL逻 辑电平。对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。当访
25、问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用。在这种模式下，P0不具有内部上拉电阻。在flash编程时，P0口也用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。程序校验时，需要外部上拉电阻。 P1 口：P1口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O口，p1输出缓冲器能驱动4 个TTL逻辑电平。对P1 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。此外，P1.0和P1.1分别作定时器/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和定时器/计数器2的触发输入（P1.1/T2EX）。在flash编程
26、和校验时，P1口接收低8位地址字节。此外，P1.0和P1.1分别作定时器/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和定时器/计数器2 的触发输入（P1.1/T2EX）。 P2口：P2口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。对P2 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器时，P2口送出高八位地址。在这种应用中，P2口使用很强的内部上拉发送1。在使用8位地址访问外部数据存储器时，P2口输出P2锁存器的内容。
27、在flash编程和校验时，P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。 P3 口：P3口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，p3 输出缓冲器能驱动4 个 TTL逻辑电平。对P3 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。P3口亦作为STC89C52特殊功能使用，在flash编程和校验时，P3口也接收一些控制信号。 单片机的引脚图如图3.3所示。图3.3 STC89C52单片机引脚图单片机最小系统，是指用最少的元件与单片机组成的可以工作的系统。对52单片机来说，最小系统一般应该包括：单片机、晶振电路、复位电路。单片机接口电路主要用来连接计算机和其他外部设备，各功能模块及
28、原理如下：复位电路：单片机最小系统复位电路的极性电容C3的大小直接影响单片机的复位时间，一般采用10-30F，51单片机最小系统容值越大需要的复位时间越短。单片机工作之后，只要在RST引线上加载10ms以上的高电平，单片机就能有效地复位。CS-51单片机通常采用自动复位和按键复位两种方式。这里采用按键复位和上电复位两种电路结合。晶振电路：典型的晶振取11.0592MHZ，晶振越大，则单片机的处理速度越快。单片机的最小起振电容C1，C2一般采用15-33pF，并且电容离晶振越近越好。单片机最小系统的设计电路如图3.4所示。 图3.4 单片机最小系统的设计电路 3.2 nRF905无线收发模块的功
29、能nRF905单片无线收发器是挪威Nordic公司推出的单片射频发射器芯片，工作电压为1.9-3.6V，32引脚QFN封装（5mm5mm），工作于433/868/915MHz3个ISM频道（可以免费使用）。nRF905无线收发模块的引脚图如图3.5所示。图3.5 nRF905引脚图nRF905可以自动完成处理字头和CRC（循环冗余码校验）的工作，可由片内硬件自动完成曼彻斯特编码/解码，使用SPI接口与微控制器通信，配置非常方便，其功耗非常低，以-10dBm的输出功率发射时电流只有11mA，在接收模式时电流为12.5mA。 nRF905单片无线收发器工作由一个完全集成的频率调制器，一个带解调器的
30、接收器，一个功率放大器，一个晶体振荡器和一个调节器组成。ShockBurst工作模式的特点是自动产生前导码和CRC，可以很容易通过SPI接口进行编程配置。3.2.1 nRF905无线收发模块特点（1） 真正的单片（2） 低功耗ShockBurst工作模式 （3） 工作电源电压范围1.93.6V （4） 多通道工作ETSI/FCC兼容 （5） 通道切换时间650us （6） 极少的材料消耗 （7） 无需外部SAW滤波器（8） 输出功率可调至10dBm （9） 传输前监听的载波检测协议 （10） 当正确的数据包被接收或发送时有数据准备就绪信号输出 （11） 侦测接收的数据包当地址正确输出地址匹配信
31、号3.2.2 nRF905无线收发模块的工作模式nRF905采用Nordic公司的VLSI ShockBurst技术。ShockBurst技术使nRF905能够提供高速的数据传输，而不需要昂贵的高速MCU来进行数据处理/时钟覆盖。通过将与RF协议有关的高速信号处理放到芯片内，nRF905提供给应用的微控制器一个SPI接口，速率由微控制器自己设定的接口速度决定。nRF905通过ShockBurst工作模式在RF以最大速率进行连接时降低数字应用部分的速度来降低在应用中的平均电流消耗。在ShockBurst RX模式中，地址匹配AM和数据准备就绪DR信号通知MCU一个有效的地址和数据包已经各自接收完
32、成。在ShockBurst TX模式中，nRF905自动产生前导码和CRC校验码，数据准备就绪DR信号通知MCU数据传输已经完成。总之，这意味着降低MCU的存储器需求也就是说降低MCU成本，又同时缩短软件开发时间。 （1）典型ShockBurst TX模式： 当应用MCU有遥控数据节点时，接收节点的地址TX-address和有效数据TX-payload通过SPI接口传送给nRF905应用协议或MCU设置接口速度； MCU设置TRX_CE、TX_EN为高来激活nRF905 ShockBurst传输； nRF905 ShockBurst： l 无线系统自动上电 l 数据包完成（加前导码和CRC校验
33、码） l 数据包发送（100kbps，GFSK，曼切斯特编码） 如果AUTO_RETRAN被设置为高nRF905将连续地发送数据包直到TRX_CE被设置为低； 当TRX_CE被设置为低时，nRF905结束数据传输并自动进入standby模式。 （2）典型ShockBurst RX模式 通过设置TRX_CE高，TX_EN低来选择ShockBurst模式； 650us以后，nRF905监测空中的信息； 当nRF905发现和接收频率相同的载波时，载波检测CD被置高； 当nRF905接收到有效的地址时，地址匹配AM被置高； 当nRF905接收到有效的数据包（CRC校验正确）时，nRF905去掉前导码、
34、地址和CRC位，数据准备就绪（DR）被置高； MCU设置TRX_CE低，进入standby模式低电流模式； MCU可以以合适的速率通过SPI接口读出有效数据； 当所有的有效数据被读出后，nRF905将AM和DR置低； nRF905将准备进入ShockBurst RX、ShockBurst TX或Powerdown模式。 （3）掉电模式 在掉电模式中，nRF905被禁止，电流消耗最小，典型值低于2.5uA。当进入这种模式时，nRF905是不活动的状态。这时候平均电流消耗最小，电池使用寿命最长。（4）在掉电模式中，配置字的内容保持不变。 STANDBY模式 Standby模式在保持电流消耗最小的同
35、时保证最短的ShockBurstRX、ShockBurstTX的启动时间。当进入这种模式时，一部分晶体振荡器是活动的。电流消耗取决于晶体振荡器频率，如：当频率为4MHZ时，IDD=12uA；当频率为20MHZ 时，IDD=46uA。如果uPCLK（Pin3）被使能，电流消耗将增加。并且取决于负载电容和频率。在此模式中，配置字的内容保持不变。3.2.3 nRF905无线收发模块与单片机STC89C52的连接方案单片机STC89C52与nRF905无线收发模块连接，并通过SPI协议对nRF905无线收发模块进行一系列控制与通信。连接接口主要分为以下3种：（1） 模式控制该接口由TRX_CE、TXE
36、N、PWR组成控制由nRF905组成的高频头的四种工作模式：掉电和SPI编程模式；待机和SPI编程模式；发射模式；接收模式，各种模式的控制模式见下表1。表3.1 各种模式的控制模式PWRTRX_CETXEN工作模式0XX 掉电和SPI编程模式10X待机和SPI编程模式110接收111发射（2） SPI接口SPI接口由SCK、MISO、MOSI以及CSN组成。 在配置模式下单片机通过SPI接口配置高频头的工作参数； 在发射/接收模式下单片机SPI接口发送和接收数据。 （3） 状态输出接口提供载波检测输出CD，地址匹配输出AM，数据就绪输出DR。nRF905无线收发模块与单片机STC89C52的连
37、接方案如图3.6所示。 图3.6 nRF905无线收发模块与单片机STC89C52的连接电路3.3 键盘电路设计本系统的操作接口采用独立式按键结构，独立式按键是指直接用I/O口线构成的单个按键电路，每个独立式按键单独有一根I/O口线，每根I/O口线上的按键工作状态不会影响其它I/O口线的工作状态。由于独立式按键电路配置灵活，软件结构简单但每个按键必须占用一根I/O口线，在按键数量较多时，I/O 口线的浪费较大，故在按键数量不多时，常采用这种按键电路。本系统一共需要三个按键：从机的发送键、主机的删除键和下翻键。按键分别由从机STC89C52的P2.4口、主机STC89C52的P2.3口与P2.4
38、口检测这三个开关量输入。其中从机发送键的连接如图3.7所示。图3.7 从机发送键的连接电路3.4 地址变更电路的设计本设计中要求呼叫机有地址变更功能，故采用8位拨码开关手动定位来确定呼叫机的地址。若需要将分机移至别的病床, 则只需要改变拨码开关的状态, 即可改变分机的号码。例如：当分机最初在1号病床时，对应的共阴数码管管码为0x06，对应的二进制数为00000110，故此时拨码开关从第8位至第1位依次拨为00000110；当分机被移至5号病床时，对应的共阴数码管管码为0x6d，对应的二进制数为01101101，故此时拨码开关从第8位至第1位依次拨为01101101。即通过拨码开关完成了地址变更
39、功能。地址变更电路如图3.8所示。拨码开关的状态与病床号的对应关系如表3.2所示。当分机需要移至别的病床时，护士只需要对应表3.2对拨码开关进行拨码即可实现地址变更功能。图3.8 地址变更电路表3.2 拨码开关状态与病床号对应关系表病床号拨码开关状态1000001102010110113010011114011001105011011016011111017000001118011111119011011113.5 LED数码管显示电路数码显示模块应用非常广泛，而本次设计中显示部分更是整个系统中不可缺少的一部分。本次设计使用的是LED数码管进行显示，选择它作为显示电路具有如下优点：性价比高；连
40、接电路简单；而且一个LED数码管就可以实现所要求的功能。3.5.1 LED数码管的引脚说明LED数码管引脚如图3.9所示。图3.9 LED数码管引脚图3.5.2 LED数码管与单片机接口电路设计LED数码管与单片机的连接电路，如图3.10所示：图3.10 LED数码管与单片机接口硬件连接电路其中，单片机的P0.0P0.7脚与LED数码管的18引脚相连，因为STC89C52单片机的P0口没有上拉电阻，所以在它们中间接一个10千欧姆的上拉电阻。3.6 报警电路设计本系统采用单片机与蜂鸣器相连来实现报警功能。如图3.11所示。其中单片机的P2.2口与蜂鸣器相连。图3.11 报警电路连接电路3.7 电
41、压转换电路的设计本设计中使用的nRF905无线收发模块需要的电压为3.3V，故需要使用电压转换电路，故采用ASM1117-3.3电源供电系统。核心部件LM1117-3.3是一个低压差电压调节器系列。压差在1.2V输出，此时相应的负载电流为800mA。电压转换电路如图3.12所示。图3.12 电压转换电路本章中首先介绍了单片机STC89C52的功能及特点，然后是它的最小系统，他是单片机最核心而且不可缺少的一部分。然后详细设计了nRF905无线收发模块电路、按键电路，地址变更电路，显示电路，报警电路，电压转换电路。第4章 软件设计系统功能的实现是依靠硬件和软件良好的结合，硬件决定了系统基本结构和特
42、性，而软件则是驱动系统的灵魂，两者缺一不可，相辅相成。在目前的单片机软件开发中，常用的语言是汇编语言和C语言两种。汇编语言是一种文字用助记符来表示机器指令的符号语言，其优点是程序占用资源少、运行速度快、执行效率高，但具有缺乏通用性、程序可移植性差、编程比高级语言困难等缺点。C语言是是一种结构化程序设计语言，可产生紧凑代码。C语言可以进行许多机器级函数控制而不用汇编语言，与汇编语言相比，C语言有如下优点：对单片机的指令系统不要求了解，仅要求对单片机的存储器结构有初步了解；寄存器的分配、不同存储器的寻址及数据类型等细节可由编译器管理；程序有规范的结构、可分为不同的函数，这种方式可使程序结构化；具有
43、将可变的选择与特殊操作组合在一起的能力，改善了程序的可读性；关键字及运算函数可以近似人的思维过程方式使用；编程及程序调试时间显著缩短，从而提高效率；提供的库包含许多标准子程序，具有较强的数据处理能力；具有方便的模块化编程技术，已编好的程序可容易的植入新程序。C语言作为一种非常方便的语言而得到广泛的支持，C语言程序本身并不依赖于机器硬件系统，基本上不做修改就可以根据单片机的不同较快的移植过来。鉴于C语言编程有众多优点，在本设计中，采用的是C语言编写程序。根据本次设计的要求，在软件设计中，应该包括以下几个功能模块：主机总体设计模块、分机总体设计模块、无线发送模块、无线接收模块。4.1主机软件设计主机开机便进行初始化，然后进入数据接收状态等待。当接收到呼叫信号后，便进行存储，然后使用LED数码管显示病房号，并用蜂鸣器进行报警提示。当扫描到删除键按下时，就会将处理过的病床号删除。当扫描到下翻键按下时，LED数码管就会显示下一个病床号。最后无线接收模块再次置于接受状态等待
