设计说明书

设计题目：   医院病床呼叫系统

学院：计算机学院

         专业：电子信息与科学技术

         参赛学生：陈文进  翟磊  袁槊（信息安全10级） 

                                       2010 年 11月 28日

目录：

摘要------------------------------------------------------------------------3

一 方案论证-------------------------------------------------------------4

     控制器模块选型-------------------------------------------------------------------------4

液晶模块选择----------------------------------------------------------------------------4

键盘矩阵模块选择----------------------------------------------------------------------4

应答模块----------------------------------------------------------------------------------4

二 详细硬件电路设计-------------------------------------------------4

       主控模块设计---------------------------------------------------------------------------5

       液晶显示设计---------------------------------------------------------------------------6

       键盘矩阵设计---------------------------------------------------------------------------7

       电源电路设计---------------------------------------------------------------------------7

应答模块选择----------------------------------------------------------------------------7

三 系统设计-------------------------------------------------------------7

     系统流程图-------------------------------------------------------------------------------8  

四 系统调试-------------------------------------------------------------8

五 操作说明-------------------------------------------------------------9

六 结论-------------------------------------------------------------------11

七 硬件清单-------------------------------------------------------------11

八 参考文献-------------------------------------------------------------12

摘要

此系统以ATMEGA16为核心处理器进行全局控制，此外加上按键、1602、矩阵键盘等外围设备实现病床的呼叫和显示功能。本系统采用按键扫描作为控制信号，当有按键按下时，进入相应的功能，并把扫描出的按键号用1602输出，并且用1602显示优先级最高的两个按键数。

关键词：Atmega16   1602   矩阵键盘

一．方案论证

根据竞赛试题要求，我们对医院病床呼叫系统所需方案的各个方案进行设计论证如下  

1.  控制器模块选型

方案一：系统采用ATS51单片机为主控制芯片， 32个可编程的I/O口线，为用户提供了丰富的I/O口资源。6个中断，2个16位定时、计数器，128*8字节内部RAM，全双工串行UART通道，4~5.5V的工作电压范围，1000次可重复擦写周期。

方案二：系统采用ATmega16单片机为主控制芯片，有非常丰富的资源：4个8位并行I/O接口，其中三个有中断功能；8 位的ADC；强大的定时器和精密的比较器；超的RAM和 ROM，能存储大容量的程序。四个八位的并行I/O接口具有更强的驱动能力。

         具有JTAG接口。内部具有时钟。

基于上述分析，我们选择方案二。

2.液晶模块选择

  方案一：采用LED数码管显示器。LED 数码管亮度高，醒目，但是

          电路复杂，占用资源较多，显示信息量较少。

   方案二：采用LCD1602。不仅有LCD共同的优点：微

功耗、显示信息量较大、字迹清晰、美观、视觉舒适； 

综上所述，LCD1602液晶显示模块能满足本题目的要求，所以选用1602作为此系统的显示模块。

3.键盘矩阵模块选择

方案一：采用键盘，需要16个I/0端口，输入输出简单，容易判断。 

方案二：采用4*4矩阵键盘，需要8位I/O端口，键盘扫描逻辑性强，准确判断按键，而且可以消除按键同时按下出现的问题。

综上所述，采用矩阵键盘。

4.  应答模块

    方案一：蜂鸣器和发光二极管采用可以直接驱动，端口输出值固定，简单方便。而且应答键采用中断方式省去了判断按键是否被按下的程序。

二、详细硬件电路设计

         根据题目要求和本系统的设计思想，系统主要包括下图所示模块。

                               系统结构框图

●主控制模块

产品特性

• 高性能、低功耗的 8 位AVR® 微处理器

• 先进的RISC 结构

• 非易失性程序和数据存储器

• JTAG 接口( 与IEEE 1149.1 标准兼容)

• I/O 和封装

• 速度等级

– 0 - 8 MHz ATmega16L

– 0 - 16 MHz ATmega16

• ATmega16L 在1 MHz, 3V, 25°C 时的功耗

– 正常模式: 1.1 mA

– 空闲模式: 0.35 mA

–掉电模式: < 1 μA

引脚配置：

●液晶显示设计

本系统中选用LCD1602液晶显示屏显示运动过程中的状态，方便且直观。其对应接口如下表所示。

表2 LCD1602引脚功能说明

PD0~PD7

●PD0~PD7

PB5~PB7

矩阵键盘扫描模块

●电源模块的设计

       本系统中采用双压电源供电的模式。由电压为12V的电池组供电，见LM7805连线图和1117稳压电路图。由于电机的存在，在设计时具体为：U2（7805）将适配器输出的12V电压转换成5V（MVCC5.0）给电机驱动供电，再通过AMS1117-3.3将5V电压稳压成3.3V给msp430f149供电。

三、系统软件设计

本系统通过扫描键盘获得病人的相应床号，将得到的床号存入相应的数组，然后进入取优函数进行相应的处理，得到最先服务的病人床号以及下一位需要服务的病人床号，并做相应的提示显示。具体系统流程图如下：

 四、系统调试

调试方法：采用以硬件实物调试为主，软件调试相结合的测试方法。

调试内容：

该病床呼叫系统的请求控制键是一个4x4的矩阵键盘，编号为从1到16，可实现病人发出请求的功能；医生应答按键1个，用于实现对病人请求的应答。  

按键布置： 

注：1 - 16键为病床号对应数值；应答键：医生应答按键。

操作步骤：

1.打开电源液晶屏初始化并预显示，“first NO”为最优需要服务的床号，“next NO”为次优需要服务的床号，其中“00”表示没有病人请求。显示界面如下图所示：

   2．按1 - 16键后，进入病人请求阶段，并做出相应显示。具体

示结果如下图所示：

        5.2.1  一个病人请求时

     5.2.2   多个病人请求时

（注：07号床先请求，但优先级低于02号床。）

 3．按“应答键”后，进入医生应答阶段，医生最先给“最优病床号”

病人提供服务，即“first NO”所对应的床号。同时，屏幕显示信息同步更新，等待下次应答。显示界面如下：

 5.3.1  一人请求时

                    （应答前）                            （应答后）

         5.3.2  多人请求时（以3人为例）

                  （应答前）                           （第一次应答后）

                  （第二次应答后）                    （第三次应答后）

六、结论

由于本次选择的题目涉及到显示和按键输入的问题，并且含有有优先编码的考虑，再加上在本次操作过程中，小组成员对于ATmega16的熟悉程度有所欠佳，使得在作品的制作过程中遇到了一些困难。作品在软件仿真上顺利实现题目要求的基本功能，并根据题目要求对其功能进行了进一步的拓展。在本次作品制作过程中，从软件仿真到硬件电路实现上出现了问题，曾因电路焊接错误导致未能实现预期的功能；经小组成员在调试过程中的仔细检查，针对硬件电路上的问题稍加修改，最终还是顺利达到预期的功能，本次制作过程中最困难的可以说是键盘扫描和中断处理，不过在不断尝试修改、不断调试，最终还是克服了遇到的问题，使得作品基本达到预期目的。

七、硬件清单：

ATmega16    1片                     按键       17个   

蜂鸣器       1个                     发光二极管  1个

LCD1602     1片                     外接电源    1个

10K电位器   1个                          10KΩ电阻     1个

220Ω电阻    2个    

八、参考文献：

[1]《单片机应用入门——ATS51和AVR》 龙威林 杨冠声 胡山 化学工业出版社

[2]《Proteus教程——电子线路设计、制版与仿真》 朱清慧 张凤蕊 翟天嵩 王志奎 清华大学出版社

[3]《C++程序设计》 谭浩强 清华大学出版社下载本文