何 冰，王菊霞

（渭南師范學院 物理與電氣工程學院，陜西 渭南714000）

設計一款能滿足大眾要求，適合各種服務性行業(yè)的緊急呼叫系統(tǒng)，無疑會對改善人們生活起著十分重要的作用。對醫(yī)院單位而言，在同類行業(yè)中，需要對病人或客戶進行快速、準確的服務和治療， 這就需要一種能夠提高醫(yī)院工作人員辦事效率的設備， 而這種便捷服務式的呼叫系統(tǒng)節(jié)約了大量的人力，財力。對醫(yī)院工作人員而言，不需要頻繁的去查房、更不需要高聲應答病人或家屬，免去了無數次的來回奔波，維護了醫(yī)院良好的安靜環(huán)境， 同時能夠準確的給病人更好的服務和解決突發(fā)事件。該系統(tǒng)的設計主要分主機和從機兩部分，集串行通信，液晶顯示，蜂鳴器報警于一體，具有施工快捷、簡單、故障率低、移動方便，使用該呼叫器的病人，無需四處張望尋找，也無需高聲喊叫，只需輕松地按一下呼叫器的按鈕，所需要的服務就會得到及時的解決。

1 串行通信技術

1.1 單片機串行通信功能

計算機與外界的信息交換稱為通信，常用的通信方式可分為兩種：并行和串行通信。一次同時傳送多位數據稱為并行通信。 并行通信其特點是通信速度快，但傳輸信號線多，傳輸的距離較遠時線路復雜，成本高。

所以主要用于近距離的傳輸操作。 按一位接一位順序傳送數據的通信稱為串行通信。串行通信其特點是傳輸線少，通信線路簡單，通信速度慢，成本低，適合長距離通信。本設計采用串行通信。

51 單片機的串行接口是一個全雙工的接口[1]，它可以作為UART（通用異步接受和發(fā)送器）用，也可以作為同步移位寄存器用。 51 單片機串行接口的結構如下：

1)串行數據寄存器（SBUF）

串行數據寄存器SBUF，字節(jié)地址為99H，實際對應兩個寄存器：發(fā)送數據寄存器和接收數據寄存器。當CPU 向SBUF寫數據時對應的是發(fā)送數據寄存器，當CPU 讀SBUF 時對應的是接收數據寄存器。

2)串行控制寄存器（PCON）

SCON 用于串行通信方式的選擇，收發(fā)控制及狀態(tài)指示，各位含義如下：

SM0 SM1 SM2 REN TB8 RB8 TI RI

SM0,SM1:串行接口工作方式選擇位，用于選擇四位工作方式。

表1 串行口四位工作方式Tab.1 Serial four port mode

SM2：多機通信控制位。

REN：接收允許控制位。軟件置1 允許接收；軟件置0 禁止接收。

TB8：方式2 或3 時，TB8 為要發(fā)送的第9 位數據，根據需要由軟件置1 或清0。

RB8：為發(fā)送數據的第9 位.在方式2 或3 時，存放接收數據的第9 位，在方式1 時，若SM2=0，則為接收到的停止位。

TI：發(fā)送中斷標志。 發(fā)送完一幀數據后由硬件自動置位，并申請中斷。 必須要軟件清零后才能繼續(xù)發(fā)送。

RI：接收中斷標志。接收完一幀數據后由硬件自動置位，并申請中斷。 必須要軟件清零后才能繼續(xù)接收。

3)輸入移位寄存器

數據先串行進入輸入移位寄存器，8 位數據全移入后，再并行送入接收SBUF 中。

4)波特率發(fā)生器

波特率發(fā)生器用來控制串行通信的數據傳輸速率的，51系列單片機用定時器T1 作為波特率發(fā)生器，T1 設置在定時方式。 波特率時用來表示串行通信數據傳輸快慢程度的物理量，定義為每秒鐘傳送的數據位數。

5)電源控制寄存器PCON

其最高位為SMOD，稱為波特率加倍位。 若SMOD 位為1，則波特率加倍。

6)波特率計算

當定時器T1 工作在定時方式的時候， 定時器T1 溢出率=（T1 計數率）/（產生溢出所需機器周期）。 由于是定時方式，T1 計數率= fORC/12。 產生溢出所需機器周期數=模M-計數初值W。

1.2 MAX232 芯片

MAX232 芯片是美信（MAXIM）公司[2]專為RS-232 串口設計的單相電源電平轉換的芯片， 使用正5 V 單相電源供電系統(tǒng)。 如圖1 所示。

第1 部分主要是電荷泵電路。由1、2、3、4、5、6 腳和4 只電容構成的。其功能是產生+12v 和-12v 電源，提供給RS-232串口。

圖1 MAX232Fig. 1 Chip MAX232

第2 部分主要是數據轉換。 由7、8、9、10、11、12、13、14腳構成其中的兩個數據通道。其 中13 腳 （R1IN）、12 腳 （R1OUT）、11 腳 （T1IN）、14 腳（T1OUT）為第一數據通道。8 腳（R2IN）、9 腳（R2OUT）、10 腳（T2IN）、7 腳（T2OUT）為 第二數據通道。

TTL/CMOS 數據從11 引腳（T1IN）、10 引腳（T2IN）轉換成RS-232 數據從14 腳（T1OUT）、7 腳（T2OUT）送到電腦DB9插 頭；DB9 插 頭 的RS-232 數 據 從13 引 腳 （R1IN）、8 引 腳（R2IN）輸入轉換成TTL/CMOS 數據后從12 引腳（R1OUT）、9 引腳（R2OUT）輸出。

第三部分是供電。 15 腳GND、16 腳VCC（+5 V）。

1.3 串行通信軟件實現

1)串行口工作于方式1；用定時器1 產生9600bit/s 的波特率。

2)通信協(xié)議:主機首先發(fā)送連絡信號(AAH),從機接收到之后返回一個連絡信號(BBH)表示從機已準備好接收。

3)通信過程使用第九位發(fā)送奇偶校驗位。

4)從機接收到一個數據后，立即進行奇偶校驗，若數據沒有錯誤，則返回00H，否則返回FFH。

5)主機發(fā)送一個數據后，等待從機返回數據；若為00H，則繼續(xù)發(fā)送下一個數據，若為FFH，則重新發(fā)送數據。

2 液晶顯示1602

2.1 電路設計

液晶顯示LCM1602[3,4,5,6]是利用液晶經過處理后能改變光線的傳輸方向的特性來實現信息顯示。 一種常用的2 行16 個字的液晶模塊，它的顯示功能比較豐富，通過不同的地址編碼， 既可以顯示出不同的阿拉伯數字、 英文字母的大小寫，還可以顯示出常用的符號和日文假名等。它的電路設計比較簡單，八個數據線口可以直接和單片機的口相連，典型的結構如圖2 所示。

2.2 LCM1602 引腳及功能介紹

LCM1602 共16 個引腳，各個引腳功能如下：

圖2 液晶顯示1602Fig. 2 Liquid crystal display 1602

第1 腳：VSS 為地電源。

第2 腳：VDD 接5V 正電源。

第3 腳：V0 為液晶對比度調整端，當其接正電源時對比度是最弱的，而接地電源時其對比度最高。

第4 腳：RS 為寄存器選擇端，高電平時表示選擇數據、低電平時表示選擇指令。

第5 腳：RW 為讀寫信號端，高電平時表示讀操作，低電平表示寫操作。RS 和RW 共同為低電平時表示可以寫入指令或顯示地址。

第6 腳：E 端為使能端， 當由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行其命令。

第7～14 腳：D0～D7 為8 位雙向的數據線。

第15～16 腳：為背光的陽極腳和陰極腳，如果模塊是不帶背光的，則為空腳。

表2 LCD 液晶控制指令Tab.2 LCD?control instruction

3 系統(tǒng)的軟件實現

主機程序流程圖如圖3 所示。

圖3 主機發(fā)射數據中斷子程序流程圖Fig. 3 The main transmitting data interrupt program

系統(tǒng)的軟件實現中主機的流程圖主要由以下幾個主要部分組成：首先開啟主程序，程序經過初始化之后，主機發(fā)送AAH 到從機，從機如果不應答，則返回上一層流程，否則主機發(fā)送數據進行檢驗判斷輸出是否完成，若完成則清除標志位，否則返回上一層流程。

分機程序流程圖如圖4 所示。

圖4 分機發(fā)射數據中斷子程序流程圖Fig. 4 The extension transmitting data interrupt program

系統(tǒng)的軟件實現中分機的流程圖主要由以下幾個主要部分組成：首先開啟主程序，程序經過初始化之后，接收數據，同時計算檢驗主機發(fā)送數據的累加值， 如果檢驗的累加值和主機的數據相等，則發(fā)送00H 到主機，否則發(fā)送FFH；發(fā)送00H到主機后，進行接收完成判斷，若完成則清除標志位，然后將結果顯示到LCD 屏上，否則返回到第三個流程階段，再次計算檢驗主機發(fā)送數據的累加值，然后重復后續(xù)流程階段。

4 結論

本設計在設計過程中遇到的最大的困難就是程序的調試，串口程序的初始調試還算比較順利，先根據數碼管實現了串口間的發(fā)送與接收， 然后換成1602 液晶以后問題接踵而來，開始的時候復位需要在分機上進行，但是問題是分機上復位了患者也不能立馬看到主機上的復位效果， 所以效果不能真正的實現。然而通過再次查閱有關串口通信的資料，得知串口通信發(fā)送接收一次要進行一次初始化，問題隨之而解。其次在進行主機按鍵查詢的程序設計中費了不少功夫， 開發(fā)板上的按鍵不能中斷串口通信的過程， 而且串口通信的接口和鍵盤的一排按鍵的接口是復用的，給設計帶來了不小的麻煩，最后利用中斷的優(yōu)先級的設定， 利用外部中斷的優(yōu)先級高于定時器中斷的優(yōu)先級有效的解決了主機按鍵查詢的問題。

[1] 謝維成,楊加國.單片機原理與應用及C51程序設計[M].北京：清華大學出版社，2009.

[2] 李建兵，周長林.EDA技術基礎教程[M].北京：國防工業(yè)出版社，2007.

[3] 王意崗.病房呼叫系統(tǒng)[J].建筑電氣，2004,5(23):87-109.WANG Yi-gang.Ward calling system [J].Building Electrical,2004,5(23):87-109.

[4] 朱艷華.基于PL3105的病床呼叫系統(tǒng)設計[J].北京石油化工學院報.2009,17(2):40-43.ZHU Yan-hua.Design of sickbed calling system based on PL3105 [J].Journal of Beijing Institute of Petrochemical Technology.2009,17(2):40-43.

[5] 康華光.電子技術基礎[M].北京：高等教育出版社，2000.

[6] 胡漢才.單片機原理及接口技術[M].北京：清華大學出版社，1995.