基于stm32病房呼叫系統(tǒng)畢業(yè)論文

1、<p>　　畢 業(yè) 論 文</p><p>　　學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)： </p><p>　　學(xué) 院： 信息科學(xué)與工程學(xué)院 </p><p>　　專(zhuān) 業(yè)： 電子信息工程 </p><p>　　題

2、目： 基于stm32的病房呼叫系統(tǒng) </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p>　　評(píng)閱教師： </p><p>　　2014 年 6 月</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)中文摘要</p>&

3、lt;p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）外文摘要</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1 緒論………………………………………………………………………………………1</p><p>　　1.1 課題的發(fā)展背景………………………………………………………………………1</p><p>　　

4、1.2 課題研究的目的和意義………………………………………………………………2</p><p>　　1.3 課題研究的內(nèi)容和方法………………………………………………………………3</p><p>　　2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案………………………………………………………………………3</p><p>　　2.1 病房呼叫系統(tǒng)的總體構(gòu)成…………………………………………

5、…………………3</p><p>　　2.2 系統(tǒng)的基本工作過(guò)程…………………………………………………………………4</p><p>　　3 病房呼叫系統(tǒng)主機(jī)硬件電路設(shè)計(jì)………………………………………………………5</p><p>　　3.1 顯示模塊電路設(shè)計(jì)……………………………………………………………………6</p><p>　　3

6、.2 鍵盤(pán)模塊電路設(shè)計(jì)……………………………………………………………………9</p><p>　　3.3 語(yǔ)音模塊電路設(shè)計(jì)……………………………………………………………………10</p><p>　　3.4 報(bào)警模塊電路設(shè)計(jì)……………………………………………………………………12</p><p>　　3.5 無(wú)線網(wǎng)卡模塊電路設(shè)計(jì)………………………………………

7、………………………13</p><p>　　3.6 電源電路設(shè)計(jì)…………………………………………………………………………13</p><p>　　3.7 stm32最小系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)……………………………………………………………14</p><p>　　4 病房呼叫系統(tǒng)分機(jī)硬件電路設(shè)計(jì)………………………………………………………16</p><

8、p>　　4.1 呼叫器電路設(shè)計(jì)………………………………………………………………………17</p><p>　　4.2 語(yǔ)音模塊電路設(shè)計(jì)……………………………………………………………………17</p><p>　　4.3 無(wú)線網(wǎng)卡模塊電路設(shè)計(jì)………………………………………………………………17</p><p>　　4.4 電源電路設(shè)計(jì)…………………………

9、………………………………………………17 </p><p>　　4.5 stm32最小系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)……………………………………………………………17</p><p>　　4.6 病房呼叫系統(tǒng)PCB版圖設(shè)計(jì)…………………………………………………………17</p><p>　　5 病房呼叫系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)…………………………………………………………………18</

10、p><p>　　5.1 主程序設(shè)計(jì)……………………………………………………………………………18</p><p>　　5.2 語(yǔ)音模塊程序設(shè)計(jì)……………………………………………………………………18</p><p>　　5.3 顯示模塊程序設(shè)計(jì)……………………………………………………………………19</p><p>　　5.4 鍵盤(pán)模塊程

11、序設(shè)計(jì)……………………………………………………………………20</p><p>　　5.5 無(wú)線傳輸模塊程序設(shè)計(jì)………………………………………………………………20</p><p>　　5.6 軟件調(diào)試………………………………………………………………………………21</p><p>　　結(jié)論…………………………………………………………………………………………22

12、</p><p>　　致謝…………………………………………………………………………………………23</p><p>　　參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………………………24</p><p>　　附錄A 源程序設(shè)計(jì)…………………………………………………………………………26</p><p><b>　　1

13、緒論</b></p><p>　　隨著全球老齡化進(jìn)程的加快，全球生存環(huán)境的惡化，以及人類(lèi)對(duì)健康關(guān)注的增加，醫(yī)療行業(yè)正快速膨脹。人們對(duì)醫(yī)療水平的要求不斷提高，特別是突發(fā)情況下病人請(qǐng)求值班醫(yī)生或護(hù)士進(jìn)行及時(shí)診斷或護(hù)理這一環(huán)節(jié),對(duì)提高醫(yī)院的管理服務(wù)質(zhì)量顯得尤其重要。因此通過(guò)病房呼叫系統(tǒng)完成向醫(yī)生的求助是一種極為方便有效的手段,相關(guān)的應(yīng)用設(shè)計(jì)正逐步推出。目前病房呼叫系統(tǒng)主要有兩種,一種是有線式,一種是無(wú)線式。

14、而在我國(guó)，大多數(shù)醫(yī)院都是采用的傳統(tǒng)的有線式病房呼叫系統(tǒng)。這種設(shè)計(jì)很難做到隱蔽和美觀，而且安裝與維護(hù)都不方便，抗電氣干擾能力也不強(qiáng)。因此我們采用無(wú)線wifi來(lái)設(shè)計(jì)病房呼叫系統(tǒng)。</p><p>　　1.1 課題的發(fā)展背景</p><p>　　隨著社會(huì)的進(jìn)步和科技的發(fā)展，醫(yī)療水平的不斷提高，現(xiàn)代醫(yī)院護(hù)理需要快速、及時(shí)的獲知并處理病人的突發(fā)病況，實(shí)現(xiàn)患者在住院的任何時(shí)間都能請(qǐng)求醫(yī)生或護(hù)士進(jìn)行診

15、斷和護(hù)理。以便醫(yī)院病房區(qū)的病患在有緊急情況或者有自己不方便處理的事件時(shí)呼叫醫(yī)生或護(hù)士尋求幫助，醫(yī)生或護(hù)士則通過(guò)響鈴及站內(nèi)指示燈獲取求助信息的來(lái)源，并及時(shí)提供幫助。因此，一種新型的臨床呼叫儀器的研制成為近些年來(lái)的研發(fā)熱點(diǎn)之一。</p><p>　　在以往醫(yī)院里，病人遇到突發(fā)情況時(shí)，由于向醫(yī)護(hù)人員得不到及時(shí)的救助，往往錯(cuò)過(guò)了最佳的治療時(shí)間，最后造成小病釀成大病，大病釀成無(wú)法醫(yī)，最后導(dǎo)致無(wú)藥可醫(yī)以至于死亡。因此，人們對(duì)

16、醫(yī)療水平的要求不斷提高，醫(yī)院有必要將“智能化”引入醫(yī)療建設(shè)中。如何更好的滿足患者的要求，提高患者的滿意度，是從事醫(yī)療行業(yè)的所有管理人員應(yīng)該思考的問(wèn)題。醫(yī)療水平的提高很大一方面體現(xiàn)在醫(yī)院運(yùn)用多元化信息技術(shù)，并達(dá)到監(jiān)護(hù)與信息交互的能力，因此實(shí)現(xiàn)新型的臨床呼叫系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)醫(yī)院醫(yī)療信息化的基礎(chǔ)和實(shí)現(xiàn)最終建設(shè)目標(biāo)的墊腳石。醫(yī)院的病房呼叫系統(tǒng)所提供的功能有如下幾項(xiàng)內(nèi)容：呼叫，報(bào)警，顯示排隊(duì)，優(yōu)先級(jí)設(shè)定，存儲(chǔ)記錄，語(yǔ)音通話等。</p>&

17、lt;p>　　如圖1-1所示，在傳統(tǒng)的病房呼叫系統(tǒng)中，應(yīng)用最為普及的是有線式病房呼叫系統(tǒng)。但是，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和醫(yī)療改革的不斷升入，該方案已經(jīng)無(wú)法滿足越來(lái)越多的服務(wù)需求。例如，有線設(shè)備的位置相對(duì)固定，病人只能通過(guò)病床床頭的呼叫器來(lái)實(shí)現(xiàn)呼叫功能，護(hù)士也只能通過(guò)病房外的液晶顯示屏才能收到病人的呼叫信息，一旦護(hù)士離開(kāi)液晶顯示屏顯示區(qū)域就無(wú)法及時(shí)收到病人的呼叫信息，無(wú)法快速響應(yīng)病房突發(fā)事件。特別是醫(yī)院出現(xiàn)緊急加床情況時(shí)，緊急加床根本無(wú)

18、法實(shí)現(xiàn)緊急呼叫功能，這將給病患者帶來(lái)很大的困擾。由于有線方案采用硬線連接，因此隨著使用時(shí)間的增加線路容易發(fā)生老化或被腐蝕、磨損的現(xiàn)象，系</p><p>　　圖1-1 傳統(tǒng)的呼叫求助系統(tǒng)</p><p>　　統(tǒng)故障發(fā)生率也會(huì)越來(lái)越高。并且，傳統(tǒng)的有線病房呼叫系統(tǒng)還有功能升級(jí)性差、布線繁瑣、無(wú)法移動(dòng)、成本高等弊端。另一方面,近幾年短距離無(wú)線通信技術(shù)發(fā)展得如火如茶,WiFi、藍(lán)牙和ZigBee

19、等技術(shù)蜂擁而至,采用無(wú)線的解決方案將很輕松的避免上述問(wèn)題。</p><p>　　1.2 課題研究的目的和意義</p><p>　　病房呼叫系統(tǒng)是一種應(yīng)用于醫(yī)院病房、養(yǎng)老院等地方,用來(lái)聯(lián)系溝通醫(yī)護(hù)人員和病員的專(zhuān)用呼叫系統(tǒng),是提高醫(yī)院護(hù)理水平的必備設(shè)備之一。有了病床呼叫系統(tǒng)，醫(yī)院的護(hù)理工作才能變得更加方便全面，不再為值班護(hù)士或醫(yī)生未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)突發(fā)病況而煩惱。病房呼叫系統(tǒng)的優(yōu)劣直接關(guān)系到病員的

20、安危,歷來(lái)受到各大醫(yī)院的普遍重視。它要求及時(shí)、準(zhǔn)確可靠、簡(jiǎn)便可行、利于推廣。同時(shí)由于人們生活水平的提高，人們對(duì)服務(wù)行業(yè)的要求也越來(lái)越高，尤其是關(guān)乎生命的醫(yī)療服務(wù)業(yè)，能可靠的進(jìn)行日常監(jiān)護(hù)工作，及時(shí)發(fā)現(xiàn)各種病情并進(jìn)行搶救和護(hù)理，這樣人們便可安心就診，同時(shí)也保證了患者的生命安全，這是從事醫(yī)療行業(yè)的所有管理人員應(yīng)該思考的問(wèn)題。</p><p>　　另外，使用無(wú)線后，醫(yī)院可以利用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸代替?zhèn)鹘y(tǒng)的通信設(shè)備，可以在同一個(gè)

21、網(wǎng)絡(luò)里傳輸數(shù)據(jù)和語(yǔ)音，提供雙向的語(yǔ)音通信。醫(yī)護(hù)人員可以通過(guò)手柄設(shè)備接收患者的呼叫，并且直接和病患進(jìn)行語(yǔ)音通話，更加及時(shí)了解病患的需求。因此，無(wú)線病房呼叫系統(tǒng)將會(huì)成為主流，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的有線設(shè)備，它有著光明的前景。</p><p>　　隨著電子通訊技術(shù)的飛速發(fā)展，單片微機(jī)以其具有體積小、價(jià)格低、集成度高、性價(jià)比高等突出優(yōu)點(diǎn)己在工業(yè)控制、智能儀表、數(shù)控機(jī)床、數(shù)據(jù)采集以及各種家用電器等方面得到了廣泛應(yīng)用。因此利用單片機(jī)和一

22、些簡(jiǎn)單的外圍器件來(lái)開(kāi)發(fā)一種適合于醫(yī)院，養(yǎng)老院等重要場(chǎng)所的低價(jià)位、運(yùn)行可靠、使用方便的病房呼叫系統(tǒng)，來(lái)監(jiān)護(hù)那些患者或老人已經(jīng)勢(shì)在必行。</p><p>　　1.3 課題研究的內(nèi)容和方法</p><p>　　無(wú)線病房呼叫系統(tǒng)設(shè)計(jì)是為了改善有線病房呼叫系統(tǒng)的不足,提高整機(jī)的可靠性和靈活性而開(kāi)發(fā)出的一種實(shí)用的呼叫系統(tǒng)，采用Samsung公司的STM32單片機(jī)作為核心，開(kāi)發(fā)其外圍電路設(shè)計(jì)和軟件設(shè)

23、計(jì)。</p><p>　　課題需要研究的內(nèi)容主要有以下幾個(gè)方面:</p><p>　　a) 根據(jù)系統(tǒng)功能要求進(jìn)行系統(tǒng)的整體方案設(shè)計(jì)。該方案采用模塊化設(shè)計(jì)方法，以方便系統(tǒng)的調(diào)試和用戶的使用。</p><p>　　b) 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)。包括芯片的選型、所選芯片的功能、芯片外圍電路的合理設(shè)計(jì)。主要內(nèi)容有芯片的選擇、鍵盤(pán)電路的設(shè)計(jì)、顯示電路的設(shè)計(jì)和語(yǔ)音電路的設(shè)計(jì)、無(wú)線網(wǎng)卡電路

24、的設(shè)計(jì)。</p><p>　　c) 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)。主要包括系統(tǒng)主程序、動(dòng)態(tài)掃描顯示程序、語(yǔ)音程序、鍵盤(pán)掃描程序等。</p><p>　　根據(jù)課題性質(zhì)擬實(shí)現(xiàn)的功能和所要研究的內(nèi)容，應(yīng)采取以下研究步驟來(lái)實(shí)現(xiàn):系統(tǒng)整體功能分析與可行性研究、劃分功能模塊、各功能模塊的電路原理設(shè)計(jì)、元器件(芯片)選擇、各功能模塊的軟件調(diào)試、系統(tǒng)整體軟件調(diào)試，通過(guò)反復(fù)不斷的調(diào)試，使程序調(diào)試成功率增大?？垢蓴_設(shè)計(jì)應(yīng)貫穿

25、于整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程之中。另外，在滿足各項(xiàng)性能指標(biāo)的前提下，不僅要考慮到系統(tǒng)的易用性，還要努力降低成本，在保證可靠性的情況下，盡量提高其靈活性。</p><p>　　2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案</p><p>　　2.1 病房呼叫系統(tǒng)的總體構(gòu)成</p><p>　　病房呼叫系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)方案是參照國(guó)內(nèi)外相關(guān)技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r，在前人的基礎(chǔ)上稍加修改，并借鑒現(xiàn)在一些科研機(jī)構(gòu)的最新研究

26、成果，同時(shí)根據(jù)我國(guó)醫(yī)院病房監(jiān)護(hù)建設(shè)的實(shí)際情況，為滿足患者的要求，并充分考慮其經(jīng)濟(jì)性和可靠性，能真正實(shí)現(xiàn)智能化呼叫的要求來(lái)確定的。根據(jù)系統(tǒng)擬達(dá)到的總體功能，將其劃分為以下功能模塊:顯示電路（LED燈屏、數(shù)碼管）、語(yǔ)音錄放電路（手柄）、鍵盤(pán)電路、報(bào)警電路、呼叫分機(jī)、無(wú)線網(wǎng)卡等。系統(tǒng)組成框圖如圖2-1所示。本設(shè)計(jì)采用主機(jī)和從機(jī)相分離的模式。從機(jī)安裝于各個(gè)病房，主機(jī)安裝于護(hù)士站，多個(gè)從機(jī)處于等待外部呼叫信號(hào)的狀態(tài)，主機(jī)則時(shí)刻處于等待接受從機(jī)呼叫

27、信號(hào)的狀態(tài)，并且從機(jī)和主機(jī)之間采用無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸通信。</p><p>　　單元模塊的功能如下:</p><p>　　顯示電路a) LED指示燈：顯示stm32運(yùn)行狀態(tài)。</p><p>　　B) LED燈屏：每個(gè)LED燈一一對(duì)應(yīng)病床號(hào)。當(dāng)呼叫傳入后，stm32驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的LED燈亮。</p><p>　　C) 雙面數(shù)碼管（走廊）：閑時(shí)顯示時(shí)間，

28、一旦有呼叫傳入，顯示呼叫病房號(hào)，當(dāng)有多個(gè)呼叫傳入，則循環(huán)顯示病床號(hào)。</p><p>　　圖2-1 無(wú)線病房呼叫系統(tǒng)組成框圖</p><p>　　語(yǔ)音電路使用音頻編解碼器芯片VS1053B，護(hù)士通過(guò)語(yǔ)音電路了解病患的情況。</p><p>　　輸入輸出設(shè)備包括鍵盤(pán)、報(bào)警蜂鳴器、按鈕開(kāi)關(guān)、各類(lèi)指示燈等。鍵盤(pán)用于用戶接聽(tīng)語(yǔ)音、呼叫號(hào)碼的輸入等;通過(guò)報(bào)警蜂鳴器和各類(lèi)指示

29、燈的聲、光信號(hào)通知醫(yī)護(hù)人員并進(jìn)行系統(tǒng)不同工作狀態(tài)的指示;按鈕開(kāi)關(guān)用于分機(jī)呼叫。</p><p>　　呼叫分機(jī)的核心器件是單片機(jī)，由它來(lái)發(fā)送呼叫信號(hào)并通過(guò)無(wú)線傳送到主機(jī)上，單片機(jī)采用的是當(dāng)今流行的性價(jià)比較高的STM32單片機(jī)。</p><p>　　分機(jī)和主機(jī)都分別接上一個(gè)無(wú)線網(wǎng)卡。主機(jī)和各個(gè)分機(jī)通過(guò)路由傳輸信息，當(dāng)有一個(gè)分機(jī)接入時(shí)，其他分機(jī)就不能接入，主機(jī)與接入的分機(jī)傳輸完成，掛斷后，其他分

30、機(jī)才能再次接入。</p><p>　　2.2 系統(tǒng)的基本工作過(guò)程</p><p>　　系統(tǒng)分為呼叫分機(jī)和接收主機(jī)。呼叫分機(jī)安裝在病床旁，接收主機(jī)則安裝在護(hù)士站。病人通過(guò)分機(jī)的呼叫器呼叫醫(yī)生，編碼使用stm32完成并通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給接收主機(jī)。主機(jī)接收到網(wǎng)線網(wǎng)絡(luò)發(fā)來(lái)的信號(hào)，并進(jìn)行解碼、顯示和報(bào)警，LED燈屏直觀的顯示呼叫病床位置，為避免不在護(hù)士站的醫(yī)護(hù)人員及時(shí)作出應(yīng)對(duì)措施，走廊內(nèi)的雙面數(shù)碼

31、管也會(huì)同時(shí)顯示呼叫分機(jī)的病房號(hào)，當(dāng)沒(méi)有呼叫傳入時(shí)，數(shù)碼管顯示當(dāng)前時(shí)間。若有多個(gè)病號(hào)同時(shí)呼叫，則循環(huán)顯示病房的代號(hào)，這樣，護(hù)士或醫(yī)生根據(jù)顯示的病床號(hào)進(jìn)行治療和服務(wù)。同時(shí)病人與護(hù)士直接可以語(yǔ)音通話。主機(jī)與分機(jī)直接通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)連接。</p><p>　　3 病房呼叫系統(tǒng)主機(jī)硬件電路設(shè)計(jì)</p><p>　　病房呼叫系統(tǒng)主機(jī)電路部分主要包括顯示電路、鍵盤(pán)電路、語(yǔ)音電路、報(bào)警電路、無(wú)線網(wǎng)卡電路幾大

32、部分。由無(wú)線網(wǎng)卡電路實(shí)現(xiàn)信號(hào)的傳輸是主機(jī)部分的基本設(shè)計(jì)思想，信號(hào)通過(guò)無(wú)線網(wǎng)卡傳輸給路由，在經(jīng)過(guò)路由發(fā)送給接收分機(jī)，大大降低了有線傳輸?shù)木窒扌?，提高了整個(gè)系統(tǒng)的可靠性和抗干擾性。</p><p>　　基于ARM的數(shù)字化病房呼叫系統(tǒng)的主要芯片是stm32f103，以它為核心進(jìn)行控制終端設(shè)備的接收和發(fā)送，采用RS232等通訊技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了主機(jī)和分機(jī)之間的語(yǔ)音和通訊命令的傳輸。</p><p>&l

33、t;b>　　STM32介紹：</b></p><p>　　隨著電子技術(shù)的發(fā)展，特別是隨大規(guī)模集成電路產(chǎn)生而出現(xiàn)的微型計(jì)算機(jī)給人類(lèi)生活帶來(lái)了根本性的改變。如果說(shuō)微型計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)使現(xiàn)代科學(xué)研究得到了質(zhì)的飛躍，那么可以毫不夸張的說(shuō)，單片機(jī)技術(shù)的控制系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，智能化儀器的儀表，辦公自動(dòng)化等在諸多領(lǐng)域得到極為廣泛的應(yīng)用，并已走向家庭，從洗衣機(jī)，微波爐到音響，汽車(chē)，到處都是可以見(jiàn)到單片機(jī)的蹤影，因

34、此，單片機(jī)技術(shù)開(kāi)發(fā)和應(yīng)用水平已逐步成為一個(gè)國(guó)家工業(yè)發(fā)展水平的標(biāo)志之一。</p><p>　　Stm32作為其中有代表性的一種芯片，在各個(gè)方面都有很大的優(yōu)勢(shì)。</p><p>　　內(nèi)核：ARM32位Cortex-M3 CPU，最高工作頻率72MHz，1.25DMIPS/MHz。</p><p>　　存儲(chǔ)器：片上集成32-512KB的Flash存儲(chǔ)器。6-64KB的SR

35、AM存儲(chǔ)器。</p><p>　　時(shí)鐘、復(fù)位和電源管理：2.0-3.6V的電源供電和I/O接口的驅(qū)動(dòng)電壓。POR、PDR和可編程的電壓探測(cè)器（PVD）。4-16MHz的晶振。內(nèi)嵌出廠前調(diào)校的8MHz RC振蕩電路。內(nèi)部40 kHz的RC振蕩電路。用于CPU時(shí)鐘的PLL。帶校準(zhǔn)用于RTC的32kHz的晶振。</p><p>　　低功耗：3種低功耗模式：休眠，停止，待機(jī)模式。為RTC和備份寄存

36、器供電的VBAT。</p><p>　　調(diào)試模式：串行調(diào)試（SWD）和JTAG接口。</p><p>　　最多高達(dá)112個(gè)的快速I(mǎi)/O端口：根據(jù)型號(hào)的不同，有26，37，51，80，和112的I/O端口，所有的端口都可以映射到16個(gè)外部中斷向量。除了模擬輸入，所有的都可以接受5V以內(nèi)的輸入。</p><p>　　最多多達(dá)11個(gè)定時(shí)器：4個(gè)16位定時(shí)器，每個(gè)定時(shí)器有4

37、個(gè)IC/OC/PWM或者脈沖計(jì)數(shù)器。2個(gè)16位的6通道高級(jí)控制定時(shí)器：最多6個(gè)通道可用于PWM輸出。2個(gè)看門(mén)狗定時(shí)器（獨(dú)立看門(mén)狗和窗口看門(mén)狗）。Systick定時(shí)器：24位倒計(jì)數(shù)器。2個(gè)16位基本定時(shí)器用于驅(qū)動(dòng)DAC。</p><p>　　最多多達(dá)13個(gè)通信接口：2個(gè)IIC接口（SMBus/PMBus）。5個(gè)USART接口（ISO7816接口，LIN，IrDA兼容，調(diào)試控制）。3個(gè)SPI接口（18 Mbit/s）

38、，兩個(gè)和IIS復(fù)用。CAN接口（2.0B）。USB 2.0全速接口。SDIO接口。</p><p>　　STM32還可以從外部存儲(chǔ)器（U盤(pán)或MP3播放器）讀取、解碼和輸出音頻信號(hào)。</p><p>　　以上種種優(yōu)勢(shì)都為我們提供了方便。</p><p>　　3.1 顯示模塊電路設(shè)計(jì)</p><p>　　顯示電路主要包括LED燈屏以及數(shù)碼管顯示

39、電路。LED燈屏直觀顯示病房位置，數(shù)碼管則是平時(shí)顯示當(dāng)前時(shí)間，一旦有呼叫傳入，立即顯示病房號(hào)，當(dāng)有多個(gè)病床呼叫時(shí)，循環(huán)顯示病床號(hào)。</p><p>　　3.1.1 LED燈屏</p><p>　　圖3-1 LED燈屏</p><p>　　LED燈屏如圖3-1所示是由8*8的64個(gè)led燈組成的點(diǎn)陣式電路，行、列交叉點(diǎn)對(duì)應(yīng)一只發(fā)光二極管。CD4094是帶輸出鎖存和三

40、態(tài)控制的串入/并出高速轉(zhuǎn)換器，具有使用簡(jiǎn)單、功耗低、驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)和控制靈活等優(yōu)點(diǎn)。因此我們采用兩個(gè)位移位存儲(chǔ)總線寄存器CD4094實(shí)現(xiàn)串入并出，節(jié)省I/0口，其中CD1作行信號(hào)輸出，CD2作列信號(hào)輸出。</p><p>　　CD4094引腳圖如圖3-2所示，其中1腳為鎖存端，2腳為串行數(shù)據(jù)輸入端，3腳為串行時(shí)鐘端。1腳為高電平時(shí)，8位并行輸出口Q1-Q8在時(shí)鐘的上升沿會(huì)隨串行輸入而變化；1腳為低電平是，輸出鎖定。利

41、用鎖存端可以方便的進(jìn)行片選和級(jí)聯(lián)輸出控制。15腳為并行輸出狀態(tài)控制端，低電平時(shí)，并行輸出端處在高阻狀態(tài)，在用CD4094做顯示輸出時(shí)，可以使顯示數(shù)碼閃爍。9腳QS，用于級(jí)聯(lián)，在第九個(gè)串行時(shí)鐘的上升沿開(kāi)始輸出。當(dāng)CD4094電源為5v時(shí)，輸出電流就會(huì)大于3.2mA，灌電流是1mA。串行時(shí)鐘頻率可以達(dá)到2.5MHz。</p><p>　　圖3-2 CD4093引腳圖</p><p>　　3.1

42、.2 數(shù)碼管顯示電路</p><p>　　圖3-3 LED數(shù)碼管筆段及引腳排列</p><p>　　單片機(jī)的控制系統(tǒng)中最常用的顯示器件之一就是LED數(shù)碼管。LED數(shù)碼管的筆段及引腳排列如圖3-3所示，其中a-g段是顯示數(shù)字或字符的筆畫(huà)；dp段顯示小數(shù)點(diǎn)，而3腳和8腳連通作為公共端。在一英寸以下的LED數(shù)碼管內(nèi)，每一個(gè)筆段都有1個(gè)LED發(fā)光二極管，它的導(dǎo)通壓降為1.2-2.5v。依據(jù)LED

43、數(shù)碼管各筆段的LED數(shù)碼管連接方式，可以將LED數(shù)碼管分為共陰和共陽(yáng)兩大類(lèi)。在共陰極數(shù)碼管中，所有的LED發(fā)光二極管的負(fù)極連在一起，然而在共陽(yáng)極數(shù)碼管中，則是所有的正極連在一起。因?yàn)楣碴?yáng)LED數(shù)碼管與OC、OD門(mén)驅(qū)動(dòng)器連接方便，以此在單片機(jī)控制系統(tǒng)中，多用共陽(yáng)LED數(shù)碼管。</p><p>　　圖3-4 數(shù)碼管顯示電路圖</p><p>　　單片機(jī)驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示的方法有很多種，按顯示方式分

44、為靜態(tài)和動(dòng)態(tài)掃描兩種，按譯碼方式可以分為硬件譯碼和軟件譯碼兩種。靜態(tài)顯示即數(shù)碼管的每個(gè)段碼都由單片機(jī)的一個(gè)I/O口驅(qū)動(dòng)，編程簡(jiǎn)單，占用CPU時(shí)間少，顯示亮度高，但是占用的I/O口多，增加了硬件電路的復(fù)雜性。動(dòng)態(tài)顯示則需要CPU時(shí)刻對(duì)數(shù)碼管就行數(shù)據(jù)刷新，顯示數(shù)據(jù)有閃爍感，占用CPU時(shí)間多。無(wú)論是靜態(tài)還是動(dòng)態(tài)顯示方式都各有利弊，靜態(tài)顯示方式雖然數(shù)據(jù)比較穩(wěn)定，但是每個(gè)顯示單元都需要單獨(dú)的顯示驅(qū)動(dòng)電路，需要的硬件卻比較多；動(dòng)態(tài)顯示雖然有閃爍感，

45、占用CPU的時(shí)間多，但是需要的硬件少，大大節(jié)省了硬件電路板空間。因此，我們選用動(dòng)態(tài)掃描方式，其實(shí)，只要LED數(shù)碼管的刷新頻率大于25Hz，即同一個(gè)LED數(shù)碼管相鄰兩次點(diǎn)亮?xí)r間間隔小于40ms，閃爍現(xiàn)象就不會(huì)出現(xiàn)。比較常用的顯示驅(qū)動(dòng)芯片有：CD4094、AMT9595、74LS164等許多種,利用這些芯片實(shí)現(xiàn)串入并出擴(kuò)展輸入口，都是簡(jiǎn)單、實(shí)用的I/O口擴(kuò)展方式。在這里我們選擇位移位存儲(chǔ)總線寄存器CD4094。</p><

46、;p>　　數(shù)碼管顯示電路如圖3-4所示。由于數(shù)碼管顯示電路占用I/O資源多，程序設(shè)計(jì)復(fù)雜，所以在硬件設(shè)計(jì)方面，我們應(yīng)該盡量減少I(mǎi)/O口的占用。因此，我們同樣采用兩個(gè)位移位存儲(chǔ)總線寄存器CD4094實(shí)現(xiàn)串入并出，來(lái)減少I(mǎi)/O口的使用，其中CD1作段選，CD2作位選。軟件方面采用動(dòng)態(tài)掃描的方式顯示當(dāng)前時(shí)間和病床號(hào)。</p><p>　　電路圖中所有數(shù)碼管的A-DP同名端分別連在一起，同時(shí)連著CD4094的8個(gè)并

47、行輸出口Q1-Q8，其中R0-R7為限流電阻，而每個(gè)數(shù)碼管顯示器的com端各自獨(dú)立的連接另一片CD4094的8個(gè)并行輸出口Q1-Q8。</p><p>　　3.2 鍵盤(pán)模塊電路設(shè)計(jì)</p><p>　　在單片機(jī)控制系統(tǒng)中廣泛使用的機(jī)械鍵盤(pán)工作原理是：利用動(dòng)片和靜片觸點(diǎn)的接觸和斷開(kāi)，來(lái)實(shí)現(xiàn)鍵盤(pán)兩引腳的通或斷。如圖3-5所示。</p><p>　　圖3-5 按鍵電氣圖

48、形符號(hào)</p><p>　　圖3-6 鍵盤(pán)電路圖</p><p>　　為了減少了I/O引腳數(shù)目的使用，鍵盤(pán)模塊一般采用4*4的矩陣鍵盤(pán)，也稱(chēng)行列式鍵盤(pán)。使用這種鍵盤(pán)，編程也會(huì)更加靈活。電路如圖3-6所示。它是由四條I/O線Y0-Y3作為行線，四條I/O線X0-X3作為列線組成的鍵盤(pán)。</p><p>　　3.3 語(yǔ)音模塊電路設(shè)計(jì)</p><p&

49、gt;　　為方便醫(yī)護(hù)人員及時(shí)了解病患的情況并作出應(yīng)對(duì)措施，語(yǔ)音通話功能顯得尤為重要。語(yǔ)音模塊主要采用stm32上的I2S音頻協(xié)議,I2S是一個(gè)3引腳的同步串行接口通訊協(xié)議，支持四種音頻標(biāo)準(zhǔn)，包括飛利浦I2S標(biāo)準(zhǔn)，MSB和LSB對(duì)齊標(biāo)準(zhǔn)，以及PCM標(biāo)準(zhǔn)，在這里我們使用的PCM標(biāo)準(zhǔn)。在半雙工的通訊中，可以工作在主、從兩種模式下。</p><p><b>　　I2S的功能如下：</b></p

50、><p>　　電路原理圖如圖3-7、圖3-8所示，圖3-7為語(yǔ)音采集模塊，因?yàn)槁曇粜盘?hào)經(jīng)麥克風(fēng)傳入時(shí)比較微弱，需要經(jīng)lm358放大后再進(jìn)入stm32中，最后由stm32中自帶的ADC通過(guò)MIC通道將語(yǔ)音信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。圖3-8為語(yǔ)音播放模塊，采用lm386芯片將還原信號(hào)進(jìn)行功率放大，濾波后由喇叭播放。</p><p>　　lm386是低電壓音頻功率放大器，他自身功耗低、電壓增益可以調(diào)整、電源

51、電壓的范圍大、外接元件少并且總諧波失真小，所以廣泛應(yīng)用于錄音機(jī)和收音機(jī)中。引腳圖如圖3-9所示。2腳為反相輸入端，3腳為同相輸入端，5腳為輸出端，6腳、4腳分別是電源和地；1腳和8腳是電壓增益設(shè)定端，這里暫時(shí)不用。通過(guò)查lm386的數(shù)據(jù)表可知，電源電壓是4-12v，靜態(tài)消耗電流時(shí)4mA；電壓增益是20-200db，在1腳、8腳開(kāi)路時(shí)，帶寬是300khz，輸入阻抗是50k，音頻功率是0.5w。</p><p>　　

52、圖3-7 語(yǔ)音采集模塊電路圖</p><p>　　圖3-8 語(yǔ)音播放模塊電路圖</p><p>　　圖3-9 lm386引腳圖</p><p>　　3.4 報(bào)警模塊電路設(shè)計(jì)</p><p>　　病房呼叫系統(tǒng)不僅要將呼叫信息實(shí)時(shí)的顯示在屏幕上，而且為了方便及時(shí)性的需要，同時(shí)還要發(fā)出報(bào)警聲音，提示醫(yī)護(hù)人員有病患請(qǐng)求幫助。</p>

53、<p>　　電聲器件是指能將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)換為音頻電信號(hào)或者將音頻電信號(hào)轉(zhuǎn)換為聲音信號(hào)的器件。它是利用電磁感應(yīng)、靜電感應(yīng)或壓電效應(yīng)等來(lái)完成電聲轉(zhuǎn)換的,主要有傳聲器、蜂鳴器和揚(yáng)聲器等。</p><p>　　傳聲器俗稱(chēng)話筒、麥克風(fēng),是一種"聲一電"換能器件,可分為電動(dòng)和靜電兩類(lèi)。電動(dòng)傳聲器是以電磁感應(yīng)為原理,以在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)體上獲得輸出電壓的傳聲器,常見(jiàn)的為動(dòng)圈式傳聲器。靜電傳聲器是以電場(chǎng)

54、變化為原理的傳聲器,常見(jiàn)的為電容式傳聲器。駐極體傳聲器就是利用駐極材料制作的一種典型的電容式傳聲器。</p><p>　　揚(yáng)聲器俗稱(chēng)喇叭,也是一種發(fā)聲器件,與蜂鳴器不同的是揚(yáng)聲器可以發(fā)出多種音頻。揚(yáng)聲器可以播放語(yǔ)音,也可以播放音樂(lè),所以在實(shí)際生活中應(yīng)用相當(dāng)廣泛。</p><p>　　蜂鳴器是一種一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器,通常采用直流電壓供電,廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、報(bào)警器、電子玩具、電話機(jī)

55、等電子產(chǎn)品中做發(fā)聲器件。蜂鳴器只能發(fā)出單一的音頻,不論輸入蜂鳴器的是交流電壓還是直流電壓,只要達(dá)到蜂鳴器的額定電壓,它就會(huì)發(fā)出聲響。即使改變輸入的電壓或頻率,蜂鳴器也只發(fā)出一個(gè)音頻的聲音。</p><p>　　圖3-9 報(bào)警模塊電路圖</p><p>　　綜合比較來(lái)看,蜂鳴器雖然功能最簡(jiǎn)單但完全能滿足我們的發(fā)聲需要,我們既不需要發(fā)聲,也不需要播放音樂(lè),只需要發(fā)出一個(gè)音頻的聲音達(dá)到提示作用即

56、可,同時(shí)它比另外兩種在成本上便宜很多,所以我們選擇蜂鳴器作為發(fā)聲器件。在硬件連接上也十分簡(jiǎn)單,我們只需要用一個(gè)普通I/O控制三極管通斷進(jìn)而達(dá)到控制蜂鳴器通斷的效果。</p><p>　　報(bào)警模塊是由stm32驅(qū)動(dòng)一個(gè)蜂鳴器加上其外圍電路構(gòu)成。NPN作為蜂鳴器的驅(qū)動(dòng)，R57作限流電阻。</p><p>　　3.5 無(wú)線網(wǎng)卡模塊電路設(shè)計(jì)</p><p>　　在通信領(lǐng)域

57、，按照數(shù)據(jù)傳輸?shù)捻樞蚩梢苑譃榇型ㄐ磐ㄐ藕筒⑿袃煞N。無(wú)線網(wǎng)卡模塊與stm32之間使用的便是串行通信。串行通信方式有RS232，RS422和RS485。這里我們使用的串行通信接口是RS232，它是最早發(fā)布的接口。電路圖如圖3-10所示。它是美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)EIA（Electronic Industry Association）制定的一種串行物理接口標(biāo)準(zhǔn)。其中，2腳RXD是串行數(shù)據(jù)接收引腳，輸入引腳；3腳TXD是串行數(shù)據(jù)發(fā)送引腳，輸出引腳。

58、在TXD和RXD上：邏輯1(MARK)=-3V～-15V；邏輯0(SPACE)=+3～+15V,噪聲容限為2V。</p><p>　　Stm32將信號(hào)通過(guò)無(wú)線網(wǎng)卡傳輸信號(hào)給路由，再由路由傳輸給帶有其他網(wǎng)卡的stm32進(jìn)行信號(hào)的解碼、存儲(chǔ)、顯示等，完成信號(hào)的無(wú)線傳輸。</p><p>　　圖3-10 串口電路圖</p><p>　　3.6 電源電路設(shè)計(jì)</p&

59、gt;<p>　　電源是整個(gè)系統(tǒng)正常運(yùn)行的最基本保障。STM32F103的供電電壓范圍為2．0～3．6V。電源模塊是電路關(guān)鍵的一部分，是整個(gè)系統(tǒng)工作的基礎(chǔ)。因此，電源設(shè)計(jì)過(guò)程中需要考慮以下因素：</p><p>　　1)輸入電壓、電流；</p><p>　　2)輸出的電壓、電流和功率；</p><p>　　3)電磁兼容和電磁干擾等。</p>

60、<p>　　電源部分電路圖如圖3-11所示，由于單片機(jī)和串口皆為低功耗器件，其工作電壓為3.3V,我們將來(lái)自USB接口的5V電源經(jīng)過(guò)一對(duì)大小組合的電容濾波之后送入AMS117-3.3V穩(wěn)壓芯片進(jìn)行穩(wěn)壓，穩(wěn)壓后的電源同理再經(jīng)過(guò)一對(duì)大小組合的電容濾波之后輸出平穩(wěn)的3.3V電壓為系統(tǒng)供電。其中的主要芯片是AMS1117-3.3v。AMS1117-3.3是正向低壓降穩(wěn)壓器，外觀如圖3-12所示，它的主要功能是將5v的直流電轉(zhuǎn)換成3

61、.3v的直流電進(jìn)行輸出，供給主芯片stm32、串口通信電路和其他外圍芯片。</p><p>　　圖中，在3.3V的電源輸出端口，我們通過(guò)一個(gè)紅色LED和一個(gè)電阻串接到GND，這樣，LED可作為系統(tǒng)電源的指示燈，當(dāng)系統(tǒng)電源正常的時(shí)候，LED發(fā)出紅光，當(dāng)因?yàn)橄到y(tǒng)硬件電路出現(xiàn)故障或者外部輸入的電壓過(guò)大致使穩(wěn)壓芯片燒壞時(shí)，AMS117的輸出端將無(wú)電壓輸出，紅色LED熄滅。此時(shí)我們就可以通過(guò)LED的亮滅狀態(tài)來(lái)一目了然的看出

62、系統(tǒng)電源是否正常。</p><p>　　圖3-11 電源電路圖</p><p>　　圖3-12 AMS117-3.3v外觀圖</p><p>　　3.7 stm32最小系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)</p><p>　　Stm32最小系統(tǒng)如圖3-13所示，包括晶振模塊，復(fù)位電路，下載電路等。</p><p>　　晶振電路中的兩個(gè)分別是

63、10mhz和32.768khz的晶體振蕩器，其中32.768的晶體振蕩器一般用于時(shí)鐘電路，因?yàn)橥ㄟ^(guò)15次的二分頻就能得到1s的定時(shí)周期；10m的晶體振蕩器作為高速外部時(shí)鐘信號(hào)源，可以為系統(tǒng)提供精確的主時(shí)鐘。在OSC_IN引腳和地，OSC_OUT引腳和地之間串聯(lián)適當(dāng)容值的電容，可以保證晶體振蕩器正常的震蕩，以便個(gè)哦系統(tǒng)提供穩(wěn)定的外部時(shí)鐘信號(hào)。設(shè)計(jì)硬件時(shí)，為了我們應(yīng)該讓晶體振蕩器和負(fù)載電容最大地接近振蕩器的引腳，用來(lái)縮短震蕩的穩(wěn)定時(shí)間，減小

64、輸出失真。晶振系統(tǒng)時(shí)鐘有三種選擇，當(dāng)sw為00時(shí)，選擇內(nèi)部時(shí)鐘；sw為01時(shí)，選擇外部時(shí)鐘；sw為10時(shí)選擇鎖相環(huán)。</p><p>　　STM32支持的復(fù)位方式有系統(tǒng)復(fù)位、電源復(fù)位和后備域復(fù)位三種。</p><p>　　系統(tǒng)復(fù)位將復(fù)位除時(shí)鐘控制寄存器CSR的復(fù)位標(biāo)志和備份區(qū)域中的寄存器以外的所有寄存器，復(fù)位后數(shù)值為默認(rèn)數(shù)值。當(dāng)下列事件中的任意一件發(fā)生時(shí)，將產(chǎn)生系統(tǒng)復(fù)位：當(dāng) NRST 引腳

65、為低電平時(shí)產(chǎn)生外部復(fù)位；獨(dú)立看門(mén)狗終止計(jì)數(shù)產(chǎn)生復(fù)位 (IWDG 復(fù)位)；窗口看門(mén)狗終止計(jì)數(shù)產(chǎn)生復(fù)位 (WWDG復(fù)位)；軟件復(fù)位(SW 復(fù)位)；低功耗管理復(fù)位?？赏ㄟ^(guò)查看 RCC_CSR 寄存器中的復(fù)位狀態(tài)標(biāo)志位來(lái)確定復(fù)位事件的來(lái)源。</p><p>　　電源復(fù)位將復(fù)位除備份區(qū)域寄存器外的所有寄存器。當(dāng)下列事件中任意一件發(fā)生時(shí)，將產(chǎn)生電源復(fù)位：上電/掉電復(fù)位(POR/PDR 復(fù)位)和欠壓復(fù)位(BOR 復(fù)位)；退出待

66、機(jī)模式。復(fù)位源將最終作用于 NRST 引腳，并在延遲階段中保持低電平。芯片內(nèi)部的復(fù)</p><p>　　圖3-13 stm32最小系統(tǒng)電路圖</p><p>　　位信號(hào)會(huì)在 NRST引腳上輸出，脈沖發(fā)生器保證每一個(gè)復(fù)位源(內(nèi)部或外部)的脈沖寬度至少有 20µs；假如當(dāng) NRST 引腳被拉低為低電平產(chǎn)生外部復(fù)位時(shí)，將產(chǎn)生復(fù)位脈沖。</p><p>　　備份區(qū)

67、域復(fù)位將所有的 RTC 寄存器和 RCC_BDCR 寄存器重置為默認(rèn)值。但是復(fù)位不影響B(tài)KPSRAM。復(fù)位 BKPSRAM 的唯一方法就是通過(guò)要求一個(gè)從 1 到 0 的防護(hù)等級(jí)通過(guò) Flash 界面。當(dāng)下列事件中任意一件發(fā)生時(shí)，將產(chǎn)生備份區(qū)域復(fù)位：軟件復(fù)位，通過(guò)設(shè)置備份域控制寄存器(RCC_BDCR)中的 BDRST 位產(chǎn)生復(fù)位；在 VDD 和 VBAT 兩者都掉電的前提下，VDD 或 VBAT 上電將導(dǎo)致備份區(qū)域復(fù)位。</p&g

68、t;<p>　　外部復(fù)位電路連接到 NRST 引腳，既可以通過(guò)復(fù)位按鈕產(chǎn)生一個(gè)低電平的復(fù)位信號(hào)，使系統(tǒng)復(fù)位；還可以把內(nèi)部的復(fù)位信號(hào)輸出，用作其他電路部分的復(fù)位信號(hào)。外部復(fù)位電路如圖 3-13 所示。復(fù)位電路采用按鍵復(fù)位，當(dāng)按鍵按下后，使復(fù)位引腳產(chǎn)生低電平，stm32即可復(fù)位。</p><p>　　下載電路是JTAG接口。另外在所有的STM32芯片上都有BOOT0和BOOT1兩個(gè)管教，這兩個(gè)管教在ST

69、M32復(fù)位時(shí)的電平狀態(tài)決定了其復(fù)位后從哪個(gè)區(qū)域的程序開(kāi)始執(zhí)行。具體見(jiàn)表3-1。</p><p>　　表3-1 STM32三種啟動(dòng)模式</p><p>　　4 病房呼叫系統(tǒng)分機(jī)硬件電路設(shè)計(jì)</p><p>　　病房呼叫系統(tǒng)分機(jī)由呼叫器、語(yǔ)音模塊、電源電路、無(wú)線網(wǎng)卡以及stm32最小系統(tǒng)構(gòu)成。闡明了芯片的選型比較，所選用芯片的內(nèi)部組成、功能特點(diǎn)，并設(shè)計(jì)出具體的硬件電路

70、。根據(jù)硬件連接和模塊的功能要求，提出軟件的設(shè)計(jì)方法并編程。</p><p>　　圖4-1 呼叫器電路圖</p><p>　　4.1 呼叫器電路設(shè)計(jì)</p><p>　　呼叫器是由一個(gè)獨(dú)立按鍵完成呼叫功能，當(dāng)按鍵按下，低電平信號(hào)傳給stm32，再由stm32通過(guò)無(wú)線傳給主機(jī)。電路圖如圖4-1所示。</p><p>　　4.2 語(yǔ)音模塊電路設(shè)

71、計(jì)</p><p>　　語(yǔ)音模塊電路圖如圖3-7、3-8所示，原理如上。</p><p>　　4.3 無(wú)線網(wǎng)卡模塊電路設(shè)計(jì)</p><p>　　無(wú)線網(wǎng)卡模塊與分機(jī)同樣是通過(guò)串行接口RS-232完成通訊，電路圖如圖3-10所示，原理如上。</p><p>　　4.4 電源電路設(shè)計(jì)</p><p>　　分機(jī)與主機(jī)共用一

72、個(gè)電源，電路圖如圖3-11所示，原理如上。</p><p>　　4.5 stm32最小系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)</p><p>　　Stm32最小系統(tǒng)原理圖如圖3-13所示，原理如上。</p><p>　　4.6 病房呼叫系統(tǒng)PCB版圖設(shè)計(jì)</p><p>　　我們使用altium designer來(lái)設(shè)計(jì)病房呼叫系統(tǒng)的PCB板。在PCB設(shè)計(jì)中，布線的

73、時(shí)候有很多原則需要我們注意。比如：抗干擾性設(shè)計(jì)原則、熱設(shè)計(jì)原則、抗震設(shè)計(jì)原則和可測(cè)試性設(shè)計(jì)原則等。布線的時(shí)候?qū)?shù)字地與模擬地通過(guò)磁珠隔離，使得系統(tǒng)地整體平穩(wěn)，另外在布線的過(guò)程中還應(yīng)該注意電容選取與放置、合理分配電源網(wǎng)絡(luò)、過(guò)孔大小位置的排放等，同時(shí)還要盡量加寬回路的線寬和縮短關(guān)鍵信號(hào)走線長(zhǎng)度。</p><p>　　下面列舉一些通用的設(shè)計(jì)原則：</p><p>　　盡量采用45度折現(xiàn)而不采用9

74、0度折角，這種布線方式可以減少高頻信號(hào)對(duì)外的發(fā)射與耦合。</p><p>　　采用串聯(lián)一個(gè)電阻的方法可以降低控制電路上下沿的跳變速率。</p><p>　　石英晶振的外殼一般要接地，石英晶體下面和對(duì)噪聲特別敏感的元器件下面盡量不要進(jìn)行走線。</p><p>　　閑置的門(mén)電路輸出端盡量不要懸空，閑置不用的運(yùn)放正輸入端要接地，負(fù)輸入端接輸出端。</p>&

75、lt;p>　　I/O驅(qū)動(dòng)電路盡量靠近PCB邊緣，同時(shí)總線、時(shí)鐘和片選信號(hào)等要盡量遠(yuǎn)離PCB中的I/O電纜。</p><p>　　PCB中的任何信號(hào)都不要形成環(huán)路，如果實(shí)在不可避免出現(xiàn)環(huán)路，那么要盡量減少相應(yīng)的環(huán)路面積。</p><p>　　我們?cè)O(shè)計(jì)PCB時(shí)，要盡量遵循以上設(shè)計(jì)原則。</p><p>　　布局布線完成后，我們還要進(jìn)行PCB的設(shè)計(jì)檢查。檢查的工作可

76、以分為以下四個(gè)方面：布線的檢查、孔和焊盤(pán)的檢查、元器件的檢查、PCB的檢查。然后我們的PCB就整體完工了。</p><p>　　5 病房呼叫系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)</p><p>　　病房呼叫系統(tǒng)軟件部分采用模塊化設(shè)計(jì)，分為主程序、語(yǔ)音模塊、鍵盤(pán)模塊、顯示模塊及無(wú)線傳輸模塊。應(yīng)用C語(yǔ)言編程，在keil μ Vision4環(huán)境里運(yùn)行。編程語(yǔ)言的軟件設(shè)計(jì)采用C語(yǔ)言編寫(xiě)相關(guān)程序。</p>

77、<p>　　C語(yǔ)音是最常用的編程語(yǔ)言，我們所能接觸到的單片機(jī)幾乎所有都支持C語(yǔ)言的開(kāi)發(fā)。它有很多的優(yōu)點(diǎn)：語(yǔ)言簡(jiǎn)單、可移植性好、表達(dá)能力強(qiáng)、靈活的表達(dá)、可以是結(jié)構(gòu)化編程、生成的代碼質(zhì)量高、可直接操控電腦硬件等。</p><p>　　KEIL MDK軟件是一家德國(guó)軟件公司為ARM公司目前最新推出的多款嵌入式處理器而研發(fā)的開(kāi)發(fā)工具。uVision4的開(kāi)發(fā)過(guò)程如下：</p><p>　　

78、新建一個(gè)工程，生成一個(gè)新的項(xiàng)目，選擇芯片類(lèi)型并對(duì)開(kāi)發(fā)工具進(jìn)行配置，做好必要的準(zhǔn)備。</p><p>　　編寫(xiě)C語(yǔ)言源代碼即工程項(xiàng)目程序。</p><p>　　對(duì)已經(jīng)寫(xiě)好的源代碼進(jìn)行編譯調(diào)試并生成目標(biāo)文件，通過(guò)系統(tǒng)仿真查看相應(yīng)寄存器或者指令的調(diào)用情況，對(duì)程序進(jìn)行進(jìn)一步修改。</p><p>　　將目標(biāo)程序通過(guò)J-LINK仿真器下載到單片機(jī)中，同時(shí)設(shè)置斷點(diǎn)，查看硬件在程

79、序執(zhí)行每一步的效果，驗(yàn)證程序執(zhí)行的正確性。</p><p>　　綜上所述，為了降低系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和維護(hù)的難度，縮短開(kāi)發(fā)周期，本課題選擇keil編譯器為病房呼叫系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)工具。</p><p>　　5.1 主程序設(shè)計(jì)</p><p>　　病房呼叫系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)使用的是STM32本身的固件庫(kù)。系統(tǒng)開(kāi)始運(yùn)行后，首先檢測(cè)電源狀態(tài),對(duì)STM32、數(shù)碼管和LED燈屏等進(jìn)行初始化，

80、一切正常后等待中斷的發(fā)生,主控制器開(kāi)始檢測(cè)是否有呼叫傳入，當(dāng)呼叫出傳入后，運(yùn)行子程序。</p><p>　　5.2 語(yǔ)音模塊程序設(shè)計(jì)</p><p>　　語(yǔ)音模塊采用的VS1053b，它是通過(guò)一個(gè)串行輸入總線來(lái)接收它的輸入比特流，數(shù)據(jù)流被解碼后會(huì)通過(guò)數(shù)字音量控制器送到一個(gè)高精度DAC，其中的解碼器是通過(guò)一個(gè)串行控制總線來(lái)控制的。它控制整個(gè)系統(tǒng)完成語(yǔ)音錄入，存儲(chǔ)，發(fā)送，接受，播放等功能。&

81、lt;/p><p>　　首先，激活PCM錄音模式，加載patch。PCM錄音模式是通過(guò)設(shè)置SPI_MODE位來(lái)激活的，激活PCM錄音之前，用戶應(yīng)該給SCI_AICTRL0寫(xiě)個(gè)SCI_AICTRL0的時(shí)鐘分頻值。采樣率是CLKI/256*d，其中CLKI是內(nèi)部時(shí)鐘，d是SCI_AICTRL0里面的分頻值，如果d是0，并2倍頻，外部晶振是12.288m，那么采樣率就是16KHz，但是如果是線性的PCM,采樣率就是采樣值。

82、線性錄音的增益由SCI_AICTRL1控制，AGC增益的最大值由SCI_AICTRL2控制。</p><p>　　然后初始化wav頭，程序中設(shè)置的采樣率是8khz，線性PCM格式是16位，但是因?yàn)殇浺暨€沒(méi)有真正開(kāi)始，文件的大小和數(shù)據(jù)的大小都是不能確定的，要等到錄音結(jié)束才可以知道。</p><p>　　讀取PCM數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)前面幾步的處理，這一步就比較簡(jiǎn)單了，只需要不停的從SCI_HDAT0中

83、讀取數(shù)據(jù)，然后存入wav文件即可，不過(guò)這里我們還需要做文件大小統(tǒng)計(jì)，在最后的時(shí)候?qū)懭雡av頭里面。</p><p>　　計(jì)算整個(gè)文件大小，重新保存wav頭并關(guān)閉文件。在結(jié)束錄音的時(shí)候，我們必須知道本次錄音的大?。〝?shù)據(jù)大小和整個(gè)文件大?。缓蟾聎av頭，重新寫(xiě)入文件，最后因?yàn)镕ATFS，在文件創(chuàng)建之后，必須調(diào)用f_close，文件才會(huì)真正體現(xiàn)在文件系統(tǒng)里面，否則是不會(huì)寫(xiě)入的！所以最后還需要調(diào)用f_close，以

84、保存文件。</p><p>　　開(kāi)機(jī)的時(shí)候先檢測(cè)字庫(kù)，然后初始化VS1053，進(jìn)行RAM測(cè)試和正弦測(cè)試，之后，檢測(cè)SD卡根目錄是否存在RECORDER文件夾，如果不存在則創(chuàng)建，如果創(chuàng)建失敗，則報(bào)錯(cuò)。在找到SD卡的RECORDER文件夾后，即設(shè)置VS1053進(jìn)入錄音模式，開(kāi)始錄音，如果有TPAD按下，則開(kāi)始播放錄音。流程圖如圖5-1所示。</p><p>　　圖5-1 錄音流程圖</p

85、><p>　　5.3 顯示模塊程序設(shè)計(jì)</p><p>　　5.3.1 數(shù)碼管顯示</p><p>　　數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示程序包括數(shù)字的顯示、小數(shù)點(diǎn)的顯示、數(shù)碼管的閃爍和數(shù)碼管的消隱等。顯示的字符跟數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)關(guān)系如表5-1所示：根據(jù)人的視覺(jué)暫留現(xiàn)象，一個(gè)數(shù)碼管每秒必須點(diǎn)亮50次以上，才能達(dá)到穩(wěn)定顯示數(shù)據(jù)的目的。</p><p>　　首先把段碼數(shù)據(jù)通過(guò)

86、串行通道送到端口上,然后位選通一個(gè)數(shù)碼管,讓這個(gè)數(shù)碼管顯示傳輸?shù)臄?shù)據(jù),數(shù)據(jù)一般要保持1-5ms,然后通過(guò)軟件關(guān)掉全部的數(shù)碼管,再把下一個(gè)數(shù)碼管的數(shù)據(jù)通過(guò)串行通道送到端口上,選通下一個(gè)數(shù)碼管。當(dāng)所有的數(shù)碼管顯示一遍后，我們稱(chēng)為一個(gè)掃描周期。在程序設(shè)計(jì)中我們一般采用兩種方法：直接延時(shí)和定時(shí)中斷掃描。但是為了提高CPU效率,這次我們最好是使用定時(shí)中斷掃描的方法。即每1ms顯示一個(gè)數(shù)碼管.這樣會(huì)達(dá)到很好的顯示效果.</p><

87、;p>　　表5-1 顯示字符跟數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)關(guān)系</p><p>　　小數(shù)點(diǎn)的顯示方式有：</p><p>　　1）固定式：小數(shù)點(diǎn)的顯示位置不能改變，程序設(shè)計(jì)較簡(jiǎn)單。</p><p>　　2）特征位式：每位二進(jìn)制數(shù)控制一個(gè)小數(shù)點(diǎn)的亮暗情況，一個(gè)字節(jié)同時(shí)控制8個(gè)。</p><p>　　3）計(jì)數(shù)式：用數(shù)字控制第N位的小數(shù)點(diǎn)亮。如：5表示第5位小數(shù)

88、點(diǎn)亮，其它暗。</p><p>　　4）ASCII碼式：送到顯示緩沖區(qū)的數(shù)是ASCII碼數(shù)據(jù)，在包含“.“時(shí)，相應(yīng)位的小數(shù)點(diǎn)亮。</p><p>　　在這里我們使用的是固定式。</p><p>　　5.3.2 LED燈屏顯示</p><p>　　LED燈屏顯示同樣也是采用了掃描的方式。先掃描行，在掃描列，一旦檢測(cè)到高電平，則相應(yīng)的LED燈就會(huì)

89、點(diǎn)亮。</p><p>　　5.4 鍵盤(pán)模塊程序設(shè)計(jì)</p><p>　　鍵盤(pán)模塊的程序首先需要進(jìn)行初始化，初始化延時(shí)函數(shù)，初始化LED端口，初始化與按鍵連接的硬件接口。然后軟件對(duì)按鍵去抖，寫(xiě)明每個(gè)按鍵的功能。</p><p>　　5.5 無(wú)線傳輸模塊程序設(shè)計(jì)</p><p>　　當(dāng)數(shù)據(jù)從CPU經(jīng)過(guò)串行端口發(fā)送出去時(shí)，字節(jié)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為串行的

90、位，在接收數(shù)據(jù)時(shí)，串行的位被轉(zhuǎn)換為字節(jié)數(shù)據(jù)。無(wú)線網(wǎng)卡與stm32直接就是使用的串口通信。</p><p><b>　　5.6 軟件調(diào)試</b></p><p>　　系統(tǒng)源程序采用 keil μ Vision 4版本軟件仿真器進(jìn)行軟件調(diào)試，首先依據(jù)各功能模塊的功能要求和工作過(guò)程畫(huà)出程序的流程圖，然后根據(jù)流程圖和系統(tǒng)的硬件連接寫(xiě)出詳細(xì)的C語(yǔ)言程序，在調(diào)試時(shí)可以一個(gè)模塊一

91、個(gè)模塊調(diào)試，以減少錯(cuò)誤的幾率，各個(gè)功能模塊調(diào)試完了，再對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試，一旦有報(bào)錯(cuò)信息，可以對(duì)功能模塊再次仔細(xì)檢查，直到調(diào)試成功為止。</p><p><b>　　結(jié) 論</b></p><p>　　基于STM32F103的無(wú)線病房呼叫系統(tǒng)采用無(wú)線傳輸信號(hào)的功能并用數(shù)碼管和LED燈屏雙重顯示病房的呼叫，增大了呼叫的成功率、系統(tǒng)的可靠性和靈活性，其設(shè)有語(yǔ)音傳輸功能，

92、在使用的過(guò)程中，可以通過(guò)通話更及時(shí)的了解病患的情況及需求，使呼叫更具人性化，同時(shí)系統(tǒng)的無(wú)線發(fā)射接收模塊電路可以增大系統(tǒng)靈活性，避免臨時(shí)加床時(shí)的不能呼叫的情況發(fā)生，是病患得到最好的服務(wù)。</p><p>　　系統(tǒng)是基于ATSTM32F103單片機(jī)設(shè)計(jì)的，依靠其低功耗、強(qiáng)大的功能和使用方便等優(yōu)點(diǎn)，使整個(gè)系統(tǒng)總體性能更高,其表現(xiàn)出的技術(shù)特點(diǎn)如下：</p><p>　　a) 利用兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的I2S接

93、口實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音錄音和播放功能，使護(hù)士或者醫(yī)生能及時(shí)了解病患需求。</p><p>　　b) 系統(tǒng)采用LED燈屏和數(shù)碼管雙重顯示的方法，有力的解決了漏聽(tīng)。</p><p>　　c) 利用系統(tǒng)內(nèi)部時(shí)鐘設(shè)置時(shí)間并顯示。</p><p>　　D) 通過(guò)軟件，對(duì)語(yǔ)音芯片不錄放音時(shí)切換到低功耗省電模式，未用時(shí)不選中語(yǔ)音芯片的思想大大降低了功耗。</p><p&g

94、t;<b>　　致 謝</b></p><p>　　四年的學(xué)習(xí)生涯即將結(jié)束了，很高興能在最后的整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，受到我的指導(dǎo)老師孟志永教授的親切關(guān)懷和悉心指導(dǎo)，孟老師以他高尚的師德、誨人不倦的精神、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)慕虒W(xué)態(tài)度以及對(duì)我的諄諄教導(dǎo)，影響著我，激勵(lì)著我，使我受益匪淺。從課題的選擇到項(xiàng)目的最終完成，孟老師都始終給予我細(xì)心的指導(dǎo)和大量的修改意見(jiàn)，在此謹(jǐn)向刁老師致以誠(chéng)摯的謝意和崇高的敬意。<

95、;/p><p>　　在畢業(yè)設(shè)計(jì)完成過(guò)程中，和我一個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)組的同學(xué)們給了我很大的幫助，與他們進(jìn)行了許多有益的探討，正是由于你們的幫助和支持，我才能克服一個(gè)個(gè)困難和疑惑，直至論文的順利完成，在此表示誠(chéng)摯的感謝！</p><p>　　在此，我還要感謝所有教育過(guò)我和幫助過(guò)我的老師們，你們的悉心教導(dǎo)是我一生中最寶貴的財(cái)富。感謝我所有的同學(xué)和朋友們，在一起生活和工作學(xué)習(xí)的美好時(shí)光里，你們所給予的真誠(chéng)鼓勵(lì)

96、和無(wú)私幫助是我終生難忘的！最后，我還要感謝培養(yǎng)我長(zhǎng)大,含辛茹苦的父母，感謝你們多年來(lái)對(duì)我的默默付出和背后無(wú)私的支持,你們以微薄的收入支持著我的學(xué)習(xí),你們的殷切期盼一直是我前進(jìn)道路上不竭的動(dòng)力,為了你們,我會(huì)更加努力拼搏、進(jìn)取不辜負(fù)你們對(duì)我的期望!謝謝你們!</p><p><b>　　參 考 文 獻(xiàn)</b></p><p>　　1 陳新崗，趙陽(yáng)陽(yáng)，李泰鑫.基于單片機(jī)

97、的無(wú)線病房呼叫系器[J].重慶工學(xué)院學(xué)報(bào)，2008,22（10）：126-130</p><p>　　2 張華林，林達(dá)明.無(wú)線病房呼叫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].國(guó)外電子元器件，2006,（8）：22-25</p><p>　　3 王南陽(yáng).單片優(yōu)質(zhì)語(yǔ)音錄放集成電路應(yīng)用手冊(cè).北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2006.1</p><p>　　4 周美娟，肖來(lái)勝.單片機(jī)技術(shù)及系統(tǒng)設(shè)計(jì).

98、北京:清華大學(xué)出版社，2007.8</p><p>　　5 蔡方凱.單片機(jī)原理及基于單片機(jī)的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì).北京:中國(guó)水利水電出版社，2007.4</p><p>　　6 楊光祥，梁華，朱軍.STM32單片機(jī)原理與工程實(shí)踐.武漢:武漢理工大學(xué)出版社，2013.03</p><p>　　7 劉軍.例說(shuō)STM32.北京:北京航空航天大學(xué)出版社，2011.04<

99、;/p><p>　　8 何立民.單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)選編.北京:北京航空航天大學(xué)出版社，2006.5</p><p>　　9 周潤(rùn)景.Altium designer原理圖與PCB設(shè)計(jì).北京市:電子工業(yè)出版社.2009.06</p><p>　　10 李珩.Altium designer6電路設(shè)計(jì)實(shí)例與技巧.北京市:國(guó)防工業(yè)出版社，2008</p><

100、p>　　11 趙俊.ARMCortex-M0從這里開(kāi)始.北京市:北京航空航天大學(xué)出版社，2012.01</p><p>　　12 王永虹，徐偉，郝立平.STM32系列 ARM Cortex-M3微控制器原理與實(shí)踐.北京市:北京航空航天大學(xué)出版社，2008.07</p><p>　　13 劉國(guó)鈺.單片機(jī)原理及應(yīng)用.北京市:北京大學(xué)出版社，2013.03</p>&l

101、t;p>　　14 邢吉生.嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用.北京市：北京大學(xué)出版社，20011.09</p><p>　　15 楊恢先，黃輝先.單片機(jī)原理及應(yīng)用.北京：人民郵電出版社，2006.10</p><p>　　16 李念強(qiáng)，張羽，張魯，王玉泰.單片機(jī)原理及應(yīng)用.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.4</p><p>　　17 曹秀英.無(wú)線局域網(wǎng)安全系統(tǒng).北京

102、市：電子工業(yè)出版社，2004</p><p>　　18 上海怡鼎信息科技有限公司，倪旭祥，計(jì)春雷.ARM Cortex-A8嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與實(shí)踐 WinCe與Android平臺(tái).北京市：中國(guó)水利水電出版社，2011.01</p><p>　　19 陳啟軍.嵌入式系統(tǒng)及其應(yīng)用 基于Cortex-M3內(nèi)核和STM32F103系列微控制器的系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā).上海市：同濟(jì)大學(xué)出版社，2011.0

103、5</p><p>　　20 廖義奎.Cortex-M3之STM32嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì).北京市：中國(guó)電力出版社，2012.04</p><p>　　21 周惠潮.常用電子元件及典型應(yīng)用.北京：電子工業(yè)出版社，2006.5</p><p>　　22 黃惟公，鄧成中，王燕.單片機(jī)原理及應(yīng)用技術(shù).西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2007.8</p><

104、p>　　23 G.S.Cheung，J.Y.M，Aszi，D.Intelligence in building: the Protential of advanced modeling Loveday.D.L.Virk.Automation in Consturction.1997，447-461</p><p>　　24 S.Wang,A.Sekey and A.Gersho:An objective

105、 measure for predicting subjective guality of speech coders, IEEE J. Select,Areas commun. 10No.5 819-829,1992.6</p><p>　　25 Microelectronics Analog Communications Handbooks.Mitel,1991</p><p>　　

106、附錄A 系統(tǒng)源程序</p><p><b>　　主程序</b></p><p>　　#include "led.h"</p><p>　　#include "delay.h"</p><p>　　#include "key.h"</p><

107、p>　　#include "tpad.h"</p><p>　　#include "sys.h"</p><p>　　#include "lcd.h"</p><p>　　#include "usart.h"</p><p>　　#include "

108、;flash.h"</p><p>　　#include "sram.h"</p><p>　　#include "malloc.h"</p><p>　　#include "string.h"</p><p>　　#include "mmc_sd.h"

109、</p><p>　　#include "ff.h"</p><p>　　#include "exfuns.h"</p><p>　　#include "fontupd.h"</p><p>　　#include "text.h"</p><p