新生儿录像终端操作器的设计

1、西安工业大学北方信息工程学院本科毕业设计（论文）题目：新生儿录像终端操作器的设计系（部）:电子信息系专业：自动化班级：学生：学号：指导教师：2010年06月新生儿录像系统终端操作器的设计摘要随着我国城乡居民经济水平和文化层次的逐年提高，人们越来越注重精神追 求，希望能留下人生每一刻的回忆，尤其是呱呱坠地的那一刻画面。新生儿实时录 像系统的高科技技术在医院的应用，是科学技术和经济发展的结晶。新生儿录像系 统安装在医院产科，硬件设备分为“录像系统”和“终端操作器”两部分。终端操 作器用于对录像系统的控制。新生儿录像系统的终端操作器由以下几个模块组成:电源电路、单片机外围电路 （实时时钟电路、看门狗

2、复位电路）、液晶接口电路、键盘接口电路、串行通信接 口电路。新生儿录像系统以单片机c语言來进行软件设计，指令的执行速度快，节 省存储空间。为了便于扩展和更改，软件的设计采用模块化结构，使程序设计的逻 辑关系更简明，使硬件在软件的控制下协调运作。论文首先介绍了新生儿录像系统的背景、意义以及本次课题完成的功能；其次, 对系统的整体设计进行系统介绍；然后，对系统的硬件设计及软件设计进行了模块 式的介绍和分析；对印刷电路板的制作及软件调试也进行了论述；最后，对用单片 机实现的新生儿录像系统的终端操作器进行了总结。本文撰写的主导思想是以硬件 为主，软件为辅，來进行各功能模块的编写。关键词：新生儿录像系统

3、；终端操作器；单片机；串行通信neonatal video system of terminal designabstractwith chinafs urban and rural residents in economy and cultural levels increased year by year, people pay more and more attention to spiritual pursuit, want to make every moment of life, especially the memories of that moment leash. neona

4、tal real-time video system technology in hospital, the application of science and technology is the crystallization of economic development. neonatal video system installed in the maternity hospital, hardware into hvideo system” and "terminal operators11 two parts. terminal operation was used i

5、n the control of video system.neonatal video system is composed of the terminal operation under several modules: power supply circuit, outer circuit chip(real-time clock circuit, the watchdog reset circuit), lcd interface circuit, keyboard interface circuit, serial communication interface circuit. n

6、eonatal video system with single-chip c for software design, the instruction execution speed, to save storage space. in order to facilitate expansion and change, the design of software modular structure, make the design program logic relationship more concise, make the hardware in the software under

7、 the control of the harmonious operationit firstly introduces the background of neonatal video system, and the subject of the complete functions, secondly, to the whole system design, system is introduced, then, the system hardware design and software design of the module are introduced and analyzed

8、, for pcb fabrication and software testing are also discussed, finally, with the newborn microcontroller is the terminal operation video system are summarized. this is the dominant ideology of writing software, hardware, to the preparation of the functional modules.key words: neonatal video systems;

9、 terminal operators; microcontroller;serial communication 主要符号表1绪论11课题背景11.2开发意义21.3课题完成功能22系统整体设计32系统功能分析32.2 系统方案设计32.2.1 原理框图32.2.2设计方案42.3 at89s51单片机简介52.3.1 主要性能参数52.3.2管脚说明52.4 ds1302 简介72.5 max813 简介82.6 rs-232 简介82.7 液晶控制器t6963c简介93系统硬件设计103.1 电源电路设计103.1.1 7805电源电路的主要特点103.1.2 7805在降压电路中的注意

10、事项103.2单片机外围电路设计113.2.1实时时钟电路的设计113.2.2看门狗复位电路的设计123.3 键盘接口电路设计133.4液品显示接口电路设计143.5串行通信电路设计153.6红外感应接口电路设计164系统软件设计174.1模块功能分析174.2软件设计主程序框图174.3 液晶显示模块184.4键盘扫描模块194.5串行通信模块215印刷电路板的制作225电路板的基本绘制225.2 布局225.3 布线236调试246.1 wave伟福器的特点246.2调试的主要方法246.3在调试屮遇到的问题257结论26参考文献27致谢28毕业设计（论文）知识产权声明29毕业设计（论文）

11、独创性声明30附录a硬件原理图31附录bpcb板图32主要符号表lcd液晶显示器eia电子工业协会rom只读存储器eprom可擦除可编程只读存储器ram随机存取存储器dip双列直插式封装sop表面装配式封装sip单列直插式封装led发光二极管pc个人计算机cgrom中文字库1绪论1绪论1.1课题背景我国的科学技术高速发展，传统的录像系统终端操作器距离计算机太近，而且 键盘庞大不易操作，这在很大程度上限制了录像系统操作的灵活性，已不能满足人 们的需要。因此，一种新型的终端操作器应运而生。它主要由一个4x4的键盘、 液晶显示器、at89s51单片机及红外检测组成，具有体积小、结构简单、操作方便、

12、性能稳定、价格低廉等特点，并且能够进行远程控制，在医疗卫生应用领域有着广 阔的发展前景。利用这种新型终端操作器的新生儿录像系该系统是安装在医院产房、洗浴室、 抚触室的实时录像装置，新生儿录像系统的硬件是由电脑主机、显示器、刻录机、 摄像头、采集卡、加密狗、脚踏开关、指示灯、拾音器等设备组成的。该项目属高 科技、高智能产品，操作简单、方便，在整个过程中自动拍摄完全避免了产妇隐私 及带有血液画面等问题，既不用非医务人员进入，也不增加医务人员的工作量，对 新生儿出生后第一时间、第一声啼哭、吸痰、剪脐带、称体重、按手脚印、穿衣、 洗澡、游泳、抚触等过程进行实时采集，并通过该系统配以生动、活泼、可爱的画

13、 面，从而自动生成集纪念性、教育性、艺术性、唯一性历史性、人性化、教育性于 一体的新生儿vcd/dvd纪念光碟。目前，这套系统在国内婴幼儿市场属于尚未成型的过渡吋期，这套系统在国内 尚属新生事物，而在国外很多发达国家的医院已经基本都装上了这种设备。国内的 许多医院仍然在采取传统的图片、画册等方式记录新生儿降临这个世界的珍贵吋 刻，但也有很多的公司、企业、医院看好了这个商机，开始开发、研制和使用新生 儿录像系统，例如：济南世纪定点科技有限公司、杭州优藤医药科技有限公司、北 京贝贝秀科技发展有限公司、西安高新医院等。国内的多个城市开展了新生儿录像 系统的项目，并在多家医院取得了成功，得到了医院及产

14、妇的普遍欢迎和积极的评 价。中国人口的出生率是基本稳定的，而且随着物质生活和精神生活的进一步提高, 人们对此类产品的消费能力和消费热情也会随之不断地提高，目前，婴幼儿市场属 启蒙阶段，市场切合点仍在初建吋期，传统的纪念方式仍占主要，而能够提供多功 能、多样化、画面流动性好、个性化的产品，高品质的服务及专业的指导，将是未 来市场发展的趋势。此类产品是一项投资少、冋报高、能实现经济效益和社会效益 兼得的稳定经营项0 ,而且现在正是不断发展和过大的垂要吋期和必经之路。1.2开发意义随着我国城乡居民经济水平的逐年提高，新生儿父母年龄的下移和文化层次的 提高，人们越来越注重物质之外的精神方面的追求。人们

15、都希望能够留下人生的每 一刻的回忆，尤其是来到这个世界的那一刻的画面。新生儿实时录像系统的高科技 技术在医院的应用，是科学技术和经济发展的结晶，实现了年轻父母们能够亲眼冃 睹宝宝初到人世时那一精彩时刻的愿望。其具体意义有：1、该项目的应用不仅提高了医院在当地的知名度，还是宣传的一个亮点，吸 引了更多产妇到本医院就诊，既增强了社会效应又增加了经济效益，成效十分可观。2、该项目实施的新生儿录像采用的是高端技术，录制完后可剪辑、可删除， 针对拍摄内容，现场即时刻录。片头可根据医院情况对医院加以宣传，片尾是关于 如何护理婴幼儿及早教的知识，帮助年轻的父母了解更多的护理婴幼儿的知识，从 而体现了医院关心

16、下一代健康成长的美好愿望和社会责任感。3、该项目的应用可有效提高医院的服务意识、服务质量和综合竞争力，使操 作过程更加规范细致，增加医护人员的亲和力和责任感。4、该项目的应用满足了新生儿家庭希望给孩子和亲属留下美好回忆，把新生 儿出生过程拍摄刻录成盘，留作纪念珍藏的需求，体现了医院对社会的人文关怀。5、满足社会需求：通过对全国大屮型医院产科调查，结果显示80%以上的新 生儿家庭希望给孩子和亲属留下一个美好的回忆。6、纪念意义和教育意义：记录家庭、母亲、孩子最珍贵的那一个时刻和感情。 孩子长大后看到影片，教育孩子感受到母亲孕育的不易，懂得孝敬父母。1.3课题完成功能终端操作器的控制部分由at89

17、s51单片机和4x4的键盘组成，它们主要对计 算机的软件进行控制，以控制摄像机的工作。检测部分是由红外检测电路组成，用 于检测有无录像对彖。显示部分釆用lcd液晶显示器，主要显示终端操作器与主 机连接的工作状态、用户的输入，时钟，命令发送等情况。输入部分由一个4x4 的键盘构成，用于用户的输入、与主机连接的测试、命令的发送等。命令的发送通 过标准的rs232通信方式，主要是实现与pc机的串行通信，完成婴儿编号和对录 像过程的控制。2系统整体设计2系统整体设计2.1系统功能分析新生儿录像系统安装在医院产科，硬件设备分为“录像系统”和“终端操作器” 两部分。录像系统主要由一台计算机控制几台摄像机，

18、对新生婴儿的活动进行录像，从 新生儿出生后的第一秒开始，对啼哭、吸痰、剪脐带、称重量、按脚印、穿衣、养 护等过程进行实吋录，像采集画面，并传递和存储到本地计算机，自动生成 vcd/dvd文件山。终端操作器的作用：控制录像系统能够准确无误的对新生儿进行实吋录像。当 终端操作器通过红外感应器，感应到有工作人员在指定的录像区域吋，终端操作器 便利用lcd液晶显示器提示工作人员输入婴儿编号、护士编号等信息，并把该信 息存储，同时将信息组成一定的帧数据，经过rs232转换电路，发送至计算机，并 命令录像系统对该区域进行录像。同理，当工作人员与新生儿都离开录像区域吋， 终端操作器通过红外感应器感应到在录像

19、区域无人，便再次通过rs232转换电路， 发送停止录像命令。2.2系统方案设计2.2.1原理框图图2.1新生儿录像系统终端操作器原理框图2.2.2设计方案终端操作器的红外检测部分采用热释电红外线感应器，当人进入感应区时，热 释电红外线感应器电路感应人体的红外线，或人体与环境的红外线差界，控制输出 “开”信号；当人离开感应区域后，控制输出“关"信号，所以电路设计很简单，只需 将热释电红外线感应器看做一个开关，直接接到单片机的i/o上，然后在软件中实 时检测这个端口的状态，即可判断出是否有人进入到感应区域。电源电路的设计采用三端稳压集成电路7805,它将12v的输入电压转化为5v的 输出

20、电压，电路中采用两个电解电容和普通电容进行稳压和滤波，再接上一个led 发光二极管，进行显示电源的止常供应。终端操作器的控制部分由at89s51单片机和4x4的键盘组成，它们主要对计 算机的软件进行控制，以控制输入的信息和摄像机的工作。显示部分采用192x64lcd液晶显示器，主要显示终端操作器与主机连接的工 作状态、用户的输入信息，时钟，命令发送等情况。输入部分由一个4x4的键盘构成，键盘接口也是实际设计系统中所必不可少 的输入接口设备，不论是时间值的调整，还是系统中功能的设定都得通过键盘输入 到cpu进行键值处理调整，所以设计一个合理的键盘接口电路也是实验板中所必 须的。在这16个按键中包

21、括09十个数字键，用以输入新生儿编号及护士编号等 信息；一个确认键；一个换行键；一个删除键；一个左移键；一个右移键和一个保 留键，用于用户信息的输入、与主机连接的测试、命令的发送等。命令的发送通过标准的rs232通信方式，主要是实现与pc机的串行通信，完 成婴儿编号和对录像过程的控制。ds1302是美国dallas公司推岀的一种高性能、低功耗、带ram的实时时 钟电路，它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能， 工作电压为2.5v5.5v。at89s51单片机常用的复位方式有上电复位、手动复位和看门狗定时器复位 三种。本系统采用看门狗定时器复位，看门狗定时器是可以根据用户

22、程序正常运行 周期设定的专用定时器。2.3 at89s51单片机简介at89c51是美国atmel公司生产的低功耗，高性能cmos 8位单片机，内含 4k bytes的口j反复擦写的flash只读程序存储器和128k bytes的随机存取数据存储 器（ram）,器件釆用atmel公司的高密度，非易失性存储技术生产。兼容mcs-51 指令系统，片内置8位中央处理器（cpu）和flash存储单元，功能强大的at89c51 单片机可为您提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域5。2.3.1主要性能参数：与mcs-51产品指令系统完全兼容； 4k字节在系统编程（isp） flash闪速存储

23、器； 1000次擦写周期； 4.05.5v的工作电压范围；全静态操作：0hz33mhz；三级程序加密锁； 128x8字节内部ram； 32个可编程i/o 口线； 2个16位定时/计数器； 6个中断源；全双工串行uart通道；低功耗空闲和掉电模式；中断可从空闲模唤醒系统；看门狗（wdt）及双数据指针；掉电标识和快速变成特性；灵活的在系统编程（isp字节或页写模式）。2.3.2管脚说明：vcc：电源电压gnd：地p0 口： p0 口为一个8位漏级开路双向i/o 口，即地址/数据总线复用口。 作为输出口用吋，每位能驱动8个ttl逻辑门电路，对端口写“1”可作为高 阻抗输入端用。在访问外部数据存储器或

24、程序存储器时，这组口线分吋转换地 址（低8位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。在fiash编 程吋，p0 口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验吋，要求 外接上拉电阻。p1 口： p1 口是一个带内部上拉屯阻的8位双向i/o 口，p1 口输出缓冲级 可驱动4个ttl逻辑门电路。p1端口写入“1”后，通过内部的上拉电阻把端 口拉到高电平，此吋可用作输入口。做输入口使用时，因为内部存在上拉电阻, 某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流。在flash编程和程序校验期间, p1接收低8位地址。表2.1 p1端口引脚第二功能端口引脚第二功能p1.5mosi（用于isp编程）p1.

25、6miso（用于isp编程）p1.7sck（用于isp编程）p2 口： p2 口为一个到有内部上拉电阻的8位双向i/o 口，p2 口输出缓冲 级可驱动4个ttl fl电路，当p2 口被写“厂时，通过内部上拉电阻把端口拉 到高电平，此时可作为输入口。作为输入时，因为内部存在上拉电阻，某个引 脚被外部信号拉低时会输出一个电流。在访问外部程序存储器或16位地址外 部数据存储器时，p2 口输出地址数据的高8位。在访问8位地址的外部数据 存储器时，p2 口线上的内容在整个访问期间不变。flash编程或校验时，p2 口亦接收高位地址和其他控制信号。p3 口： p3 口管脚是8个带内部上拉电阻的双向i/o

26、口，p3 口输出缓冲级 可驱动4个ttl门电路。当p3 口写入“1”后，它们被内部上拉电阻拉为高电 平，并用作输入口。作为输入时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信 号拉低时会输出一个电流。p3 口还接收一些用于flash闪存存储器编程和程序 校验的控制信号。表2.2 p3端口引脚第二功能端口引脚第二功能p3.0rxd （串行输入口）p3.1txd （串行输岀口）p3.2/into （外部中断0）p3.3/int1 （外部中断1）p3.4t0 （记时器0外部输入）p3.5t1 （记时器1外部输入）p3.6/wr （外部数据存储器写选通）p3.7/rd （外部数据存储器读选通）rst：复位输

27、入。当振荡器工作时，rst引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。wdt溢出将使该引脚输出高电平，设置sfr auxr的6disrto位(地址8eh)可打开或关闭该功能。disrto位缺省为reset输 出高电平打开状态。ale/prog：当访问外部存储器吋，ale(地址锁存允许)的输出电平用于 锁存地址的低8位字节。即使不访问外部存储器，ale仍以时钟振荡频率的 1/6输出固定的正脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定是目的。要注意 的是：每当访问外部数据存储器时将跳过一个alt脉冲。在flash编程期间， 此引脚用于输入编程脉冲。如有必要，可通过对特殊功能寄存器(sfr)区 屮的8e

28、h单元的do位置位，可禁止ale操作。该位置位后，只有一条movx 和movc指是ale才会被激活起。另外，该引脚被略微拉高，单片机执行外 部程序时，应设置ale无效。/psen：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每 个机器周期两次/psen有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/psen 信号将不出现。/ea/vpp :当/ea保持低电平时，则在此期间外部程序存储器 (ooooh-ffffh),不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/ea将 内部锁定为reset；当/ea端保持高电平时，此间内部程序存储器。在flash 编程期间，此引脚也用于施加12v编程电源

29、(vpp)。xtal1：振荡器反相放大器内部时钟发生器的输入端。xtal2振荡器反相放大器的输出端。2.4 ds13o2 简介ds13o2是美国dallas公司推出的一种高性能、低功耗、带ram的实时时 钟电路，它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能， 工作电压为2.5v5.5v。采用三线接口与cpu进行同步通信，并可采用突发方式 一次传送多个字节的时钟信号或ram数据。ds13o2内部有一个31x8的用于临时 性存放数据的ram寄存器。ds 1302是ds1202的升级产品，与ds 1202兼容，但 增加了主电源/后背电源双电源引脚，同时提供了对后背电源进行涓细电流充

30、电的能 力。ds1302的引脚排列，其屮vccl为后备电源，vcc2为主电源。在主电源关闭的情 况下，也能保持时钟的连续运行。ds1302由vccl或vcc2两者屮的较大者供电。当vcc2 大于vcc 1+0.2v时，vcc2给ds1302供电。当vcc2小于vccl时，ds1302由vccl供电。 xi和x2是振荡源，外接32.768khz晶振。rst是复位/片选线，通过把rst输入驱动置 高电平来启动所有的数据传送。rst输入有两种功能：首先，rst接通控制逻辑，允 许地址/命令序列送入移位寄存器；其次，rst提供终止单字节或多字节数据的传送 手段。当rst为高电平时，所有的数据传送被初始

31、化，允许对ds1302进行操作。如 果在传送过程屮rst置为低电平，则会终止此次数据传送，i/o引脚变为高阻态。上 屯运行时，在vcc>2.5vz前，rst必须保持低电平。只有在sclk为低电平时，才能 将rst置为高电平。sclk始终是输入端。2.5 max813 简介max813是专用的看门狗芯片，它是在程序飞跑或死机时，对系统进行复位重 新置位，以使系统恢复正常运行的一种专用电路。现在常用的看门狗主要有两种： 软件狗和硬件狗。1、软件狗实际上就是通常说的软件指令，一旦程序跑飞，只要程序指针指向 这些地址，便立即被强行跳转至程序的开头或其他指定地址处，从而使程序继续正 常执行。2、硬

32、件狗现在更多的被采用。所谓硬件狗，就是一个能够发送“复位”信号 的计数器或定时器电路。以前常用的硬件狗由脉冲计数器和一些外围电路组成，计 数清零和溢出端分别和单片机的i/o于rst相连接。其工作原理是：由脉冲发生电 路产生脉冲，计数器对脉冲进行计数。程序正常运行时，cpu在计数器溢出z前通 过i/o 口对计数器清零，使计数器不能溢出，此时由于溢出端与cpu的rst端相 连接，所以使单片机系统“复位”，使其能重新正常运行。单片机系统的供电电源 有时候因为各种不同原因而不稳定，发生电压波动或瞬时掉电的现彖，从而影响系 统的正常工作和数据保存。如果能对电源电压进行监视，当电源电压下降到某一特 定值时

33、，发生一个信号给单片机和电源切换电路，那么就使cpu及时进行必要的 操作和维持工作电源的稳定。2.6 rs-232 简介rs-232是个人计算机上的通讯接口之一，由eia所制定的异步传输标准 接口。通常rs-232接口以9个引脚(db-9)或是25个引脚(db-25)的型态 出现，一般个人计算机上会有两组rs-232接口，分别称为com1和 com2o1、电气特性e1a-rs-232c对电器特性、逻辑电平和各种信号线功能都作了规定。在txd和rxd上：逻辑 l(mark)=-3v15v逻辑 0(space)=+3+ 15v在rts、cts、dsr、dtr和dcd等控制线上：信号有效(接通，on

34、状态，正电压)=+3v+ 15v信号无效(断开，off状态，负电压)=3v15v以上规定说明了 rs-232c标准对逻辑电平的定义。对于数据(信息码): 逻辑“1"(传号)的电平低于-3v,逻辑“(t (空号)的电平高于+3v；对于控制 信号；接通状态(on)即信号有效的电平高于+3v,断开状态(off)即信号无 效的电平低于-3v,也就是当传输电平的绝对值大于3v时，电路可以有效地 检查出来，介于3+3vz间的电压无意义，低于-15v或高于+ 15v的电压也 认为无意义，因此，实际工作时，应保证电平在±(315)vz间。2、max232芯片是美信公司专门为电脑的rs-23

35、2标准串口设计的接口电路， 使用+5v单电源供电。内部结构基本可分三个部分：第一部分：电荷泵电路。± 1、2、3、4、5、6脚和4只电容构成。功能 是产生+12v和12v两个电源，提供给rs-232串口电平的需要。第二部分：数据转换通道。由7、8、9、10、11、12、13、14脚构成两个 数据通道。其中 13 脚(r1in) > 12 脚(r1out) > 11 脚(t1in)、14 脚(t1out) 为第一数据通道。8 脚(r2in)、9 脚(r2out)、10 脚(t2in)、7 脚(t2out) 为第二数据通道。ttl/cmos数据从t1in、t2in输入转换成r

36、s-232数据从 t1out、t2out送到电脑db9插头；db9插头的rs-232数据从r1in、r2in 输入转换成ttl/cmos数据后从r1out、r2out输出。第三部分：供电。15脚gnd、16脚vcc (+5v)。2.7液晶控制器t6963c简介t6963c液晶显示器在应用屮可以与各种型号的微控制器接口，实现控制和现场 过程的动态显示，可灵活地嵌入各种大型设备或大规模系统屮，用于显示必要的数据, 或执行参数设定。液晶显示器件(lcd)由于具有显示信息多、体积小、重量轻、功耗 低、寿命长、价格低、接口控制方便等优点，在测量及控制领域被广泛地推广和应用。 液晶显示器按其功能可分为笔段

37、式和点矩阵式两种。点矩阵式又可以分成字符点阵式 和图形点阵式。t6063c的特点主要有以下几方面：(1) t6063c是点阵式液晶图形显示控制器，它能直接与80系列的8位微处理器 接口；(2) t6063c的字符字体由硬件设置，其字体有4种：5x8、6x8、7x8、8x8；(3) t6063c的占空比可从1/16到1/128；(4) t6063c可以图形方式、文本方式及图形和文本方式进行显示，以及文本方 式下的特征显示，还可以实现图形拷贝操作等等；(5) t6063c具有内部字符发生器cgrom,共有128个字符，t6063c可管理64k 显示缓冲区及字符发生器cgramo并允许mpu随时访问

38、显示缓冲区，甚至可以进行 位操作。3系统硬件设计3系统硬件设计3.1电源电路设计电源屯路的设计采用三端稳压集成电路7805,简单易用，价格低廉.7805三 端稳压器件是最常用的现行降压型dc/dc转换器，共有三个引脚：一号引脚 为电压输入端，输入电压要大于5v,二号引脚为5v稳压输出端，三号引脚 为接地端。它将12v的输入电压转化为5v的输出电压，电路中采用两个电解电 容和普通电容进行稳压和滤波，再接上一个led发光二极管进行显示电源的正常 供应。虽然是固定稳压电路，但使用外接元件，可获得不同的电压和电源。电压 电路如图3.1：12v1vinvoutrc470uf=c578050.1ufcnu

39、2l±,c4 470ufvccc30.1ufj2c0n2图3.1电源电路原理图3.1.1 7805电源电路的主要特点：1、输出电流可达1a；2、输出电压有5v；3、过热保护和短路保护；4、输出晶体管 soa 保护。（soa （service-oriented architecture,面向服务架构） 是在计算环境下设计、开发、应用、管理分散的逻辑（服务）单元的一种规范。）3.1.2 7805在降压电路中的注意事项：1、输入输出压差不能太大,太大则转换效率急速降低，而口容易击穿损坏；2、输出电流不能太大，1.5a是其极限值。大电流的输出，散热片的尺寸要足 够大，否则会导致高温保护或热击

40、穿；3、输入输出压差也不能太小，大小效率很差。4、在实际应用屮，应在三端集成稳压电路上安装足够大的散热器（小功率的 条件下不用），当稳压管温度过高时，稳压性能将变差，甚至损坏。3.2单片机外围电路设计问3.2.1实时时钟电路的设计ds 1302是美国dallas公司推出的一种高性能、低功耗、带ram的实时时 钟电路，它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能， 工作电压为2.5v-5.5v,采用三线接口与cpu进行同步通信，并可采用突发方式 一次传送多个字节的时钟信号或ram数据。ds 1302内部有一个31x8的用于临时 性存放数据的ram寄存器ods 1302与单片机之

41、间能简单地采用同步串行的方式进 行通信，仅需用到三个口线：1、res复位；2、i/o数据线；3、sclk串行时钟。 ds1302工作时功耗很低，保持数据和时钟信息时功率小于lmwo 下面将主要的性能指标作一综合：实时时钟具有能计算2100年之前的秒分时hfi期星期月年的能力述有闰 年调整的能力； 31x8位暂存数据存储ram；串行i/o 口方式使得管脚数量最少；宽范围工作电压2.0 5.5v；工作电流2.0v时，小于300na；读/写时钟或ram数据时有两种传送方式单字节传送和多字节传送字符组 方式； 8脚dip封装或可选的8脚soic封装根据表面装配；简单3线接口；与ttl兼容vcc=5v；

42、可选工业级温度范围40 +85；与ds 1202兼容；对vccl有可选的涓流充电能力；双电源管用于主电源和备份电源供应；备份电源管脚可由电池或大容量电容输入；附加的7字节暂存存储器；fioft pf?vccvczlsclkfu r><txichuvettyl图3.2实时时钟电路原理图图3.2示出ds 1302的引脚排列及连接方法，其中vcc为后备电源，vccl为主 电源。当vccl大于vcc+0.2v时，vccl给ds1302供电。当vcc2小于vccl时， ds1302由vccl供电。在主电源关闭的情况下，也能保持时钟的连续运行。xi和 x2是振荡源，外接32.768khz晶振。

43、rst是复位/片选线，通过把rst输入驱动置 高电平来启动所有的数据传送。rst输入有两种功能：1、rst接通控制逻辑，允 许地址/命令序列送入移位寄存器；2、rst提供终止单字节或多字节数据的传送手 段。当rst为高电平时，所有的数据传送被初始化，允许对ds 1302进行操作。如 果在传送过程中rst置为低电平，则会终止此次数据传送，i/o引脚变为高阻态。 上电运行时，在vcc>2.5v之前，rst必须保持低电平。只有在sclk为低电平时, 才能将rst置为高电平。sclk始终是输入端。ds 1302可以用于数据记录，特别是对某些具有特殊意义的数据点的记录，能 实现数据与出现该数据的时

44、间同时记录。这种记录对长时间的连续测控系统结果的 分析及对异常数据出现的原因的查找具有重要意义。传统的数据记录方式是隔时采 样或定时采样，没有具体的时间记录，因此，只能记录数据而无法准确记录其出现 的时间；若采用单片机计时，一方面需要采用计数器，占用硕件资源，另一方面需 要设置中断、查询等，同样耗费单片机的资源，而且，某些测控系统可能不允许。 但是，如果在系统中采用时钟芯片ds1302,则能很好地解决这个问题。ds 1302存 在时钟精度不高，易受环境影响，出现时钟混乱等缺点。3.2.2看门狗复位电路的设计at89s51单片机常用的复位方式有上电复位、手动复位和看门狗定吋器复位 三种。本系统采

45、用看门狗定吋器复位：看门狗定时器是可以根据用户程序正常运行 周期设定的专用定吋器。启动看门狗定吋器后，要在程序中的适当位置清空看门狗 定时器。若单片机受到干扰，程序进入非正常运行状态，看门狗定时器将因不能执 行清空指令而溢出（即超过了设置的定吋吋间），同吋复位单片机，使之垂新冋到 初始状态。晶振电路中晶振采用无源晶振，两个小电容作为起振电容，取值为30pf。丽vccresetwd1pf1ptosiepiupira pi gg pi© pi pg pie txdio 昴11pi 0 pi ipi 2 pi 3pi 4 pi $pi (s pi ? reset pio(rxd)pi l(

46、txd)p2(vf0：lp3 4pi pipi?(rd) xtalt xtali ceopsex氏呻14) 氏邢 氏 402)p4 30i)n p2?2?常w-pi 附9)门附8)tf oatzksi图3.3看门狗复位电路原理图看门狗是一个定时器电路，一般有一个输入，叫喂狗，一个输出，正常工作的 时候，每隔一端时间输出一个信号到喂狗端，清零，如果超过规定的时间不喂狗， （一般在程序跑飞时），定时超过，就回给岀一个复位信号到，看门狗的作用就是防 止程序发生死循环，或者说程序跑飞。工作原理：系统运行后也就启动了看门狗的计数器，看门狗就开始自动计数， 如果到了一定的时间还不去清看门狗，那么看门狗计数

47、器就会溢出从而引起看门狗 中断，造成系统复位，所以在使用有看门狗的芯片时要注意清看门狗。硕件看门狗 是利用了一个定时器，来监控主程序的运行，在主程序的运行过程中，我们要在定 时时间到之前对定时器进行复位如果出现死循环，或者说pc指针不能回来，那么 定时时间到后就会使单片机复位。看门狗电路的应用，使单片机可以在无人状态下实现连续工作，看门狗芯片和 单片机的一个i/o引脚相连，该i/o引脚通过程序控制它定时地往看门狗的这个引 脚上送入高电平（或低电平），这一程序语句是分散地放在单片机其他控制语句中间 的，一旦单片机由于干扰造成程序跑飞后而陷入某一程序段 进入死循环状态时， 写看门狗引脚的程序便不能

48、被执行，这时看门狗电路就会由于得不到单片机送来的 信号，便在它和单片机复位引脚相连的引脚上送出一个复位信号，使单片机发生复 位，即程序从程序存储器的起始位置开始执行，这样便实现了单片机的自动复位。3.3键盘接口电路设计键盘接口也是实际设计系统中所必不可少的常用输入接口设备，不论是时间值 的调整，述是系统中功能的设定都得通过键盘输入到cpu,进行键值处理调整，所 以设计一个合理的键盘接口电路也是实验板中所必须的。本系统中采用的是4x4 行列式扫描键盘，用于用户的输入、与主机连接的测试、命令的发送等。键盘接口屯路原理图如图3.4所示：本系统设置了 16键的键盘用于实现人机交互。16个按键分为4排，

49、在p1 口 高4位和低4位的逻辑控制下轮流担描，对应代表09十个数字键及“set”等6个 功能键。先从p1 口的高4位输岀低电平，低4位输出高电平，从p1 口的低4位读取键 盘状态，再从p1 口的低4位输出低电平，高4位输岀高电平，从p1 口的高4位读 取键盘状态。将两次读取结果组合起来就可以得到当前按键的特征编码。使用上述 方法可得到16个键的特征编码。3.4液晶显示接口电路设计at89s51共有4个8位的并行i/o端口： po、pl、p2、p3 口，芯片内包含4kb 的rom,程序存储器的寻址空间为64kbo单片机对液晶模块的控制分为直接控制 方式和间接控制方式。直接控制方式是把液晶模块做

50、为存储器接在单片机的数据 线、地址线和控制线上，同时把它的数据总线接在单片机的p0 口上，读/写操作由单 片机的读写操作信号控制，以访问存储器的方式访问液晶模块；间接控制方式则不 使用单片机的数据系统，而是利用它的i/o 口来实现与液晶模块的联系，时序完全 靠软件编程实现，不占用cu的存储器空间，接口电路与单片机时序无关。本次 系统的设计采用直接控制方式。本系统中釆用的是192x64的点阵图形液晶模块，液晶显示接口是21管脚的sip封装，它的1管脚接的是虚拟地，2管脚接地，4管脚接的是电位器用来调节对 比度，5、6管脚分别接在单片机的读写接口上，ret在本设计屮直接接上了地， 不进行复位。10

51、到17数据信号引脚，接在p0 口上，18到21管脚用来调节液晶的 背光，液晶显示接口电路原理图如图3.5所示：图3.5液晶显示接口电路原理图3.5串行通信电路设计串行通信是指 使用一条数据线，将数据一位一位地依次传输，每一位数 据占据一个固定的时间长度。其只需要少数儿条线就可以在系统间交换信息， 特别使用于计算机与计算机、计算机与外设之间的远距离通信。增加串行通信接口电路主要是由于单片机和上位机电平使用的不同，需要把 ttl电平转换为rs232电平。rs232采用负逻辑(即：逻辑t”为3到15v；逻辑”0”, 为+3到+ 15v)所以在设计中加入了美信公司生产的rs232电平转换模块芯片 ma

52、x232。max232 特征：(1) 、优于双极；(2) 、经营从单一的5伏供电(5v 和 12v-max231/max239 )；(3) 、低功耗接收模式，在关机(max223/max242 )；(4) 、满足所有eia/tia-232e和v.28规格；(5) 、多个驱动器和接收器；(6) 、3态驱动器和接收器输出开放式在线检测。图3.6串行通信电路原理图1、串行通信接口的功能是：在系统总线和i/o设备z间传输信号，提供缓冲， 满足接口两边时序要求。2、串行通信接口的基本任务：（1）进行串，并转换；（2）实现串行数据格式化；（3）可靠性检验；（4）实施接口与端口设备z间联络控制。3.6红外感

53、应接口电路设计系统屮红外检测部分釆用热释电红外线感应器，当人进入感应区时，热释电红 外线感应器电路感应人体的红外线或者是人体与环境的红外线差异，控制输出“开" 信号；当人离开感应区域後电路输出“关"信号，所以电路设计中就很简单了，只需 将热释电红外线感应器看做一个开关，直接接到单片机的i/o上就可以了，然后在 软件屮实时检测这个端口的状态，即可判断出是否有人进入感应区了。用于传递模拟信号的光耦合器的发光器件为二极管，光接收器为光敏三极管。 当有电流通过发光二极管时，便形成一个光源，该光源照射到光敏三极管表面上， 使光敏三极管产生集电极电流，该电流的大小与光照的强弱，亦即流过

54、二极管的正 向电流的大小成正比。由于光耦合器的输入端和输出端之间通过光信号来传输，因 而两部分z间在电气上完全隔离，没有电信号的反馈和干扰，故性能稳定，抗干扰 能力强。发光管和光敏管z间的耦合电容小（2pf左右）、耐压高（2.5kv左右），故 共模抑制比很高。输入和输出间的电隔离度取决于两部分供电电源间的绝缘电阻。 此外，因其输入电阻小（约10q）,对高内阻源的噪声相当于被短接。因此，由光 耦合器构成的模拟信号隔离电路具有优良的电气性能。4系统软件设计4系统软件设计本系统是以单片机c语言来进行软件设计，指令的执行速度快，节省存储空间。 为了便于扩展和更改，软件的设计采用模块化结构，使程序设计的

55、逻辑关系更加简 洁明了，使硬件在软件的控制下协调运作。在满足性能指标允许的前提下，采用最 简单的硬件线路和巧妙的软件处理方法来实现其系统要求的功能说】。设计一个好的 应用软件，应考虑如下的一些设计原则。1、软件在结构上应清晰，简洁，流程合理。2、各功能子程序应实现模块化，子程序化，以便于调试，连接，移植和修改。3、程序存储区，数据存储区应合理规划，做到既节约内存容量，方便操作。4、对需要特殊抗干扰的系统应采用软件抗干扰措施，以提高系统的可靠性。4.1模块功能分析本终端操作器用于在医院的产房、洗澡间、抚触室，对新生儿从出生的第i秒 实吋录影的装置，其输入输出模块的主要功能表现在：(1) 实现按键

56、内容的液晶显示：液晶显示当前使用者按下的按键内容；(2) 实现按键功能的液晶显示：液晶显示当前被按下的按键所对应的功能。(3) 实现操作器的操纵输入：通过键盘，实现使用者对操作器的操纵；(4) 实现操作器的结果输出：通过液晶显示器，显示当前功能的结果输出。4.2软件设计主程序框图对于任何一种单片机系统而言，除了功能系统需要具备自身的要求和特点之 外，液晶显示模块和键盘输入模块均是通用模块，主要的功能也犬致相同。由硬件设计的分析可知，软件设计主要包括三大模块，即液晶显示模块，键盘 扫描模块，串行通信模块。其功能是通过操作人员对键盘的操作，发送指令，进行 键盘扫描，确认是哪个键按下的，然后把指令发

57、送到cpu,通过液晶的显示程序， 把按下的内容显示出来;利用给定的rs-485协议，实现单片机与pc机的串行通信, 该主程序流程图如图4.1 ：图4.1主程序流程图从图中可以看出，终端操作器主要功能模块分为3类：1液晶显示：单片机将采集到的数据信息发送到液晶显示模块，按照一定格式， 将其显示；2、操作输入：操作者向单片机发送控制指令，用于控制仪器的模式，该指令 一般通过键盘输入。单片机在控制指令的要求下，完成一定的功能。3、串行通信：利用串口，实现单片机与计算机之间的数据发送与接收，完成 对整个终端操作器的操作。除此之外，在该操作器的设计中，电源模块、看门狗电路模块、实时时钟模块 也是主要的设计内容，是完成上述功能的