病床无线呼叫系统-呼叫主机设计

1、目 录第一章 绪 论11.1 课题的研究背景11.2 课题的研究目的和意义21.3 发展状况21.4 本文的主要工作3第二章 系统整体设计框架42.1硬件系统设计42.2 工作原理5第三章 系统硬件设计63.1单片机系统63.2电源系统73.3 无线通信微功率数传模块83.3.1 CC1101微功率无线数传模块使用方法93.3.2 CC1101的技术指标113.4 语音播报控制模块123.4.1 WT588D模块使用方法143.5 液晶显示电路163.5.1 NOKIA5110 液晶显示的使用方法173.5.1.1使用指令173.5.2字库芯片193.5.2.1汉字点阵排列格式19第四章 系统

2、软件设计204.1编程思想与编程环境204.1.1 Keil C5软件简介204.2 软件总体设计224.3 主机主程序244.4中继端主程序254.5分机主程序264.6 无线模块工作介绍274.7 语音播报子程序294.7.1语音播报时序和指令294.7.2三线串口控制时序30第五章 系统调试315.1 硬件调试315.2 软件调试315.2.1 液晶显示电路315.2.2按键控制电路调试315.2.3语音播报电路调试315.2.4无线传输模块调试325.3 整机调试32第六章 结 论366.1 结论366.2 不完善之处及其改进366.3 心得体会37参考文献38致 谢40附录A：系统电

3、路图41A.1 系统主机电路图41A.2 系统中继电路图41A.3 系统分机电路图42附录B：NOKIA5110指令集43附录C：程序44C.1主机系统设计程序44C.2主机系统设计程序50病床无线呼叫系统 -呼叫主机设计 摘要：随着我国医疗事业的逐步发展，为提高医院的工作效率，保证病人及时得到医护人员的救助，这里设计了一种新型的病床无线呼叫系统。该系统以STC12C5410AD单片机为控制核心、采用CC1101无线模块进行通讯，采用NOKIA5110液晶模块用作显示，采用WT588D进行语音播报，从而实现病床与护理人员间的快速、准确地呼叫及响应功能。 本系统由护理主机、中继、呼叫分机、无线通

4、信、语音播报及液晶显示等组成。能直观准确的把病人的呼叫信息传达到护理主机。主要包括硬件设计和软件设计两部分：硬件电路包括电源电路和单片机控制电路，设计所采用的主控制器是STC12C5410AD单片机，而相应的控制功能由C语言编写；软件设计主要包括各模块相应的控制程序。本文涉及病床无线呼叫系统总体原理图，液晶显示原理，CC1101传输原理，语音播报原理，主控单片机等硬件设计方案及软件编程程序。同时采用了主从分布式多机通讯，能同时监控多个病床的呼叫并进行分级处理，并采用了中继端增强信号的传输质量，使得系统可以实现远距离、多对一的呼叫。该系统具有显示信息、语音播报、回复等功能。可以用于医院病床对护理

5、总台的呼叫，操作简单，使用方便。这样方便了病人，同时也减轻了医院的服务压力。关键词：CC1101液晶显示语音播报主机中继 Wireless Call System Of Beds About Host Design Abstract: Along with the gradual development of Chinas medical utilities, in order to improve the efficiency of the hospital ,ensuring that patients receive timely medical attention, Here the

6、design a new type of beds wireless call system.The system uses STC12C5410AD SCM as the control core, using CC1101 wireless module for communication, using NOKIA5110 LCD module as shown, using WT588D for voice broadcast, in order to achieve quickly and accurately call and the response function betwee

7、nbeds and nurses. The system consists of nursing hosts, relay, extension call, wireless communications, voice broadcast and the LCD and other components.The call information of patient communicated to the nursing host can be visually and accurate. Mainly include hardware and software design of two p

8、arts: hardware circuit includes a power circuit and SCM control circuit.The main controller is STC12C5410AD SCM, while the corresponding control functions from the C language; software design includes the modules the corresponding control procedures. This paper relates to overall schematics about wi

9、reless call system of beds ,LCD principle, CC1101 transmission principle, principle of voice broadcast, host micro-controller and other hardware design and software programming procedures.While using a master-slave distributed multi-machine communication,can simultaneously monitor multiple calls of

10、beds,and for the classification processing. And uses a relay terminal enhanced signal transmission quality, so the system can achieve long-distance, many to onecall.The system has a display information, voice broadcast, reply and other functions.Can be used for hospital beds for nursing total statio

11、n calls, simple operation, easy to use.Its convenient for the patient, but also reduce the pressure on hospital services. Key words : CC1101 LCDvoice broadcasthostrelay 设计任务书I、毕业设计(论文)题目：病床无线呼叫系统呼叫主机设计II、毕 业设计(论文)使用的原始资料(数据)及设计技术要求：通过对无线通信技术的分析，设计新型病床无线呼叫系统。该系统研究分析无线技术的基本理论,利用其网络让病人通过请求值班医生或护士进行诊断或护

12、理的紧急呼叫工具，可将病人的请求快速传递给值班医生或者护士，是提高医院和病室护理水平的必备设备之一。功能：无线呼叫、语音播报及液晶显示提高要求：通过RS485总线或RS232总线将病人信息送至下位机进行相关处理并显示。用户可控下位机位机与护士站的PC机通讯，将各类数据送至PC机分析处理，从而实现数据库管理及状态监控、串行数据通信。 翻译一篇相关的英文资料。III、毕 业设计(论文)工作内容及完成时间：第1 3周 资料查询、制定路线，完成开题报告第4 6周 制作主机系统硬件电路 第7 13周 完成主机系统软件的编制第14 16周 系统整体调试第17 18周 撰写论文和答辩 、主 要参考资料：01

13、 Chipon Products from Texas Instruments:Z-Stack Users Guide For CC2430ZDKJ.02 Chipon Products from Texas Instruments:CC2400 FIFO UsageJ.03 张友德、赵志英、涂时亮.单片微型机原理应用与实验M.上海:复旦大学出版社.200004 谢季坚、刘承平.模糊数学方法及其应用M.武汉:华中科大出版社.2003 05 吴呈喻、孙运强.基于Zigbee技术的短距离无线数据传输系统J.仪表技术与传感器.2008年,第5期38-40.06 马永强、李静强.基于Zigbee技术的

14、射频芯片CC2430J.电子世界.2006年第3期,45-4707CC2430 DataSheet08 第一章 绪 论1.1 课题的研究背景近年来，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的时候。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，由于得不到医护人员及时的救助，往往错过了最佳治疗的时间，最后造成小病酿成大病，大病酿成无法医治，最后导致无药可医以至于死亡。因此，一种新型临床呼叫仪器的研制成为近些年来的研究热点之一。为了提高医院管

15、理水平，需要有新型可靠病床呼叫仪的辅助。临床求助呼叫是传送临床信息的重要手段，病床呼叫系统可将病人的请求快速传送给值班医生或护士，是提高医院和病室护理水平的必备设备之一。可以说，二十世纪跨越了三个“电”的时代，即电气时代、电子时代和现已进入的电脑时代。而单片机这种微型计算机就是把智能赋予各种机械的单片机。顾名思义，这种计算机的最小系统只用了一片集成电路，即可进行简单运算和控制。因为它体积小，通常都藏在被控机械的“肚子”里。它在整个装置中，起着有如人类头脑的作用，它出了毛病，整个装置就瘫痪了。现在，这种单片机的使用领域已十分广泛，如智能仪表、实时工控、通讯设备、导航系统、家用电器等。单片机又称单

16、片微控制器,它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。概括的讲：一块芯片就成了一台微型计算机。它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。同时，学习使用单片机成为了解计算机原理与结构的最佳选择。 当今世界医疗科学技术发展的实践证明，自动控制技术、信息科学、计算机技术和通讯技术将对生命科学的研究，医疗事业的繁荣和发展产生重大的影响。计算机通讯技术在病房呼叫系统中的应用，为医护人员及时掌握突发急病患者、高危患者的准确呼救信息，对迅速到达现场实施抢救提供了技术保障，尤其是无人陪护的急病患者；对于普通患者的呼叫，也能得到及时的护理，以免延误治疗的最佳时间

17、，此外，它也为提高医院的护理水平，减轻护士劳动强度，提高病员的舒适度，实现医院医疗管理体系提供了技术支持。对于追求上乘服务的医院来说，在病人呼叫护士和医院的过程当中使用这种电子化的方式可大大降低护理成本，增强护理的及时性和有效性。以前当病人需要服务时就不得不亲自到值班室去叫。安装该呼叫系统后，病人在需要护理的时候只需直接按下按键等待护士的到来，而不需要亲自到值班室去叫。这样有利于协助医院病人在病床上方便地呼叫医务人员。安装该呼叫系统后，为病人与护士之间架起一座及时沟通的桥梁 。使用呼叫服务系统可在减少护理人员的同时，保证病员能够及时得到服务，让每个病人及时得到最佳护理。由此可见，病床无线呼叫系

18、统是一个很有开发前景的硬件设备，可以从很大程度上减少医生的麻烦，节省病人的时间，提高医院的工作效率，自然医院从中得到最大程度上的经济效益。1.2 课题的研究目的和意义一款新的能满足人们要求，适合服务性行业的病床无线呼叫系统，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，便捷的病床无线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，

19、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，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。1.3 发展状况目前国内的大部分医院均处在很低的管理模式上，在资源利用上采用人工呼叫，不能做到智能一体化的管理模式，另外由于医院采用有线管理，线路盘绕复杂，极易引起火灾，存在着很大安全隐患。另外人工呼叫麻烦且繁琐。当病人身体出现不适或其他方面需要帮助时，通常都是呼叫医生，继而等待治疗。在这过程中，不但浪费了病人的时间

20、，更给医院医生带来一定的麻烦。因此，国内的病床呼叫系统依旧是落后和低级的，所以病床无线呼叫系统很具有开发潜质，发展前景应该是不言而喻的。至于国外的病床呼叫系统，无线呼叫应该已经是很普遍的一种解决问题的方法。1.4 本文的主要工作在对医院病床实际状况研究的基础上，本文提出了将无线网络应用于病床无线呼叫系统的方案。该系统能够实时地准确地传达病床与护士总站的传输信息，并直观地显示其结果。本文的具体工作如下:(1) 提出了基于无线技术病床无线呼叫系统的设计方案，并且通过方案论证设计出电源模块、显示模块、无线模块和语音播报模块；(2)通过单片机控制各模块的协调工作，准确地传递与接收相关信息；(3)实现无

21、线收发模块之间的点对多点通信。第二章 系统整体设计框架2.1硬件系统设计本课题研究设计的内容是基于无线通信技术的病床无线呼叫系统，它主要以CC1101模块无线收发模块为硬件平台。整个系统包括主机系统和分机系统，主机安装在护士端，分机安装在病床端。为了信号传输的质量和准确，主机系统还设计了中继端，主要安装在走廊上，这样可以使得主机和分机更好的通信。本系统主要包含无线通信微功率数传模块、语音播报电路以及液晶显示电路。主机系统工作原理如图2.1所示。中继系统工作原理如图2.2所示。图2.1 主机系统工作原理图图2.2 中继系统工作原理图1. 无线通信微功率数传模块：以CC1101射频收发器为核心，完

22、成主机和中继，中继和从机的通信。2. 语音控制电路：以WT588D芯片为核心，当分机按键呼叫时，由单片机控制此电路发出呼叫信息。3. 液晶显示电路：由NOKIA5110液晶显示模块组成，完成数据显示。2.2 工作原理系统关键在于CC1101之间的数据发射和接收。电源模块用于稳定电压和提供芯片工作电压。LM2940用于稳定输入电压并稳定的输出5V正电压给单片机和语音模块供电，AMS1117用于输出3.3V正电压用于无线模块和字库芯片供电。语音模块收到信号后播报语音信息。主要由WT588D语音芯片和SPI-Flash存储器组成。WT588D语音芯片是一款功能强大的可重复擦除烧写的语音单片机芯片。W

23、T588D让语音芯片不再为控制方式而寻找合适的外围单片机电路，高度集成的单片机技术足于取代复杂的外围控制电路。显示模块用于显示病床信息和护士总站信息，使用的是NOKIA5110模块，该模块集成度高，性价比高，能满足设计的需求。第三章 系统硬件设计本系统是由以下模块电路构成的，其中包括单片机系统、电源系统、无线通信微功率数传模块、语音播报控制模块和液晶显示模块构成。接下来本章对主要几个模块电路进行分析介绍。3.1单片机系统本次设计以STC12C5410AD单片机为核心。STC12C5410AD系列单片机是由宏晶科技生产的单时钟/机器周期（1T）的兼容8051内核单片机，采用RISC型CPU 内核

24、,其速度比普通8051单片机快了12倍。有10K字节片内Flash程序存储器，2 KB Flash 数据存储器,512字节片内RAM 数据存储器，另有8通道10位ADC及4通道捕获/比较单元，2个硬件16位定时器，4路PCA/PWM还可再实现4个定时器。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。对此单片机来说，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10-30uF，单片机最小系统容值越大需要的复位时间越短。晶振

25、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。此单片机最小单元如图3.1所示。 图3.1 STC12C5410AD单片机最小单元3.2电源系统本设计中使用的CC1101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，如图3.2所示。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。图3.2 电压转换电路为了稳定工作电压，避免因输入电压波动损坏系统，采用LM2940为单片机提供稳定的

26、+5V电源。LM2940是一中输出电压固定的低压差三端稳压器，并且稳压的线性度非常好；输出电压5V；输出电流1A；输出电流1A时，最小输入输出电压差小于0.8V；最大输入电压26V；工作温度-40+125；内含静态电流降低电路、电流限制、过热保护、电池反接和反插入保护电路。图3.3为稳压电路。图3.4为电源系统整体电路图。图3.3 稳压电路 图3.4 电源系统整体电路图3.3 无线通信微功率数传模块本次设计采用CC1101模块来实现无效数据传输。外形图如图3.5所示。射频芯片 CC1101 是一款 Sub-GHz 的高性能射频收发器，其主要针对工业、科研和医疗(ISM)以及 387MHz-46

27、4MHz，779MHz-928MHz 频带的短距离无线通信设备(SRD)。除了拥有可编程带宽控制外，CC1101 还拥有可编程传输速率控制的优点。此外，还具有体积小、集成度高、低功耗和外围元件少的优势。其主要特点如下：v 微功率发射,低电流消耗(接收模式，433MHz，1.2kbps时仅16.0mA)。v 387.0MHz464.0MHz工作频段。v 空中传输速率高达250kbps视距情况下，可靠传输距离可达100m(BER=10-3)。v 高灵敏度（433MHz，0.6kbps，1%误码率时为-116dBm）。v 支持0.6kbps500kbps的数据传输速率。v 通过4线SPI接口与MCU

28、连接，提供2个可设定功能的通用数字输出引脚。v 采用单片射频和MCU集成电路，外围电路少，可靠性高，故障率低。v 只需与一个微控制器，少许外围器件和天线即可使用。v 高抗干扰能力和低误码率，基于QPSK的调制方式，采用高效前向纠错信道编码技术，提高了数据抗突发干扰和随机干扰的能力。v 独立的64字节RXFIFO和TXFIFO。v 在典型的系统应用中，采用单片射频和MCU集成电路，体重小、重量轻、外 围电路少、可靠性高、故障率低。 图3.5 CC1101无线通信模块图3.3.1 CC1101微功率无线数传模块使用方法CC1101无线模块使用直流电源，电压+3.3V-6.0V。根据具体情况，也可将

29、电源降到 2.0-3.0V。它提供1个20针的连接器(JP1),其定义与功能描述见表3-1。接口电平范围：低电平0-0.5V，高电平2.5-3.3V。连接端子定义及管脚说明见表3-2。表3-1 CC1101 引脚功能引脚号 引脚名类型功能描述1SCLK 数字输入 串行配置（SPI）接口，时钟输入2SO(GDO1) 数字输出串行配置（SPI）接口，数据输出3GDO2 数字输出通用数字输出引脚24DVDD 数字电源数字 I/O和内核稳压器的1.8V3.6V 数字电源5DCOUPL 数字电源 用于去耦的 1.62.0V 数字电源输出6GDO0 数字I/O用数字输入输出引脚0；串行输出 RX 数据串行

30、输入 TX 数据7CSN 数字输入串行配置（SPI）接口，片选信号8XOSC_Q1 模拟 I/O晶体振荡器引脚 1 或外部时钟输入9AVDD 模拟电源1.83.6V 模拟电源连接10XOSC_Q2 模拟 I/O晶体振荡器引脚2 11 AVDD 模拟电源1.83.6V 模拟电源连接12RF_P RF I/O接收模式下到 LNA 的正 RF 输入信号发送模式下来自 PA 的负 RF 输出信号13RF_N RF I/O接受模式下到 LNA 的正 RF 输入信号发送模式下来自 PA 的负 RF 输出信号14AVDD 模拟电源1.83.6V 模拟电源连接15AVDD 模拟电源1.83.6V 模拟电源连接

31、16 GND 模拟接地模拟接地连接17RBIAS 模拟 I/O参考电流的外部偏置电阻18DGUARD 数字电源数字噪声隔离的电源连接19GND 数字接地数字噪声隔离的接地连接20SI 数字输入串行配置（SPI）接口，数据输入表3-2 连接端子定义及管脚说明管脚管脚名称管脚类型说明1GND数字接地电源地2MOSI数字I/OPort1.53MISO数字I/OPort1.44GDO1数字I/OPort1.35CSN数字I/OPort1.26GDO2数字I/OPort1.17SCK数字I/OPort1.08VCC电源+3.3VCC1101微功率无线通信模块，采用Chipcon公司的高性能CC1101(

32、CC1100的升级改进版本）无线通信芯片。图3.6为CC1101芯片俯视图。图3.6 CC1101芯片俯视图3.3.2 CC1101的技术指标CC1101工作电压为 2.3V3.6V，在接收模式下电流消耗为 15.5mA；在1.2kBaud、1%误包率的工作条件下灵敏度为-112dBm；数据的传输速率最高可达到 500kBaud。CC1101 支持 2-FSK、GFSK、ASK、MSK 的数据调制方式，有完整的位同步器，有数字接收信号强度指示器、载波检测指示器。CC1101 无需使用外部射频开关，也不需要温度补偿晶体振荡器(TCXO)就可以补偿晶体温度漂移。CC1101根据主机、分机、中继的工

33、作方式，选择不同的硬件连接图。该设计中CCll01通过对4线SPI接口(SI，SO，SCLK和CSN )和GDO2 测试接口的配置进行工作。SPI 接口是一种同步串行通信接口，CSN是芯片选择引脚，当该引脚为低电平时，SPI 接口可以通信，否则不能通信。SI和S0为数据传输引脚，SI为数据输入，SO为数据输出。SCLK为同步时钟，在时钟的上升沿或下降沿数据被写入或读出；若信道中有数据，GDO2 脚电平跳变。以主机为例，该系统采用433 MHz 频段，STC12C5410AD 的P1.2、P1.5、P1.4、P1.0引脚分别与CC1101的SPI口的CSN、SI、SO、SCLK 连接，对其进行寄

34、存器配置和无线数据收发控制；该单片机的P1.1脚与CC1101 的GDO2 脚连接，当信道中有数据时，GDO2 脚电平跳变，单片机产生中断并进行数据接收。主机的无线收发电路如图3.7所示。图3.7 主机的无线收发电路图3.4 语音播报控制模块该部分以WT588D 为核心，通过外设Flash 芯片，可以存储不同长度的语音信号。图3.8为语音模块图。WT588D 语音芯片是一款功能强大的可重复擦除烧写的语音单片机芯片。依据外挂或内置的SPI-Flash 的不同，播放时长也不同。WT588D 语音芯片应用框图如图3.9所示。支持DAC/PWM 两种输出方式，通过专业的上位机软件，随意组合语音，可插入

35、静音，插入的静音不占用内存容量。在三线串口控制模式下，能播放不同地址字段的语音信号，控制语音播放，停止，循环播放和音量大小，或者直接触发0219地址位的任意语音，三线串口控制控制端口扩展输出可以扩展输出8位。PWM 和DAC 输出方式，PWM 输出可直接推动0.5W/8的扬声器，推挽电流充沛，DAC 输出外接功放，音质好。本次设计采用PWM 输出方式。其主要特点如下：v 28脚模块封装，可通过更换存储器以获得不同长度的语音存储时间； v 支持2M bit 32M bit容量的SPI-Flash（注：1byte=8bit）； v 采用 WT588D-20SS 语音芯片当作主控核心； v 内嵌独特

36、的人声语音处理器，使语音表现极为自然悦耳； v 内置 13Bit/DA 转换器，以及12Bit/PWM音频处理，确保高品质语音输出； v 支持加载6K22KHz采样率WAV音频； v 支持按键控制模式、一线串口控制模式、三线串口控制模式； v 按键控制模式底下可以设置多种IO口触发方式； v 任意设定显示语音播放状态信号的 BUSY 输出方式； v 最多可加载500段用于编辑的语音； v 220段可控制地址位，单个地址位最多可加载128段语音，地址位内的语 音组合播放； v 语音播放停止马上进入休眠模式； v 配套 WT588D VoiceChip 上位机软件，接口简单使用方便。能极大限度的发

37、挥 WT588D 语音模块各项功能； v 在软件中可完成控制模式设置、语音组合、调用语音、插入静音等操作； v 可随意插入静音，静音时间范围为10ms25min； v 工作电压DC2.8V5.5V； v 休眠电流小于10uA； 图3.8 语音模块图图3.9 WT588D语音芯片应用框图3.4.1 WT588D模块使用方法WT588D语音芯片是一款功能强大的可重复擦除烧写的语音单片机芯片。WT588D让语音芯片不再为控制方式而寻找合适的外围单片机电路，高度集成的单片机技术足于取代复杂的外围控制电路。此次设计采用三线串口控制模式 。表3-3为芯片引脚功能图。表3-3 WT588D引脚功能引脚号引脚

38、名简述功能描述01RESETRESET复位脚，低电平保持5ms有效02DACDACDAC音频输出脚，需外接功放才能驱动扬声器03PWM+PWM+PWM+音频输出脚，跟PWM-组合可直接驱动扬声器 04PWM-PWM-PWM-音频输出脚，跟PWM+组合可直接驱动扬声器 05P14SPI-FLASH_DI 烧写程序数据输入脚（利用外部下载器下载时用到）06P13SPI-FLASH_DO烧写程序数据输出脚（利用外部下载器下载时用到） 07P16SPI-FLASH_CLK 烧写程序时钟脚（利用外部下载器下载时用到） 08GNDGND电源地09P15SPI-FLASH_CS烧写程序片选脚（利用外部下载器

39、下载时用到） 10P03K4/CLK/DATA 按键/三线时钟/一线数据输入脚11P02K3/CS按键/三线片选输入脚12P01K2/DATA按键/三线数据输入脚13P00K1按键14VCCVCC存储器电源输入脚15BUSYBUSY语音播放忙信号输出脚16VDDVDD数字电源输入脚3.4.2WT588D三线串口PWM输出应用电路 软件设置：三线串口控制模式。 控制端口定义：P01为DATA，P02为CS，P03为CLK。由 MCU 发送信息对WT588D 进行控制。 BUSY 输出：P17为 BUSY 忙信号输出端，可从上位机软件端设置为播放状态输出为高电平或低电平。高电平时电压接近 VDD

40、供电电压。用于接发光二极管做放音状态指示或忙信号判断。 供电电压：VDD=DC2.85.5V，VCC=DC2.83.6V。采用DC3.3V供电时，可以直接短接VDD跟VCC，采用DC5V供电时，VDD端接5V，VCC端需要从VDD端串接两个二极管以提供工作电压。VDD1为MCU工作电压。如果VDD1跟VDD存在压差，需要在MCU跟WTW-16P的通信线DATA、CS、CLK上串接电阻。 音频输出：PWM输出方式，直接接扬声器。此种输出方式下，PWM+、PWM-均不能短接到地或者接电阻电容到地。 图3.10为三线串口PWM输出应用电路。表3-4为芯片管脚连接说明。图3.10 三线串口PWM输出应

41、用电路 表3-4管脚连接说明管脚号管脚名管脚类型说明01RESET数字I/O主机Port3.3（中继Port1.3）03PWM+音频输出CON2.204PWM-音频输出CON2.108GND数字接地电源地10P03数字I/OPort2.111P02数字I/OPort2.012P01数字I/OPort1.714VCC模拟电源+3.3V16VDD数字电源+5V3.5 液晶显示电路系统采用液晶显示屏作为显示，相比与LED显示，液晶显示（LCD）具有轻薄短小、低耗电量、无辐射危险，平面直角显示以及影像稳定不闪烁等优势。而且在设计中，需要显示的数据内容也比较大，这些都是LED显示不能满足的，所以在选择上

42、，选择了LCD作为显示模块，在液晶屏的选择上，设计中选择的是NOKIA5110液晶显示屏，该模块是+3.3V SPI模块，像素为48x84，内置了LED灯点亮屏幕，可以满足本系统的设计，使用也非常方便，其实物图如图3.11。其主要特点如下：v 84x48 的点阵LCD，可以显示4 行汉字；v 采用串行接口与主处理器进行通信，接口信号线数量大幅度减少，包括电源和地在内的信号线仅有9 条；v 支持多种串行通信协议（如AVR 单片机的I、MCS51 的串口模式等），传输速率高达4Mbps，可全速写入显示数据，无等待时间。v 可通过导电胶连接模块与印制版，而不用连接电缆，用模块上的金属钩可将模块固定到

43、印制板上，因而非常便于安装和更换。v LCD 控制器驱动器芯片已绑定到LCD 晶片上，模块的体积很小。v 采用低电压供电，正常显示时的工作电流在200A 以下，且具有掉电模式。 图3.11 NOKIA5110液晶显示实物图3.5.1 NOKIA5110 液晶显示的使用方法 Nokia5110 液晶的驱动控制器为 PCD8544，它可以驱动48行*84列的图形显示，5110液晶的工作电压为2.7-3.3V，在电路设计中我们用3.3V电压为其供电。另外由于单片机系统采用的是5V工作电压，所以在电源设计中，设计了两种电源电路，一种5V稳压电路，一种3.3V电压转换电路。NOKIA5510 液晶模块有

44、8个引脚，由于购买厂家不同，引脚的排列也有差别，8个引脚等别是： 复位脚；使能线；数据/命令选择线；数据线；时钟线；电源；背景灯；电源地。 NOKIA5110 (PCD8544) 的通信协议是一个没有MISO 只有MOSI 的SPI 协议，如果单片机有富裕的SPI 接口，也可以利用硬件SPI，但通常没有必要，只需要软件程序模拟即可。3.5.1.1使用指令指令格式分为两种模式：如果D/C（模式选择）置为低，当前字节解释为命令字节，具体指令集请参考附录B。如果D/C置为高，接下来的字节将存储到显示数据RAM。每一个数据字节存入之后，地址计数自动递增。在数据字节最后一位期间会读取D/C信号的电平。每

45、一条指令可用任意次序发送到PCD8544。首先传送的是字节的MSB（高位）。当SCE为高时，串行接口被初始化。在这个状态，SCLK时钟脉冲不起作用，串行接口不消耗电力。在正常传送状态下，SCE为低，如图3.12所示。图3.12串行总线协议传送多个字节SCE上的负边缘使能串行接口并指示开始数据传输。v 当SCE 为高时，忽略 SCLK 时钟信号；在SCE为高期间，串行接口被初始化（见图3.13）。v SDIN 在SCLK的正边缘取样。v D/C 指出字节是一个命令 (D/C = 0)或是一个RAM数据(D/C = 1)； 它在第八个SCLK脉冲被读出。v 在命令/数据字节的最后一位之后，如果SC

46、E为低，串行接口在下 一个SCLK正边缘等待下一个字节的位7（见图3.13）v RES端的复位脉冲中断传输。数据不会写进RAM。寄存器被清除。 如果在RES正边缘之后SCE为低，串行接口准备接收命令/数据字节 的位7（见图3.14）。图3.13串行总线复位功能（SCE）图3.14串行总线复位功能（ RES）3.5.2字库芯片为了方便 NOKIA5110 更好的显示，系统采用字库芯片，型号为 GT20L16S1Y，芯片外形如图3.15。GT20L16S1Y 是一款内含15X16 点阵的汉字库芯片，支持GB2312国标简体汉字（含有国家信标委合法授权）、ASCII 字符。排列格式为竖置横排。用户通

47、过字符内码，利用本手册提供的方法计算出该字符点阵在芯片中的地址，可从该地址连续读出字符点阵信息。图3.15 GT20L16S1Y外形图字库芯片的管脚描述如表3-5所示：表3-5 字库芯片的管脚描述管脚号名称描述1SCLK串行时钟输入2GND地3CS#片选输入4VCC电源（3.3V）5SO串行数据输出6SI串行数据输入3.5.2.1汉字点阵排列格式每个汉字在芯片中是以汉字点阵字模的形式存储的，每个点用一个二进制位表示，存1的点，当显示时可以在屏幕上显示亮点，存0的点，则在屏幕上不显示。点阵排列格式为竖置横排：即一个字节的高位表示下面的点，低位表示上面的点（如果用户按16bit 总线宽度读取点阵数

48、据，请注意高低字节的顺序），排满一行后再排下一行。这样把点阵信息用来直接在显示器上按上述规则显示，则将出现对应的汉字。第四章 系统软件设计4.1编程思想与编程环境对于一个较为完善的监测系统来说，软件部分具有相当重要的地位。硬件系统只有在软件的指挥下才能协调各个部分、圆满完成工作。软件的完善与否将直接影响监测结果是否正确。因此，一个功能健全的系统必须有完善的软件来支持。本系统所采用的软件由语音播报子程序、显示子程序、无线发射子程序和无线接收子程序等部分组成。每部分程序即相互关联又都保持相对独立。本系统软件设计特点主要有:采用结构化程序设计方法，将软件分为各个独立的功能模块，使之具有较好的通用性和

49、可移植性，便于系统的扩展；用操作已定义过的变量替代操作直接地址单元，增加程序的可读性。单片机编程语言常用的有两种，一种是汇编语言，另一种是 C51 语言。汇编语言的机器代码生成效率很高，但是可读性并不强，复杂一点的程序就更难读懂，而C51 语言在大多数情况下其机器代码生成效率和汇编语言相当，但可读性和可移植性却远远超过了汇编语言，而且 C51 语言还可以嵌入汇编来解决高实效性的代码编写问题。对于开发周期来说，C51 语言的开发周期通常小于汇编语言很多。C51 语言是一种结构化语言。它层次清晰，便于按模块化方式组织程序，易于调试和维护，这种语言的表现能力和处理能力极强，它不仅具有丰富的运算符和数

50、据类型，便于实现各类复杂的数据结构。它还可以直接访问内存的物理地址，进行位（bit）一级的操作。C51 语言的模块化开发方式使开发出来的程序模块可不经修改，直接被其他项目所用，这样可以最大程度的实现资源共享。由于C51 语言实现了对硬件的编程操作，因此 C51 语言集高级语言和低级语言的功能为一体，具有高效性，可移植性强等特点。综合以上 C51 语言的优点，本次设计选择 C51 语言对系统设计进行软件编程。另外，该软件设计只是在编程语言上选择 C51 语言，系统的实现还需要 Keil C51开发系统来支撑。二者缺一不可。4.1.1 Keil C5软件简介Keil C51是美国 Keil Sof

51、tware 公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统，图4.1是 Keil 软件的界面。与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。用过汇编语言后再使用C来开发，体会更深刻。Keil C51软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全Windows 界面。另外重要的一点，只要看一下编译后生成的汇编代码，就能体会到Keil C51 生成的目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。Keil 提供了包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个

52、集成开发环境（uVision）将这些部份组合在一起。图4.1 Keil 软件的界面Keil 软件特点如下：1、Vision IDE：Vision IDE 包括一个工程管理器、一个源程序编辑器和一个程序调试器。使用Vision 可以创建元文件，并组成应用工程加以管理。Vision 是一个功能强大的集成开发环境，可以自动完成编译、汇编、链接程序的操作。2、C51编译器：Keil C51 编译器遵循 ANSI C 语言标准，支持C语言的所有标准特性，并增加一些支持80C51系列单片机结构的特性。3、A51汇编器：Keil A51 汇编器支持 80C51 及其派生系列的所有指令集。4、LIB 51库管

53、理器：LIB 51 库管理器可以由汇编器和编译器创建的目标文件建立目标库。这些库可以被链接器所使用，这提供了一种代码重用的方法。5、BL51链接器定位器：BL51 链接器定位器使用由编译器、汇编器生成的可重定位目标文件和从库中提取出来的相关模块，来创建一个绝对地址文件。6、OH51目标文件生成器：OH51 目标文件生成器用于将绝对地址模块转为Intel格式的HEX文件。该文件可以被写入单片机应用系统的程序存储器中。7、Monitor-51：Vision 调试器支持用 Monitor-51 对目标板进行调试。使用此功能时将会有一段监控代码被写入目标板的程序存储器中。它利用串口和Vision 调试器进行通信，调入真正的目标程序。借助于Monitor-51，Vision 调试器可以对目标硬件进行源代码级的调试。4.2 软件总体设计系统的软件部分采用C语言编写。与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势。软件系统的各节点的软件连接示意图如图4.2所示。图4.2 各节点的软件连接示意图 系统的软件设计采用模块化的设计思想，系统功能的实现将