1、目 錄第一章 緒 論11.1 課題的研究背景11.2 課題的研究目的和意義21.3 發展狀況21.4 本文的主要工作3第二章 系統整體設計框架42.1硬件系統設計42.2 工作原理5第三章 系統硬件設計63.1單片機系統63.2電源系統73.3 無線通信微功率數傳模塊83.3.1 CC1101微功率無線數傳模塊使用方法93.3.2 CC1101的技術指標113.4 語音播報控制模塊123.4.1 WT588D模塊使用方法143.5 液晶顯示電路163.5.1 NOKIA5110 液晶顯示的使用方法173.5.1.1使用指令173.5.2字庫芯片193.5.2.1漢字點陣排列格式19第四章 系統

2、軟件設計204.1編程思想與編程環境204.1.1 Keil C5軟件簡介204.2 軟件總體設計224.3 主機主程序244.4中繼端主程序254.5分機主程序264.6 無線模塊工作介紹274.7 語音播報子程序294.7.1語音播報時序和指令294.7.2三線串口控制時序30第五章 系統調試315.1 硬件調試315.2 軟件調試315.2.1 液晶顯示電路315.2.2按鍵控制電路調試315.2.3語音播報電路調試315.2.4無線傳輸模塊調試325.3 整機調試32第六章 結 論366.1 結論366.2 不完善之處及其改進366.3 心得體會37參考文獻38致 謝40附錄A：系統電

3、路圖41A.1 系統主機電路圖41A.2 系統中繼電路圖41A.3 系統分機電路圖42附錄B：NOKIA5110指令集43附錄C：程序44C.1主機系統設計程序44C.2主機系統設計程序50病床無線呼叫系統 -呼叫主機設計 摘要：隨著我國醫療事業的逐步發展，為提高醫院的工作效率，保證病人及時得到醫護人員的救助，這里設計了一種新型的病床無線呼叫系統。該系統以STC12C5410AD單片機為控制核心、采用CC1101無線模塊進行通訊，采用NOKIA5110液晶模塊用作顯示，采用WT588D進行語音播報，從而實現病床與護理人員間的快速、準確地呼叫及響應功能。 本系統由護理主機、中繼、呼叫分機、無線通

4、信、語音播報及液晶顯示等組成。能直觀準確的把病人的呼叫信息傳達到護理主機。主要包括硬件設計和軟件設計兩部分：硬件電路包括電源電路和單片機控制電路，設計所采用的主控制器是STC12C5410AD單片機，而相應的控制功能由C語言編寫；軟件設計主要包括各模塊相應的控制程序。本文涉及病床無線呼叫系統總體原理圖，液晶顯示原理，CC1101傳輸原理，語音播報原理，主控單片機等硬件設計方案及軟件編程程序。同時采用了主從分布式多機通訊，能同時監控多個病床的呼叫并進行分級處理，并采用了中繼端增強信號的傳輸質量，使得系統可以實現遠距離、多對一的呼叫。該系統具有顯示信息、語音播報、回復等功能?？梢杂糜卺t院病床對護理

5、總臺的呼叫，操作簡單，使用方便。這樣方便了病人，同時也減輕了醫院的服務壓力。關鍵詞：CC1101液晶顯示語音播報主機中繼 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 設計任務書I、畢業設計(論文)題目：病床無線呼叫系統呼叫主機設計II、畢 業設計(論文)使用的原始資料(數據)及設計技術要求：通過對無線通信技術的分析，設計新型病床無線呼叫系統。該系統研究分析無線技術的基本理論,利用其網絡讓病人通過請求值班醫生或護士進行診斷或護

12、理的緊急呼叫工具，可將病人的請求快速傳遞給值班醫生或者護士，是提高醫院和病室護理水平的必備設備之一。功能：無線呼叫、語音播報及液晶顯示提高要求：通過RS485總線或RS232總線將病人信息送至下位機進行相關處理并顯示。用戶可控下位機位機與護士站的PC機通訊，將各類數據送至PC機分析處理，從而實現數據庫管理及狀態監控、串行數據通信。 翻譯一篇相關的英文資料。III、畢 業設計(論文)工作內容及完成時間：第1 3周 資料查詢、制定路線，完成開題報告第4 6周 制作主機系統硬件電路 第7 13周 完成主機系統軟件的編制第14 16周 系統整體調試第17 18周 撰寫論文和答辯 、主 要參考資料：01

13、 Chipon Products from Texas Instruments:Z-Stack Users Guide For CC2430ZDKJ.02 Chipon Products from Texas Instruments:CC2400 FIFO UsageJ.03 張友德、趙志英、涂時亮.單片微型機原理應用與實驗M.上海:復旦大學出版社.200004 謝季堅、劉承平.模糊數學方法及其應用M.武漢:華中科大出版社.2003 05 吳呈喻、孫運強.基于Zigbee技術的短距離無線數據傳輸系統J.儀表技術與傳感器.2008年,第5期38-40.06 馬永強、李靜強.基于Zigbee技術的

14、射頻芯片CC2430J.電子世界.2006年第3期,45-4707CC2430 DataSheet08 第一章 緒 論1.1 課題的研究背景近年來，隨著人們生活水平的不斷提高，人們對醫療水平的要求也不斷提高。特別是突發情況下，病人請求值班醫生或護士進行及時診斷或護理的時候。這一環節對提高醫院的管理服務質量顯得尤其重要，這同時也大大提高了醫院醫護人員應對突發事件的能力。在以往醫院，病人遇到突發情況時，由于得不到醫護人員及時的救助，往往錯過了最佳治療的時間，最后造成小病釀成大病，大病釀成無法醫治，最后導致無藥可醫以至于死亡。因此，一種新型臨床呼叫儀器的研制成為近些年來的研究熱點之一。為了提高醫院管

15、理水平，需要有新型可靠病床呼叫儀的輔助。臨床求助呼叫是傳送臨床信息的重要手段，病床呼叫系統可將病人的請求快速傳送給值班醫生或護士，是提高醫院和病室護理水平的必備設備之一?？梢哉f，二十世紀跨越了三個“電”的時代，即電氣時代、電子時代和現已進入的電腦時代。而單片機這種微型計算機就是把智能賦予各種機械的單片機。顧名思義，這種計算機的最小系統只用了一片集成電路，即可進行簡單運算和控制。因為它體積小，通常都藏在被控機械的“肚子”里。它在整個裝置中，起著有如人類頭腦的作用，它出了毛病，整個裝置就癱瘓了?，F在，這種單片機的使用領域已十分廣泛，如智能儀表、實時工控、通訊設備、導航系統、家用電器等。單片機又稱單

16、片微控制器,它不是完成某一個邏輯功能的芯片,而是把一個計算機系統集成到一個芯片上。概括的講：一塊芯片就成了一臺微型計算機。它的體積小、質量輕、價格便宜、為學習、應用和開發提供了便利條件。同時，學習使用單片機成為了解計算機原理與結構的最佳選擇。 當今世界醫療科學技術發展的實踐證明，自動控制技術、信息科學、計算機技術和通訊技術將對生命科學的研究，醫療事業的繁榮和發展產生重大的影響。計算機通訊技術在病房呼叫系統中的應用，為醫護人員及時掌握突發急病患者、高?；颊叩臏蚀_呼救信息，對迅速到達現場實施搶救提供了技術保障，尤其是無人陪護的急病患者；對于普通患者的呼叫，也能得到及時的護理，以免延誤治療的最佳時間

17、，此外，它也為提高醫院的護理水平，減輕護士勞動強度，提高病員的舒適度，實現醫院醫療管理體系提供了技術支持。對于追求上乘服務的醫院來說，在病人呼叫護士和醫院的過程當中使用這種電子化的方式可大大降低護理成本，增強護理的及時性和有效性。以前當病人需要服務時就不得不親自到值班室去叫。安裝該呼叫系統后，病人在需要護理的時候只需直接按下按鍵等待護士的到來，而不需要親自到值班室去叫。這樣有利于協助醫院病人在病床上方便地呼叫醫務人員。安裝該呼叫系統后，為病人與護士之間架起一座及時溝通的橋梁 。使用呼叫服務系統可在減少護理人員的同時，保證病員能夠及時得到服務，讓每個病人及時得到最佳護理。由此可見，病床無線呼叫系

18、統是一個很有開發前景的硬件設備，可以從很大程度上減少醫生的麻煩，節省病人的時間，提高醫院的工作效率，自然醫院從中得到最大程度上的經濟效益。1.2 課題的研究目的和意義一款新的能滿足人們要求，適合服務性行業的病床無線呼叫系統，對人們生活的改善，對企業形象的提升起著十分重要的作用。對醫院單位而言，在同類行業中，安靜清雅的環境更具有競爭優勢，快而準的服務極大地提高了工作人員的辦事效率，便捷的病床無線呼叫系統節約了大量的人力，財力。對醫務人員而言，不需要時刻去查房、巡邏，更不需要高聲應答病人或家屬，免去了無數次的來回奔波，維護了醫院良好的安靜環境，及時而準確的給病人帶來需要和服務。對病人及其家屬而言，

19、不必在醫院大聲喧嘩地呼叫醫務人員，也不用親自走到護士房告知護士，更不用在各個病房到處尋找護士。即使病人在沒有家屬陪伴的情況下，也能及時呼叫得到護理。只需輕輕一按從機的按鈕，無論是在床上還是走廊，都能傳達呼叫的信號。護士只要在總機旁觀察就能看到呼叫的房間，便能立刻派護士去查看和護理。1.3 發展狀況目前國內的大部分醫院均處在很低的管理模式上，在資源利用上采用人工呼叫，不能做到智能一體化的管理模式，另外由于醫院采用有線管理，線路盤繞復雜，極易引起火災，存在著很大安全隱患。另外人工呼叫麻煩且繁瑣。當病人身體出現不適或其他方面需要幫助時，通常都是呼叫醫生，繼而等待治療。在這過程中，不但浪費了病人的時間

20、，更給醫院醫生帶來一定的麻煩。因此，國內的病床呼叫系統依舊是落后和低級的，所以病床無線呼叫系統很具有開發潛質，發展前景應該是不言而喻的。至于國外的病床呼叫系統，無線呼叫應該已經是很普遍的一種解決問題的方法。1.4 本文的主要工作在對醫院病床實際狀況研究的基礎上，本文提出了將無線網絡應用于病床無線呼叫系統的方案。該系統能夠實時地準確地傳達病床與護士總站的傳輸信息，并直觀地顯示其結果。本文的具體工作如下:(1) 提出了基于無線技術病床無線呼叫系統的設計方案，并且通過方案論證設計出電源模塊、顯示模塊、無線模塊和語音播報模塊；(2)通過單片機控制各模塊的協調工作，準確地傳遞與接收相關信息；(3)實現無

21、線收發模塊之間的點對多點通信。第二章 系統整體設計框架2.1硬件系統設計本課題研究設計的內容是基于無線通信技術的病床無線呼叫系統，它主要以CC1101模塊無線收發模塊為硬件平臺。整個系統包括主機系統和分機系統，主機安裝在護士端，分機安裝在病床端。為了信號傳輸的質量和準確，主機系統還設計了中繼端，主要安裝在走廊上，這樣可以使得主機和分機更好的通信。本系統主要包含無線通信微功率數傳模塊、語音播報電路以及液晶顯示電路。主機系統工作原理如圖2.1所示。中繼系統工作原理如圖2.2所示。圖2.1 主機系統工作原理圖圖2.2 中繼系統工作原理圖1. 無線通信微功率數傳模塊：以CC1101射頻收發器為核心，完

22、成主機和中繼，中繼和從機的通信。2. 語音控制電路：以WT588D芯片為核心，當分機按鍵呼叫時，由單片機控制此電路發出呼叫信息。3. 液晶顯示電路：由NOKIA5110液晶顯示模塊組成，完成數據顯示。2.2 工作原理系統關鍵在于CC1101之間的數據發射和接收。電源模塊用于穩定電壓和提供芯片工作電壓。LM2940用于穩定輸入電壓并穩定的輸出5V正電壓給單片機和語音模塊供電，AMS1117用于輸出3.3V正電壓用于無線模塊和字庫芯片供電。語音模塊收到信號后播報語音信息。主要由WT588D語音芯片和SPI-Flash存儲器組成。WT588D語音芯片是一款功能強大的可重復擦除燒寫的語音單片機芯片。W

23、T588D讓語音芯片不再為控制方式而尋找合適的外圍單片機電路，高度集成的單片機技術足于取代復雜的外圍控制電路。顯示模塊用于顯示病床信息和護士總站信息，使用的是NOKIA5110模塊，該模塊集成度高，性價比高，能滿足設計的需求。第三章 系統硬件設計本系統是由以下模塊電路構成的，其中包括單片機系統、電源系統、無線通信微功率數傳模塊、語音播報控制模塊和液晶顯示模塊構成。接下來本章對主要幾個模塊電路進行分析介紹。3.1單片機系統本次設計以STC12C5410AD單片機為核心。STC12C5410AD系列單片機是由宏晶科技生產的單時鐘/機器周期（1T）的兼容8051內核單片機，采用RISC型CPU 內核

24、,其速度比普通8051單片機快了12倍。有10K字節片內Flash程序存儲器，2 KB Flash 數據存儲器,512字節片內RAM 數據存儲器，另有8通道10位ADC及4通道捕獲/比較單元，2個硬件16位定時器，4路PCA/PWM還可再實現4個定時器。單片機最小系統，是指用最少的元件與單片機組成的可以工作的系統。對此單片機來說，最小系統一般應該包括：單片機、晶振電路、復位電路。單片機接口電路主要用來連接計算機和其他外部設備，各功能模塊及原理如下：復位電路：單片機最小系統復位電路的極性電容C3的大小直接影響單片機的復位時間，一般采用10-30uF，單片機最小系統容值越大需要的復位時間越短。晶振

25、電路：典型的晶振取11.0592MHZ，晶振越大，則單片機的處理速度越快。單片機的最小起振電容C1，C2一般采用15-33pF，并且電容離晶振越近越好。此單片機最小單元如圖3.1所示。 圖3.1 STC12C5410AD單片機最小單元3.2電源系統本設計中使用的CC1101無線收發模塊需要的電壓為3.3V，故需要使用電壓轉換電路，故采用ASM1117-3.3電源供電系統，如圖3.2所示。核心部件LM1117-3.3是一個低壓差電壓調節器系列。壓差在1.2V輸出，此時相應的負載電流為800mA。圖3.2 電壓轉換電路為了穩定工作電壓，避免因輸入電壓波動損壞系統，采用LM2940為單片機提供穩定的

26、+5V電源。LM2940是一中輸出電壓固定的低壓差三端穩壓器，并且穩壓的線性度非常好；輸出電壓5V；輸出電流1A；輸出電流1A時，最小輸入輸出電壓差小于0.8V；最大輸入電壓26V；工作溫度-40+125；內含靜態電流降低電路、電流限制、過熱保護、電池反接和反插入保護電路。圖3.3為穩壓電路。圖3.4為電源系統整體電路圖。圖3.3 穩壓電路 圖3.4 電源系統整體電路圖3.3 無線通信微功率數傳模塊本次設計采用CC1101模塊來實現無效數據傳輸。外形圖如圖3.5所示。射頻芯片 CC1101 是一款 Sub-GHz 的高性能射頻收發器，其主要針對工業、科研和醫療(ISM)以及 387MHz-46

27、4MHz，779MHz-928MHz 頻帶的短距離無線通信設備(SRD)。除了擁有可編程帶寬控制外，CC1101 還擁有可編程傳輸速率控制的優點。此外，還具有體積小、集成度高、低功耗和外圍元件少的優勢。其主要特點如下：v 微功率發射,低電流消耗(接收模式，433MHz，1.2kbps時僅16.0mA)。v 387.0MHz464.0MHz工作頻段。v 空中傳輸速率高達250kbps視距情況下，可靠傳輸距離可達100m(BER=10-3)。v 高靈敏度（433MHz，0.6kbps，1%誤碼率時為-116dBm）。v 支持0.6kbps500kbps的數據傳輸速率。v 通過4線SPI接口與MCU

28、連接，提供2個可設定功能的通用數字輸出引腳。v 采用單片射頻和MCU集成電路，外圍電路少，可靠性高，故障率低。v 只需與一個微控制器，少許外圍器件和天線即可使用。v 高抗干擾能力和低誤碼率，基于QPSK的調制方式，采用高效前向糾錯信道編碼技術，提高了數據抗突發干擾和隨機干擾的能力。v 獨立的64字節RXFIFO和TXFIFO。v 在典型的系統應用中，采用單片射頻和MCU集成電路，體重小、重量輕、外 圍電路少、可靠性高、故障率低。 圖3.5 CC1101無線通信模塊圖3.3.1 CC1101微功率無線數傳模塊使用方法CC1101無線模塊使用直流電源，電壓+3.3V-6.0V。根據具體情況，也可將

29、電源降到 2.0-3.0V。它提供1個20針的連接器(JP1),其定義與功能描述見表3-1。接口電平范圍：低電平0-0.5V，高電平2.5-3.3V。連接端子定義及管腳說明見表3-2。表3-1 CC1101 引腳功能引腳號 引腳名類型功能描述1SCLK 數字輸入 串行配置（SPI）接口，時鐘輸入2SO(GDO1) 數字輸出串行配置（SPI）接口，數據輸出3GDO2 數字輸出通用數字輸出引腳24DVDD 數字電源數字 I/O和內核穩壓器的1.8V3.6V 數字電源5DCOUPL 數字電源 用于去耦的 1.62.0V 數字電源輸出6GDO0 數字I/O用數字輸入輸出引腳0；串行輸出 RX 數據串行

30、輸入 TX 數據7CSN 數字輸入串行配置（SPI）接口，片選信號8XOSC_Q1 模擬 I/O晶體振蕩器引腳 1 或外部時鐘輸入9AVDD 模擬電源1.83.6V 模擬電源連接10XOSC_Q2 模擬 I/O晶體振蕩器引腳2 11 AVDD 模擬電源1.83.6V 模擬電源連接12RF_P RF I/O接收模式下到 LNA 的正 RF 輸入信號發送模式下來自 PA 的負 RF 輸出信號13RF_N RF I/O接受模式下到 LNA 的正 RF 輸入信號發送模式下來自 PA 的負 RF 輸出信號14AVDD 模擬電源1.83.6V 模擬電源連接15AVDD 模擬電源1.83.6V 模擬電源連接

31、16 GND 模擬接地模擬接地連接17RBIAS 模擬 I/O參考電流的外部偏置電阻18DGUARD 數字電源數字噪聲隔離的電源連接19GND 數字接地數字噪聲隔離的接地連接20SI 數字輸入串行配置（SPI）接口，數據輸入表3-2 連接端子定義及管腳說明管腳管腳名稱管腳類型說明1GND數字接地電源地2MOSI數字I/OPort1.53MISO數字I/OPort1.44GDO1數字I/OPort1.35CSN數字I/OPort1.26GDO2數字I/OPort1.17SCK數字I/OPort1.08VCC電源+3.3VCC1101微功率無線通信模塊，采用Chipcon公司的高性能CC1101(

32、CC1100的升級改進版本）無線通信芯片。圖3.6為CC1101芯片俯視圖。圖3.6 CC1101芯片俯視圖3.3.2 CC1101的技術指標CC1101工作電壓為 2.3V3.6V，在接收模式下電流消耗為 15.5mA；在1.2kBaud、1%誤包率的工作條件下靈敏度為-112dBm；數據的傳輸速率最高可達到 500kBaud。CC1101 支持 2-FSK、GFSK、ASK、MSK 的數據調制方式，有完整的位同步器，有數字接收信號強度指示器、載波檢測指示器。CC1101 無需使用外部射頻開關，也不需要溫度補償晶體振蕩器(TCXO)就可以補償晶體溫度漂移。CC1101根據主機、分機、中繼的工

33、作方式，選擇不同的硬件連接圖。該設計中CCll01通過對4線SPI接口(SI，SO，SCLK和CSN )和GDO2 測試接口的配置進行工作。SPI 接口是一種同步串行通信接口，CSN是芯片選擇引腳，當該引腳為低電平時，SPI 接口可以通信，否則不能通信。SI和S0為數據傳輸引腳，SI為數據輸入，SO為數據輸出。SCLK為同步時鐘，在時鐘的上升沿或下降沿數據被寫入或讀出；若信道中有數據，GDO2 腳電平跳變。以主機為例，該系統采用433 MHz 頻段，STC12C5410AD 的P1.2、P1.5、P1.4、P1.0引腳分別與CC1101的SPI口的CSN、SI、SO、SCLK 連接，對其進行寄

34、存器配置和無線數據收發控制；該單片機的P1.1腳與CC1101 的GDO2 腳連接，當信道中有數據時，GDO2 腳電平跳變，單片機產生中斷并進行數據接收。主機的無線收發電路如圖3.7所示。圖3.7 主機的無線收發電路圖3.4 語音播報控制模塊該部分以WT588D 為核心，通過外設Flash 芯片，可以存儲不同長度的語音信號。圖3.8為語音模塊圖。WT588D 語音芯片是一款功能強大的可重復擦除燒寫的語音單片機芯片。依據外掛或內置的SPI-Flash 的不同，播放時長也不同。WT588D 語音芯片應用框圖如圖3.9所示。支持DAC/PWM 兩種輸出方式，通過專業的上位機軟件，隨意組合語音，可插入

35、靜音，插入的靜音不占用內存容量。在三線串口控制模式下，能播放不同地址字段的語音信號，控制語音播放，停止，循環播放和音量大小，或者直接觸發0219地址位的任意語音，三線串口控制控制端口擴展輸出可以擴展輸出8位。PWM 和DAC 輸出方式，PWM 輸出可直接推動0.5W/8的揚聲器，推挽電流充沛，DAC 輸出外接功放，音質好。本次設計采用PWM 輸出方式。其主要特點如下：v 28腳模塊封裝，可通過更換存儲器以獲得不同長度的語音存儲時間； v 支持2M bit 32M bit容量的SPI-Flash（注：1byte=8bit）； v 采用 WT588D-20SS 語音芯片當作主控核心； v 內嵌獨特

36、的人聲語音處理器，使語音表現極為自然悅耳； v 內置 13Bit/DA 轉換器，以及12Bit/PWM音頻處理，確保高品質語音輸出； v 支持加載6K22KHz采樣率WAV音頻； v 支持按鍵控制模式、一線串口控制模式、三線串口控制模式； v 按鍵控制模式底下可以設置多種IO口觸發方式； v 任意設定顯示語音播放狀態信號的 BUSY 輸出方式； v 最多可加載500段用于編輯的語音； v 220段可控制地址位，單個地址位最多可加載128段語音，地址位內的語 音組合播放； v 語音播放停止馬上進入休眠模式； v 配套 WT588D VoiceChip 上位機軟件，接口簡單使用方便。能極大限度的發

37、揮 WT588D 語音模塊各項功能； v 在軟件中可完成控制模式設置、語音組合、調用語音、插入靜音等操作； v 可隨意插入靜音，靜音時間范圍為10ms25min； v 工作電壓DC2.8V5.5V； v 休眠電流小于10uA； 圖3.8 語音模塊圖圖3.9 WT588D語音芯片應用框圖3.4.1 WT588D模塊使用方法WT588D語音芯片是一款功能強大的可重復擦除燒寫的語音單片機芯片。WT588D讓語音芯片不再為控制方式而尋找合適的外圍單片機電路，高度集成的單片機技術足于取代復雜的外圍控制電路。此次設計采用三線串口控制模式 。表3-3為芯片引腳功能圖。表3-3 WT588D引腳功能引腳號引腳

38、名簡述功能描述01RESETRESET復位腳，低電平保持5ms有效02DACDACDAC音頻輸出腳，需外接功放才能驅動揚聲器03PWM+PWM+PWM+音頻輸出腳，跟PWM-組合可直接驅動揚聲器 04PWM-PWM-PWM-音頻輸出腳，跟PWM+組合可直接驅動揚聲器 05P14SPI-FLASH_DI 燒寫程序數據輸入腳（利用外部下載器下載時用到）06P13SPI-FLASH_DO燒寫程序數據輸出腳（利用外部下載器下載時用到） 07P16SPI-FLASH_CLK 燒寫程序時鐘腳（利用外部下載器下載時用到） 08GNDGND電源地09P15SPI-FLASH_CS燒寫程序片選腳（利用外部下載器

39、下載時用到） 10P03K4/CLK/DATA 按鍵/三線時鐘/一線數據輸入腳11P02K3/CS按鍵/三線片選輸入腳12P01K2/DATA按鍵/三線數據輸入腳13P00K1按鍵14VCCVCC存儲器電源輸入腳15BUSYBUSY語音播放忙信號輸出腳16VDDVDD數字電源輸入腳3.4.2WT588D三線串口PWM輸出應用電路 軟件設置：三線串口控制模式。 控制端口定義：P01為DATA，P02為CS，P03為CLK。由 MCU 發送信息對WT588D 進行控制。 BUSY 輸出：P17為 BUSY 忙信號輸出端，可從上位機軟件端設置為播放狀態輸出為高電平或低電平。高電平時電壓接近 VDD

40、供電電壓。用于接發光二極管做放音狀態指示或忙信號判斷。 供電電壓：VDD=DC2.85.5V，VCC=DC2.83.6V。采用DC3.3V供電時，可以直接短接VDD跟VCC，采用DC5V供電時，VDD端接5V，VCC端需要從VDD端串接兩個二極管以提供工作電壓。VDD1為MCU工作電壓。如果VDD1跟VDD存在壓差，需要在MCU跟WTW-16P的通信線DATA、CS、CLK上串接電阻。 音頻輸出：PWM輸出方式，直接接揚聲器。此種輸出方式下，PWM+、PWM-均不能短接到地或者接電阻電容到地。 圖3.10為三線串口PWM輸出應用電路。表3-4為芯片管腳連接說明。圖3.10 三線串口PWM輸出應

41、用電路 表3-4管腳連接說明管腳號管腳名管腳類型說明01RESET數字I/O主機Port3.3（中繼Port1.3）03PWM+音頻輸出CON2.204PWM-音頻輸出CON2.108GND數字接地電源地10P03數字I/OPort2.111P02數字I/OPort2.012P01數字I/OPort1.714VCC模擬電源+3.3V16VDD數字電源+5V3.5 液晶顯示電路系統采用液晶顯示屏作為顯示，相比與LED顯示，液晶顯示（LCD）具有輕薄短小、低耗電量、無輻射危險，平面直角顯示以及影像穩定不閃爍等優勢。而且在設計中，需要顯示的數據內容也比較大，這些都是LED顯示不能滿足的，所以在選擇上

42、，選擇了LCD作為顯示模塊，在液晶屏的選擇上，設計中選擇的是NOKIA5110液晶顯示屏，該模塊是+3.3V SPI模塊，像素為48x84，內置了LED燈點亮屏幕，可以滿足本系統的設計，使用也非常方便，其實物圖如圖3.11。其主要特點如下：v 84x48 的點陣LCD，可以顯示4 行漢字；v 采用串行接口與主處理器進行通信，接口信號線數量大幅度減少，包括電源和地在內的信號線僅有9 條；v 支持多種串行通信協議（如AVR 單片機的I、MCS51 的串口模式等），傳輸速率高達4Mbps，可全速寫入顯示數據，無等待時間。v 可通過導電膠連接模塊與印制版，而不用連接電纜，用模塊上的金屬鉤可將模塊固定到

43、印制板上，因而非常便于安裝和更換。v LCD 控制器驅動器芯片已綁定到LCD 晶片上，模塊的體積很小。v 采用低電壓供電，正常顯示時的工作電流在200A 以下，且具有掉電模式。 圖3.11 NOKIA5110液晶顯示實物圖3.5.1 NOKIA5110 液晶顯示的使用方法 Nokia5110 液晶的驅動控制器為 PCD8544，它可以驅動48行*84列的圖形顯示，5110液晶的工作電壓為2.7-3.3V，在電路設計中我們用3.3V電壓為其供電。另外由于單片機系統采用的是5V工作電壓，所以在電源設計中，設計了兩種電源電路，一種5V穩壓電路，一種3.3V電壓轉換電路。NOKIA5510 液晶模塊有

44、8個引腳，由于購買廠家不同，引腳的排列也有差別，8個引腳等別是： 復位腳；使能線；數據/命令選擇線；數據線；時鐘線；電源；背景燈；電源地。 NOKIA5110 (PCD8544) 的通信協議是一個沒有MISO 只有MOSI 的SPI 協議，如果單片機有富裕的SPI 接口，也可以利用硬件SPI，但通常沒有必要，只需要軟件程序模擬即可。3.5.1.1使用指令指令格式分為兩種模式：如果D/C（模式選擇）置為低，當前字節解釋為命令字節，具體指令集請參考附錄B。如果D/C置為高，接下來的字節將存儲到顯示數據RAM。每一個數據字節存入之后，地址計數自動遞增。在數據字節最后一位期間會讀取D/C信號的電平。每

45、一條指令可用任意次序發送到PCD8544。首先傳送的是字節的MSB（高位）。當SCE為高時，串行接口被初始化。在這個狀態，SCLK時鐘脈沖不起作用，串行接口不消耗電力。在正常傳送狀態下，SCE為低，如圖3.12所示。圖3.12串行總線協議傳送多個字節SCE上的負邊緣使能串行接口并指示開始數據傳輸。v 當SCE 為高時，忽略 SCLK 時鐘信號；在SCE為高期間，串行接口被初始化（見圖3.13）。v SDIN 在SCLK的正邊緣取樣。v D/C 指出字節是一個命令 (D/C = 0)或是一個RAM數據(D/C = 1)； 它在第八個SCLK脈沖被讀出。v 在命令/數據字節的最后一位之后，如果SC

46、E為低，串行接口在下 一個SCLK正邊緣等待下一個字節的位7（見圖3.13）v RES端的復位脈沖中斷傳輸。數據不會寫進RAM。寄存器被清除。 如果在RES正邊緣之后SCE為低，串行接口準備接收命令/數據字節 的位7（見圖3.14）。圖3.13串行總線復位功能（SCE）圖3.14串行總線復位功能（ RES）3.5.2字庫芯片為了方便 NOKIA5110 更好的顯示，系統采用字庫芯片，型號為 GT20L16S1Y，芯片外形如圖3.15。GT20L16S1Y 是一款內含15X16 點陣的漢字庫芯片，支持GB2312國標簡體漢字（含有國家信標委合法授權）、ASCII 字符。排列格式為豎置橫排。用戶通

47、過字符內碼，利用本手冊提供的方法計算出該字符點陣在芯片中的地址，可從該地址連續讀出字符點陣信息。圖3.15 GT20L16S1Y外形圖字庫芯片的管腳描述如表3-5所示：表3-5 字庫芯片的管腳描述管腳號名稱描述1SCLK串行時鐘輸入2GND地3CS#片選輸入4VCC電源（3.3V）5SO串行數據輸出6SI串行數據輸入3.5.2.1漢字點陣排列格式每個漢字在芯片中是以漢字點陣字模的形式存儲的，每個點用一個二進制位表示，存1的點，當顯示時可以在屏幕上顯示亮點，存0的點，則在屏幕上不顯示。點陣排列格式為豎置橫排：即一個字節的高位表示下面的點，低位表示上面的點（如果用戶按16bit 總線寬度讀取點陣數

48、據，請注意高低字節的順序），排滿一行后再排下一行。這樣把點陣信息用來直接在顯示器上按上述規則顯示，則將出現對應的漢字。第四章 系統軟件設計4.1編程思想與編程環境對于一個較為完善的監測系統來說，軟件部分具有相當重要的地位。硬件系統只有在軟件的指揮下才能協調各個部分、圓滿完成工作。軟件的完善與否將直接影響監測結果是否正確。因此，一個功能健全的系統必須有完善的軟件來支持。本系統所采用的軟件由語音播報子程序、顯示子程序、無線發射子程序和無線接收子程序等部分組成。每部分程序即相互關聯又都保持相對獨立。本系統軟件設計特點主要有:采用結構化程序設計方法，將軟件分為各個獨立的功能模塊，使之具有較好的通用性和

49、可移植性，便于系統的擴展；用操作已定義過的變量替代操作直接地址單元，增加程序的可讀性。單片機編程語言常用的有兩種，一種是匯編語言，另一種是 C51 語言。匯編語言的機器代碼生成效率很高，但是可讀性并不強，復雜一點的程序就更難讀懂，而C51 語言在大多數情況下其機器代碼生成效率和匯編語言相當，但可讀性和可移植性卻遠遠超過了匯編語言，而且 C51 語言還可以嵌入匯編來解決高實效性的代碼編寫問題。對于開發周期來說，C51 語言的開發周期通常小于匯編語言很多。C51 語言是一種結構化語言。它層次清晰，便于按模塊化方式組織程序，易于調試和維護，這種語言的表現能力和處理能力極強，它不僅具有豐富的運算符和數

50、據類型，便于實現各類復雜的數據結構。它還可以直接訪問內存的物理地址，進行位（bit）一級的操作。C51 語言的模塊化開發方式使開發出來的程序模塊可不經修改，直接被其他項目所用，這樣可以最大程度的實現資源共享。由于C51 語言實現了對硬件的編程操作，因此 C51 語言集高級語言和低級語言的功能為一體，具有高效性，可移植性強等特點。綜合以上 C51 語言的優點，本次設計選擇 C51 語言對系統設計進行軟件編程。另外，該軟件設計只是在編程語言上選擇 C51 語言，系統的實現還需要 Keil C51開發系統來支撐。二者缺一不可。4.1.1 Keil C5軟件簡介Keil C51是美國 Keil Sof

51、tware 公司出品的51系列兼容單片機C語言軟件開發系統，圖4.1是 Keil 軟件的界面。與匯編相比，C語言在功能上、結構性、可讀性、可維護性上有明顯的優勢，因而易學易用。用過匯編語言后再使用C來開發，體會更深刻。Keil C51軟件提供豐富的庫函數和功能強大的集成開發調試工具，全Windows 界面。另外重要的一點，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會到Keil C51 生成的目標代碼效率非常之高，多數語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發大型軟件時更能體現高級語言的優勢。Keil 提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強大的仿真調試器等在內的完整開發方案，通過一個

52、集成開發環境（uVision）將這些部份組合在一起。圖4.1 Keil 軟件的界面Keil 軟件特點如下：1、Vision IDE：Vision IDE 包括一個工程管理器、一個源程序編輯器和一個程序調試器。使用Vision 可以創建元文件，并組成應用工程加以管理。Vision 是一個功能強大的集成開發環境，可以自動完成編譯、匯編、鏈接程序的操作。2、C51編譯器：Keil C51 編譯器遵循 ANSI C 語言標準，支持C語言的所有標準特性，并增加一些支持80C51系列單片機結構的特性。3、A51匯編器：Keil A51 匯編器支持 80C51 及其派生系列的所有指令集。4、LIB 51庫管

53、理器：LIB 51 庫管理器可以由匯編器和編譯器創建的目標文件建立目標庫。這些庫可以被鏈接器所使用，這提供了一種代碼重用的方法。5、BL51鏈接器定位器：BL51 鏈接器定位器使用由編譯器、匯編器生成的可重定位目標文件和從庫中提取出來的相關模塊，來創建一個絕對地址文件。6、OH51目標文件生成器：OH51 目標文件生成器用于將絕對地址模塊轉為Intel格式的HEX文件。該文件可以被寫入單片機應用系統的程序存儲器中。7、Monitor-51：Vision 調試器支持用 Monitor-51 對目標板進行調試。使用此功能時將會有一段監控代碼被寫入目標板的程序存儲器中。它利用串口和Vision 調試器進行通信，調入真正的目標程序。借助于Monitor-51，Vision 調試器可以對目標硬件進行源代碼級的調試。4.2 軟件總體設計系統的軟件部分采用C語言編寫。與匯編相比，C語言在功能上、結構性、可讀性、可維護性上有明顯的優勢。軟件系統的各節點的軟件連接示意圖如圖4.2所示。圖4.2 各節點的軟件連接示意圖 系統的軟件設計采用模塊化的設計思想，系統功能的實現將