基于電力載波的病房呼叫系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、<p>　　本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)</p><p>　　題目：基于電力載波的病房呼叫系統(tǒng)</p><p>　　院 （系）： 電子信息工程學(xué)院</p><p>　　專 業(yè)： 電子信科學(xué)與技術(shù)</p><p>　　基于電力載波的病房呼叫系統(tǒng)</p><p><b>　　摘 要</b>&l

2、t;/p><p>　　隨著電力載波技術(shù)的發(fā)展,應(yīng)用低壓電力線作為傳輸媒質(zhì)，采用擴(kuò)頻、數(shù)字編碼、單片機(jī)控制等技術(shù)實(shí)現(xiàn)病房呼叫已成為可能。為了克服無線式病房呼叫系統(tǒng)易受電磁干擾，而且容易對(duì)一些特殊儀器和特殊病人的影響， 故本文運(yùn)用電力載波技術(shù)設(shè)計(jì)了一種病房呼叫系統(tǒng)。</p><p>　　本設(shè)計(jì)旨在應(yīng)用于AT89C52單片機(jī)按照筆者制定的的編碼方式通過電力載波發(fā)送數(shù)據(jù)，在其基礎(chǔ)上制作了基于電力載波的

3、病房呼叫系統(tǒng)。當(dāng)某一房間出現(xiàn)病情時(shí)，發(fā)送預(yù)先設(shè)定好的本地地址碼，由調(diào)制電路調(diào)制后，通過電力線向外發(fā)送；再經(jīng)接收譯碼電路調(diào)制解調(diào)，取出信號(hào)并譯碼出地址同時(shí)發(fā)出聲光警報(bào)。讓醫(yī)院能夠準(zhǔn)確及時(shí)響應(yīng)病人的呼叫。</p><p>　　該系統(tǒng)無需為數(shù)據(jù)傳輸專門布線，適合舊病房改造，具有一定的可行性和應(yīng)用價(jià)值。</p><p>　　關(guān)鍵詞：單片機(jī)；電力載波；編碼；數(shù)據(jù)通信</p><p

4、>　　Wards calling system based on the power line carrier technology</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　With the development of the power line carrier technology, we also can apply t

5、he low-voltage power line as a transmission medium, using the spread spectrum, digital encoding. the control technology of single-chip ,we can achieve Call Ward as possible.In order to overcome the wireless call system

6、 that electomagnetic vunlnerable interference, whlie it easy for effecting some special equipment and special patient, So in this paper,the design use the power line carrier technology to achieve wards </p><p&

7、gt;　　The author designs the encoding of data with the AT89C52 MCU intended for sent through the power line carrier,for its base we product the Wards calling system based on the power line carrier technology.When a room d

8、isease appears, send pre-configured local address code, and modulation by the modulation circuit, it sends out through the power line; then through the decoding circuit receiving modem, recover the signal and decoding ad

9、dress at the same time whlie send sound and light warning. The ho</p><p>　　It is no need for special wiring arrangement for the data transmission，so it was suitable for the old ward reformation，and of some f

10、easibility and some application value.</p><p>　　Key Words: MCU;power line carrier;coding;data communications</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　中文摘要Ⅰ</b></p&

11、gt;<p><b>　　英文摘要Ⅱ</b></p><p><b>　　主要符號(hào)表Ⅲ</b></p><p><b>　　1 緒論1</b></p><p><b>　　1.1前言1</b></p><p>　　1.2課題研究背景與

12、意義1</p><p>　　1.3病房呼叫系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀1</p><p>　　1.4本文主要研究內(nèi)容2</p><p>　　1.4.1本設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容2</p><p>　　1.4.2設(shè)計(jì)的功能和特點(diǎn)2</p><p>　　2病房呼叫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)3</p><p>　　2.1設(shè)計(jì)方案

13、的確定3</p><p>　　2.2設(shè)計(jì)方案的比較4</p><p><b>　　2.3電路設(shè)計(jì)4</b></p><p>　　2.4主要芯片功能介紹4</p><p>　　2.4.1AT89C52簡介4</p><p>　　2.4.2 NE555簡介5</p><

14、p>　　2.4.3收音機(jī)中周簡介6</p><p>　　2.4.4MAX232簡介7</p><p>　　2.4.5三端穩(wěn)壓器8</p><p>　　2.4.6七段LED顯示器8</p><p>　　2.5單元電路設(shè)計(jì)10</p><p>　　2.5.1電源電路設(shè)計(jì)10</p><

15、p>　　2.5.2電力載波編碼方案12</p><p>　　2.5.3電力載波發(fā)送部分電路設(shè)計(jì)12</p><p>　　2.5.4本振電路設(shè)計(jì)13</p><p>　　2.5.5編碼電路設(shè)計(jì)14</p><p>　　2.5.6載波接收電路設(shè)計(jì)15</p><p>　　2.5.7檢波與整形放大電路設(shè)計(jì)1

16、6</p><p>　　2.5.8譯碼電路設(shè)計(jì)17</p><p>　　3硬件調(diào)試與仿真19</p><p>　　3.1電路原理圖的設(shè)計(jì)19</p><p>　　3.2印刷電路板設(shè)計(jì)規(guī)則20</p><p>　　3.3調(diào)試過程21</p><p>　　4.軟件的程序設(shè)計(jì)25</

17、p><p>　　4.1程序流程圖及源程序25</p><p>　　4.2程序調(diào)試與仿真27</p><p><b>　　5.結(jié)論29</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)30</b></p><p><b>　　致 謝32</b><

18、/p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）知識(shí)產(chǎn)權(quán)聲明33</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）獨(dú)創(chuàng)性聲明34</p><p>　　附錄Ⅰ 系統(tǒng)電路圖35</p><p>　　附錄Ⅱ 源程序36</p><p>　　附錄Ⅲ PCB圖40</p><p><b>　　主 要 符 號(hào) 表&l

19、t;/b></p><p><b>　　R——電阻</b></p><p><b>　　C——電容</b></p><p><b>　　μ——電容容量</b></p><p><b>　　Ω——兆歐</b></p><p>&

20、lt;b>　　pF——皮法</b></p><p><b>　　kΩ——千歐</b></p><p><b>　　kHz——千赫</b></p><p><b>　　MHz——兆赫</b></p><p>　　——模擬電路基本符號(hào)</p><

21、;p><b>　　1 緒論</b></p><p><b>　　1.1前言</b></p><p>　　信息時(shí)代的醫(yī)院管理已經(jīng)從傳統(tǒng)的人管理模式。向智能化、電子化、信息化、 網(wǎng)絡(luò)化的高科技管理模式的方向迅猛發(fā)展。病房呼叫系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)醫(yī)院病房的智能化管理?？蓪?shí)現(xiàn)對(duì)講、呼叫、監(jiān)聽、廣播、群呼、響鈴、求救報(bào)警、信息貯存、優(yōu)先權(quán)設(shè)定、顯示排隊(duì)等功能

22、。為醫(yī)院和患者都帶來方便。基于電力載波技術(shù)的二線制數(shù)據(jù)、語音智能綜合呼叫系統(tǒng)，是根據(jù)醫(yī)院系統(tǒng)化整體護(hù)理的要求設(shè)計(jì)開發(fā)的。</p><p>　　1.2課題研究背景與意義</p><p>　　近年來，隨著通信技術(shù)的發(fā)展，人們?cè)陔娏€載波通信方面作了大量的研究工作。電力供電網(wǎng)絡(luò)四通八達(dá)，低壓電力線連接千家萬戶，構(gòu)成最普及的網(wǎng)絡(luò)，利用它進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，傳遞各種信息，不占用無線頻道資源，亦無需鋪設(shè)專用

23、通訊線路，省工、省錢、維護(hù)簡單、有著廣闊的應(yīng)用前景。</p><p>　　傳統(tǒng)的病房呼叫系統(tǒng)普遍采用有線式，不僅布線安裝繁瑣、維護(hù)不便、利用率低，而且實(shí)時(shí)性差。雖然無線式呼叫系統(tǒng)沒有布線問題，但它的可靠性差，而且無線電波會(huì)干擾其它醫(yī)療儀器設(shè)備，目前大多數(shù)醫(yī)院不采用無線呼叫系統(tǒng)。 　　 隨著電力載波技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)用低壓電力線作為傳輸媒質(zhì)，采用擴(kuò)頻、數(shù)字編碼、單片機(jī)控制等技術(shù)實(shí)現(xiàn)病房呼叫已成為可能。</

24、p><p>　　1.3病房呼叫系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀</p><p>　　在早期，醫(yī)院的呼叫系統(tǒng)是采用數(shù)字電路設(shè)計(jì)而成，具有電路復(fù)雜、布線麻煩、以及呼叫信息不準(zhǔn)確等缺點(diǎn)，因此現(xiàn)在已經(jīng)逐漸淘汰。</p><p>　　現(xiàn)在市場上的病房呼叫系統(tǒng)普遍采用的是單片機(jī)控制和PLC控制，這2種控制方法相比之下，具有布線簡單、容易實(shí)現(xiàn),呼叫及時(shí)、顯示清楚等優(yōu)點(diǎn)。本設(shè)計(jì)就具體利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)病房呼

25、叫系統(tǒng)。</p><p>　　在當(dāng)今社會(huì)電力系統(tǒng)遍及各個(gè)地區(qū)，利用電力來傳輸信息，是一個(gè)很可取的方法，尤其是很多發(fā)達(dá)國家電力載波的應(yīng)用相當(dāng)廣泛。電力載波利用市電線路直接傳輸信息，無需新增設(shè)備的布線，只要有電力線即可。本系統(tǒng)利用醫(yī)院病房現(xiàn)有的電力布線，通過制定適合單片機(jī)的電力載波編碼方案，將電力載波技術(shù)應(yīng)用</p><p>　　于醫(yī)院病房呼叫系統(tǒng)。</p><p>　

26、　1.4本文主要研究內(nèi)容</p><p>　　1.4.1本設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容</p><p>　　本設(shè)計(jì)旨在應(yīng)用于AT89C52單片機(jī)按照筆者制定的的編碼方式通過電力載波發(fā)送數(shù)據(jù)，在其基礎(chǔ)上制作了基于電力載波的病房呼叫系統(tǒng)。當(dāng)某一房間出現(xiàn)病情時(shí)，發(fā)送預(yù)先設(shè)定好的本地地址碼，由調(diào)制電路調(diào)制后，通過電力線向外發(fā)送；再經(jīng)接收譯碼電路調(diào)制解調(diào)，取出信號(hào)并譯碼出地址同時(shí)發(fā)出聲光警報(bào)。讓醫(yī)院能夠準(zhǔn)確及時(shí)響

27、應(yīng)病人的呼叫。使用電力線載波，可以減少為數(shù)據(jù)傳輸專門布線，同時(shí)也適用于舊病房改造，具有很高的可行性和應(yīng)用價(jià)值。本設(shè)計(jì)造價(jià)低使用方便。</p><p>　　本方案采用AT89C52單片機(jī)進(jìn)行編譯碼，利用中周TTF-2-2來構(gòu)成載波發(fā)送與接收部分，系統(tǒng)的本振信號(hào)是由NE555芯片產(chǎn)生，整個(gè)系統(tǒng)通過MAX232串口與計(jì)算機(jī)連接進(jìn)行數(shù)據(jù)的管理。</p><p><b>　　本設(shè)計(jì)主要部分

28、：</b></p><p>　?。?）利用NE555定時(shí)器產(chǎn)生的本振信號(hào)電路。</p><p>　　（2）利用普通收音機(jī)中周TTF-2-2本振調(diào)諧回路工作在336kHz 的電力載波編碼方案。</p><p>　?。?）由AT89C52構(gòu)成的編譯碼電路。</p><p>　?。?）檢波與整形放大電路的設(shè)計(jì)。</p>&

29、lt;p>　　1.4.2設(shè)計(jì)的功能和特點(diǎn)</p><p>　?。?）利用市電線路直接傳輸信息，通信可能滿足一般數(shù)據(jù)傳輸要求。</p><p>　　（2）無需考慮房屋修建或裝修時(shí)考慮設(shè)備的布線，只要有電力線即可正常工作。同時(shí)由于本品采用了約為336kHz的中頻通過電力線傳輸從而避免了電磁輻射對(duì)一些醫(yī)療儀器及一些特殊病人的干擾。由于沒有采用無線電使得信號(hào)傳輸穩(wěn)定可靠，本設(shè)計(jì)適用于大、小型

30、醫(yī)院。必要時(shí)可以增加串口與PC機(jī)通信，實(shí)現(xiàn)電腦病房管理。</p><p>　?。?）采用LED顯示每個(gè)病房的呼叫，高亮度，高清晰，能讓就診人員及時(shí)找到相應(yīng)的病房進(jìn)行治療，主機(jī)在接收到申請(qǐng)的同時(shí)能夠通過揚(yáng)聲器進(jìn)行報(bào)警。</p><p>　　2病房呼叫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p>　　2.1設(shè)計(jì)方案的確定</p><p>　　病房呼叫系統(tǒng)是病人請(qǐng)求

31、值班醫(yī)生或護(hù)士進(jìn)行診斷或護(hù)理的緊急呼叫工具， 可將病人的請(qǐng)求快速傳送給值班醫(yī)生或護(hù)士，并在值班室的監(jiān)控中心電腦上留下準(zhǔn)確完整的記錄。利用電力線載波通信技術(shù)、單片機(jī)多機(jī)通信和計(jì)算機(jī)監(jiān)控管理技術(shù)設(shè)計(jì)的具有呼叫、振鈴、顯示排隊(duì)、優(yōu)先權(quán)設(shè)定、存儲(chǔ)記錄等功能的病床呼叫系統(tǒng)。滿足了醫(yī)院的病房管理和護(hù)理要求。</p><p>　　病房呼叫系統(tǒng)由若干個(gè)呼叫源( 一般每張病床為一個(gè)) 、調(diào)制解調(diào)載波模塊、編碼譯碼系統(tǒng)組成。當(dāng)呼叫源

32、有呼叫信號(hào)時(shí)，在監(jiān)控系統(tǒng)上有相應(yīng)的聲、光呼叫信號(hào)指示，并能顯示出呼叫編號(hào)。若采用并行總線擴(kuò)展方式，上百個(gè)呼叫源與主機(jī)之間的布線太復(fù)雜。故本系統(tǒng)利用單片機(jī)的串行通訊功能。使得主機(jī)到各個(gè)從機(jī)之間的信號(hào)通過電力線載波調(diào)制解調(diào)模塊,經(jīng)過～220V 民用電力線傳輸。實(shí)現(xiàn)主機(jī)和從機(jī)之間的雙向數(shù)據(jù)傳送。當(dāng)病床有呼叫請(qǐng)求時(shí)進(jìn)行聲光報(bào)警，并在顯示器上顯示病床的位置。呼叫源( 從機(jī)) 放在病房內(nèi)，病人有呼叫請(qǐng)求時(shí)，按下請(qǐng)求按鈕，向值班室呼叫，并點(diǎn)亮呼叫指示

33、燈。主機(jī)和從機(jī)之間通過電力線連接在一起。主機(jī)和從機(jī)通訊時(shí)，主機(jī)依次向各從機(jī)發(fā)送地址信息，各從機(jī)接收主機(jī)發(fā)來的地址信息，如果和自己的地址相同，則向主機(jī)發(fā)送自己的報(bào)警信息。</p><p>　　硬件框圖：如圖2.1所示</p><p><b>　　圖2.1硬件框圖</b></p><p>　　2.2設(shè)計(jì)方案的比較</p><p&

34、gt;　　現(xiàn)在醫(yī)院里大多采用兩種病房呼叫系統(tǒng)：一種是無線的病房呼叫系統(tǒng)；另外一種是有線式的病房呼叫系統(tǒng)。而傳統(tǒng)的病房呼叫系統(tǒng)普遍采用有線式，不僅布線安裝繁瑣、維護(hù)不便、利用率低、而且實(shí)時(shí)性差。</p><p>　　醫(yī)院的病房是不宜安裝無線系統(tǒng)的，原因有二：一是無線系統(tǒng)易受外界的電磁干擾，發(fā)生誤傳導(dǎo)，多數(shù)情況是接收機(jī)接收到臨近頻率的信號(hào)而發(fā)出呼叫信息。二是由于醫(yī)院電器醫(yī)療設(shè)備較多，也容易和被呼叫系統(tǒng)發(fā)生電磁波干擾，

35、發(fā)生醫(yī)療事故。</p><p>　　隨著電力載波技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)用低壓電力線作為傳輸媒質(zhì)，采用擴(kuò)頻、數(shù)字編碼、單片機(jī)控制等技術(shù)實(shí)現(xiàn)病房呼叫已成為可能。</p><p>　　故本設(shè)計(jì)采用電力載波技術(shù)來實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)，利用市電線路直接傳輸信息，通信可能滿足一般數(shù)據(jù)傳輸要求，無需考慮房屋修建或裝修時(shí)考慮設(shè)備的布線。只要有電力線即可正常工作。</p><p><b>

36、　　2.3電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　當(dāng)某病房出現(xiàn)情況需要護(hù)士或醫(yī)生治療時(shí)，由病人按動(dòng)按鈕讀出呼叫病房和床位，這時(shí)驅(qū)動(dòng)蜂鳴器報(bào)警同時(shí)在LED上顯示的病房的請(qǐng)求，同時(shí)按下主機(jī)上的已響應(yīng)解除報(bào)警，而且主機(jī)還能夠通過RS232接口將數(shù)據(jù)傳入PC機(jī)串口，方便計(jì)算機(jī)程序?qū)Σ∪藬?shù)據(jù)建立數(shù)據(jù)庫進(jìn)行管理。</p><p>　　本系統(tǒng)應(yīng)用單片機(jī)對(duì)發(fā)送信號(hào)進(jìn)行編碼，通過發(fā)送電路將其發(fā)送到

37、電力線上，再通過與之相對(duì)的接收譯碼電路取得發(fā)送的數(shù)據(jù)，通過譯碼實(shí)現(xiàn)病房呼叫。</p><p><b>　　系統(tǒng)電路圖見附錄Ⅰ</b></p><p>　　2.4主要芯片功能介紹</p><p>　　本系統(tǒng)用到的主要芯片有AT89C52、NE555、78系列的三端穩(wěn)壓器、MAX232串口、收音機(jī)中周TTF-2-2、七段LED顯示器。</p&

38、gt;<p>　　2.4.1AT89C52簡介</p><p>　　AT89C52是51系列單片機(jī)的一個(gè)型號(hào)，它是ATMEL公司生產(chǎn)的。</p><p>　　AT89C52是一個(gè)低電壓，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含8k bytes的可反復(fù)擦寫的Flash只讀程序存儲(chǔ)器和256 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器</p><p>　　（RAM），器件采

39、用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的AT89C52單片機(jī)可為您提供許多較復(fù)雜系統(tǒng)控制應(yīng)用場合。 AT89C52有40個(gè)引腳，32個(gè)外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時(shí)內(nèi)含2個(gè)外中斷口，3個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器，2個(gè)全雙工串行通信口，2個(gè)讀寫口線，AT89C52可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程，也可

40、以在線編程。其將通用的微處理器和Flash存儲(chǔ)器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的Flash存儲(chǔ)器可有效地降低開發(fā)成本。AT89C52有PDIP、PQFP/TQFP及PLCC等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。</p><p><b>　　主要功能特性：</b></p><p>　　· 兼容MCS51指令系統(tǒng)——8k可反復(fù)擦寫(>1000次）Flash

41、ROM</p><p>　　· 32個(gè)雙向I/O口——256x8bit內(nèi)部RAM </p><p>　　· 3個(gè)16位可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷——時(shí)鐘頻率0-24MHz </p><p>　　· 2個(gè)串行中斷——可編程UART串行通道 </p><p>　　· 2個(gè)外部中斷源——共6個(gè)中斷源 </p

42、><p>　　· 2個(gè)讀寫中斷口線——3級(jí)加密位 </p><p>　　· 低功耗空閑和掉電模式——軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能 </p><p>　　2.4.2 NE555簡介</p><p>　　NE555是屬于555系列的計(jì)時(shí)IC的其中的一種型號(hào)，555系列IC的接腳功能及運(yùn)用都是相容的，只是型號(hào)不同的因其價(jià)格不同其穩(wěn)定度、省

43、電、可產(chǎn)生的振蕩頻率也不大相同；而555是一個(gè)用途很廣且相當(dāng)普遍的計(jì)時(shí)IC，只需少數(shù)的電阻和電容，便可產(chǎn)生數(shù)位電路所需的各種不同頻率之脈沖信號(hào)。</p><p>　　b. NE555引腳位功能配置說明下：</p><p>　　NE555管腳圖如圖2.2所示：</p><p>　　圖2.2NE555管腳圖</p><p>　　Pin 1 (接地

44、) — 地線(或共同接地) ，通常被連接到電路的共同接地端。 Pin 2 (觸發(fā)點(diǎn)) — 這個(gè)腳位是觸發(fā)NE555使其啟動(dòng)它的時(shí)間周期。觸發(fā)信號(hào)上緣電壓須大于2/3 VCC，下緣須低于1/3 VCC 。 Pin 3 (輸出) — 當(dāng)時(shí)間周期開始555的輸出腳位，移至比電源電壓少1.7伏的高電位。周期的結(jié)束輸出回到O伏左右的低電位。于高電位時(shí)的最大輸出電流大約200 mA 。</p><p>　　Pin 4 (

45、重置) — 一個(gè)低邏輯電位送至這個(gè)腳位時(shí)會(huì)重置定時(shí)器會(huì)使輸出回到一個(gè)低電位。它通常被接到正電源或忽略不用。 </p><p>　　Pin 5 (控制) — 這個(gè)接腳準(zhǔn)許由外部電壓改變觸發(fā)和閘限電壓。當(dāng)計(jì)時(shí)器經(jīng)營在穩(wěn)定或振蕩的運(yùn)作方式下,這輸入能用來改變或調(diào)整輸出頻率。 Pin 6 (重置鎖定) — Pin 6重置鎖定并使輸出呈低態(tài)。當(dāng)這個(gè)接腳的電壓從1/3 VCC電壓以下移至2/3 VCC以上時(shí)啟動(dòng)這個(gè)動(dòng)作。

46、Pin 7 (放電) — 這個(gè)接腳和主要的輸出接腳有相同的電流輸出能力，當(dāng)輸出為ON時(shí)為LOW，對(duì)地為低阻抗，當(dāng)輸出為OFF時(shí)為HIGH，對(duì)地為高阻抗。 Pin 8 (V +) — 這是555計(jì)時(shí)器IC的正電源電壓端。供應(yīng)電壓的范圍是+4.5伏特(最小值)至+16伏特(最大值)。</p><p>　　參數(shù)功能特性： ①供應(yīng)電壓4.5-16V ②供應(yīng)電流3-6 mA ③輸出電流225mA (max) ④

47、上升/下降時(shí)間100 ns</p><p>　　2.4.3收音機(jī)中周簡介</p><p>　　被稱之為中頻變壓器（俗稱中周），是超外差式晶體管收音機(jī)中特有的一種具有固定諧振回路的變壓器，但諧振回路可在一定范圍內(nèi)微調(diào)，以使接入電路后能達(dá)到穩(wěn)定的諧振頻率（465kHz）。微調(diào)借助于磁心的相對(duì)位置的變化來完成。 </p><p>　　收音機(jī)中的中頻變壓器大多是單調(diào)諧式，結(jié)

48、構(gòu)較簡單，占用空間較小。由于晶體管的輸入、輸出阻抗低，為了使中頻變壓器能與晶體管的輸入、輸出阻抗匹配，初級(jí)有抽頭，且具有圈數(shù)很少的次級(jí)耦合線圈。雙調(diào)諧式的優(yōu)點(diǎn)是選擇性較好且通頻帶較寬，多用在高性能收音機(jī)中。 </p><p>　　晶體管收音機(jī)中通常采用兩級(jí)中頻放大器，所以需用三只中周進(jìn)行前后級(jí)信號(hào)的耦合與傳送。實(shí)際電路中的中周常用BZ1、BZ2、BZ3等符號(hào)表示。在使用中不能隨意調(diào)換它們?cè)陔娐分械奈恢谩?lt;/

49、p><p>　　2.4.4MAX232簡介</p><p>　　MAX232芯片是美信公司專門為電腦的RS-232標(biāo)準(zhǔn)串口設(shè)計(jì)的接口電路,使用+5v單電源供電。該器件包含2個(gè)驅(qū)動(dòng)器、2個(gè)接收器和一個(gè)電壓發(fā)生器電路提供TIA/EIA-232-F電平。該器件符合TIA/EIA-232-F標(biāo)準(zhǔn)，每一個(gè)接收器將TIA/EIA-232-F電平轉(zhuǎn)換成5-V TTL/CMOS電平。每一個(gè)發(fā)送器將TTL/CM

50、O S電平轉(zhuǎn)換TIA/EIA-232-F電平。MAX232管腳圖如圖2.3所示：</p><p>　　內(nèi)部結(jié)構(gòu)基本可分三個(gè)部分：</p><p>　　第一部分是電荷泵電路。由1、2、3、4、5、6腳和4只電容構(gòu)成。功能是產(chǎn)生+12v和-12v兩個(gè)電源，提供給RS-232串口電平的需要。</p><p>　　第二部分是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通道。由7、8、9、10、11、12、13

51、、14腳構(gòu)成兩個(gè)數(shù)據(jù)通道。其中13腳（R1IN）、12腳（R1OUT）、11腳（T1IN）、14腳（T1OUT）為第一數(shù)據(jù)通道。8腳（R2IN）、9腳（R2OUT）、10腳（T2IN）、7腳（T2OUT）為第二數(shù)據(jù)通道。</p><p>　　TTL/CMOS數(shù)據(jù)從T1IN、T2IN輸入轉(zhuǎn)換成RS-232數(shù)據(jù)從T1OUT、T2OUT送到電腦DB9插頭；DB9插頭的RS-232數(shù)據(jù)從R1IN、R2IN輸入轉(zhuǎn)換成TTL

52、/CMOS數(shù)據(jù)后從R1OUT、R2OUT輸出。</p><p>　　第三部分是供電。15腳GND、16腳VCC（+5v）。</p><p>　　圖2.3MAX232管腳圖</p><p>　　2.4.5三端穩(wěn)壓器</p><p>　　三端穩(wěn)壓器，主要有兩種，一種輸出電壓是固定的，稱為固定輸出三端穩(wěn)壓器，另一種輸出電壓是可調(diào)的，稱為可調(diào)輸出三端

53、穩(wěn)太器，其基本原理相同，均采用串聯(lián)型穩(wěn)壓電路。在線性集成穩(wěn)壓器中，由于三端穩(wěn)壓器只有三個(gè)引出端子，具有外接元件少，使用方便，性能穩(wěn)定，價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，因而得到廣泛應(yīng)用。三端穩(wěn)壓器的通用產(chǎn)品有78系列（下電源）和79系列（負(fù)電源），輸出電壓由具體型號(hào)中的后面兩個(gè)數(shù)字代表，有5V，6V，8V，9V，12V，15V，18V，24V等檔次。輸出電流以78（或79）后面加字母來區(qū)分L表示0.1；AM表示0.5A，無字母表示1.5A，如78L05表

54、求5V 0.1A。</p><p>　　使用注意事項(xiàng)　　在使用時(shí)必須注意：(VI)和(Vo)之間的關(guān)系，以7805為例，該三端穩(wěn)壓器的固定輸出電壓是5V，而輸入電壓至少大于7V，這樣輸入/輸出之間有2－3V及以上的壓差。使調(diào)整管保證工作在放大區(qū)。但壓差取得大時(shí)，又會(huì)增加集成塊的功耗，所以，兩者應(yīng)兼顧，即既保證在最大負(fù)載電流時(shí)調(diào)整管不進(jìn)入飽和，又不致于功耗偏大。</p><p>　　780

55、5和7809 系列為 3 端正穩(wěn)壓電路,TO-220 封裝，能提供多 種固定的輸出電壓，應(yīng)用范圍廣。內(nèi)含過流、過熱和過載保護(hù)電路。帶散熱片時(shí)，輸出電流可達(dá) 1A。雖然是固定穩(wěn)壓電路，但使用外接元件，可獲得不同的電壓和電流。</p><p><b>　　7805主要特點(diǎn)：</b></p><p>　　①輸出電流可達(dá) 1A </p><p><

56、;b>　?、谳敵鲭妷河校?V</b></p><p><b>　?、圻^熱保護(hù) </b></p><p><b>　?、芏搪繁Ｗo(hù) </b></p><p>　　⑤輸出晶體管 SOA 保護(hù)</p><p>　　7809主要特點(diǎn)：①輸出電流可達(dá)1A②輸出電壓有： 9V③過熱保護(hù)④

57、短路保護(hù)⑤輸出晶體管SOA保護(hù)</p><p>　　2.4.6七段LED顯示器</p><p>　　通過發(fā)光二極管芯片的適當(dāng)連接構(gòu)成8字形，在使用時(shí)使某些筆段上發(fā)光二極管發(fā)光即可顯示0～9數(shù)字。 </p><p>　　LED七段碼顯示器，又稱LED數(shù)碼管，它有共陰和共陽兩種連接方式如圖2.4所示： </p><p>　　共陰：以陰極為公共極

58、，接低電平，當(dāng)陽極筆上加上高電平時(shí)該筆段發(fā)光； </p><p>　　共陽：以陽極為公共極，接高電平，當(dāng)陰極筆上加上底電平時(shí)該筆段發(fā)光； </p><p>　　共陰LED數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)電路應(yīng)是高電平輸出，共陽LED數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)電路應(yīng)</p><p>　　是低電平輸出。數(shù)碼管使用共陽連接，要顯示的位送入高電平，其要求顯示的段為低電平，即可實(shí)現(xiàn)。</p>&

59、lt;p><b>　　數(shù)碼管的顯示方式</b></p><p>　　數(shù)碼管要正常顯示，就要用驅(qū)動(dòng)電路來驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管的各個(gè)段碼，從而顯示出我們要的數(shù)字，因此根據(jù)數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動(dòng)態(tài)式兩類。①動(dòng)態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)：數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示接口是單片機(jī)中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)是將所有數(shù)碼管的8個(gè)顯示筆劃"a,b,c,d,e,f,g,dp"的同名

60、端連在一起，另外為每個(gè)數(shù)碼管的公共極COM增加位選通控制電路，位選通由各自獨(dú)立的I/O線控制，當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼時(shí)，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個(gè)數(shù)碼管會(huì)顯示出字形，取決于單片機(jī)對(duì)位選通COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會(huì)亮。通過分時(shí)輪流控制各個(gè)數(shù)碼管的的COM端，就使各個(gè)數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)。在輪流顯示過程中，每位數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r間為1～2

61、ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實(shí)際上各位數(shù)碼管并非同時(shí)點(diǎn)亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會(huì)有閃爍感，動(dòng)態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的I/O端口，而且功耗更低。②靜態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)：靜態(tài)驅(qū)動(dòng)</p><p>　　圖 2.4共陰和共陽兩種連接方式</p><p><b>　　2.5單元電路設(shè)計(jì)</b>

62、</p><p>　　2.5.1電源電路設(shè)計(jì)</p><p>　　在電子電路及設(shè)備中，一般都需要穩(wěn)定的直流電源供電。一般用的直流電源為單向小功率電源，它將頻率為50Hz、有效值為220V的單向交流電壓轉(zhuǎn)換成幅值穩(wěn)定的、輸出電流為幾十安以下的直流電壓。</p><p>　　單向交流電經(jīng)過電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的直流電壓。如圖2.5所示：&l

63、t;/p><p>　　圖2.5直流穩(wěn)壓電源方框圖</p><p>　　直流電源的輸入為220V的電網(wǎng)電壓（即市電），一般情況下，所需的直流電壓的數(shù)值和電網(wǎng)電壓的有效值相差較大，因而需要通過電源變壓器降壓后，再對(duì)交流電壓進(jìn)行處理。變壓器的副邊電壓有效值決定于后面電路的需要。目前，也有部分電路不用變壓器，利用其他方法升壓或降壓。</p><p>　　變壓器副邊電壓通過整流電

64、路從交流電壓轉(zhuǎn)換成直流電壓，即將正弦波電壓轉(zhuǎn)換為單一方向的脈動(dòng)電壓，半波整流電路和全波整流電路的輸出波形如圖2.5所畫的?？梢钥闯觯鼈兙休^大的交流分量，會(huì)影響負(fù)載電路的正常工作；</p><p>　　為了減少電壓的脈動(dòng)，需通過低通濾波電路濾波，使輸出電壓平滑。理想情況下，應(yīng)將交流分量全部濾掉，使濾波電路的輸出電壓僅為直流電壓。然而，由于濾波電路為無源電路，所以接入負(fù)載后勢(shì)必影響其濾波效果。對(duì)于穩(wěn)定性要求不高

65、的電子電路，整流、濾波后的直流電壓可以作為供電電源。</p><p>　　整流電路輸出的電壓雖然是單一方向，但是含有較大的交流分量，不能適應(yīng)于大多數(shù)電子電路及設(shè)備的需要。因此，一般在整流后，還要需要利用濾波電路將脈動(dòng)的直流電壓變?yōu)槠交闹绷麟妷骸?lt;/p><p>　　交流電壓通過整流、濾波后雖然變?yōu)榻涣鞣至亢苄〉闹绷麟妷?，但是?dāng)電網(wǎng)電壓波動(dòng)或者負(fù)載變化時(shí)。其平均值也將隨之變化。穩(wěn)壓電路的作

66、用就是使輸出的直流電壓基本不受電網(wǎng)電壓波動(dòng)和負(fù)載電阻變化的影響，從而獲得足夠高的穩(wěn)定性。</p><p>　　本電路通過變壓器降壓后獲得12V/50Hz直流電壓，再經(jīng)過濾波電路進(jìn)行全</p><p>　　波整流，電容C10起到濾波的作用，因?yàn)闉V波電容容量較大，因而一般均采用電解電容，電容濾波電路利用電容的充放電的作用，使輸出的電壓趨于平滑。最后再經(jīng)過有三端穩(wěn)壓器7805構(gòu)成的穩(wěn)壓電路，最后

67、輸出9V和5V的直流電壓。</p><p>　　發(fā)送部分電源電路如圖2.6所示：</p><p><b>　　圖2.6電源電路</b></p><p>　　接收部分電源電路如圖2.7所示：</p><p><b>　　圖2.7電源電路</b></p><p>　　2.5.2電

68、力載波編碼方案</p><p>　　由于本系統(tǒng)的載波發(fā)送采用中周TTF-2-2，并且高頻本振回路工作在336KHZ下，所以制定編碼方案如下：規(guī)定數(shù)據(jù)以字節(jié)為單位發(fā)送，即每串振蕩流為一字節(jié)，其中每幀分起始區(qū)和數(shù)據(jù)區(qū)。起始區(qū)格式固定為50個(gè)本振脈沖，即150μs (50×3μs = 150μs)的振蕩信號(hào)，與50個(gè)本振周期即150μs(50×3μs=150μs)的停振信號(hào)，以此來確定有數(shù)據(jù)將發(fā)送避

69、免干擾串人，造成誤接。數(shù)據(jù)區(qū)為每位為40個(gè)本振周期即120μs( 40×3μss=120μs)。bit為1則有振蕩，若為0，則沒有振蕩信號(hào)。因此每字節(jié)包括起始區(qū)300μs(150μs+150μs=300μs)和8個(gè)位即(8×120μs = 960μs)共有(300μs+ 960μs =1260μs)約為1. 3ms的字節(jié)周期，所以每秒最高傳送約790字節(jié)(先傳送高位再傳送低位)，</p><p&g

70、t;　　本振周期為:T = 1/f = 1/336kHz≈3μs</p><p>　　2.5.3電力載波發(fā)送部分電路設(shè)計(jì)</p><p>　　電力載波通訊即PLC，是英文Power line Communication的簡稱。</p><p>　　電力載波是電力系統(tǒng)特有的通信方式，電力載波通訊是指利用現(xiàn)有電力線，通過載波方式將模擬或數(shù)字信號(hào)進(jìn)行高速傳輸?shù)募夹g(shù)。最大特

71、點(diǎn)是不需要重新架設(shè)網(wǎng)絡(luò)，只要有電線，就能進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞。</p><p>　　本系統(tǒng)中通過電力線發(fā)送信號(hào)同時(shí)對(duì)市電的隔離關(guān)鍵就是通過該電路部分來完成的，因此該部分是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，直接導(dǎo)致了設(shè)計(jì)的成敗。具體電路如圖所示.電路中由T1與C1、C2 、VT 1、VD 1共同構(gòu)成。C1的作用是對(duì)市電進(jìn)行隔離同時(shí)又是提供中頻信號(hào)的交流通路。(由于直接與市電連接為避免市電尖峰脈沖將其擊穿應(yīng)取耐壓高于360V的電容) 中周T1與C

72、2構(gòu)成選頻回路，其參數(shù)的變化將導(dǎo)致選通頻率的變化，C2為300pF的定值云母電容耐壓為100V，通過中周可對(duì)選通頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)，當(dāng)調(diào)節(jié)其諧振頻率與本振相同時(shí)，發(fā)送端輸出幅值最高的頻率信號(hào)，這也是在后期調(diào)試中的關(guān)鍵。VT1主要是為了進(jìn)行功率推動(dòng)，而VD1則是防止電網(wǎng)串人的尖峰脈沖瞬間擊穿三極管VT1。本電路中還串人了0. 5 A的保險(xiǎn)絲，避免后級(jí)短路而引發(fā)事故。</p><p>　　C2與中周TTF-2-2組成了選頻

73、電路，VT1起到了信號(hào)放大，功率推進(jìn)的作用。VT1采用最基本的共射放大電路。</p><p>　　LC諧振回路利用幅頻特性和相頻特性，不僅可以進(jìn)行選頻，即從輸入信號(hào)中選擇出有用的頻率分量而抑制無用分量或噪聲，而且還可以進(jìn)行信號(hào)的頻幅轉(zhuǎn)換和頻相轉(zhuǎn)換。</p><p>　　電力載波發(fā)送部分電路圖如圖2.8所示：</p><p>　　圖2.8電力載波發(fā)送部分電路</

74、p><p>　　2.5.4本振電路設(shè)計(jì)</p><p>　　本系統(tǒng)中本振信號(hào)產(chǎn)生部分由應(yīng)用很廣的555時(shí)基電路構(gòu)成，因設(shè)計(jì)所需頻率為336kHz，故根據(jù)公式f = 1. 443/((R1 +2R2)×C)可算出振蕩電路的電阻和電容的大小。其中電容選用300pf的云母電容，R1為510Ω，R2為500Ω的可調(diào)電阻，以便可調(diào)。值得說明的是在本設(shè)計(jì)中應(yīng)用NE555的④腳為信號(hào)調(diào)制引腳。&l

75、t;/p><p>　　本設(shè)計(jì)所用的本振電路是目前最常用的間接反饋型振蕩電路。此多諧振蕩器是把反饋電阻接在放電端和電源上，如圖2.9所示，這樣做使振蕩電路和輸出電路分開，可以使負(fù)載能力加大，頻率更穩(wěn)定。此電路具有很廣泛的用途：脈沖輸出、音頻告警、家電控制、電子玩具、檢測(cè)儀器、電源變換、定時(shí)器等。 </p><p>　　555產(chǎn)生的多諧振蕩器如圖2.9所示： &l

76、t;/p><p><b>　　圖2.9多諧振蕩器</b></p><p>　　由圖2.9的波形求得電容C的充電時(shí)間T1和放電時(shí)間T2各為：</p><p><b>　　振蕩頻率為： </b></p><p>　　通過改變R和C的參數(shù)即可改變振蕩頻率。 </p><p>　　輸出脈

77、沖的占空比為： </p><p>　　本振電路原理圖如圖2.10所示：</p><p><b>　　圖2.10本振電路</b></p><p>　　2.5.5編碼電路設(shè)計(jì)</p><p>　　編碼產(chǎn)生電路主要由單片機(jī)AT89C52構(gòu)成，通過對(duì)其進(jìn)行編程，實(shí)現(xiàn)當(dāng)有按鈕按下時(shí)產(chǎn)生對(duì)應(yīng)按鈕編碼號(hào)的碼值并按前面所訴的編碼方案產(chǎn)生

78、對(duì)應(yīng)的編碼序列，通過P0. 0口送入NE555的4引腳進(jìn)行調(diào)制以便發(fā)送。其具體的過程為：單片機(jī)查得P1口有無按鈕按下，若無則繼續(xù)查尋，若有則就讀取端口號(hào)并查尋對(duì)應(yīng)端口號(hào)的編碼，將編碼送入序列產(chǎn)生函數(shù)。該函數(shù)主要功能為當(dāng)被調(diào)用時(shí)按</p><p>　　照前面制定的編碼原理，對(duì)傳入的編碼進(jìn)行處理并產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的編碼序列輸出到單片機(jī)的p0. 0口。</p><p>　　編碼電路如圖2.11所示：&l

79、t;/p><p><b>　　圖2.11編碼電路</b></p><p>　　本電路采用AT89C52單片機(jī)作為編碼芯片，XTAL1,XTAL2引腳接石英振蕩器。所需的機(jī)器周期=石英晶體/12；復(fù)位電路采用開機(jī)于按鍵復(fù)位電路，當(dāng)按鍵按下時(shí)RESET為高電平，單片機(jī)開始復(fù)位。</p><p>　　2.5.6載波接收電路設(shè)計(jì)</p>&l

80、t;p>　　載波接收電路的作用和載波發(fā)送電路的作用相對(duì)應(yīng)，主要是將發(fā)送電路傳入電網(wǎng)的中頻信號(hào)接收到，同時(shí)將市電隔離.因此對(duì)載波接收電路要求是具有較好的選頻特性同時(shí)又應(yīng)該有一定的頻帶寬度。在設(shè)計(jì)中應(yīng)用C11將市電隔離并且為中頻信號(hào)提供交流通路。T11和C12構(gòu)成選頻回路，C12參數(shù)與發(fā)送端的C2相同，調(diào)試時(shí)主要通過調(diào)節(jié)T11來完成，當(dāng)調(diào)節(jié)T11使選頻回路諧振頻率與發(fā)送電器輸出頻率相同時(shí)接收部分輸出最高的高頻信號(hào)，本設(shè)計(jì)實(shí)測(cè)諧振時(shí)輸出

81、最高的中頻電壓峰值為4V，可提供給后級(jí)檢波電路進(jìn)行檢波。電路中加入了0. 5 A的保險(xiǎn)絲BF11以避免后級(jí)短路而造成事故。載波接收電路圖如圖2.12所示：</p><p>　　圖2.12載波接收電路</p><p>　　2.5.7檢波與整形放大電路設(shè)計(jì)</p><p>　　檢波電路的主要作用是將調(diào)制在高頻信號(hào)上的編碼信號(hào)解調(diào)出來。由于是調(diào)制的數(shù)字量這使得解調(diào)工作相對(duì)

82、模擬信號(hào)來簡單一些，所以對(duì)檢波電路并不要求較高的線性。我在設(shè)計(jì)中應(yīng)用了兩級(jí)，第一級(jí)工作在放大狀態(tài)使檢波輸出的編碼信號(hào)的電壓幅值有一定的提升，第二級(jí)工作在開關(guān)狀態(tài)使得輸出編碼信號(hào)的電平統(tǒng)一。有了這兩級(jí)既避免直接應(yīng)用檢波電路輸出的信號(hào)誤區(qū)，使三極管不能正常工作在開關(guān)狀態(tài)，又避免了只應(yīng)用放大的方法使有的輸出信號(hào)的輸出電平不統(tǒng)一。電路中VD5為檢波二極管，VD1、VD2 、VD3 、VD4是為了避免電網(wǎng)的尖峰脈沖瞬間將VD5和VT1擊穿。C13

83、的作用是濾除中頻載波信號(hào)。VT1與VT2起到整形放大作用，VT1的作用是放大編碼信號(hào)，VT2作用是整形并且工作于開關(guān)狀態(tài)。經(jīng)過整形放大后的信號(hào)則是發(fā)送端需要發(fā)送的編碼信號(hào)了，由于我在程序中是應(yīng)用中斷的方法譯碼，因此還需要經(jīng)過VT3反相，這樣就可以直接送入單片機(jī)進(jìn)行譯碼了。</p><p>　　檢波：是將音頻信號(hào)或視頻信號(hào)從高頻信號(hào)(無線電波)中分離出來叫解調(diào)。</p><p>　　放大：電

84、路的放大的本質(zhì)是能量的控制和轉(zhuǎn)換；是在輸入信號(hào)作用下，通過放大電路將直流電源的能量轉(zhuǎn)換成負(fù)載所控制獲得的能量，使負(fù)載從電源獲得的能量大于從信號(hào)源獲所提供的能量。因此，電子電路放大的基本特征就是功率放大。</p><p>　　檢波與整形放大電路如圖2.13所示：</p><p>　　圖2.13檢波與整形放大電路</p><p>　　2.5.8譯碼電路設(shè)計(jì)</p&

85、gt;<p>　　譯碼部分主要由單片機(jī)構(gòu)成，將整形、放大、反相輸出的編碼信號(hào)送到單片機(jī)的外部中斷0，將外部中斷0初始化為邊沿觸發(fā)高優(yōu)先級(jí)，同時(shí)打開外部中斷0。故中斷服務(wù)程序即是電力載波的編碼接收程序也包括了譯碼部分的功能。程序主要功能是當(dāng)外部中斷有效時(shí)，馬上進(jìn)入中斷服務(wù)程序同時(shí)按照前面制定的編碼方案進(jìn)行譯碼，再將數(shù)據(jù)送人指定的緩存區(qū)。由于接收程序是由中斷服務(wù)程序來完成的，所以應(yīng)用時(shí)只需要在主程序中通過判斷標(biāo)志位來確定是否接

86、收有數(shù)據(jù)。通過控制三個(gè)數(shù)碼管的位選通端來顯示發(fā)送端發(fā)送的房間號(hào)。具體的譯碼部分的程序見附錄Ⅱ</p><p>　　譯碼電路如圖2.14所示：</p><p><b>　　圖2.14譯碼電路</b></p><p><b>　　3硬件調(diào)試與仿真</b></p><p>　　本次設(shè)計(jì)中，采用EDA工具中

87、的 Protel99SE軟件來完成系統(tǒng)電路原理圖的設(shè)計(jì)和PCB板的制作。繪制印刷電路板時(shí)，采用先畫原理圖，再由原理圖生成網(wǎng)絡(luò)表，最后通過調(diào)用網(wǎng)絡(luò)表的方法生成PCB板。</p><p>　　3.1電路原理圖的設(shè)計(jì)</p><p>　　在熟悉了整個(gè)系統(tǒng)工作原理后，進(jìn)行電路原理圖的設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)中繪制原理圖的過程為：</p><p>　?。?）繪圖之前，確定元器件型號(hào)，明確

88、各器件的管腳定義。</p><p>　?。?）進(jìn)入原理圖編輯界面后設(shè)置圖紙，使用菜單命令Design/Options，選擇圖紙大小，這里選擇A3。 </p><p>　　（3）放置元件。對(duì)于常用元件如電阻、電容等，利用元件庫瀏覽器放置元件，對(duì)于元件庫內(nèi)沒有的元件需自己創(chuàng)建。本次設(shè)計(jì)中，AT89C51、NE555、LED是自己創(chuàng)建的。</p><p>　　（4）原理圖

89、布線。本次設(shè)計(jì)中，連線少的元器件間是用具導(dǎo)線直接相連的，布線多的器件管腳間是通過標(biāo)注網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)的方法實(shí)現(xiàn)布線的。網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)表示一個(gè)電氣連接點(diǎn)，具有相同網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)的電氣接線表明是連接在一起的。在原理圖中通過命名相同的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)使它們?cè)陔姎馍蠈儆谕痪W(wǎng)絡(luò)，這樣可以使原理圖簡潔明了，不易出錯(cuò)。</p><p><b>　?。?） 編輯和調(diào)整</b></p><p>　　a. 連線完

90、成后，讓Protel99se自動(dòng)標(biāo)注，即選Tools/Annotate。當(dāng)電路較復(fù)雜或是元器件的數(shù)目較多時(shí)，用手動(dòng)編號(hào)的方法不僅慢，而且容易出現(xiàn)重號(hào)或跳號(hào)。重號(hào)的錯(cuò)誤會(huì)在PCB編輯器中載入網(wǎng)絡(luò)表時(shí)表現(xiàn)出來，跳號(hào)也會(huì)導(dǎo)致管理不便。</p><p>　　b. 原理圖畫好后，為了生成有效的網(wǎng)絡(luò)表，執(zhí)行Edit/Export to spread命令，檢查元件屬性和封裝形式。若有錯(cuò)，可在表格內(nèi)直接進(jìn)行屬性的修改，然后用Fi

91、le/Update更新電路原理圖文件。</p><p>　　c. 對(duì)電路進(jìn)行電氣法則測(cè)試，即選Tools/ERC。它可以檢測(cè)出設(shè)計(jì)過程中的疏漏之處和電氣連接錯(cuò)誤，如未連接的電源實(shí)體、懸空的輸入引腳、輸出引腳連接在電源上等，執(zhí)行測(cè)試后可以得到各種可能存在的錯(cuò)誤報(bào)告，并且在電路原理圖中有錯(cuò)誤之處打上記號(hào)以便修改。 </p><p>　　（6） 保存文檔并打印輸出印刷電路板的設(shè)計(jì)：</p&

92、gt;<p>　　在完成原理圖的設(shè)計(jì)之后，接下來的工作就是繪制印刷電路板。</p><p>　　3.2印刷電路板設(shè)計(jì)規(guī)則</p><p>　?。?）元件的布局要遵循模塊化的設(shè)計(jì)思想，相關(guān)性較多的元器件要集中擺放。比如此次設(shè)計(jì)中的單片機(jī)模塊，其中用于產(chǎn)生時(shí)鐘和復(fù)位的晶振Y1、電容C5、C6、C7靠近單片機(jī)放置，開關(guān)K1、K2、K3、K4靠近AT89C52放置。在保證電路板正常工

93、作的前提下，盡量做到布局的美觀。電阻、二極管的放置方式分為平放和豎放。在電路板尺寸較大，而且電路器件數(shù)量不多時(shí)，采用平放較好；反之，采用豎放。這里，本次設(shè)計(jì)圖中器件較多，多采用的是豎放。</p><p>　?。?）布線方向，從焊接面看，器件的排列方位要盡可能與原理圖保持一致，走線方向最好與電路圖走線方向相一致。因生產(chǎn)過程中常需要在焊接面進(jìn)行各種參數(shù)的檢測(cè)，這樣操作就可以便于檢查、調(diào)試。布線的具體要求有：</

94、p><p>　　a.進(jìn)出接線端布置。相關(guān)聯(lián)的兩引線端不要距離太大，一般為2～3/10英寸左右；進(jìn)出線端盡可能集中在1至2個(gè)側(cè)面，不要太離散。</p><p>　　b.在保證電路性能要求的前提下，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)走線合理，少用外接跨線，走線盡量少拐彎,并按一定順序要求走線，力求直觀，便于安裝與檢修。</p><p>　　（3）布線完成后，先用Protel99SE的DRC（設(shè)計(jì)規(guī)則

95、校驗(yàn)）查錯(cuò)。若有錯(cuò)，返回改正直到通過為止。</p><p>　　本次印刷電路板設(shè)計(jì)中，操作過程如下：</p><p><b>　?。?）規(guī)劃電路板：</b></p><p>　　這里使用“創(chuàng)建向?qū)А?創(chuàng)建PCB文件的方法來規(guī)劃電路板。即通過執(zhí)行命令File/New，在彈出的New Document對(duì)話框中單擊Wizards標(biāo)簽，雙擊對(duì)話框中的向

96、導(dǎo)圖標(biāo)Print Circuit Board Wizard進(jìn)入文件創(chuàng)建向?qū)В?guī)劃電路板的尺寸、輪廓、工作層面、標(biāo)題欄信息、過孔和布線參數(shù)等。</p><p><b>　?。?）調(diào)用網(wǎng)絡(luò)表：</b></p><p>　　本次設(shè)計(jì)中采用調(diào)用網(wǎng)絡(luò)表的方法在PCB板中載入元件。</p><p><b>　　實(shí)現(xiàn)過程如下：</b>&

97、lt;/p><p><b>　　a.網(wǎng)絡(luò)表的生成</b></p><p>　　網(wǎng)絡(luò)表是電路自動(dòng)布線的靈魂，也是原理圖設(shè)計(jì)與印刷電路板設(shè)計(jì)之間的紐帶。網(wǎng)絡(luò)表的作用主要有以下兩點(diǎn)：一是網(wǎng)絡(luò)表文件可支持印刷電路板的自動(dòng)布線及電路模擬程序；其次可以與最后從印刷電路板圖中獲取的網(wǎng)絡(luò)表文件比較，進(jìn)行核對(duì)查錯(cuò)。</p><p>　　b.生成網(wǎng)絡(luò)表的實(shí)現(xiàn)步驟為：&

98、lt;/p><p>　?、?執(zhí)行Design/Create Netlist命令。</p><p>　?、?執(zhí)行上條命令后，出現(xiàn)Netlist Creation對(duì)話框，進(jìn)行對(duì)話框設(shè)置。</p><p>　?、?對(duì)話框設(shè)置完后，生成Protel99SE的記事本程序，保存.net文件，即生成網(wǎng)絡(luò)表。</p><p>　　載入網(wǎng)絡(luò)表文件時(shí)出現(xiàn)的錯(cuò)誤及改正

99、措施： </p><p>　　a.找不到元件封裝：</p><p>　　一般產(chǎn)生的原因可能有：印刷板（PCB）編輯器中沒有添加所需封裝元件的元件庫；或是在電路原理圖中元件沒有指定封裝形式；或是在已有的PCB元件庫中，找不到所需的封裝。我在實(shí)際設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的錯(cuò)誤大多由最后一種原因引起，有些元件的封裝是自己畫的，沒有添加到當(dāng)前元件庫中，最后執(zhí)行Design/Add/Remove Library添

100、加后問題解決了。</p><p><b>　　b.引腳遺漏：</b></p><p>　　本次設(shè)計(jì)中，在調(diào)用網(wǎng)絡(luò)表時(shí)，出現(xiàn)提示找不到二極管引腳連接的錯(cuò)誤，可原理圖中二極管與別的器件看起來各引腳都連接良好。反復(fù)檢查后才知道，在原理圖庫中二極管元件的引腳編號(hào)為A和K，而其在PCB庫中選擇的封裝元件的引腳編號(hào)為1和2。由于兩者不統(tǒng)一而導(dǎo)致錯(cuò)誤，我把二極管元件引腳重新編輯后錯(cuò)

101、誤消失了。</p><p><b>　　（3）元件布局</b></p><p>　　元件布局的方法有自動(dòng)布局與手工布局兩種，這里采用手工布局的方法把各器件拖進(jìn)設(shè)置好的板框內(nèi)。結(jié)合原理圖，根據(jù)各元器件間的連線把它們就近放置，以減少多條交叉線的出現(xiàn)。</p><p><b>　?。?）布線</b></p>&l

102、t;p>　　電路板的布線通常采用自動(dòng)布線和手工調(diào)整相結(jié)合的方法。本次設(shè)計(jì)中采用的是自動(dòng)布線，布線完成率為百分之百。一般，對(duì)于交流供電導(dǎo)線，直流電源線和地線等需要事先布置一些走線，可預(yù)先進(jìn)行手工布置。布好后，執(zhí)行Auto Route/Setup,選中設(shè)置項(xiàng)Lock All Pre-route,對(duì)預(yù)布線結(jié)果進(jìn)行鎖定保護(hù)，這樣后續(xù)自動(dòng)布線會(huì)跳開已預(yù)布好的這些線。而自動(dòng)布線成功與否的關(guān)鍵所在是自動(dòng)布線參數(shù)設(shè)置的正確與否，這些參數(shù)主要包括安

103、全問題、導(dǎo)線拐角模式、布線工作層面、布線寬度、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和優(yōu)先級(jí)別等。最后對(duì)自動(dòng)后的結(jié)果還需再次進(jìn)行手工調(diào)整。</p><p><b>　　3.3調(diào)試過程</b></p><p>　　硬件調(diào)試的任務(wù)就是排除應(yīng)用系統(tǒng)的硬件電路故障，包括設(shè)計(jì)性錯(cuò)誤和工藝性故障。在繪制完成原理圖后做ERC電器規(guī)則檢查時(shí)出現(xiàn)了些許錯(cuò)誤：如元器件沒有命名、元器件的命名和符號(hào)重復(fù)、導(dǎo)線與原器件之間

104、無顧多出節(jié)點(diǎn)等。但經(jīng)過一一的改正，最后做ERC檢查無誤。如圖3.1和3.2所示。在繪制PCB時(shí)也遇到了很多麻煩，導(dǎo)入網(wǎng)絡(luò)表后后出現(xiàn)了很多錯(cuò)誤：如元器件沒有封裝、元器件的封裝形式在Protel99se自帶的封裝庫中檢索不到、元器件的管腳順序與PCB封裝庫的形式不一致、比如在原理圖庫中二極管元件的引腳編號(hào)為A和K，而其在PCB庫中選擇的封裝元件的引腳編號(hào)為1和2。由于兩者不統(tǒng)一而導(dǎo)致錯(cuò)誤，把二極管元件引腳重新編輯后錯(cuò)誤消失了。自己制作元器件

105、的封裝形式時(shí)應(yīng)該在PCB的絲印層進(jìn)行繪制。在導(dǎo)入網(wǎng)絡(luò)表時(shí)應(yīng)該在禁止布線層繪制電路板的物理尺寸，否則會(huì)出在導(dǎo)入網(wǎng)絡(luò)表后無法布線。在布線完成后又進(jìn)行了DRC設(shè)計(jì)規(guī)則檢查，出現(xiàn)了導(dǎo)線寬度違反了設(shè)計(jì)規(guī)則設(shè)定的最大值。改正后在進(jìn)行DRC檢查一切正常。如圖3.3和3.4所示：</p><p>　　ERC電器規(guī)則檢查：</p><p>　　圖3.1 ERC檢查</p><p>　

106、　圖3.2 ERC檢查</p><p>　　DRC設(shè)計(jì)規(guī)則檢查：</p><p>　　圖3.3 DRC檢查</p><p>　　圖3.4 DRC檢查</p><p>　　本系統(tǒng)的本振信號(hào)有555產(chǎn)生，555構(gòu)成多諧振蕩電路。振蕩頻率為： </p><p>　　通過改變R1的參數(shù)即可改變振蕩頻率。R1我們選用500Ω的可

107、變電阻，進(jìn)行調(diào)節(jié)，經(jīng)過計(jì)算和后期調(diào)試，當(dāng)R1的阻值約為460Ω時(shí)，產(chǎn)生約為336KHz的振蕩頻率。并且通過中周可對(duì)選通頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)，當(dāng)調(diào)節(jié)其諧波頻率與本振頻率相同時(shí)，發(fā)送端輸出最高的頻率信號(hào)。</p><p>　　后期進(jìn)行調(diào)試中，當(dāng)調(diào)節(jié)起諧波頻率與本振相同時(shí)，發(fā)送端輸出最高的頻率信號(hào)。若傳數(shù)據(jù)：0xAA 10101010 </p><p>　　調(diào)制后的信號(hào)如圖3.5所

108、示：</p><p>　　圖3.5電力載波方案</p><p><b>　　4.軟件的程序設(shè)計(jì)</b></p><p>　　前面主要敘述了編譯碼原理以及數(shù)據(jù)發(fā)送和接收的解決方案，下面介紹其如何通過軟件實(shí)現(xiàn)病房呼叫系統(tǒng)。病房呼叫系統(tǒng)是應(yīng)用在如醫(yī)院等領(lǐng)域。當(dāng)某病房出現(xiàn)情況需要護(hù)士或醫(yī)生治療時(shí)，由病人按動(dòng)按鈕，發(fā)出請(qǐng)求，通過電力載波發(fā)射器向電網(wǎng)發(fā)送，

109、當(dāng)服務(wù)臺(tái)接收到信號(hào)后，立即通過LED或電腦等裝置顯示出來，并由蜂鳴報(bào)警提示。工作人員得到提示后即可響應(yīng)請(qǐng)求，通過這種方式可提高人員的工作效率以最快的速度得到響應(yīng)，避免擔(dān)誤病情。</p><p>　　根據(jù)上面所述的思想，當(dāng)發(fā)送端即任意一個(gè)病房有請(qǐng)求時(shí)，按下按鈕如圖一中的K1至K4任何一個(gè)按鈕，則發(fā)送端將發(fā)送相應(yīng)的編碼信號(hào)到電力線路上，通過電力線路傳送到位于服務(wù)臺(tái)的主機(jī)上去，通過解碼電路，單片機(jī)譯碼后讀出呼叫病房和床

110、位，這時(shí)驅(qū)動(dòng)蜂鳴器報(bào)警同時(shí)在LED上顯示出呼叫的病房和床位。當(dāng)護(hù)士聽到報(bào)警后則按LED上的顯示的病房，即可響應(yīng)病人的請(qǐng)求，同時(shí)按下主機(jī)上的已響應(yīng)按鈕撤除報(bào)警，而且主機(jī)還能夠通過RS232接口將數(shù)據(jù)傳人PC機(jī)串口，方便計(jì)算機(jī)程序?qū)Σ∪藬?shù)據(jù)建立數(shù)據(jù)庫進(jìn)行管理。</p><p>　　4.1程序流程圖及源程序</p><p>　　程序流程圖如圖所示：</p><p>　　圖

111、4.1編碼 圖4.2譯碼</p><p><b>　　源程序見附錄Ⅱ</b></p><p>　　4.2程序調(diào)試與仿真</p><p>　　本論文采用KeilC51作為單片機(jī)的程序編譯環(huán)境，它的環(huán)境界面如圖4.1所示。與其它編譯環(huán)境相仿，具有打開文件、加載文件、編譯文件的功能，同時(shí)，Kei

112、l51還具有對(duì)程序的仿真功能，可以指定P0口、P1口、P2口、P3口的地址以及功能端口，可以對(duì)程序指定中斷地址以及T0、T1定時(shí)中斷等。</p><p>　　系統(tǒng)軟件的編譯環(huán)境如圖4.3</p><p>　　圖4.3 編譯程序環(huán)境</p><p>　　Keil51的基本操作： </p><p>　?。?）打開新建文件（File），直接編寫新的