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寄存器CD4094。

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数码管显示电路如图3-4所示。由于数码管显示电路占用I/O资源多，程序设计复杂，所以在硬件设计方面，我们应该尽量减少I/O口的占用。因此，我们同样采用两个位移位存储总线寄存器CD4094实现串入并出，来减少I/O口的使用，其中CD1作段选，CD2作位选。软件方面采用动态扫描的方式显示当前时间和病床号。

电路图中所有数码管的A-DP同名端分别连在一起，同时连着CD4094的8个并行输出口Q1-Q8，其中R0-R7为限流电阻，而每个数码管显示器的com端各自独立的连接另一片CD4094的8个并行输出口Q1-Q8。

3.2 键盘模块电路设计

在单片机控制系统中广泛使用的机械键盘工作原理是：利用动片和静片触点的接触和断开，来实现键盘两引脚的通或断。如图3-5所示。

图3-5 按键电气图形符号

图3-6 键盘电路图

为了减少了I/O引脚数目的使用，键盘模块一般采用4*4的矩阵键盘，也称行列式键盘。使用这种键盘，编程也会更加灵活。电路如图3-6所示。它是由四条I/O线Y0-Y3作为行线，四条I/O线X0-X3作为列线组成的键盘。

3.3 语音模块电路设计

为方便医护人员及时了解病患的情况并作出应对措施，语音通话功能显得尤为重要。语音模块主要采用stm32上的I2S音频协议,I2S是一个3引脚的同步串行接口通讯协议，支持四种音频标准，包括飞利浦I2S标准，MSB和LSB对齐标准，

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从两种模式下。

I2S的功能如下：

● 单工通信(仅发送或接收) ● 主或者从操作

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以及PCM标准，在这里我们使用的PCM标准。在半双工的通讯中，可以工作在主、

● 8位线性可编程预分频器，获得精确的音频采样频率(8KHz到96kHz) ● 数据格式可以是16位，24位或者32位

● 音频信道固定数据包帧为16位(16位数据帧)或32位(16、24或32位数据帧) ● 可编程的时钟极性(稳定态)

● 从发送模式下的下溢标志位和主/从接收模式下的溢出标志位 ● 16位数据寄存器用来发送和接收，在通道两端各有一个寄存器 ● 支持的I2S协议： ─ I2S飞利浦标准 ─ MSB对齐标准(左对齐) ─ LSB对齐标准(右对齐)

─ PCM标准(16位通道帧上带长或短帧同步或者16位数据帧扩展为32位通道帧) ● 数据方向总是MSB在先 ● 发送和接收都具有DMA能力

● 主时钟可以输出到外部音频设备，比率固定为256xFs(Fs为音频采样频率) ● 在互联型产品中，两个I2S模块(I2S2和I2S3)有一个专用的PLL(PLL3)，产生更加精准得时钟

电路原理图如图3-7、图3-8所示，图3-7为语音采集模块，因为声音信号经麦克风传入时比较微弱，需要经lm358放大后再进入stm32中，最后由stm32中自带的ADC通过MIC通道将语音信号转换为数字量。图3-8为语音播放模块，采用lm386芯片将还原信号进行功率放大，滤波后由喇叭播放。

lm386是低电压音频功率放大器，他自身功耗低、电压增益可以调整、电源电压的范围大、外接元件少并且总谐波失真小，所以广泛应用于录音机和收音机中。引脚图如图3-9所示。2脚为反相输入端，3脚为同相输入端，5脚为输出端，6脚、4脚分别是电源和地；1脚和8脚是电压增益设定端，这里暂时不用。通过查lm386的数据表可知，电源电压是4-12v，静态消耗电流时4mA；电压增益是20-200db，在1脚、8脚开路时，带宽是300khz，输入阻抗是50k，音频功率是

0.5w。

3.4 报警模块电路设计

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图3-8 语音播放模块电路图

图3-7 语音采集模块电路图

图3-9 lm386引脚图

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病房呼叫系统不仅要将呼叫信息实时的显示在屏幕上，而且为了方便及时性的需要，同时还要发出报警声音，提示医护人员有病患请求帮助。

电声器件是指能将声音信号转换为音频电信号或者将音频电信号转换为声音信号的器件。它是利用电磁感应、静电感应或压电效应等来完成电声转换的,主要有传声器、蜂鸣器和扬声器等。

传声器俗称话筒、麦克风,是一种\声一电\换能器件,可分为电动和静电两类。电动传声器是以电磁感应为原理,以在磁场中运动的导体上获得输出电压的传声器,常见的为动圈式传声器。静电传声器是以电场变化为原理的传声器,常见的为电容式传声器。驻极体传声器就是利用驻极材料制作的一种典型的电容式传声器。

扬声器俗称喇叭,也是一种发声器件,与蜂鸣器不同的是扬声器可以发出多种音频。扬声器可以播放语音,也可以播放音乐,所以在实际生活中应用相当广泛。

蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器,通常采用直流电压供电,广泛应用于计算机、打印机、报警器、电子玩具、电话机等电子产品中做发声器件。蜂鸣器只能发出单一的音频,不论输入蜂鸣器的是交流电压还是直流电压,只要达到蜂鸣器的额定电压,它就会发出声响。即使改变输入的电压或频率,蜂鸣器也只发出一个音频的声音。

图3-9 报警模块电路图

综合比较来看,蜂鸣器虽然功能最简单但完全能满足我们的发声需要,我们既不需要发声,也不需要播放音乐,只需要发出一个音频的声音达到提示作用即可,同时它比另外两种在成本上便宜很多,所以我们选择蜂鸣器作为发声器件。在硬件连接上也十分简单,我们只需要用一个普通I/O控制三极管通断进而达到控制蜂鸣器通断的效果。

报警模块是由stm32驱动一个蜂鸣器加上其外围电路构成。NPN作为蜂鸣器的驱动，R57作限流电阻。

3.5 无线网卡模块电路设计

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在通信领域，按照数据传输的顺序可以分为串行通信通信和并行两种。无线网卡模块与stm32之间使用的便是串行通信。串行通信方式有RS232，RS422和RS485。这里我们使用的串行通信接口是RS232，它是最早发布的接口。电路图如图3-10所示。它是美国电子工业协会EIA（Electronic Industry Association）制定的一种串行物理接口标准。其中，2脚RXD是串行数据接收引脚，输入引脚；3脚TXD是串行数据发送引脚，输出引脚。在TXD和RXD上：逻辑1(MARK)=-3V～-15V；逻辑0(SPACE)=+3～+15V,噪声容限为2V。

Stm32将信号通过无线网卡传输信号给路由，再由路由传输给带有其他网卡的stm32进行信号的解码、存储、显示等，完成信号的无线传输。

图3-10 串口电路图

3.6 电源电路设计

电源是整个系统正常运行的最基本保障。STM32F103的供电电压范围为2．0～3．6V。电源模块是电路关键的一部分，是整个系统工作的基础。因此，电源设计过程中需要考虑以下因素：

1)输入电压、电流； 2)输出的电压、电流和功率； 3)电磁兼容和电磁干扰等。

电源部分电路图如图3-11所示，由于单片机和串口皆为低功耗器件，其工作电压为3.3V,我们将来自USB接口的5V电源经过一对大小组合的电容滤波之后送入AMS117-3.3V稳压芯片进行稳压，稳压后的电源同理再经过一对大小组合的电容滤波之后输出平稳的3.3V电压为系统供电。其中的主要芯片是AMS1117-3.3v。AMS1117-3.3是正向低压降稳压器，外观如图3-12所示，它的主要功能是将5v的直流电转换成3.3v的直流电进行输出，供给主芯片stm32、串口通信电路和其他外围芯片。

图中，在3.3V的电源输出端口，我们通过一个红色LED和一个电阻串接到GND，这样，LED可作为系统电源的指示灯，当系统电源正常的时候，LED发出红光，当因为系统硬件电路出现故障或者外部输入的电压过大致使稳压芯片烧坏时，AMS117的输出端将无电压输出，红色LED熄灭。此时我们就可以通过LED的亮灭状态来一目了然的看出系统电源是否正常。