本科毕业论文---医院叫号系统设计.doc

本科毕业说明书（论文） 第28页 共28页
1 绪论
近年来，越来越快的生活节奏使人们意识到时间的宝贵，随着科技的发展，各行各业尤其是服务行业的竞争也更为激烈。无论是在服务质量还是服务态度上，人们的要求也越来越高。而在银行、医院、电信、工商等企业中营业窗口尤为重要。
随着服务行业的发展，更多的人意识到排队等候的问题，由于排队叫号系统的出现能适应这样的发展环境，商家抓住这一商机的同时给社会带来了更多的方便。长期以来，人们在各类营业大厅里拥挤地站着排队等候，这种现象使得办事效率变低，而且不利于管理，为了解决劳累的排队现象、改良服务质量，人性化的服务环境已成为急需解决的问题，因此排队叫号系统的发展具有跨时代的意义[1]。
1.1 课题研究的发展背景及意义
世界上所有的医疗机构都在竭力做到减少运营成本、简化病人的就诊步骤、提高服务人员的服务质量。随着中国整个市场化进程的进步，国内医疗机构也面临相当大的压力。如果可以采取系统化的叫号管理，整个医疗行业的工作进度将有一个很大的提升空间。根据我国特殊的国情，尤其在以医院为代表的服务行业，病人就诊时的排队等待现象将会是一个很棘手的问题。所以，引进和发展排队叫号系统是十分必要的。目前，大多数医院门诊已经采用了这种科学化的管理方法，无论对于就诊病人或者医院的工作人员来说都是十分人性化的，而且人们也十分乐意接受这样的合理安排，减少了以往由于排队等候而造成的一系列麻烦，如就诊病人过多，会造成排队秩序混乱，医生无法在安静的环境工作，使得医生的工作效率降低；与此同时，也无法保证就诊人员的隐私；个门诊工作强度过大，无法维持正常的工作秩序。采用科学的叫号系统，可以全方面提高工作人员的工作效率；便于医院方面的管理，最大限度的发挥医院的现有资源，从而获得最好的社会效益与经济效益[3]。
1.2 课题研究的发展现状
我国从1998年开始出现由中国企业从事排队技术产品的开发经营活动，并且以各种形式销售排队产品，由于新技术的应用尚在萌芽状态，使用范围也非常有限，少数服务行业的涉及等因素，是导致中国在排队叫号市场的缓慢发展根本原因。
从2003年开始，排队叫号产品已经大量投入市场使用，呈现迅速的发展状态，与此同时，市场的需求也在不断地扩大，电信营业厅，银行大厅，以及医院门诊都已接受了排队叫号产品的使用，且反应良好。在中国近年科技及经济快速发展的背景以及全球商业经济发展几大因素的推动下，据业内分析：中国的排队叫号行业将会在未来的几年内会有更好的发展，并且成为一个专门的排队叫号产业去适应不断增长的市场需求[9]。
目前，国内的大、中城市已经将排队叫号系统投入到医院中使用，不仅给医院带来的方面，也给很多商家带来了商机，相信在不久的将来，排队叫号系统会得到普及，未来前景一片光明。
1.3 本文主要内容
本文主要涉及的是语音叫号及显示的设计，论述了为这些设计要求而制定的系统的组成和系统的控制方案，并给出了完整的硬件电路图和软件设计流程图，编码原理和解码原理及C语言源程序。
1.4 系统功能及要求
本课题要求设计一个排队叫号电路，实现取号、报号、时间日期显示功能。完成相应软件设计以及硬件电路图的设计。具体要求如下：
(1) 信息的采集由独立按键完成。
(2) 通过单片机使第一块显示器显示选择科室，医生的选则及显示当前时间。
(3) 当前时间可通过按键进行修改。
(4) 第二块显示器可显示医生姓名及等待人数。
(5) 通过独立按键减少等待人数并实现报号功能。
(6) 完成相应控制软件设计。
(7) 画出相应的电路图。
通过此课题的设计，熟悉掌握单片机的串行通信及控制显示屏显示，最小系统的应用，以及语音芯片的使用，并将各个部分模块连接成完整的叫排队号系统，完成基本的操作要求。
2 系统总体设计方案
通过独立按键采集信息，时钟芯片用来设置时间，通过两片单片机实行串口通信，将主机中的信息传给从机，每个医生配有一个呼叫器，当接待下一个病人时，通过按键发送“呼叫”命令给病人，此时通过语音模块发出“xx号请到x科xx医生处。”
2.1 设计要求
利用单片机完成一个科学管理各种排队情况的排队叫号系统。要求如下：
(1) 键完成取号，由LCD12864显示号码。
(2) 通过按键来完成报号，由LCD12864显示叫到的号码，并由语音芯片发出报号声。
(3) 显示器还可以显示时间、日期。
根据系统设计要求和总体设计思想，此排队叫号系统由以下几部分组成：
(1) 单片机STC89C52
(2) 时钟芯片
(3) 语音模块
(4) LCD12864液晶显示屏
(5) 独立按键
系统框图如图2.1所示。
按键电路1
主机处理器
按键电路2
从机处理器
语音模块
时钟电路
显示模块1
显示模块2

图2.1 总体系统组成框图
2.1.1 单片机芯片的选型
本课题使用的主控器是单片机芯片，这块集成芯片具有一些特殊功能，而它的功能的实现要靠我们自己编程完成。我们通常使用的是51内核扩展出的单片机，即我们通常所说的51单片机，但不同型号的单片机芯片也是有区别的，作为核心模块，以本课题为准，分析以下两种芯片分析：
型号一（51芯片）：
采用M89S51芯片作为硬件核心，内部具有4KB ROM存储空间，而且与
MCS-51系列单片机完全兼容，但是运用于电路设计中时由于不具备ISP在线编程技术，所以在对电路进行调试时，由于程序的错误修改或对程序的新增功能需要烧入程序时，对芯片的多次拔插会对芯片造成一定的损坏。
型号二（52芯片）：
采用STC89C52芯片，STC89C52是一种低功耗、高性能的8位CMOS微
控制器，具有8K的可编程Flash存储器。同样具有AT89S51的功能【10】，且具有在线编程可擦除技术，当对电路进行调试时，由于程序的错误修改或对程序的新增功能需要烧入程序时，不需要对芯片多次拔插，所以不会对芯片造成损坏。
综上所述，选择采用STC89C52作为主控制系统核心。
2.1.2 信息显示模块的选择
作为输出信号的显示器，通过数据端与单片机相连，根据所编程序的控制，使屏幕上显示出所需的字符，但由于现在显示屏的多样化，选择合适的显示器也需做相应的比较，从而选择合适本课题的显示模块，分析如下：
显示方式1：
采用点阵式数码管，该显示器是由八行八列的发光二极管组成，适合显示文字，若采用于显示数字则显得浪费，且价格也相对较高，所以在此忽略此种显示器。
显示方式2：
采用1602液晶显示器，该液晶显示器具有较强的显示功能，内置192种字符，可以显示较多的符号、数字，清晰可见，而且功率消耗小寿命长抗干扰能力强。
显示方式3：
采用12864液晶显示屏，是点阵字符型，可显示两行共32个字符，字符的点阵为5*8点，内部含有国标一级、二级简体中文字库，其显示分辨率为128*64，内置8192个16*16点汉字和128个16*8点ASCII字符集。
综上所述，选择采用LCD12864液晶显示屏。
2.1.3 信息采集方案的选择
信息采集方案的选择在此设计中显得尤为重要，常见的有按键电路，它方便、简单、容易操作且价格便宜。随着科技的发展，现在触摸屏、条形码识别等高科技产品也加入了信息采集模块的行列，并且表现出了良好的发展势头。作为输入器材，选择适当合理，是完成此课题设计的一个重要步骤：
采集方案一：
采用条形码刷卡形式。条码是一种黑白相间、宽窄不同的一组有规律排列的条形图案。利用扫描器的电子线路转换为一串与条码宽窄相应的脉冲信号。通过单片机分析识别处理，转换成为人们能识别的ASCII码。应用条码扫描技术来搜索各种考勤、标签等资料，使复杂的数据资料输入变的简单容易。完成条码扫描的识别任务，主要是利用扫描器和单片微机解码技术。但由于目前市场上刷卡器的价格相对较高，且磁卡制作的不方便，在此可忽略此方案的进行，但条形码刷卡形式认识现在广大群众认可的较为方便的途径之一。
采集方案二：
采用触屏选择模式。当前触摸屏的使用相当广泛，例如手机，银行的ATM柜员机，甚至是平板电脑等电子产品类，几乎都用到了触摸屏的知识，展望未来，触屏操作方便快捷，且更为人性化。在不久的将来触摸屏将有可能成为人机互动的最佳界面，其发展速度将会达到一个新的高峰。目前触屏技术仍然不够成熟，存在由某些因素而影响画面的清晰度，或长时间使用影响触屏寿命等问题。而且，全球主要生产触摸屏的厂商大多集中在欧美、日本等国家以及我国台湾地区；主要生产技术、关键零组件和原材料更是主要由日、美厂商掌控，中国内地的触屏产业还处于发展阶段。也正是如此，整个触屏行业在未来的发展上具有很大的潜力，有望成为继电子企业后又一发展的重要领域。触摸屏目前主要应用还是集中于小尺寸器件上，未来将会发展到一个更为宽广的领域，拥有自己的触屏“王国”。当前触摸屏主要呈现向大尺寸发展的趋势，北京创科恒远公司在大尺寸触摸屏上具有着先进的技术，以多点触摸的应用领域为首，并且在WIN7软件环境下开发的多点触摸技术已经大规模的投入市场，给人们带来了焕然一新的感觉，深受广大人民的喜欢。所以展望未来，触控的世界，遥控的世界将不再是奢想，大尺寸触摸屏的发展有着广泛的空间。
采集方案三：
采用矩阵键盘模式。以4*4矩阵键盘为例，将16个按键排成4行4列，单片机系统中I/O接口资源往往比较宝贵，当用到多个按键时，为了节省I/O口接线，可以引入矩阵键盘。
采集方案四：
采用独立按键。独立按键与单片机连接时，每个按键都需要单片机的一个I/O接口，操作控制简单，占用主机资源少。
综上所述，考虑到经济、实惠、方便，选择采用独立按键进行信息采集可更为实际的实现本课题所要达到的要求。
3 硬件电路设计
单片机是一种微处理器，主要通过编程进行控制，其本身不能单独运作于某项工程或产品上，必须与外围电子器件或模拟器件相互协调才能发挥其自身的强大功能。单片机作为控制类数字芯片，其应用领域非常广泛，例如：
(1) 生产自动化。如采集数据、监控技术。
(2) 智能化仪表。如数字示波器、变频器、数字万用表、感应电流表等。
(3) 电子产品。如电脑、冰箱、电视机、空调、刻录机、CD机、汽车电子设备等。
(4) 通信方面。目前所有的单片机都具备通信接口，可以方便地与计算机之间进行数据传输，为计算机设备和通信网络之间提供了便利。例如调制解调器、手机、小灵通等。
(5) 武器装备。如飞机、军舰、导弹、航空飞机、卫星等。
目前单片机也逐渐进军到医用设备中，可见其用途相当广泛。 此外，单片机在其他领域都有着十分重要的地位。
随着时代的发展，计算机主要向巨型化、单片化、网络化三方面发展。其中巨型计算机主要用于解决繁琐的系统计算以及高速的数据处理。可以嵌入到各种机器设备中是运用单片机时最明显的优势，这一点是其他机器无法做到的。随着生产的需求，以及单片机自身的发展要求，各个生产厂家都在不断的改进单片机的功能，主要表现在内部结构上，增加了各种新的功能，提高了运算速度，降低了功耗，提高了存储能力，增加了与Internet连接的能力，并在电源电压方面、工艺方面及抗干扰能力方面有了较大的进步和发展。
3.1 硬件最小系统电路设计
单片机最小系统是指能使单片机工作的最少的器件构成的系统。最小系统虽然简单，但却是大多数控制系统所必不可少的关键部分。对于52单片机，其内部已经包含了一定数量的程序存储器和数据存储器，在外部只要增加复位电路、电源电路、晶振电路即可构成单片机最小系统。
3.1.1 复位电路设计
复位是使单片机初始化的操作，主要是将CPU和系统中的其他部件都处于最初确定的一种状态，并从这个状态开始工作。当单片机系统在运行过程中出错或由于操作错误使系统处于死锁存状态时，按复位键即可重新启动程序。复位是一种很重要的操作，复位电路如下图3.1所示。

图3.1 复位电路连接图
单片机的复位引脚为9号引脚RST。该引脚的功能是用来完成单片机的初始化复位操作的，只有在接收到连续两个机器周期以上高电平时才有效，当该引脚接收到复位信号后，程序计数器PC值变为0000H，简单来说就是复位后的第一条指令将从程序存储器的0000H单元中读取，单片机重新执行程序。与此同时，单片机内部SFR的值也会初始化。常用的复位方法有上电自动复位和按键手动复位两种，如下所列：
(1) 上电自动复位电路。器件本身没有自动上电复位功能，只有当外部复位电路向它发出复位信号后才能进行复位操作。上电复位电路有多种，最简单的是由电容和电阻串联构成，当接上电源的瞬间，电容两端电压不能突变，RST 引脚电压端VR 为VCC，随着电容充电的慢慢进行，9号复位引脚的电压以指数形式下降，经过时间t1后，VR降为3.6V（高电平所需电压的下限），随着对电容的进一步充电，VR 最终值将接近零。为了保证单片机的复位，时间t1必须大于两个机器周期，而单片机系统采用的晶振频率决定机器周期，电阻值不能太小，典型值为10kΩ； RC 电路的时间常数还会影响到t1，我们可由晶振频率和电阻值可计算出C的值。
(2) 上电复位和按键复位组合电路。R2的阻值一般只有几十欧姆，阻值很小，我们也可以用导线代替R2。当复位按键动作后，电容迅速通过R2放电，放电完成后的VR 为（R1*VCC）/（R1+R2），因为R1远远大于R2，所以VR 与VCC非常接近，从而使RST引脚为高电平，松开复位按键后，与上电复位过程基本相同。以上所述是两种最基本的复位电路，对于51系列单片机而言大多采用上电复位和按键复位组合电路。
3.1.2 电源电路设计
AT89C52单片机的工作常压为+5V，低压为+3.3V，VCC与GND为单片机电源引脚，所以经常给单片机的外部接+5V的直流电，本课题直接在单片机外部接+5V电压即可。
3.1.3 晶振电路设计
晶振电路是用一定标准振荡频率的晶体代替由电容、电感组成的振荡回路，具有振荡频率不漂移、稳定等特点。
单片机AT89C52的时钟有两种方式，一种是片内时钟振荡方式，一般在XTAL1和XTAL2之间外接一个晶振和两个电容，这样即构成了简单的内部振荡电路。对外接电容的容量大小没有特别的要求，但其容量的选择对振荡频率、电路的稳定性、起振快慢都有一定的影响，本课题设计中我们使用的是石英晶体，其容量大小为30pF。由于单片机内部有一个高增益反相放大器，因此，外接晶振后，构成了自激振荡器同时可产生振荡时钟脉冲。如图3.2；另一种是外部时钟方式，这种情况下，外部时钟脉冲接到XTAL1端，即内部时钟发生器的输入端，XTAL2则悬空。

图3.2 晶振电路的连接
3.1.4 显示电路设计
主要利用P2口，与LCD12864显示屏的数据端进行连接，主要显示科室、医生姓名、待就诊人数以及时间日期的显示。如图3.3所示。

图3.3 显示电路的连接
3.2 时钟电路设计
此系统设计使用的时钟模块为DS12C887，体积相对较大，为直插式，它的内部集成有可充电锂电池，同时内部还集成了32.768kHZ的标准晶振，一旦设定好时间，即使系统的主电源掉电，该系统该时钟芯片仍然可以靠它内部集成的锂电池走数年，当系统重新上电时，又可为又可为锂电池重新充电，这样一来可以非常有效的保持时间的连续性，使用方便。
DS12C887的引脚排列如图3.4所示，主要管脚的功能分析如下：

图3.4 DS12C887引脚图
GND、VCC：系统电源接入口。正常使用时，VCC为输入端接5V正电压，GND接地。此时，用户可以对DS12C887内RAM中的数据进行读、写操作；如若想禁止操作者改变内部RAM数据，只要使VCC的值小于+4.25V即可，此时用户无法获得芯片内正确的信息；当VCC的值低于+3V时，DS12C887的电源将会自动地切换到其内部的锂电池上，以锂电池的电量保证其正常工作。
MOT：总线操作时序选择端即模式选择引脚。MOT具有Motorola模式和Intel模式两种工作模式。当MOT接VCC高电平时，选择Motorola模式；当MOT接地时，选择Intel模式。本课题设计使用Intel模式。
AD0～AD7：复用地址数据总线。此数据总线采用的是时分复用技术，在总线周期的前半部分和后半部分，AD0～AD7上的分别显示的是地址信息和数据信息。
AS：地址选通输入端。当系统进行读、写操作时，AD0～AD7上的地址信息通过上升沿被存储到DS12C887中，而AD0～AD7上的地址信息将被下一个下降沿所清除，无需考虑CS是否有效，DS12C887都将执行该操作。
DS：数据选择或读输入脚。其工作模式有2种，当MOT与 VCC相接时，选则Motorola工作模式，此时，每个总线周期的靠后一部分的DS为高电平，通常称其为数据选通。在读操作中，DS的上升沿会将时钟芯片内部数据送到地址数据总线上，以供外部读取。在写操作中，DS的下降沿将把总线上的数据锁存到时钟芯片内；当MOT与GND相接时，选中Intel工作模式，此时该引脚是读允许输入脚，也就是Read Enable。
R/W：读/写输入端。该管脚的两种模式为Motorola和Intel模式，当MOT分别与VCC、GND连接时可实现两种模式的切换。
CS：片选输入，此引脚通常低电平有效。
时钟芯片内有用来存放时间信息的有11个字节RAM，用来存放控制信息的有4个字节，其具体地址及取值如表3.1所列。
表3.1 DS12C887的存储功能  
地  址
功  能
取值范围十进制数
取值范围
二进制
BCD码
0
秒
0-59
00-3B
00-59
1
秒闹铃
0-59
00-3B
00-59
2
分
0-59
00-3B
00-59
3
分闹铃
0-59
00-3B
00-59
4
12小时模式
0-12
01-0C AM，81-8C PM
01-12AM，81-92PM

24小时模式
0-23
00-17
00-23
续表3.1

5

时钟闹铃，12小时制

1-12
01-0C AM，
81-8C PM
01-12AM，
81-92PM
时钟闹铃，24小时制
0-23
00-17
00-23
6
星期（星期天=1）
1-7
01-07
01-07
7
日
1-31
01-1F
01-31
8
月
1-12
01-0C
01-12
9
年
0-99
00-63
00-99
10
控制寄存器A

11
控制寄存器B

12
控制寄存器C

13
控制寄存器D

50
世纪
0-99
NA
19，20
由表3.1可以看出：DS12C887内部有4个控制寄存器，在任何时间用户都可以对其进行访问以方便对时钟芯片进行控制操作。
3.3 ISD4004语音模块
ISD4004语音模块在本论文中主要用于录放音，实现其最原始的功能，其单片可进行8-16分钟的语音录放；内部设有微控制器串行通信接口；多段信息处理；其正常工作电流25-30mA，维持电流为1μA；信息通常可保存100年，且不耗电；具有10万次的典型录音周期；本身带有自动静噪功能；且片内免调整时钟，可选用外部时钟。
3.3.1 ISD4004简述
ISD4004x系列的语音芯片正常工作电压为 3V，单片录放时间可以达到8至16分钟，音质好，高保真，适用于通讯产品及其他便携式电子产品中。芯片采用CMOS技术，内部配备有振荡器、防混淆滤波器、平滑滤波器、音频放大器、自动静噪及高密度多电平闪烁存贮系列[11]。芯片是以所有操作须由微控制器控制作为设计基础，通过串行通信接口送入操作指令。芯片采用多电平直接模拟量存储技术，每个取值直接存储于片内闪烁存贮器中，所以可以无失真、自然地还原语音、音乐等一切声音，消除了普通录音电路因压缩而导致的“金属声”。采样频率可为4.0 kHz，5.3 kHz，6.4 kHz，8.0kHz，通常频率越低，录放的时间就越长，与此同时录音质量也会有所下降，片内信息存在闪烁存贮器中，并且在断电情况下也可保存 100年，反复录音10万次。
3.3.2 引脚功能
电源(VCCD，VCCA)：芯片内部数字电路电源正极引脚和模拟电源正极引脚。为减小噪声，芯片的模拟电路和数字电路需与不同的电源总线连接，并且分别引到外封装的不同管脚处，数字和模拟电源端需分开走线，最好在供电端处相连，去耦电容应尽量靠近器件。
串行输入(MOSI)：串行输入端。主控制器在串行时钟的上升沿到达前半个周期将数据传到本端，以提供ISD输入。
串行输出(MISO)：ISD的串行输出端。ISD没选中时，本端阻值较大。
串行时钟(SCLK)：SD的时钟输入端，由主控制器产生，主要用于使MOSI和MISO的数据同步传输。数据在SCLK上升沿时锁存到 ISD，在下降沿时则移出ISD。
本课题在硬件部分连接电路时，只需外接相应的电源线及ISD的串行输入输出端等部分引脚即可，其他引脚不作处理。
3.4 LCD液晶显示电路
显示电路为本设计中的输出部分尤为重要，在上节中已经做出分析，本课题使用LCD12864作为显示屏显示，液晶显示器的主要工作原理是通过电流促使液晶分子产生点、线、面同时配合背部灯管从而构成画面效果。
3.4.1 LCD12864介绍
LCD12864是一种具有四位或八位并行、两线三线串行多种接口方式，内部含有国际1级、2级简体中文字符的点阵图形液晶显示模块。其显示分辨率为128*64，内有8192个16*16点汉字、128个16*8点汉ASCII字符集。此模块的接口方式灵活，容易操作；且操作指令十分简洁，容易构成全中文的人机交互界面；同时也可显示图形；此外还具有电压低、功耗小的优点。由该模块构成的液晶显示方案，其硬件电路组成或编程都要比其他同类型的显示器简单得多，且该模块的价格也相对较低，是用户选择它的重要因素。
12864型LCD的电源电压一般控制在+3V~+5.5V之内，内设简繁体汉字字库，其时钟频率为2MHz，1/32DUTY，1/5BIAS的显示方式，视角方向为6点，功耗小，仅为普通LED的1/5~1/10，有串、并行2种通信方式，内部设有直流-直流转换电路，且不需外加负压和片选信号，从而简化了软件设计，工作温度一般为0~+55度，存储温度为-20~+60度。以上为对12864型LCD液晶显示屏的特点总结。
3.4.2 显示原理
12864型LCD通过把显示字符编码写入到DDRAM来实现字符显示。根据输入内容的不同，可分别在液晶显示屏上显示中文、ASCII码及自定义字形3种内容。这3种不同字库的选择编码范围为0000H-0006H显示自定义字形，02H-7FH显示半宽ASCII码字。字符显示的RAM地址与32个字符显示区域的关系一一对应，如表3.2所示。
表3.2 对应关系
80H
81H
82H
83H
84H
85H
86H
87H
90H
91H
92H
93H
94H
95H
96H
97H
88H
89H
8AH
8BH
8CH
8DH
8EH
8FH
98H
99H
9AH
9BH
9CH
9DH
9EH
9FH
3.4.3 基本参数及引脚功能
LCD12864的各个管脚功能及管脚数据设置如下表3.3所示。
表3.3 管脚功能表
管脚号
管脚名称
电平
管脚功能描述
1
VSS
0V
接地
2
VCC
3.0+5V
正极电源
3
V0
-
对比度（亮度）调整
4
RS(CS）
H/L
RS=“H”，表示DB7到DB0数据显示
RS=“L”，表示DB7到DB0指令数据显示
5
R/W(SID)
H/L
R/W=“H”，E=“H”，DB7到DB0读数据
R/W=“L”，E=“H→L”，DB7到DB0的数据被写到IR或DR
6
E(SCLK)
H/L
使能端
7
DB0
H/L
数据线
8
DB1
H/L
数据线
9
DB2
H/L
数据线
10
DB3
H/L
数据线
11
DB4
H/L
数据线
12
DB5
H/L
数据线
13
DB6
H/L
数据线
14
DB7
H/L
数据线
15
PSB
H/L
H：8位或4位并口方式，L：串口方式（见注释1）
16
NC
-

17

H/L
复位端，（见注释2）
18
VOUT
-
LCD驱动电压输出端
19
A
VDD
背光源正端（+5V）（见注释3）
20
K
VSS
背光源负端（见注释3）
注释1：如果实际应用中只使用并口模式，可将PSB端接高电平（定值），也可将“J8”和“VCC”短接。
注释2：由于模块内部带有上电复位电路，所以在不需要经常复位的情况下，通常可将该端悬空。
注释3：如果共用一个电源，可以将模块上的JA、JK短接。
3.4.4 指令说明及时序
首模块控制芯片提供两套控制命令，基本指令和扩展指令。基本指令如下表3.4。
表3.4指令说明
指令
指令码
功能
D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0
清除显示
0
0
0
0
0
0
0
1
将DDRAM填满，并且设定DDRAM的地址计数器（AC）为00H
地址归位
0
0
0
0
0
0
1
X
设定DDRAM的地址计数器（AC）为00H，并将游标移到开头原点位置
显示状态开/关
0
0
0
0
1
D
C
B
D=1，整体显示开C=1，游标开
B=1，游标位置反白允许
进入点设定
0
0
0
0
0
1
I/D
S
指定在数据的读取和写入时，设定游标的移动方向及指定显示的移位
游标或显示移位控制
0
0
0
0
S/C
R/L
X
X
设定游标的移位控制位；这个指令不改变DDRAM的内容
功能设定
0
0
1
DL
X
RE
X
X
DL=0/1：4/8位数据 RE=1 扩充指令操作 RE=0 基本指令操作
设定GRAM地址
0
1
AC5
AC4
AC3
AC2
AC1
AC0
设定CGRAM地址
设定DDRAM地址
1
0
AC5
AC4
AC3
AC2
AC1
AC0
设定DDRAM地址（显示位址）第一行：80H~87H第二行：90H~97H
取忙标志和地址
BF
AC6
AC5
AC4
AC3
AC2
AC1
AC0
读取忙标志（BF）可以确认内部动作是否完成，同时可以读取地址计数器（AC）的值
部分指令分析：
清除显示：调整DDRAM位址计数器至“00H”。
归位设定：该功能不影响显示DDRAM。
进入点设定：把DDRAM位址计数器调整为00H，游标返回初始点，此功能并不影响DDRA显示功能。该命令执行后，将在屏幕的第一行显示所设置的目标行。由Z地址计数器来控制显示起始行，该命令自动将A0~A5位地址送入Z地址计数器，起始地址可以是0~63范围内任意一行。Z地址计数器具有循环计数功能，主要运用于显示行扫描同步，当扫描完一行后自动加一。
3.5 键盘电路
独立按键是信息录入的关键，是一种常见的输入设备。将独立按键与单片机的数据口相接，作用是输入数据与命令，从而实现简单的人机对话。需注意在按键按下或松开时会产生短时的抖动，所以在程序设计时需注意消抖。而通常采用的消抖方法为程序延迟设计。
3.6 硬件电路的调试
硬件电路的调试是完成设计电路的重要步骤，需要在不断地调试中发现错误，改正错误，从而达到理想化。电路的调试很考验人得耐心与细心，在本课题硬件设计过程中，主要遇到以下的问题：
当按键按下后，显示屏没有做出相应的显示。反复检查后，问题在于按键的几个引脚没有观察清楚，按键安装错误。
(1) 主机与从机无法连接，对主机的命令，从机无法做出相应的动作。解决问题关键点：主机与从机通过串行通信接口相连，而接线时将主机的RXD引脚与从机的TXD引脚相连，从而使得主机与从机无法正确获得信息，进行正常通信。
(2) 按键按下后，显示屏上连续跳动好几个数值。问题在于，程序运行速度太快，没有设置键盘的消抖。解决的方法：在关闭中断的程序前加一个延时程序，从而使得键盘在按下后，避免由于机械抖动而产生的一系列的不必要的动作。
(3) 显示屏无法正确显示时间和日期。分析后，问题可能出现在时钟芯片部分，由于时钟芯片的大量使用，市面上的时钟芯片存在很多仿造伪劣产品，严重影响到时钟芯片的质量，无法在显示屏上显示时间。解决方法：换一个时钟芯片，得到理想效果。
硬件调试的过程也是自我学习与巩固的过程，某些常用的程序虽然可以套用，但不能忽略某些关键部分的修改，而且硬件的调试是一件极其消耗时间的事情，基本上要求一点一点的完成各个模块的实现要求，再将所有的模块整合后，达到预想效果才算圆满成功。此次课题的实现从设计到完成，学习的东西非常多，也受益匪浅。

4 软件设计
课题的设计与实现首先需要通过软件的编程与仿真，单片机通常使用的编程软件有KeilC51，仿真软件有Protus，以下为对两种软件的介绍。
4.1 编程软件KeilC51及仿真软件Protus介绍
KeilC51是美国Keil Software公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统，与汇编相比，C语言无论是在功能上还是结构上甚至在编程上都具有明显的优势，且容易掌握。掌握C语言对于当下的大学生是一种必需的技能。
KeilC51软件提供功能较强的集成开发调试工具和大量的库函数，全Windows界面。另外要得到重视的是，KeilC51在生成目标代码时的效率比汇编高得多。C语言作为一种高级语言，在开发大型软件时更能体现其优势。
使用Keil仿真时，注意以下几点：
(1) 用户可在仿真器上调换其他频率的晶振，不一定要使用仿真器标配的
11.0592MHz晶振。
(2) 其复位按钮无法复位目标系统，只能复位仿真芯片，。
(3) 仿真芯片的EA引脚接高电平，因此仿真时只可使用片内ROM；但仿
真器外的31脚并不连接仿真芯片的31脚，故此仿真器仍可插入到具有扩展外部ROM（其EA引脚接低电平）的操作系统中使用。
Proteus软件是来自英国Labcenter electronics公司的EDA工具软件。 Proteus软件有多年历史，使用面相当广，除了可以绘制原理布图、PCB自动或人工布线及仿真的外，其突出作用是，电路仿真可以互动，用户可以实时采用例如ROM， RAM，键盘，马达，LED，AD/DA，LCD以及部分的SPI器件。针对微处理器的应用，还可以在基于原理图的虚拟化模型上直接编程，实现软件的现场调试，再配上相关的显示输出设备，能看到上电运行后输入输出的效果。配合系统配置的虚拟逻辑分析仪、示波器等，Proteus具备了开发设计电子产品的良好环境。
4.2 程序设计流程图及程序
程序设计的流程图是在掌握程序设计的基础上对某个模块做出的整体框架的概括。通常情况下，需要对程序中较为重要的模块进行流程图的绘制，以下是对本课题中关键部分的流程图的绘制与分析。
4.2.1 主机主程序流程图
主机起控制作用，将病人的取号录入并将其通过单片机串行通信接口传送给从机，且时钟显示也在主机的控制范围内，在主机启动前需对一系列的芯片进行初始化，通过键盘的扫描录入相关信息，如：病人的取号及时间的调整。重复以上动作。如图4.1所示。
开始

单片机初始化

时钟电路初始化

显示器初始化

键盘扫描
时间调整

否
Flag=0?

是

时间显示

结束

图4.1 主机主程序流程图
程序上电运行后，系统初始化，随后对键盘进行扫描，若有键按下，则时间进行调整，判断Flag是否为零，若不为零，则返回，继续扫面键盘；若为零，则在显示屏上显示时间，程序运行结束。（键盘扫描时需注意按键的消抖，通常我们手动按下按键后立即释放，这个动作中稳定闭合的时间超过20ms。因此单片机在检测键盘是否按下时都要加上去抖动作，在编写单片机的键盘检测程序时，一般在检测按下时加入去抖延时，检测松手时就不用再加了。此程序延时8ms则是去抖作用。）
4.2.2 主机科室选择流程图
显示屏的初始状态显示当天日期时间，以及“科室选择”。在此设计中，科室选择是病人就诊的主要步骤，尤为重要，下图4.2是主机键盘扫描的流程图。
开始
初始化
K1是否按下？
Num0是否为0？
Num0是否为1？
内科医生选择
外科医生选择
是
否
结束
否

是
是
否

图4.2 主机键盘扫描流程图
如图4.2所示可知，程序开始运行后，系统进行初始化，随后开始键盘扫描，判断是否有按键按下，当确定有按键按下时再根据所设定的值判断所选科室，当为零时，程序结束运行，当为1时，则选择内科医生；当Num的值为2时，选择外科医生，程序结束运行。
4.2.3 从机程序流程图
从机主要作用是显示医生姓名和等待人数，并且对应医生按键按下时，会有叫号声。在程序启动前需进行单片机和液晶显示屏的初始化，再扫描按键按下并将数据显示于显示屏上，重复以上动作即可。如图4.3所示。
开始
初始化

是否有键按下
按键识别
语音播放
LCD显示

结束
是
否

图4.3 从机主程序流程图
程序启动后，系统开始初始化，随后进行键盘扫描，判断是否有按键按下，在程序进行10ms的延时之后，重新判读端口是否为低电平。当确定为低电平时说明确实有键按下，语音芯片启动播放语音，并且在LCD液晶屏上相应医生的等待人数减一位。当没有按键按下时，程序执行LCD显示，结束运行。

结束语

随着社会的发展，科学技术的进步，人们的生活节奏越来越快，对时间的观念也更加强烈。在生活中，对于时间的安排更加慎重，所以，对于排队等号的情况也有着重新的认识。
本课题研究的排队叫号系统是针对于人们想要合理安排自己的时间而出现的。在医院里，由于看病的人很多，会出现“群围就诊”的情况，这样会造成秩序的混乱，更加使医生在就诊时无法处于安静的状态认真确诊，从而耽误病人的时间及就诊的正确度。
本课题是病人在就诊前先取号，医生再根据当前就诊情况选择下一位病人，在此期间未叫到号的病人可以根据自身情况合理安排自己的时间，不至于浪费很长的时间只为等待几分钟的就诊时间。方便且更加符合现代人的时间观与价值观。在设计此课题时，较为重要的是系统方案的选择，各种器件的选型以及各个模块需要重点注意的地方。真正操作的过程中遇到了不少问题，例如：独立按键需要没有注意消抖；时钟芯片要注意连接时电路有些失误，无论如何修改程序也无法得到预期的效果。在通过查阅资料和与同学的商讨之下，将之修改，从而达到预期的效果。
由于某些客观条件的限制，本课题只实现了简单的取号叫号及显示的功能，但现实中的排队叫号系统是很有发展前景的。如使用触屏取号，通过