激光辅助治疗仪的设计论文

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1、 . . . 1 / 39届毕业生届毕业生毕毕业业论论文文题目题目: :激光辅助治疗仪的设计激光辅助治疗仪的设计 院系名称：院系名称：电气工程学院电气工程学院专业班级：专业班级：学生：学号：学生：学号：指导教师：教师职称：指导教师：教师职称： 讲讲 师师 年年 0606 月月 1010 日日 . . . I / 39摘 要近年来随着生活水平的提高，人们对健康的关注程度的逐渐增加，相应的对医疗设备的关注也得到进一步提高。该课题所研究的激光治疗法是一种非常安全的治疗方法。该课题设计的激光治疗仪是一种医用器械，以 AT89S52 单片机为核心，采用5V 电源供电，利用激光发射器件发射激光，作用于人体

2、敏感部位，产生辅助治疗作用。利用按键对激光器发送的脉冲形式和时间进行控制，从而使末端激光器发射出最适宜身体接受的光波。为了解决治疗强度和治疗时间的问题，我们采用了四位 LED 数码管动态显示治疗时间，并设置了三个按键，一个用来控制治疗强度，也就是控制激光发射头高低电平的切换，两个按键用来控制治疗时间的加减。为了提醒使用者是否真的采取按键操作功能，我们设计了当有按键按下时蜂鸣器发出报警信号以确定是否采取该操作。利用 C 语言设计相应的软件实现其功能。该课题设计的治疗仪以单片机为核心，完成了所需要的各项功能，具有结构简单、使用方便的特点。关键词：单片机；激光治疗仪；LED . . . II / 3

3、9TitleTitle DesignDesign ofof LaserLaser AidAid TreatmentTreatment InstrumentInstrumentAbstractAbstractIn recent years，along with the living standards enhancement, peoples attention to health gradually increases, correspondingly the attention to medical equipment also has further enhancements. The l

4、aser instrument which this topic studies is a very safe method of treatment auxiliary.As a kind of medical instrument, this laser treatment meter, in view of its design, AT89S52 was took monolithic integrated circuit as the core, and 5V power source was used for supplying power and laser transmissio

5、n component for launching laser. It affects in the human body sensitive spot, and has the aid therapeutic action. The meter carries on the control to the pulse mode and time which the laser transmits, thus it makes the terminal laser to launch suitable light waves which the body accepts.In order to

6、solve the problem that patients treatment time and intensity is different, we use four LED nixie light dynamic demonstration to demonstrate the treatment time, It has three pressed keys, two pressed keys are used for controlling the treatment times addition and subtraction, one for the treatment int

7、ensity and one used for treatment meters height level cut. In order to remind the curer of the treatment conclusion and to make the operation easy, this design uses the software to control pressed keys warning function.Use the corresponding C language design software to realize the corresponding fun

8、ction.The structure of this treatment meter which my topic designs is . . . III / 39simple and easy to operate.Keywords:Keywords: Single-chip processor; Laser treatment instrument; LED . . . IV / 39目 次1 1 绪论绪论 1 11.1 课题研究的目的和意义 11.2 治疗仪的使用背景 11.3 国外的应用现状 21.4 课题的发展要求 22 2 方案论证方案论证 3 32.1 课题所需的总体功能 3

9、2.2 总体方案论证 32.3 激光发射器的选择 63 3 硬件设计硬件设计 7 73.1 晶振电路 73.2 复位电路 73.3 显示电路 83.4 键盘电路 123.5 报警电路 143.6 电源电路 153.7 激光发射电路 164 4 软件设计软件设计 184.1 系统软件设计语言 184.2 软件程序设计 18结论结论 25致致 26参考文参考文献献 27附录附录 A A：总电路图：总电路图 29附录附录 B B：C C 语言源程序清单语言源程序清单 31 . . . 1 / 391 1 绪论绪论1.11.1 课题研究的目的和意义课题研究的目的和意义随着近年来随着人们生活水平的提高，

10、物质资料的增加和各种疾病的增多，人们对自己和亲人健康问题的关注程度的逐渐增，很多人和医院对医疗设备的关注也得到进一步提高。很多人对医疗设备的要求也在进一步增加，倾向于健康安全的医疗器械。激光照射血液以改变血液生化指标的物理疗法，是目前国外比较成熟的心脑血管等疾病的治疗方法之一。利用激光的光辐射与波长相关性改变细胞生物学特性，提高细胞活性，增强细胞携氧能力，改善细胞变形能力，降低血液的中分子浓度，改善血液流变形能力，降低血液的中分子浓度，改善血液流变形，降低血脂、胆固醇，有效预防心脏病、脑血栓、心肌梗塞等疾病的发生。是一种非药物非手术的疗法。从而避免了引起各种毒副作用的发生，具有非特异性和广谱的

11、治疗作用。1.21.2 治疗仪的使用背景治疗仪的使用背景激光手术目前主要用于普外科、肝胆外科、泌尿外科、心胸外科、烧伤外科、骨外科、神经外科、妇科、皮肤科、五官科等各科手术。医用激光器作为治疗的设备已充分体现了它无与伦比的优越性。中国医学科学院基础医学研究所、中国协和医科大学基础医学联合作“导体激光辅助治疗仪血管辐射安全性的实验研究” 。全国近 10 年来，各地用此法治疗心脑血管疾病的人数以十万计，激光安全等级为 3A，未见不安全病例的报导。因此，我们可以放心大胆的在治疗仪器上应用激光来治疗疾病，而这种治疗将会给我们的医疗界带来一个更为广阔的方向和发展空间。激光治疗比以往的手术和药物治疗更安全

12、，对人体无毒副作用，是患者治疗疾病的最佳选择。在经济快速发展的今天，激光辅助治疗仪有了很大的发展空间和应用前景。该课题所研究的激光辅助治疗仪是一种对以 AT89S52 单片机为核心，采用 5V 电源供电,利用激光发射器件发射激光，作用于人体敏感部位，产生辅助治疗的医用器械。对激光器发送的脉冲形式和时间进行控制，从而使末端激光器发射出 . . . 2 / 39最适宜身体接受的光波。1.31.3 国外的应用现状国外的应用现状在 1960 年美国贝尔实验室发明红宝石激光器一年后，我国第一台红宝石激光器在光机所诞生。自此以后，我国在激光器和激光应用技术研究方面有了许多的成果。激光器和激光应用仪器在八十

13、年代走向市场。我国激光医疗仪器发展较早，在七十年代就有少量应用，但尚未形成市场，“八五”前期激光器械发展势头大减，直到 1994、1995 年才又重新高速增长。激光医疗器械是我国的出口大项。因为我国激光医疗应用开发较早，激光医疗器械的水平和质量也有较大提高，而价格又比西方国家便宜，作为中、低档激光医疗器械在国际市场上具有一定的优势，历年均在出口，并有逐步增长。1.41.4 课题的发展要求课题的发展要求从激光诞生至今，随着激光技术的发展与其在医学领域中的研究和临床应用，今后激光医学必将取得更快的发展。在激光的发展中，我们应该开拓广阔的视线，在更多方面设计出更多的人性化的器械，能够让我们的治疗和健

14、身变成日常化。在该激光辅助治疗仪的设计中，针对问题，我们通过单片机控制激光发射的时间和强度治疗病人身上的穴位和病变部位。在激光的应用中，主要有两个关键所在，在设计中有按键控制时间的加减和强度，这种简易化的设计似的患者可以独自治疗，而不是通过在医院花费昂贵的费用和耽误宝贵的时间来治疗疾病，无论是老人还是孩子都可以放心安全的使用该仪器，在看电视或者休闲聊天的时候就可以轻松的使用这种仪器治疗。该课题我们所研究的激光辅助治疗仪是一种简单便携的设备，使用+5V 电压，使得治疗更加简单方便，患者可以不受时间和地点的限制反复治疗。患者使用时，只需插上 5V 电源即可进行治疗，使用简单方便，安全可靠。该设计中

15、设有报警功能，有按键按下时，蜂鸣器就会发出报警声音，以此来提示使用者是否需要选择该功能，操作简单方便。 . . . 3 / 392 2方案论证方案论证2.12.1课题所需的总体功能课题所需的总体功能该课题设计的是一种基于单片机为核心的治疗仪，在家庭中可以方便实用。该治疗仪采用激光发射器件，作用于人体敏感部位，产生辅助治疗作用。设计需要把学过的自动控制原理、模拟和数字电路、MCU 等多方面专业知识综合运用。在了解治疗仪原理的基础上，采用单片机为核心部件，对激光器发送的脉冲形式和时间进行控制，从而使末端激光器发射出最适宜身体接受的光波。在该课题中，有一个停止开始开关来控制开关的开断，根据不同的疾病

16、选择不同的治疗时间和强度，在设计时应利用单片机控制“+” 、 “”键来加减时间，由此来选择治疗时间的长短；在治疗过程中还需根据单片机来控制一个按键来控制方波和连续波的切换；利用 +5V 电压供电；同时具有设置显示功能和报警等功能。总体设计框图如下图 2.1 所示，主要结构有单片机，显示器、键盘、报警电路和激光发射电路组成。图 2.1 激光辅助治疗仪设计结构框图2.22.2总总体方体方案论证案论证2.2.1 单片机的选择MCS-51 单片机：MCS-51 单片机最早由 Intel 公司推出，其后，多家公司购买了 MCS-51 的核，使得以 MCS-51 为核的 MCU 系列单片机在世界上产量最大

17、，应用也最广泛。 单片机显示器键盘报警电路激光发射电路接口芯片 . . . 4 / 39Motorola 单片机：Motorola 是世界上最大的单片机厂商。从 M6800 开始，开发了广泛的品种，4 位，8 位，16 位 32 位的单片机都能生产，其中典型的代表有：8 位机 M6805，M68HC05 系列，8 位增强型 M68HC11，M68HC12 ，16 位机M68HC16，32 位机 M683XX。 Motorola 单片机的特点之一是在同样的速度下所用的时钟频率较 Intel 类单片机低得多，因而使得高频噪声低，抗干扰能力强，更适合于工控领域与恶劣的环境。AT89S52 是一种低功

18、耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系统可编程 Flash 存储器。使用 Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上 Flash 允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的 8 位 CPU 和在系统可编程Flash，使得 AT89S52 为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。此外，AT89S52 设计和配置了振荡频率可为 0Hz 并可通过软件设置省电模式。空闲模式下，CPU 暂停工作，而 RAM 定时计数器，串行口，外中断系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存 RAM 的数据，停止芯片其

19、它功能直至外中断激活或硬件复位。由于实际程序要求并不复杂，要实现的功能对芯片要求不是很苛刻，而AT89S52 又是一种我学习接触较多的一种单片机，可以搜集到的资料较多，芯片便宜，技术发展成熟，所以在该课题设计中选用 AT89S52 单片机。2.2.2 显示器的选择单片机应用系统最常用的显示器是 LED（发光二极管显示器）和 LCD（液晶显示器） ，这两种显示器可显示数字、字符与系统的状态，它们的驱动电路简单、易于实现且价格低廉，因此，得到广泛应用。常用的 LED 显示器有 LED 状态显示器（俗称发光二极管） 、LED 七段显示器（俗称数码管）和 LED 十六段显示器。发光二极管可显示两种状态

20、，用于系统状态显示；数码管用于数字显示；LED 十六段显示器用于字符显示。液晶显示屏（LCD）具有轻薄短小、低耗电量、平面直角显示以与影像稳定不闪烁等优势，可视面积大，画面效果好，分辨率高等特点。七段发光二极管显示器，又叫LED 显示器，因其价格低廉、功耗较小和性能可靠等优点，在各种仪器仪表中 . . . 5 / 39得到了广泛的应用。现在市场上出售的专用 LED 驱动器种类有很多，且大多数功能较多，但价格相应地也较高，如果用在低成本的简单系统中，不仅是一种资源的浪费，而且增加了产品的成本。用 74LS07 芯片驱动 LED 有以下特点：速度较快，功耗较小，LED 的数目多少随意，既可以控制共

21、阴极的 LED 显示器，也可以控制共阳极的 LED 显示器，可以软件控制 LED 的亮度，还可以在必要的时候关断显示(数据保留)，以减小功耗，并可随时唤醒显示。用它设计的电路，不仅软硬件设计简单，而且功耗低，驱动能力强，占用的 I/ O 口线较少，是一种造价低廉，应用灵活的设计方案。该设计中系统需要显示的信息量不大，LED 数码管，对外界环境要求低，操作简单，易于维护，能按照需要显示字符。所以利用数码板显示很容易实现，数码板又便宜且显示程序比较好调试，因此我在这次的设计中选择 4 位 LED 时间数码板显示。2.2.3 显示器动静态的选择LED 七段数码管有静态显示和动态显示。静态显示是指数码

22、管显示某一字符时，相应的发光二极管恒定导通或恒定截止。这种显示方式的各位数码管相互独立，公共端恒定接地（共阴极）或接正电源（共阳极） 。每个数码管的 8 个字段分别与一个 8 位 I/O 口地址相连，I/O 口只要有段码输出，相应字符即显示出来，并保持不变，直到 I/O 口输出新的段码。采用静态显示方式，较小的电流即可获得较高的亮度，且占用 CPU时间少，编程简单，显示便于监测和控制，但其占用的口线多，硬件电路复杂，成本高，只适合于显示位数较少的场合。数码管静态显示方式的一种典型应用，其硬件与软件都非常简单，但其只能显示一位，如要用 P1 口显示多位，则每位数码管都应有各自的锁存、译码与驱动器

23、，还需有相应的位选通电路，位选通电路输出位码。动态显示是一位一位地轮流点亮各位数码管，这种逐位点亮显示器的方式称为位扫描。通常，各位数码管的段选线相应并联在一起，由一个 8 位的 I/O口控制；各位的位选线（公共阴极或阳极）由另外的 I/O 口线控制。动态方式显示时，各数码管分时轮流选通，要使其稳定显示必须采用扫描方式，即在某一时刻只选通一位数码管，并送出相应的段码，在另一时刻选通另一位数码管， . . . 6 / 39并送出相应的段码，依此规律循环，即可使各位数码管显示将要显示的字符，虽然这些字符是在不同的时刻分别显示，但由于人眼存在视觉暂留效应，只要每位显示间隔足够短就可以给人同时显示的感

24、觉。采用动态显示方式比较节省 I/O 口，硬件电路也较静态显示方式简单，但其亮度不如静态显示方式，而且在显示位数较多时，CPU 要依次扫描，占用 CPU较多的时间。该课题所制作的激光治疗仪为了解决治疗者需要查看治疗时间的问题，因此选择动态显示电路。2.2.4 键盘设计在单片机设计中，键盘设计一般分为独立是键盘和矩阵式键盘，对于按键多的设计一般情况下采用矩阵式键盘设计，通过键盘扫描来确认按键是否按下，另一种是独立是键盘，每一个按键对应一个 IO 接口，分别来控制。在按键少的情况下用这种控制。在该设计中，只有三个按键，分别用来控制治疗仪治疗时间的加减和激光强度的切换，因此在该设计中选用选择独立式键

25、盘。2.2.5 电源的选择本课题所研究的是激光辅助治疗仪，考虑到其易于携带和家庭使用的特点，所以应采用电池和经过变压器调节后的+5V 电压为整体系统供电。同时还应当设计一个电源，能够把 220V 电压调节成+5V，使得治疗应用简单化，安全化。2.3 激光发射器的选择治疗激光医疗器械是我国的强项。因为我国激光医疗应用开发较早，激光医疗器械的水平和质量也有较大提高，而价格又比西方国家便宜，作为中、低档激光医疗器械在国际市场上具有一定的优势，历年均在出口，并有逐步增长。因此开发激光辅助治疗仪有很好的技术支持和市场前景。该课题设计的激光治疗仪是一种医用器械，利用激光发射器件发射激光，作用于人体敏感部位

26、，产生辅助治疗作用。利用按键对激光器发送的脉冲形式和时间进行控制，从而使末端激光器发射出最适宜身体接受的光波。随着社会自动化程度的提高，人机交互能力急需大的转变，向着更方便使用、更直观的方向发展。激光治疗机主要应用激光的物理特性作用于人体，产生机 . . . 7 / 39体化学反应从而达到治疗疾病的目的。因此在该课题我们选用激光发射器。3 3 硬件设计硬件设计3.13.1晶振电路晶振电路时钟电路是单片机的心脏，各部分都以时钟频率为基准，有条不紊地一拍一拍地工作。利用芯片部的振荡电路，在 XTAL1 和 XTAL2 两端跨接晶体振荡器和两个电容就构成了一个稳定的自激振荡器。AT89S52 部都有

27、一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，引脚 XTAL1 和 XTAL2 分别是反相放大器的输入端和输出端，由这个放大器与作为反馈元件的片外晶体一起构成了一个自激振荡器，这种形式的时钟信号称为部时钟方式。在芯片的外部，XTAL1 和 XTAL2 之间跨接晶体振荡器和微调电容，从而构成一个稳定的自激振荡器，这就是单片机的时钟电路，如图 3.1 所示。该电路选择两个 30PF 电容，晶振为 12MHZ。图 3.1 晶振电路3.23.2复复位电位电路路复位是单片机的初始化操作，单片机在启动运行时，都需要先复位，它的作用是使 CPU 和系统中其它部件都处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。单片机

28、在启动或断电后，程序需要从头开始执行，机器全部寄存器、I/O 接口等都必须重新复位，这个功能由复位电路来完成。无论是在单片机刚开始接上电源时，还是断电后或者发生故障后都要复位。单片机复位的条件是：必须使 RST/VPD 或 RST 引脚（9）加上持续二个机器周期（即 24 个振荡周期）的高电平。单片机常见的复位电路如图 3.2 所示。123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:18-Jun-2008Sheet of File:C:Documents and SettingsAdministrator伟伟伟伟伟伟伟伟伟伟.DdbDrawn B

29、y:C2C1Y1GND30p30p12MEA/VP31X119X218RESET9RD17WR16INT012INT113T014T115P101P112P123P134P145P156P167P178P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE /P30TXD11RXD10U189S52AT89S52 . . . 8 / 39123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:18-Jun-2008Sheet of

30、 File:C:Documents and SettingsAdministrator伟伟伟伟伟伟伟伟伟伟.DdbDrawn By:R10+C3VCC10u8.2kGNDR1+C3VCC10u8.2kGNDR2200RETRETGND（a） 上电复位电路 （b） 按键复位电路图 3.2 单片机常见的复位电路图 3.2（a）为上电复位电路，它是利用电容充电来实现的。在接电瞬间，RST 端的电位与 VCC 一样，随着充电电流的减少，RST 的电位逐渐下降。只要保证 RST 为高电平的时间大于 2 个机器周期，便能正常复位。图 3.2（b）为按键复位电路。该电路除具有上电复位功能外，若要复位，只需按

31、图 2（b）中的 RESET 键，此时电源 VCC 经电阻 R1、R2 分压，在 RST 端产生一个复位高电平。在该设计中，由于在引入电源时接有总开关，所以没有必要选择按钮复位，由此我选择上电复位。3.33.3显示电路显示电路3.3.1 数码管驱动电路晶体三极管，是半导体基本元器件之一，具有电流放大作用，是电子电路的核心元件。三极管是在一块半导体基片上制作两个相距很近的 PN 结，两个PN 结把正块半导体分成三部分，中间部分是基区，两侧部分是发射区和集电区，排列方式有 PNP 和 NPN 两种，以材料分有硅材料和锗材料两种。常用三极管的封装形式有金属封装和塑料封装两大类，引脚的排列方式具有一定

32、的规律，底视图位置放置，使三个引脚构成等腰三角形的顶点上，从左向右依次为 e、b、c；对于中小功率塑料三极管按图使其平面朝向自己，三个引脚朝下放置，则从左到右依次为 e、b、c。9012 是 PNP 型三极管，工作电流 0.5A，功率为 0.6W，放大倍数约为 200。在该设计中选择 9012 三极管作为驱动管，电阻选择 4.7K。驱动电路如下图 3.3 . . . 9 / 39所示。123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:18-Jun-2008Sheet of File:C:Documents and SettingsAdminist

33、rator伟伟伟伟伟伟伟伟伟伟.DdbDrawn By:R1VCC9012PNPA8DIG01DIG111DIG210DIG37B12C3D5E6F9G2DP4U1LE D4.7KEA/VP31X119X218RESET9RD17WR16INT012INT113T014T115P101P112P123P134P145P156P167P178P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE /P30TXD11RXD10U189S52图 3.3 驱动电路在实际电路中，数

34、码管与单片机之间需要加驱动器，该设计中选用 7407，在下面一部分中有详细介绍。3.3.2 7407 的驱动作用单片机在扩展时，为了正确地进行数据的I/O口传送，必须解决总线的和驱动问题。通常总线上连接着多个数据源设备（向总线输入数据）和多个数据负载设备（向总线输出数据） 。但是在任何时刻，只能进行一个源和一个负载之间的数据传送，此时要求所有其它设备在电性能上与总线隔离。使外设在需要的时刻与总线相通，不需要的时候与总线隔开，这就是总线隔离问题。此外，由于单片机功率有限，故每个I/O管脚的驱动能力有限。因此，为了驱动负载，往往采用缓冲/驱动器，7407就具有数据隔离缓冲和驱动的作用，其输入阻抗抗

35、较抵，常用做想三态缓冲输出，图3.4为其引脚图。74071A11Y22A32Y 43A53Y6GND 74Y84A95Y105A116Y126A13VCC14 . . . 10 / 39图3.4 7407引脚图7407是TTL集电极开路六正相高压驱动器是六高压输出缓冲驱动器，其中第1，3，5，9，11和13六个引脚是六位输入，2，4，6，8，10和12六个引脚是六位输出，7脚接地，14脚接电源。3.3.3 数码管结构与工作原理（1）数码管结构数码管由 8 个发光二极管（以下简称字段）构成，通过不同的组合可用来显示数字 0 9、字符 A F、H、L、P、R、U、Y、符号“”与小数点“” 。数码管

36、的外型结构如图 3.5（a）所示。数码管又分为共阴极和共阳极两种结构，分别如图 3.5（b）和图 3.5（c）所示。10 9 8 7 6g f GND a b1 2 3 4 5dp.e d GND c dpabcdefgDD+5V（a） 外型结构 （b） 共阴极 （c）共阳极图 3.5 数码管结构图（2）数码管工作原理共阳极数码管的 8 个发光二极管的阳极（二极管正端）连接在一起，通常，公共阳极接高电平（一般接电源） ，其它管脚接段驱动电路输出端。当某段驱动电路的输出端为低电平时，则该端所连接的字段导通并点亮，根据发光字段的不同组合可显示出各种数字或字符。共阴极数码管的 8 个发光二极管的阴极

37、（二极管负端）连接在一起，通常，公共阴极接低电平（一般接地） ，其它管脚接段驱动电路输出端，当某段驱动电路的输出端为高电平时，则该端所连接的字段导通并点亮，根据发光字段的不同组合可显示出各种数字或字符。 . . . 11 / 39该课题采用了共阳极数码管。所选用的数码管引脚图如下图 3.6 所示，平面视图如下图 3.7 所示。1DIG02G3C4DP5D6E7DIG38A9F10DIG211DIG112B图 3.6 数码管引脚图 图 3.7 数码管平面图该设计中所选用的数码管有 12 个引脚，1 脚控制数码管 0 的位选，10 脚控制数码管 1 的位选，11 脚控制数码管 2 的位选，7 脚控

38、制数码管 3 的位选；8脚控制数码管 a 段，12 脚控制数码管 b 段， 3 脚控制数码管 c 段，5 脚控制数码管 d 段，6 脚控制数码管 e 段，9 脚控制数码管 f 段， 2 脚控制数码管 g 段，4 脚控制数码管小数点 dp。其中 0 位数码管的 dp 段控制时间显示中数码管的上小数点，1 位数码管的 dp 段控制时间显示中数码管的下小数点。3.3.4 显示电路LED 七段数码管有静态显示和动态显示。该设计选择是为四位动态时间显示电路。由四个 9012 三极管进行位选，分别接在单片机 P2 口的低四位，加电阻为 4.7K。在显示器与单片机之间要加 8 个 330 欧姆的电阻，由于单

39、片机与数码管之间电流太小，需要用两片 74LS07 驱动器进行驱动。显示电路如下图 3.8 所示。123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:1-Jun-2008 Sheet of File:F:伟伟伟伟伟伟伟伟伟.DdbDrawn By:B12DIG111DIG210F9A8D5DP4C3G2DIG01E6DIG37L1LE D-84伟伟 . . . 12 / 39123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:15-Jun-2000Sheet of File:E:C.DdbDrawn B

40、y:EA/VP31X119X218RESET9RD17WR16INT012INT113T014T115P101P112P123P134P145P156P167P178P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE/P30TXD11RXD10U189S52Q1PNP12345678161514131211109RP18*330Q3PNPQ4PNPQ2PNPR2R1R3R44.7K4.7K4.7K4.7KVCC1Y2Y3Y4Y5Y6YGND6A5A3A2A1A4A74

41、07U27407VCC1Y2Y3Y4Y5Y6YGND6A5A3A2A1A4A7407U17407A8DIG01DIG111DIG210DIG37B12C3D5E6F9G2DP4U1LED-84P2.2P2.3P2.1P2.0VCCAT89S52图 3.8 显示电路3.43.4键盘电路键盘电路键盘是由一组规则排列的按键组成，一个按键实际上是一个开关元件，也就是说键盘是一组规则排列的开关。按键按照结构原理可分为两类，一类是触点式开关按键，另一类是无触点开关按键。机械式按键再按下或释放时，由于机械弹性作用的影响，通常伴随有一定时间的触点机械抖动，然后其触点才稳定下来。抖动时间的长短与开关的机械特性有

42、关，一般为 510ms。在触点抖动期间检测按键的通与断状态，可能导致判断出错。即按键一次按下或释放被错误地认为是多次操作，这种情况是不允许出现的。为了克服按键触点机械抖动所致的检测误判，必须采取去抖动措施，可从硬件、软件两方面予以考虑。在键数较少时，可采用硬件去抖，而当键数较多时，采用软件去抖。在硬件上可采用在键输出端加 R-S 触发器(双稳态触发器)或单稳态触发器构成去抖动电路，软件上采取的措施是，在检测到有按键按下时，执行一个10ms 左右（具体时间应视所使用的按键进行调整）的延时程序后，再确认该键电平是否仍保持闭合状态电平，若仍保持闭合状态电平，则确认该键处于闭合 . . . 13 /

43、39状态；同理，在检测到该键释放后，也应采用一样的步骤进行确认，从而可消除抖动的影响。独立式按键：单片机控制系统中，往往只需要几个功能键，此时，可采用独立式按键结构。独立式按键是直接用 I/O 口线构成的单个按键电路，其特点是每个按键单独占用一根 I/O 口线，每个按键的工作不会影响其它 I/O 口线的状态。独立式按键的典型应用如图 6 所示。独立式按键电路配置灵活，软件结构简单，但每个按键必须占用一根 I/O 口线，因此，在按键较多时，I/O 口线浪费较大，不宜采用。123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:15-Jun-2000She

44、et of File:E:C.DdbDrawn By:EA/VP31X119X218RESET9RD17WR16INT012INT113T014T115P101P112P123P134P145P156P167P178P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE/P30TXD11RXD10U1AT89S52S2S1S3GNDR810KR610KR710KVCCAT89S52图 3.9 独立式按键电路图 3.9 输入均采用低电平有效，此外，上拉电阻保证了按键断开时，

45、I/O口线有确定的高电平。当 I/O 口线部有上拉电阻时，外电路可不接上拉电阻。独立式按键的软件结构：独立式按键软件常采用查询式结构。先逐位查询每根 I/O 口线的输入状态，如某一根 I/O 口线输入为低电平，则可确认该 I/O口线所对应的按键已按下，然后，再转向该键的功能处理程序。矩阵式按键：片机系统中，若使按键较多时，通常采用矩阵式（也称行列式）键盘。矩阵式键盘的结构与原理：矩阵式键盘由行线和列线组成，按键位于行、列线的交叉点上，其结构如图 3.10 所示。图 3.10 矩阵式键盘结构 . . . 14 / 39由图 3.10 可知，一个 44 的行、列结构可以构成一个含有 16 个按键的

46、键盘，显然，在按键数量较多时，矩阵式键盘较之独立式按键键盘要节省很多I/O 口。矩阵式键盘中，行、列线分别连接到按键开关的两端，行线通过上拉电阻接到5V 上。当无键按下时，行线处于高电平状态；当有键按下时，行、列线将导通，此时，行线电平将由与此行线相连的列线电平决定。这是识别按键是否按下的关键。然而，矩阵键盘中的行线、列线和多个键相连，各按键按下与否均影响该键所在行线和列线的电平，各按键间将相互影响，因此，必须将行线、列线信号配合起来作适当处理，才能确定闭合键的位置。该设计中所使用独立式键盘，利用软件延时消抖，延时时间为 10ms。3.53.5报警电路报警电路蜂鸣器有两类 3 大品种，一类是压

47、电式，一类是电磁式，电磁式又有两大品种，铁振膜式和动圈式，二者原理一样只是结构不同。所有蜂鸣器都有两种类型：纯蜂鸣器和带驱动的蜂鸣器，蜂鸣器都是用音频信号驱动的，当然是交流驱动。一般所指的蜂鸣器是以压电瓷为主要元件的。压电瓷是一类有将压力与电流相互转换能力的特殊瓷。这种能力缘于其特殊的晶体结构。当压电瓷在一定方向上受到一个压力使其晶体结构发生形变时，它就会在部产生一个电流，并且电流的变化与压力的变化密切相关。反之亦然。所以利用这一特性，在压电瓷上通过一定频率的电流，就会引起压电瓷微小形变，这一形变带动空气发生振动，如果频率适当，就可以被人耳所听见，也就是产生了蜂鸣声。报警器需要的电流为 10m

48、A，因此需要加驱动电路。该设计采用 PNP 型三极管 9012 和 4.7k 电阻驱动。报警电路设计如下图 3.11 所示。 . . . 15 / 39123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:18-Jun-2008Sheet of File:C:Documents and SettingsAdministrator伟伟伟伟伟伟伟伟伟伟.DdbDrawn By:EA/VP31X119X218RESET9RD17WR16INT012INT113T014T115P101P112P123P134P145P156P167P178P0039P013

49、8P0237P0336P0435P0534P0633P0732P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE /P30TXD11RXD10U189S52LS1GNDQ1PNPR24.7KVCCAT89S52图 3.11 报警电路3.63.6电源电路电源电路该课题设计中选用的电源为 5V，用来供应单片机工作，通过激光输出电路来发射激光作用于人体治疗疾病。为了减少电源对无线传送的干扰，我们采用 7812 和 7805 双稳压管。由于7805 输入需小于 12V 的电压，所以我们前端选用了 7812。三极管型的 7812 排列方式是入、出、地（圆切

50、面朝） 。7812 是最为常见三端稳压集成，它的额定工作电流为 1.5A，不过要加合适的散热片才行。 如果没有散热片的情况下，工作电流不要超过 200mA。 7812 的输入电压为 18V 左右，太高芯片负担大，效率低，发热量大，对设备稳定工作并不合适。7812 为正三端稳压：1 脚输入，2 脚接地，3 脚输出。 7805 是三端稳压器，它的管脚 1 是输入端，管脚 2 是公用端，管脚 3 是输出端。输入端最高输入电压为 35V。7805 输出正 5V，最大输出电流为 1.5A。 输入输出之间的电压差不可小于 2V，最好在 5V 左右，输入输出之间的电压差小于 2V 时将会影响稳压效果。稳压电

51、源如图 3.12 所示。 . . . 16 / 39123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:15-Jun-2003Sheet of File:G:tuMyDesign1.ddbDrawn By:1234D0C130ufC30.1ufC230ufC40.1ufVin1GND2Vout37812Vin1GND2Vout37805+-图 3.12 稳压电源电路图在该设计中我们选用 5V 电源，当需要治疗时，接上 5V 电源后，按下开关即可看到指示灯亮，即开始治疗，开始时，设置的默认治疗时间为 15：00，如果 15 分钟时间合适则开始治疗，如

52、果不合适则可以适当的加减时间。下图3.13 为开关设置图。123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:18-Jun-2000Sheet of File:C:Documents and Settingsmartin.DdbDrawn By:D2R10S0+5VGND12J1CON2图 3.13 开关设置3.73.7激光发射电路激光发射电路该课题设计的激光治疗仪是一种医用器械，以单片机为核心，采用 5V 电源供电，利用激光发射器件发射激光，作用于人体敏感部位，产生辅助治疗作用。利用按键对激光器发送的脉冲形式和时间进行控制，从而使末端激光器发射出

53、最适宜身体接受的光波。治疗激光医疗器械是我国的强项。因为我国激光医疗应用开发较早，激光医疗器械的水平和质量也有较大提高，而价格又比西方国家便宜，作为中、低档激光医疗器械在国际市场上具有一定的优势，历年均在出口，并有逐步增长。因此开发激光辅助治疗仪有很好的技术支持和市场前景。从激光诞生至今，随着激光技术的发展与其在医学领域中的研究和临床应用，激光医学也取得了很快的发展。在激光的发展中，我们应该开拓广阔的视线，在更多方面设计出更多的人性化的器械，能够让我们的治疗和健身变成日 . . . 17 / 39常化。在该设计中，我们应用的输出应该是激光发射头，但由于时间和技术的限制，我们利用二极管来代替激光

54、发射头，通过 9012 来驱动二极管发光，在使用是只需要将二极管换成激光发射头就行了。激光发射电路如下图 3.14 所示。123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:18-Jun-2008Sheet of File:C:Documents and SettingsAdministrator伟伟伟伟伟伟伟伟伟伟.DdbDrawn By:D1LE DR9330GNDQ1PNPR24.7KVCCEA/VP31X119X218RESET9RD17WR16INT012INT113T014T115P101P112P123P134P145P156P167

55、P178P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE /P30TXD11RXD10U189S52AT89S52图 3.14 激光发射电路 . . . 18 / 394 4软件设计软件设计4.14.1 系统软件设计语言系统软件设计语言在编写单片机程序时，可以用汇编语言编写，也可以用 C 高级语言来编写，还可以用两者混合编程。汇编语言采用助记符来编写程序，比起机器语言的二进制代码来说要方便一些，在一定程度上简化了编程过程。汇编语言的特点是用符号代替了机器语言，指令与

56、代码一一对应，基本保留了机器语言的灵活性，使用汇编语言能简化程序，汇编语言占用存小，运算速度快。但是汇编语言不容易理解，编程难度大。C 语言作为高级语言，它更接近和体现人的设计思想，是目前流行的一种计算机语言，它主要用于单片机和一般微型计算机。C 高级语言程序设计快、可读性好、可靠性高、可移植性好、代码转换质量高。单片机 C 高级语言的特点是同时兼有高级语言和汇编语言的优点，还能像汇编语言那样直接利用 CPU的硬件特性进行程序设计，直接操作单片机的硬件和接口。C 高级语言目标模块还可以同汇编连接组成一个完整的程序，目前在单片机应用领域，C 高级语言越来越受到人们的重视。使用 C 高级语言的工作

57、效率高，其生成的机器代码质量也是高水平的。因此，我们在该设计中选用 C 语言来编程。4.24.2软件程序设计软件程序设计激光辅助治疗仪的系统软件程序有主程序和子程序组成，主程序包含初始化参数设置、按键处理、数码管显示模块，报警模块，在设计时各个模块都采用子程序结构设计，在主程序中调用。由于定时器/计数器采用中断方式处理，因此还要编写定时器/中断服务子程序，在定时器/计数器中断服务子程序中队倒计时进行调整，对蜂鸣器报警时间和激光闪烁灯的闪烁延时时间进行调整。4.2.1 主程序主程序先对显示单元和定时器/计数器初始化，然后重复调用数码管显示模块和按键处理模块以与报警模块，当有按键按下时，则调用相应

58、的功能子程序。 . . . 19 / 39主程序流程图如下图 4.1 所示。初始化T0设为16位计数模式允许T0中断调用显示子程序按下键否？进入功能程序调用报警程序否是开始图 4.1 住程序流程图4.2.2 数码管显示程序本系统用 4 为时间显示数码板，从右到左依次显示秒十位、秒个位、冒号、分十位和分个位。数码管闲事的信息用 6 个存单元存放，这 6 个存单元分别为显示缓冲区，其中秒十位和秒个位、分十位和分个位分别由秒数据、分数据分拆得到。本系统设计数码管采取软件译码动态显示。显示时，先从现实缓冲区中取出显示信息，然后通过查表程序在字段码表中查处显示信息的字段码，从 P0 口输出，同时在 P2

59、 口将相应的位选码输出，选中显示的数码管，就能在相应的数码管上显示缓冲区的容。在存储器中首先建立一显示信息的字段码表，在该设计中由于时间显示带有分秒之间的冒号，分时位和分个位无小数点，秒个位和秒十位有小数点，分别为上小数点和下小数点，因此需要两字段码表，分别显示带小数点何不带小 . . . 20 / 39数点的 09 以与熄灭符。 本设计用的是共阳极数码管，所选用的数码管在前面有详细介绍，在该设计中根据硬件电路得到了相对应的字段码，见下表 4.1 和 4.2 所示，表 4.1 是不带小数点的相应的 09 字段码，表 4.2 是带小数点的 09 字段码。表 4.1 数码管字型编码表（小数点灭）共

60、 阳 极显示字符字形dpegdfcba字型码0010100000A0H1111111001F9H22100011008CH3311001000C8H4411010001D1H5511000010C2H661000001082H7711111000F8H881000000080H9911000000C0H熄灭灭11111111FFH表 4.2 数码管字型编码表(小数点亮)共 阳 极显示字符字形dpegdfcba字型码000010000020H110111100179H22000011000CH330100100048H440101000151H550100001042H660000001002H

61、770111100078H880000000000H990100000040H熄灭灭11111111FFH 在显示子程序设计中，通过查表得到数字的字断码显示，由于显示数字四位中分钟两位无小数点，秒位有小数点控制，因此在显示程序中建立两个表格，需要两个查表语句来执行。4.2.3 定时器/计数器 T0 中断服务子程序在该课题设计中，定时器/计数器 T0 中用于时间计时、报警延时、治疗灯 . . . 21 / 39高低电平切换延时。当 T0 用于时间计时时，选择定时/计数器工作方式 1，在倒计时钟，应产生周期为 1s 的周期性定时，由于定时时间比较长，一个定时/计数器不能直接实现，可用定时/计数器

62、T0 产生周期为 50ms，计数 20 次记为 1s，1s 到了则对分单元减一，秒单元减到 00 时则对分单元减 1，将秒单元置为 59，当分单元为99 时再加则为 00，当分单元减为 00 时再减则报警，当时间和分钟均为 00 时治疗结束。在各单元计数的同时，把它们的值放在存储单元的指定位置。定时器/计数器 T0 中断服务子程序流程图 4.2 如下所示：现场保护，重置初值启动下一个50ms50ms 计数器加150ms 计数器=20？秒单元加1，50ms 计数器清0，秒写入秒个位和秒十位秒单元=60？分单元减1，秒单元计59，分写入分个位和分十位否否是是开始返回图 4.2 中断服务子程序当 T

63、0 用于时间计时时，选择定时/计数器工作方式 1，这时应产生周期为1s 的周期性定时，定时到了，对 P3.0 取反就可以实现，这样即可实现治疗灯 . . . 22 / 39高低电平切换。在报警电路中，先对 P3.1 置高位，等有按键按下或者治疗结束时，通过对 P3.1 取反就可以实现对 P3.1 清 0，蜂鸣器发出声音报警。报警延时和治疗灯高低电平切换延时程序：void t0(void)interrupt 1 /进入中断 if(light_f) light_time+; / 治疗灯亮延时 if(light_time 4000) ligh = ligh; /治疗灯灭 light_time = 0

64、; else ligh = 0; if(fm_f) fm_time+; /启动蜂鸣器，报警 if(fm_time 1000) warn = 1; fm_f = 0; fm_time = 0; /蜂鸣时间清 0 4.2.4 键盘子程序在单片机应用系统中，键盘扫描只是 CPU 的工作容之一。CPU 对键盘的响 . . . 23 / 39应取决于键盘的工作方式，键盘的工作方式应根据实际应用系统中 CPU 的工作状况而定，其选取的原则是既要保证 CPU 能与时响应按键操作，又不要过多占用 CPU 的工作时间。通常键盘的工作方式有三种，即编程扫描、定时扫描和中断扫描。采用上述两种键盘扫描方式时，无论是否

65、按键，CPU 都要定时扫描键盘，而单片机应用系统工作时，并非经常需要键盘输入，因此，CPU 经常处于空扫描状态，为提高 CPU 工作效率，可采用中断扫描工作方式。其工作过程如下：当无键按下时，CPU 处理自己的工作，当有键按下时产生中断请求，CPU 转去执行键盘扫描子程序。如下图 4.3 所示，为键盘处理子程序。调用建扫描子程序P2.5=1？P2.6=1？P2.7=1？转入治疗仪高低电平切换键转入加1键转入减1键调用报警子程序调用报警子程序调用报警子程序否否否是是是开始图 4.3 键盘处理子程序在键盘设置中，由于选用的是机械式键盘，机械式按键再按下或释放时，由于机械弹性作用的影响，通常伴随有一

66、定时间的触点机械抖动，然后其触点才稳定下来。抖动时间的长短与开关的机械特性有关，一般为 510ms。在触点抖动期间检测按键的通与断状态，可能导致判断出错。即按键一次按下或释放被错误地认为是多次操作，这种情况是不允许出现的。为了克服按键触点机械抖动所致的检测误判，必须采取去抖动措施，可从硬件、软件两方 . . . 24 / 39面予以考虑。在键数较少时，可采用硬件去抖，而当键数较多时，采用软件去抖。在硬件上可采用在键输出端加 R-S 触发器(双稳态触发器)或单稳态触发器构成去抖动电路，软件上采取的措施是，利用延时来跳过抖动过程，当判断有按键按下后，先执行一段大于 10ms 的延时程序后再去判断是哪一个键按下，从而消除前沿抖动的影响。对于后沿抖动，只是在接受一个键位后，经过一段时间再去检测有无按键，这样自然就跳过了后沿抖动。在该课题中，虽然使用的是独立式键盘，按键数量少，但使用软件消抖是硬件电路简单，所以采用软件消抖。 . . . 25 / 39结结 论论该课题设计的激光治疗仪是一种医用器械，以 AT89S52 单片机为核心，采用 5V 电源供电，利用激光发射器件发射激光，作用于人体敏感部