基于單片機(jī)的脈搏測(cè)量?jī)x便攜式心率測(cè)試儀

1、設(shè)計(jì)題目：便攜式心率測(cè)試儀本科畢業(yè)設(shè)計(jì)2014年5月20日word格式.大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）誠(chéng)信責(zé)任書(shū)本人重聲明：本人所呈交的畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)），是在導(dǎo)師的指 導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所完成。畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）中凡引用他人已經(jīng)發(fā)表或 未發(fā)表的成果、數(shù)據(jù)、觀點(diǎn)等，均已明確注明出處。特此聲明。論文（設(shè)計(jì)）作者簽名：扌商要IAbstract11述1選題的背景和意義1脈搏測(cè)量?jī)x的發(fā)展與應(yīng)用2第1章 脈搏測(cè)量?jī)x系統(tǒng)結(jié)構(gòu)41.1光電脈搏測(cè)量?jī)x的結(jié)構(gòu)41.2工作原理51.3光電脈搏測(cè)量?jī)x的特點(diǎn)5第2章硬件系統(tǒng)72.1控制器72.1.1 AT89S52 簡(jiǎn)介72.1.2 AT89S52 的特點(diǎn)72.1.3 AT89S

2、52 的結(jié)構(gòu)72. 2脈搏信號(hào)采集92.2.1光電傳感器的原理102. 2.2光電傳感器的結(jié)構(gòu)102.2.3光電傳感器檢測(cè)原理112. 2. 4信號(hào)采集電路112. 3信號(hào)放大122. 3.1放大器的介紹122.3.2放大電路132.4波形整形電路142.5單片機(jī)處理電路162.6顯示電路172.6.1 LEI）的綜述182.6.2 LED 的結(jié)構(gòu)182.6.3 LED數(shù)碼管的顯示方法192.6.4脈搏測(cè)量?jī)x電路原理圖20第3章軟件系統(tǒng)213.1主程序流程：213.2定時(shí)器中斷程序流程：213.3 INT中斷程序流程：223.4顯示程序流程：233.5軟件說(shuō)明23第4章 抗干擾措施及使用方法3

3、04.1抗干擾措施304.1.1環(huán)境光對(duì)脈搏傳感器測(cè)量的影響304.1.2電磁干擾對(duì)脈搏傳感器的影響304.1.3測(cè)量過(guò)程中運(yùn)動(dòng)噪聲的影響314.2測(cè)量?jī)x使用方法31第5章系統(tǒng)調(diào)試325.1系統(tǒng)調(diào)試325.2系統(tǒng)檢驗(yàn)335.3誤差分析35總結(jié)36參考文獻(xiàn)38致 39脈搏測(cè)量?jī)x在我們的日常生活中已經(jīng)得到了非常廣泛的應(yīng)用。為了提高脈搏 測(cè)量?jī)x的簡(jiǎn)便性和精確度 本課題設(shè)計(jì)了一種基于51單片機(jī)的脈搏測(cè)量?jī)x。系統(tǒng) 以AT89S52單片機(jī)為核心，以紅外發(fā)光二極管和光敏三極管為傳感器，并利用單 片機(jī)系統(tǒng)部定時(shí)器來(lái)計(jì)算時(shí)間，由光敏三極管感應(yīng)產(chǎn)生脈沖，單片機(jī)通過(guò)對(duì)脈沖 累加得到脈搏跳動(dòng)次數(shù)，時(shí)間由定時(shí)器定時(shí)而得

4、。系統(tǒng)運(yùn)行中能顯示脈搏次數(shù)和 時(shí)間，系統(tǒng)停止運(yùn)行時(shí)，能夠顯示總的脈搏次數(shù)和時(shí)間。經(jīng)測(cè)試，系統(tǒng)工作正常， 達(dá)到設(shè)計(jì)要求。關(guān)鍵詞：脈搏測(cè)量?jī)x；AT89S52單片機(jī)；光電傳感器AbstractPulse measuring instrument has been widely used in our daily lifeIn order to increase its simplicity and accuracy, this subject designs one system based on single-chip microcomputer and infrared light emitti

5、ng diode and photo transistor as sensors, and calculates time with using of the inner timer The sensor produces pulse and the single-chip microcomputer gets the frequency by accumulating the pulses, and the timer obtains the time The system could display the frequency and time of the pulse during op

6、eration. It can also shows the total number when it stops After testing, the system works well and meets the design requirementsKeywords : Pulse measurement: AT89S52 single-chip microcoinputer;photoc 1 cctric sens前言選題的背景和意義脈搏攜帶有豐富的人體健康狀況的信息，自公元三世紀(jì)我國(guó)最早的脈學(xué)專(zhuān) 著脈經(jīng)問(wèn)世以來(lái)，脈學(xué)理論得到不斷的發(fā)展和提高。在中醫(yī)四診（望、聞、 問(wèn)、切）中，脈診占有

7、非常重要的位置。脈診是我國(guó)傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)中最具特色的一 項(xiàng)診斷方法，其歷史悠久，容豐富，是中醫(yī)“整體觀念”、“辨證論證”的基 本精神的體現(xiàn)與應(yīng)用。脈診作為“綠色無(wú)創(chuàng)”診斷的手段和方法，得到了中外 人士的關(guān)注。但由于中醫(yī)是靠手指獲取脈搏信息，雖然脈診具有簡(jiǎn)便、無(wú)創(chuàng)、 無(wú)痛的特點(diǎn)易為患者接受，然而在長(zhǎng)期的醫(yī)療實(shí)踐中也躱露出一些缺陷。首先， 切脈單憑醫(yī)生手指感覺(jué)辨別脈象的特征，受到感覺(jué)、經(jīng)驗(yàn)和表述的限制，并且 難免存在許多主觀臆斷因素，影響了對(duì)脈象判斷的規(guī)化；其次，這種用手指切 脈的技巧很難掌握；再則，感知的脈象無(wú)法記錄和保存影響了對(duì)脈象機(jī)理的研 究。脈診的這種定性化和主觀性大大影響了其精度與可行性成為中

8、醫(yī)脈診 應(yīng)用、發(fā)展和交流中的制約因素。為了將傳統(tǒng)的中醫(yī)藥學(xué)發(fā)揚(yáng)光大，促進(jìn)脈診 的應(yīng)用和發(fā)展，必須與現(xiàn)代科技相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)更科學(xué)、客觀的診斷工。醫(yī)院的護(hù)士每天都要給住院的病人把脈記錄病人每分鐘脈搏數(shù)，方法是用 手按在病人腕部的動(dòng)脈上，根據(jù)脈搏的跳動(dòng)進(jìn)行計(jì)數(shù)。為了節(jié)省時(shí)間，一般不 會(huì)作1分鐘的測(cè)量，通常是測(cè)量10秒鐘時(shí)間心跳的數(shù)，再把結(jié)果乘以6即得到 每分鐘的心跳數(shù)，即使這樣做還是比較費(fèi)時(shí)，而且精度也不高。為了提高脈搏 測(cè)量的精確與速度，多種脈搏測(cè)量?jī)x被運(yùn)用到醫(yī)學(xué)上來(lái)，從而開(kāi)辟了一條全新 的醫(yī)學(xué)診斷方法。早在I860年Vierordt創(chuàng)建了第一臺(tái)杠桿式脈搏描記儀，國(guó)20世紀(jì)50年代初 朱顏將脈搏儀引

9、用到中醫(yī)脈診的客觀化研究方面。此后隨著機(jī)械及電子技術(shù)的發(fā) 展，國(guó)外在研制中醫(yī)脈象儀方面進(jìn)展很快，尤其是70年代中期，國(guó)、等地相繼 成立了跨學(xué)科的脈象研究協(xié)作組，多學(xué)科共同合作促使中醫(yī)脈象研究工作進(jìn)入了 一個(gè)新的境界。脈象探頭式樣很多，有單部、三部、單點(diǎn)、多點(diǎn)、剛性接觸式、 軟性接觸式、氣壓式、硅杯式、液態(tài)汞、液態(tài)水、子母式等組成，脈象探頭的主 要原件有應(yīng)變片、壓電晶體、單晶硅、光敏元件、PVDF壓電薄膜等，其中以單部 單點(diǎn)應(yīng)變片式為最廣泛，不過(guò)近年來(lái)正在向三部多點(diǎn)式方向設(shè)計(jì)憶。目前脈搏測(cè)量?jī)x在多個(gè)領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用，除了應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，如無(wú)創(chuàng)心血 管功能檢測(cè)、妊高癥檢測(cè)、中醫(yī)脈象、脈率檢測(cè)等等，商

10、業(yè)應(yīng)用也不斷拓展，如 運(yùn)動(dòng)、健身器材中的心率測(cè)試都用到了技術(shù)先進(jìn)的脈搏測(cè)量?jī)x。脈搏測(cè)量?jī)x的發(fā)展與應(yīng)用隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，脈搏測(cè)量技術(shù)也越來(lái)越先進(jìn)，對(duì)脈搏的測(cè)量精度也越 來(lái)越高，國(guó)外先后研制了不同類(lèi)型的脈搏測(cè)量?jī)x，而其中關(guān)鍵是對(duì)脈搏傳感器的 研究。起初用于體育測(cè)量的脈搏測(cè)試集中在對(duì)接觸式傳感器的研究，利用此類(lèi)傳 感器所研制的指脈、耳脈等測(cè)量?jī)x各有其優(yōu)缺點(diǎn)。指脈測(cè)量比較方便、簡(jiǎn)單，但 因?yàn)槭种干系暮瓜佥^多，指夾常年使用，污染可能會(huì)使測(cè)量靈敏度下降：耳脈測(cè) 量比較干凈，傳感器使用環(huán)境污染少，容易維護(hù)。但因耳脈較弱，尤其是當(dāng)季節(jié) 變化時(shí)，所測(cè)信號(hào)受環(huán)境溫度影響明顯，造成測(cè)量結(jié)果不準(zhǔn)確刃。過(guò)去在醫(yī)院臨

11、床監(jiān)護(hù)和日常中老年保健中出現(xiàn)的日常監(jiān)護(hù)儀器，如便攜式電子血壓計(jì)，可以完 成脈搏的測(cè)量，但是這種便攜式電子血壓計(jì)利用微型氣泵加壓橡膠氣囊，每次測(cè) 量都需要一個(gè)加壓和減壓的過(guò)程，存在體積龐大、加減壓過(guò)程會(huì)有不適、脈搏檢 測(cè)的精確度低等缺點(diǎn)。近年來(lái)國(guó)外致力于開(kāi)發(fā)無(wú)創(chuàng)非接觸式的傳感器，這類(lèi)傳感器的重要特征是測(cè) 量的探測(cè)部分不侵入機(jī)體，不造成機(jī)體創(chuàng)傷，能夠自動(dòng)消除儀表自身系統(tǒng)的誤差， 測(cè)量精度高，通常在體外，尤其是在體表間接測(cè)量人體的生理和生化參數(shù)。其中光電式脈搏傳感器是根據(jù)光電容積法制成的脈搏傳感器，通過(guò)對(duì)手指末 端透光度的監(jiān)測(cè)，間接檢測(cè)出脈搏信號(hào)。具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、無(wú)損傷、精度高、可重 復(fù)使用等優(yōu)點(diǎn)。通

12、過(guò)光電式脈搏傳感器所研制的脈搏測(cè)量?jī)x已經(jīng)應(yīng)用到臨床醫(yī)學(xué) 等各個(gè)方面并收到了理想效果。人體心室周期性的收縮和舒導(dǎo)致主動(dòng)脈的收縮和舒，是血流壓力以波的形式 從主動(dòng)脈根部開(kāi)始沿著整個(gè)動(dòng)脈系統(tǒng)傳播，這種波成為脈搏波。從脈搏波中提 取人體的心理病理信息作為臨床診斷和治療的依據(jù)，歷來(lái)都受到中外醫(yī)學(xué)界的重 視。脈搏波所呈現(xiàn)出的形態(tài)（波形）、強(qiáng)度（波幅）、速率（波速）和節(jié)律（周期）等方 面的綜合信息，在很大程度上反映出人體心血管系統(tǒng)中許多生理病理的血流特征, 因此對(duì)脈搏波采集和處理具有很高的醫(yī)學(xué)價(jià)值和應(yīng)用前景3。但人體的生物信號(hào) 多屬于強(qiáng)噪聲背景下的低頻的弱信號(hào)，脈搏波信號(hào)更是低頻微弱的非電生理信 號(hào)，因此必

13、需經(jīng)過(guò)放大和后級(jí)濾波以滿足采集的第1章脈搏測(cè)量?jī)x系統(tǒng)結(jié)構(gòu)脈搏測(cè)量?jī)x的設(shè)計(jì)，必須是通過(guò)采集人體脈搏變化引起的一些生物信號(hào)，然 后把生物信號(hào)轉(zhuǎn)化為物理信號(hào)，使得這些變化的物理信號(hào)能夠表達(dá)人體的脈搏變 化，最后要得出每分鐘的脈搏次數(shù)。在硬件設(shè)計(jì)中一般的物理信號(hào)就是電壓變化， 有了這個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路，本課題就此開(kāi)始實(shí)施。1.1光電脈搏測(cè)量?jī)x的結(jié)構(gòu)光電脈搏測(cè)量?jī)x是利用光電傳感器作為變換原件，把采集到的用于檢測(cè)脈搏 跳動(dòng)的紅外光轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，用電子儀表進(jìn)行測(cè)量和顯示的裝置。本系統(tǒng)的組成 包括光電傳感器、信號(hào)處理、單片機(jī)電路、液晶顯示、電源等部分。1 光電傳感器即將非電量（紅外光）轉(zhuǎn)換成電量的轉(zhuǎn)換元件，它由

14、紅外發(fā)射二極管和接收三 極管組成，它可以將接收到的紅外光按一定的函數(shù)關(guān)系（通常是線性關(guān)系）轉(zhuǎn)換成 便于測(cè)量的物理量（如電壓、電流或頻率等）輸出。2信號(hào)處理即處理光電傳感器采集到的低頻信號(hào)的模擬電路（包括放大、濾波、整形等）。3. 單片機(jī)電路即利用單片機(jī)自身的定時(shí)中斷計(jì)數(shù)功能對(duì)輸入的脈沖電平進(jìn)行運(yùn)算得出心率（包括AT89S52、外部晶振、外部中斷等）。4液晶顯不即把單片機(jī)計(jì)算得出的結(jié)果用LCD1602來(lái)顯示，便于直接準(zhǔn)確無(wú)誤的讀出數(shù) 據(jù)。5.電源即向光電傳感器、信號(hào)處理、單片機(jī)提供的電源，可以是5V的直流的穩(wěn)壓電 源。1.2工作原理本設(shè)計(jì)采用單片機(jī)AT89S52為控制核心，實(shí)現(xiàn)脈搏測(cè)量?jī)x的基本測(cè)

15、量功能。脈搏測(cè)量?jī)x硬件框圖如下1.1所示：圖1.1脈搏測(cè)董儀的工作原理當(dāng)手指放在紅外線發(fā)射二極管和接收三極管中間，隨著心臟的跳動(dòng)，血管中 血液的流量將發(fā)生變換。由于手指放在光的傳遞路徑中，血管中血液飽和程度的 變化將引起光的強(qiáng)度發(fā)生變化，因此和心跳的節(jié)拍相對(duì)應(yīng)，紅外接收三極管的電 流也跟著改變，這就導(dǎo)致紅外接收三極管輸出脈沖信號(hào)。該信號(hào)經(jīng)放大、濾波、 整形后輸出，輸出的脈沖信號(hào)作為單片機(jī)的外部中斷信號(hào)。單片機(jī)電路對(duì)輸入的 脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)算處理后把結(jié)果送到液晶顯示。1.3光電脈搏測(cè)量?jī)x的特點(diǎn)與傳統(tǒng)的脈搏測(cè)量?jī)x相比、光電式脈搏測(cè)量?jī)x具有以下特點(diǎn)：1. 測(cè)量的探測(cè)部分不侵入機(jī)體，不造成機(jī)體創(chuàng)傷，通常

16、在體外。2. 傳感器可重復(fù)使用且速度快，精度高。3. 測(cè)試的適用電壓為5V直流電壓。4. 穩(wěn)定性好、磨損小、壽命長(zhǎng)、維修方便。5. 由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，因此體積小、重量輕、性?xún)r(jià)比優(yōu)越。6. 測(cè)量的有效圍為50次-199次/分鐘。第2章硬件系統(tǒng)2.1控制器本系統(tǒng)基于51系列單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)，因?yàn)橄到y(tǒng)沒(méi)有其它高標(biāo)準(zhǔn)的要求，我們最 終選擇了 AT89S52通用的比較普通單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。2.1.1 AT89S52 簡(jiǎn)介AT89S51是美國(guó)ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓、高性能的CMOS 8位單片機(jī),片含4k bytes的可反復(fù)擦寫(xiě)的只讀程序存儲(chǔ)器（PEROM）和128 bytes的隨機(jī)存取數(shù) 據(jù)存儲(chǔ)器（RAM

17、），器件采用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)，片置通用8位中央處理器（CPU）和Flash存儲(chǔ)單元，功能 強(qiáng)大AT89CS1單片機(jī)可為您提供許多高性?xún)r(jià)比的應(yīng)用場(chǎng)合，可靈活應(yīng)用于各種控 制領(lǐng)域。2.1.2 AT89S52 的特點(diǎn)與MCS-51產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容4k字節(jié)可重擦寫(xiě)Flash閃速存儲(chǔ)器1000次擦寫(xiě)周期全靜態(tài)操作:OHz24MHz三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器128*8字節(jié)部RAM32個(gè)可編程I/O 口線2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器6個(gè)中斷源可編程串行UART通道低功耗空閑和掉電模式2.1.3 AT89S52 的結(jié)構(gòu)此次設(shè)計(jì)所使用的AT89S52的封裝形式是

18、DIP40。如圖2.1所示。PDIPP1.0CP1.1CP1J?CP1.3EP1.4CP1.5CP1.6EP1.7C RSTC (RP)P3.0C crxcjps.ir I1NT0) P3.2 C |iNfl)P3,3C O0)P3.4C P3.5E J P03 A03) J P0.4 (AD4) JPO.SADSJ J PO.6 (W6) 21 PO.7 (AJD7) JEWVPP_ lAtEfROG JPSEN3 P2 05) jpg.a d) J P2.5 (A13-) J P2A (A1Sj ZJP23 (A11) J P22 運(yùn)放U2A將信號(hào)放大，放大倍數(shù)由R8和RW1的比圖2.6低

19、通放大電路根據(jù)一階有源濾波電路的傳遞函數(shù)，可得：放大倍數(shù)為：截止頻率為：按人體的脈搏跳動(dòng)為200次/分鐘時(shí)的頻率是3.3 Hz考慮，低頻特性是令人滿意的經(jīng)過(guò)低通放大后輸出的信號(hào)是疊加有噪聲的脈動(dòng)正弦波。波形如圖2.7所示。圖2.72.4波形整形電路波形整形電路如圖2. 8所示，U2B是一個(gè)電壓比較器，在電壓比較器的負(fù)向 電壓輸入端通過(guò)R9 R10分壓得到2. 5V的基準(zhǔn)電壓，放大后的信號(hào)通過(guò)C7電容 耦合進(jìn)入比較器，當(dāng)輸入的電壓低于2. 5v時(shí)，U2B的第七引腳輸出高電平，發(fā) 光二極管D2亮，并且輸入單片機(jī)進(jìn)行參與運(yùn)算處理，反之輸出低電平，發(fā)光二 級(jí)滅。電路如圖所示：經(jīng)過(guò)比較器U2B的輸出波形

20、：圖2.82.5單片機(jī)處理電路如圖2.9所示，本部分運(yùn)用了 ATMEL公司的AT89S52單片機(jī)作為核心元件， 在這里運(yùn)用單片機(jī)能更快更準(zhǔn)確地對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算，而且可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行 編程，所用外圍元件少，輕巧省電，故障率低。來(lái)自傳感和整形輸出電路的脈沖電平輸入單片機(jī)AT89S52的/INTO腳，單片 機(jī)設(shè)為負(fù)跳變中斷觸發(fā)模式，對(duì)脈沖進(jìn)行技術(shù)，然后P0 口控制液晶顯示5AI89S52；I81920GNDY1IB7 65432 1 o2 2 2 2 2 2 2 2 p*p p卩 p-p-p-p.P1012P1VpHpTRFSP30P31P32 P3TP34psTP3&P37YFaXTA2. 6顯

21、示電路0112Mz=C2=z：C330p| 3()pf1 P1.02 Pl.l3 Pl.24 PL35 PI.46 PLS7 Pl.68 Pl.79 RST10 RXD11 TX1)12 Into13 Ivri14 TO15 T116 wn&7 RDVCC 40PO.O 39 P0.1 38P0.2 37P0.3 36P0.4 35P0.5 34P0.6 33 啦32EA 31ALE 30 PSEN 297 6 5 4 3 2 10P2.P2.P2.P2.P2.吃P2.吃圖2.9單片機(jī)處理電路本設(shè)計(jì)的顯示采用LCD來(lái)顯示顯示電路如圖2.10。PI3P024卩035P046P057P068P07

22、9()0 2P3LCD 1602圖2. 10顯示電路2. 6.11602字符型LCD簡(jiǎn)介字符型液晶顯示模塊是一種專(zhuān)門(mén)用于顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等點(diǎn)陣式LCI)， 本設(shè)計(jì)采用16列*2行的字符型LCD1602帶背光的液晶顯示屏。1602LCI)主要技術(shù)參數(shù)：1. 顯示容量：16x2個(gè)字符2. 芯片工作電壓:4, 5-5. 5V3. 工作電流:2. 0mA(5. 0V)4. 模塊最佳工作電壓:5. 0V5. 字符尺寸:2. 95x4. 35(WxH)mm2. 6.2 1602引腳功能說(shuō)明各引腳接口說(shuō)明如表所示:表 2-11編號(hào)符號(hào)引腳說(shuō)明編號(hào)符號(hào)引腳說(shuō)明1VSS電源地9D2數(shù)據(jù)2VDD電源正極10D

23、3數(shù)據(jù)3VL液晶顯不偏壓111)4數(shù)據(jù)4RS數(shù)據(jù)/命令選擇12D5數(shù)據(jù)5R/W讀/寫(xiě)選擇13D6數(shù)據(jù)6E使能信號(hào)14D7數(shù)據(jù)71)0數(shù)據(jù)15BLA背光源正極8D1數(shù)據(jù)16BLK背光源負(fù)極表2-11 :引腳接口說(shuō)明：第1腳：VSS為地電源。第2腳:VDD接5V正電源。第3腳：VL為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地時(shí)對(duì)比度 最高，對(duì)比度過(guò)高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鬼影”，使用時(shí)可以通過(guò)一個(gè)10K的電位器調(diào)整對(duì) 比度。第4腳：RS為寄存器選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時(shí)選擇指令寄存器。第5腳：R/W為讀寫(xiě)信號(hào)線，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫(xiě)操作。當(dāng)RS 和R/W共同為低電平時(shí)可以寫(xiě)入

24、指令或者顯示地址，當(dāng)RS為低電平R/W為高電平時(shí) 可以讀忙信號(hào)，當(dāng)RS為高電平R/W為低電平時(shí)可以寫(xiě)入數(shù)據(jù)。第6腳：E端為使能端，當(dāng)E端由高電平跳變成低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令。第714腳：1)01)7為8位雙向數(shù)據(jù)線。第15腳：背光源正極。第16腳：背光源負(fù)極o2. 6.3 1602LCI）的指令說(shuō)明及時(shí)序1602液晶模塊部的控制器共有11條控制指令、如表2-3所示：表 2-12序號(hào)指令RSR/W1)71)61)51)41)31)21)11)01清顯示00000000012光標(biāo)返回000000001*3置輸入模式000000011/1)S4顯示開(kāi)/關(guān)控制00000011）CB5光標(biāo)或字符移位

25、000001S/CR/L*6置功能00001DLNF*7置字符發(fā)生存貯器地址0001字符發(fā)生存貯器地址8置數(shù)據(jù)存貯器地址001顯示數(shù)據(jù)存貯器地址9讀忙標(biāo)志或地址01BF計(jì)數(shù)器地址10寫(xiě)數(shù)到CGRAM或DDRAM)10要寫(xiě)的數(shù)據(jù)容11從CGRAM或DDRAM讀數(shù)11讀出的數(shù)據(jù)容表2-12字符控制命令說(shuō)明:1602液晶模塊的讀寫(xiě)操作、屏幕和光標(biāo)的操作都是通過(guò)扌旨令編程來(lái)實(shí)現(xiàn)的。（說(shuō)明：1為高電平、0為低電平）指令1 ：清顯示，指令碼01H,光標(biāo)復(fù)位到地址00H位置。指令2 :光標(biāo)復(fù)位，光標(biāo)返回到地址00H -指令3 :光標(biāo)和顯示模式設(shè)置I/D :光標(biāo)移動(dòng)方向，高電平右移，低電平左移S: 屏幕上所有

26、文字是否左移或者右移。高電平表示有效，低電平則無(wú)效。指令4 :顯示開(kāi)關(guān)控制。I):控制整體顯示的開(kāi)與關(guān)，高電平表示開(kāi)顯示，低電 平表示關(guān)顯示C：控制光標(biāo)的開(kāi)與關(guān)，高電平表示有光標(biāo)，低電平表示無(wú) 光標(biāo)B:控制光標(biāo)是否閃爍，高電平閃爍，低電平不閃爍。指令5 :光標(biāo)或顯示移位S/C :高電平時(shí)移動(dòng)顯示的文字，低電平時(shí)移動(dòng)光標(biāo)。指令6：功能設(shè)置命令1兒：高電平時(shí)為4位總線，低電平時(shí)為8位總線N：低電平 時(shí)為單行顯示，高電平時(shí)雙行顯示F:低電平時(shí)顯示5x7的點(diǎn)陣字符，高 電平時(shí)顯示5x10的點(diǎn)陣字符。指令7 :字符發(fā)生器RAM地址設(shè)置。指令8 : DDRAM地址設(shè)置。指令9 :讀忙信號(hào)和光標(biāo)地址BF :

27、為忙標(biāo)志位，高電平表示忙此時(shí)模塊不能接 收命令或者數(shù)據(jù)，如果為低電平表示不忙。指令10 :寫(xiě)數(shù)據(jù)。指令11 ：讀數(shù)據(jù)。芯片時(shí)序表如下：讀狀態(tài)輸入RS=L ， R/W=H ， E=H輸出DOD7=狀態(tài)字寫(xiě)指令輸入RS=L，R/W=L，D0-D7=指令碼，E=高輸出無(wú)脈沖讀數(shù)據(jù)輸入RS=H ， R/W=H ， E=H輸出00-1)7=數(shù)據(jù)寫(xiě)數(shù)據(jù)輸入RS=H R/W=L 00-1)7=數(shù)據(jù)，E二高脈輸出無(wú)沖表3-2基本操作時(shí)序表讀寫(xiě)操作時(shí)序如圖2-13和2-14所示:圖2-14寫(xiě)操作時(shí)序2. 6.4 1602LCI）的RAM地址映射及標(biāo)準(zhǔn)字庫(kù)表液晶顯示模塊是一個(gè)慢顯示器件，所以在執(zhí)行每條指令之前一定

28、要確認(rèn)模塊 的忙標(biāo)志為低電平，表示不忙，否則此指令失效。要顯示字符時(shí)要先輸入顯示字 符地址，也就是告訴模塊在哪里顯示字符，圖2-15是1602的部顯示地址。LCD16字乂2行000102030405060708090A0B0C0D0EOF1027404142434445464748494A4B4C4D4E4F5067圖2-15液晶部顯示地址例如第二行第一個(gè)字符的地址是40H，那么是否直接寫(xiě)入40H就可以將光標(biāo)定 位在第二行第一個(gè)字符的位置呢？這樣不行，因?yàn)閷?xiě)入顯示地址時(shí)要求最高位1)7 恒定為高電平1所以實(shí)際寫(xiě)入的數(shù)據(jù)應(yīng)該是01000000B (40H)+10000000B(80H)=1100

29、0000B(C0H)。在對(duì)液晶模塊的初始化中要先設(shè)置其顯示模式，在液晶模塊顯示字符時(shí)光標(biāo)是自 動(dòng)右移的，無(wú)需人工干預(yù)海次輸入指令前都要判斷液晶模塊是否處于忙的狀態(tài)。1602液晶模塊部的字符發(fā)生存儲(chǔ)器(CGROM)已經(jīng)存儲(chǔ)了 160個(gè)不同的點(diǎn)陣字符圖 形，如圖10-58所示，這些字符有：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫(xiě)、常用的符 號(hào)、和日文假名等，每一個(gè)字符都有一個(gè)固定的代碼，比如大寫(xiě)的英文字母“A” 的代碼是01000001B (41H)，顯示時(shí)模塊把地址41H中的點(diǎn)陣字符圖形顯示出來(lái)， 我們就能看到字母“A” 。喪I4 CGROM和CGRAM中字將代網(wǎng)與字符03形對(duì)蟲(chóng)關(guān)廉oooo00100011

30、010001l0110011110101011inin1191XXXXOOOOCGRAM0apPpCl)XXXX000)1hQqn7 qXXXX0010(3)2BRbrr刖*9(4)n3cScBJ7gX x xxoo$4DTdtX卜電DXXXX0101%5EUuo才JLB0XXXX0110(7)&6FVIVt力3PsXXXX01I17Gw8wT*J予CXXXXIW91Y1y巾yJ-iyX XXX 1010(3)iJZas9k千XXXX10U(4)+iK(k(才苛toX萬(wàn)xxxxnw5)7IJL7宅+XXXXU10(7)NnF3七八rxxxxnn(8)f 1?O-0e-7y-rad 1圖2-16

31、字符代碼與圖形對(duì)應(yīng)圖2. 6.5 1602LCD的一般初始化（復(fù)位）過(guò)程1.延時(shí)15mS4. 寫(xiě)指令38H （不檢測(cè)忙信號(hào)）5. 延時(shí)5mS8. 寫(xiě)指令38H （不檢測(cè)忙信號(hào)）9. 延時(shí)5mS13.寫(xiě)指令38H （不檢測(cè)忙信號(hào)）以后每次寫(xiě)指令、讀/寫(xiě)數(shù)據(jù)操作均需要檢測(cè)忙 信號(hào)15.寫(xiě)指令38H :顯示模式設(shè)置17.寫(xiě)指令08H :顯示關(guān)閉19.寫(xiě)指令01H :顯示清屏22.寫(xiě)指令06H :顯示光標(biāo)移動(dòng)設(shè)置 25.寫(xiě)指令OCH :顯示開(kāi)及光標(biāo)設(shè)置2. 6.4脈搏測(cè)量?jī)x電路原理圖圖2.17電路原理圖第3章軟件系統(tǒng)3.1主程序流程：系統(tǒng)主程序控制單片機(jī)系統(tǒng)按預(yù)定的操作方式運(yùn)行，它是單片機(jī)系統(tǒng)程序 的

32、框架。系統(tǒng)上電后，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化。初始化程序主要完成對(duì)單片機(jī)專(zhuān)用寄 存器、定時(shí)器工作方式及各端口的工作狀態(tài)的設(shè)定。系統(tǒng)初始化之后，進(jìn)行定時(shí) 器中斷、外部中斷、顯示等工作，不同的外部硬件控制不同的子程序卿。流程如 圖3.1所示。（開(kāi)始）初始化開(kāi)中斯顯示程序1圖3.1主程序流程圖3.2定時(shí)器中斷程序流程：定時(shí)器中斷服務(wù)程序由一分鐘計(jì)時(shí)、按鍵檢測(cè)、有無(wú)測(cè)試信號(hào)判斷等部分組 成。當(dāng)定時(shí)器中斷開(kāi)始執(zhí)行后，對(duì)一分鐘開(kāi)始計(jì)時(shí)，Is計(jì)時(shí)到之后繼續(xù)檢測(cè)下 Is，直到60s到了再停止并保存測(cè)得的脈搏次數(shù)。同時(shí)可以對(duì)按鍵進(jìn)行檢測(cè)，只 要復(fù)位測(cè)試值就可以重新開(kāi)始測(cè)試。主要完成一分鐘的定時(shí)功能和保存測(cè)得的脈 搏次數(shù)。

33、流程如圖3.2所示。27定時(shí)胃中斷0進(jìn)入I圖3.2定時(shí)器中斷程序流程圖3.3 INT中斷程序流程：外部中斷服務(wù)程序完成對(duì)外部信號(hào)的測(cè)量和計(jì)算。外部中斷采用邊沿觸發(fā)的 方式，當(dāng)處于測(cè)量狀態(tài)的時(shí)候，來(lái)一個(gè)脈沖脈搏次數(shù)就加一，由單片機(jī)部定時(shí)器 控制一分鐘，累加得出一分鐘的脈搏次數(shù)。流程如圖3. 3所示。外部中斷0返回圖3.3 INT中斷程序流程圖3.4顯示程序流程：顯示程序包括顯示上次的脈搏次數(shù)、本次測(cè)量中的時(shí)間和脈搏的次數(shù)。從中 斷程序中取得結(jié)果后，先顯示上次的脈搏次數(shù)，經(jīng)過(guò)10ms的延時(shí)后再顯示測(cè)試中 的脈搏次數(shù)、再經(jīng)過(guò)lOins的延時(shí)顯示測(cè)試中的時(shí)間。流程如圖3. 4所示。顯示子程序I取結(jié)果顯

34、示上次脈痔數(shù)1延吋且示測(cè)試中的詠 持?jǐn)?shù)j延吋顯示測(cè)試中的時(shí) 間J延時(shí)返回圖3.4顯示程序流程圖3.5軟件說(shuō)明本程序采用C語(yǔ)言、程序的可讀性非常好。程序中對(duì)前一次測(cè)量的脈搏數(shù)據(jù)進(jìn)行了自動(dòng)保存，并且用數(shù)碼顯示。程序在執(zhí)行過(guò)程若發(fā)現(xiàn)有干擾則忽略該干擾而不顯示，進(jìn)一步減少讀入數(shù)據(jù)的誤差。第4章抗干擾措施及使用方法4.1抗干擾措施為了提高測(cè)量?jī)x的精確度，系統(tǒng)首先要解決的是硬件方面的干擾問(wèn)題。光電 式脈搏測(cè)量?jī)x的測(cè)量過(guò)程中，前端測(cè)量到的脈搏信號(hào)十分微弱，容易受到外界環(huán) 境干擾，其中主要的干擾源有測(cè)量環(huán)境光干擾、電磁干擾、測(cè)量運(yùn)動(dòng)噪聲。4.1.1環(huán)境光對(duì)脈搏傳感器測(cè)量的影響在光電式脈搏傳感器中，光敏器件接收

35、到的光信號(hào)不僅包含脈搏信息的透射 光的信號(hào)，而且包含測(cè)量環(huán)境下的背景光信號(hào)，由于動(dòng)脈波動(dòng)引起的光強(qiáng)變化比 背景光的變化微弱得多，因此在測(cè)量過(guò)程當(dāng)中要保持測(cè)量背景光的恒定，減少背 景光的干擾曲。測(cè)量環(huán)境下的背景光包含環(huán)境光和在測(cè)量過(guò)程中引起的二次反射光。為了減 少環(huán)境光對(duì)脈搏信號(hào)測(cè)量的影響，同時(shí)考慮到傳感器使用的方便性，采用密封的 指套式包裝方式，整個(gè)外殼采用不透光的介質(zhì)和顏色，盡量減小外界環(huán)境光的影 響，為了避免測(cè)量過(guò)程中的二次反射光的影響，在指套式傳感器的層表面涂上一 層吸光材料，這樣能有效減少二次反射光的干擾。加上扌旨套式外殼后的脈搏傳感器測(cè)t到的脈搏波形比較平滑。這是因?yàn)榧又?套式的脈搏

36、傳感器中環(huán)境光在測(cè)量過(guò)程中基本不受外界環(huán)境光的影響，而且能夠 有效減少二次反射光，使照射到手指上的光波長(zhǎng)單一，所以得到的脈搏信號(hào)較為 穩(wěn)定，沒(méi)有明顯的重疊雜波信號(hào)，能夠很好的體現(xiàn)出脈搏波形的特征。4.1.2電磁干擾對(duì)脈搏傳感器的影響通過(guò)光電轉(zhuǎn)換得到的包含脈搏信息的電信號(hào)一般比較微弱，容易受到外界電 磁信號(hào)的干擾，在傳統(tǒng)的光電式脈搏傳感器電路中，由于光敏器件和放大電路是 分離的，那么在信號(hào)的傳遞過(guò)程就很容易受到外界電磁干擾，通常在一級(jí)放大電 路采用電磁屏蔽的方式來(lái)消除電磁干擾。本系統(tǒng)采用了新型的光敏器件，在芯 片部集成光敏器和一級(jí)放大電路，有效地抑制了外界電磁信號(hào)對(duì)原始脈搏信號(hào)的 干擾。工頻干擾

37、是電路中最常見(jiàn)的干擾，脈搏信號(hào)變化緩慢，特別容易受到工頻信 號(hào)的干擾，因此對(duì)工頻信號(hào)干擾的抑制是保證脈搏信號(hào)測(cè)量精度的主要指施之 一。通常脈搏信號(hào)的頻率圍在0.3-30HZ之間，小于工頻50Hz，因此通過(guò)低通 濾波器可以有效濾除工頻干擾，這在信號(hào)調(diào)理電路中容易實(shí)現(xiàn)；同時(shí)可以在控制 電路中對(duì)光源進(jìn)行脈沖調(diào)制，這樣不但能夠降低系統(tǒng)的功耗，而且能夠在一定程 度上減小外界的電磁干擾，在脈搏信號(hào)數(shù)據(jù)采集后，可以通過(guò)數(shù)據(jù)處理法方法進(jìn) 一步濾除工頻信號(hào)的干擾冏。4.1.3測(cè)量過(guò)程中運(yùn)動(dòng)噪聲的影響測(cè)量過(guò)程當(dāng)中，通常情況下手指和光電式脈搏傳感器可能產(chǎn)生相對(duì)的運(yùn)動(dòng)， 這樣對(duì)脈搏測(cè)量產(chǎn)生誤差，可以通過(guò)2個(gè)方面減少運(yùn)

38、動(dòng)噪聲誤差：一是改善指套 式傳感器的機(jī)械抗運(yùn)動(dòng)性，比如說(shuō)使指套能夠更緊的套在手指上，不易松動(dòng)；二 是從脈搏信號(hào)處理的角度，通過(guò)算法來(lái)減小誤差。對(duì)于傳感器的設(shè)計(jì)，現(xiàn)在采用 的主要是第一個(gè)途徑。4. 2測(cè)量?jī)x使用方法測(cè)量?jī)x通電后，數(shù)碼管全部顯示0。把手輕輕置于右下角的傳感器中，以稍 微有壓迫感為宜，這時(shí)很快就可以看到紅色發(fā)光二極管會(huì)伴隨你的脈搏而閃爍， 讓你直觀的看到自己脈搏跳動(dòng)的速度，按下復(fù)位鍵后單片機(jī)和顯示部分開(kāi)始工 作，單片機(jī)立刻開(kāi)始計(jì)數(shù)，同時(shí)數(shù)碼管顯示出你的心率和測(cè)試的時(shí)間，非常方便。 如果偶爾出現(xiàn)不穩(wěn)的情況，請(qǐng)按復(fù)位鍵對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)位。第5章系統(tǒng)調(diào)試5.1系統(tǒng)調(diào)試根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，本系統(tǒng)的

39、調(diào)試可分為兩大部分：模擬部分和純MCU部分。 由于在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用模塊化設(shè)計(jì)，所以方便了對(duì)各電路功能模塊的逐級(jí)測(cè)試。 斷開(kāi)兩部分的連接點(diǎn)，先調(diào)試MCU部分。試著輸入一系列脈沖（用適當(dāng)?shù)碾娮杞?正極，間斷性地輸入），觀察MCU部分能是否能顯示；模擬部分用不透明的筆在紅 外發(fā)射二極管和接收三級(jí)管之間搖擺，借助示波器觀察波形效果如何。單片機(jī)軟 件先在最小系統(tǒng)板上調(diào)試，確保工作正常之后，再與硬件系統(tǒng)聯(lián)調(diào)。最后將各模 塊組合后進(jìn)行整體測(cè)試，使系統(tǒng)的功能得以實(shí)現(xiàn)。1. 放大倍數(shù)的增加傳感器的輸出端經(jīng)示波器觀察有幅度很小的正弦波，但經(jīng)整形輸出后檢測(cè)到 的脈沖還是很弱，在確定電路沒(méi)有問(wèn)題的情況下，加強(qiáng)信號(hào)的放

40、大倍數(shù)，調(diào)整電 阻R23和R27的阻值。2. 時(shí)鐘的調(diào)試根據(jù)晶體振蕩頻率計(jì)算出部定時(shí)器的基本參數(shù)，通過(guò)運(yùn)行一段時(shí)間可通過(guò)秒 表來(lái)校正后，看時(shí)間誤差的量，以這個(gè)量為依據(jù)改變程序中的部定時(shí)器基本參數(shù)， 就可使時(shí)鐘調(diào)準(zhǔn)確。3. 開(kāi)機(jī)后無(wú)顯示首先檢查交流電源部分，有無(wú)交流，若無(wú)則可能保險(xiǎn)管或變壓器燒壞，如有 繼續(xù)查直流有無(wú)，如無(wú)則電源已燒壞，可更換解決。4. 顯示正常但經(jīng)適當(dāng)運(yùn)動(dòng)后測(cè)量，脈搏次數(shù)沒(méi)有增加可能是前置放大級(jí)有問(wèn)題，可采用更換的辦法判斷并排除。5. 進(jìn)人測(cè)量狀態(tài)，但測(cè)量值不穩(wěn)定主要是光電傳感器受到電磁波等干擾，其次是損壞或有虛焊。6. 開(kāi)機(jī)后顯示不正?；虬存I失靈可查手指擺放的位置或按鍵電路，若無(wú)故障則是硬件損壞。7. 電源的改變理論上