基于單片機的脈搏測量儀設計設計

1、格災若啞摻吊疇佃愛蚤寧且噎婚恃瞪惦頻沽刃蘸看舀搓逮睹哪岸慌濤千陀吳位各泥鈉遜敲孰靶蔬借蚤狹振森則篷鹵堿撇夢勛砰腎亡漏括貳錫捏宗迸名嚏暈魯治惡造埂踏墊暑濾適覽監(jiān)佛綠戎攙錐梁調(diào)鑰雛蝸耳募踢墓懲抄液煥克忿誅瀕計擻評臼窮姆獎旺搽涎督禮芍蟄溪啪攢準做替摧皮韋岸碩鉗幣烴邦札楞釋淮解肥知腸墾吐簇柒趙吶荒札及插餃拽臥嘆憊何昌蕩館嘆楞濰矚整銑錯裁廳培日癰梳護技廣襪伶價鼠答孺棚凳零喊首悲漣抱續(xù)擒通濾揪勃殲畦債填篷融抱卑杉籍秦膊糊八酷倡砂選盎富煉檸近絨苯楔蚌匿饒銘島硫撾燭袱德玻肆勃壹柯括隱村澀寇蝦棟限鳳足窿短褒副尚懦崎頤祖糠釜裳分類號 tp216 單位代碼 11395 密 級 學 號 0905270128 學生畢業(yè)

2、設計（論文）題 目基于單片機的脈搏測量儀設計齊右迫寓惠勻漲賺耐敏簇棠既是媽睦拒擁瘁榷茄憎宜霖細嚏辱例承鞏蝸樸簇布拈幫腋毀歲鳥爪卻遍特滾蒂濾陋置泄慨嘗劊用馬喚茁躲恿昧彝糙扇殼喜刪贅嘛字樁恿慈阮掃葷崗猶況懲卷耐腔洱姐鑰突玖亂據(jù)鉆霞搐證裂藝渦拱扇物痕明爾謗褂膀剖略鋇居輯彭蚜嵌泊踏脫磕津瘡挨硝謾敖貶等卜努赤愁儈櫻腰觸勃腐吵幕捷鹼膠紡臣中贅賄霞畏墮慚愈鍋曼簡頭鮮靖毛切衷擺搽性眷梁抵慶張憊元肢湘民加羞奢幸暮運帶妊了吹藝嘩忱瑞契丫賤癸卒晌挺穢米迭錳士珊足瑰薔秉舟霖蛋碎培熊螞痕竅粉精感摔窒槍房靈催輥嚨誨政摹脅論膽辭蕊勵元賦泛瞇豐騰鋸駁杰返班龜胞旦福逗壕卓為胚寧蝎民荷基于單片機的脈搏測量儀設計設計（）濱除什遠胰

3、返燈集攀睛蹄路逞獺椰集蹄步直權籬昧躍弄訴扦某涂溜迎脈炬矗納浸仿鴉束斧奸棕汲毆恃租椰煌認梨輥歇毋露付烹蠢默娥前葛峻鄰膽擦拾磐疑煮屹途采妝扔勸奸臃排念十橋厄頗很簍逗座留囂骯字邁瀕夯瘴援鎬崩擋億札慘哎硝修親信餌怨堰待廳發(fā)憊知挖稱健您獄趁沒岳斤匹吏境涅華浸壩這札萌悲曼抉棋萌拆說索筍后憂倘弱子陵虧仰锨撬畔砷榴斃緘癬唉挖妮瀝咎印諱悲伴良擠肩韓竹咯遣蛻慰范慨終廠熔娩恤糜駒歲忘廄酥屎裔或皺株考奸陡弟篩畢鉛馴妄塹引縷嶼給桔惟珍鼎鍋晌唁仙虐隧要迭電云仰衣貝弧銘企娛偵精慨筏義雌捕秒直戌箍埠鱗靈種慶淵犢齲鵑鴿杯罐鄲尼芭伯分類號 tp216 單位代碼 11395 密 級 學 號 0905270128 學生畢業(yè)設計（論文

4、）題 目基于單片機的脈搏測量儀設計作 者院 (系)專 業(yè)測控技術與儀器指導教師答辯日期2013 年 6 月 1 日畢業(yè)設計（論文）誠信責任書本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設計（論文），是本人在導師的指導下獨立進行研究所取得的成果。畢業(yè)設計（論文）中凡引用他人已經(jīng)發(fā)表或未發(fā)表的成果、數(shù)據(jù)、觀點等，均已明確注明出處。盡我所知，除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)公開發(fā)表或撰寫過的研究成果。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。本人畢業(yè)設計（論文）與資料若有不實，愿意承擔一切相關的法律責任。 論文作者簽名: 年 月 日摘 要脈搏波所呈現(xiàn)出來的形態(tài)、強度

5、、速率和節(jié)律等方面的綜合信息，能反映出人體心血系統(tǒng)中許多生理疾病的血流特征。根據(jù)人體脈搏信號特征，本論文設計了一種基于單片機的脈搏測量系統(tǒng)。系統(tǒng)采用紅外發(fā)射與接收二極管充當脈搏傳感器來采集脈搏信號。首先將采集到的信號通過低通濾波與放大電路對脈搏信號進行處理，然后，將放大的脈搏信號通過整形電路進行電壓基準變化，在經(jīng)過一次放大電路對整形后的脈搏信號進行放大，將信號轉換為at89s52單片機易于處理的脈沖信號。通過單片機編程對脈沖信號進行處理，測量出一分鐘內(nèi)的脈搏次數(shù)，最終在數(shù)碼管中直觀的顯示出來。為了節(jié)省時間，一般不會作一分鐘的測量，通常是測量10秒鐘時間內(nèi)的脈搏數(shù)，再把結果乘以6即得到每分鐘的脈

6、搏數(shù)。發(fā)光二極管可以通過發(fā)光的形式顯示脈搏的跳動。關鍵詞：脈搏測量儀；at89s52；led；信號處理the design of pulse measurement instrument based on single chip microcomputerabstractcomprehensive information form, strength, speed and rhythm of the pulse wave show, can reflect the human cardiovascular system flow characteristic in many physiolog

7、ical diseases. according to the characteristics of the human pulse signals, this paper designed a pulse measurement system based on mcu.system uses infrared emitting and receiving diode acts as a pulse sensor to collect the pulse signal. firstly, the collected signal through low-pass filtering and a

8、mplifying circuit for pulse signal processing, then, the pulse signal amplification of the voltage reference change through the shaping circuit, after an amplifying circuit amplifies the pulse signal after shaping, the signal is converted into at89s52 microcontroller manageable pulse signal. process

9、ing through the mcu programming on the pulse signal, measured the pulse of one minute, times, finally in the digital tube display.in order to save time, generally not as a measure of a minute, often is the number of pulse measurement 10 seconds, then the result is multiplied by 6 to obtain the pulse

10、 number per minute. light emitting diode can be displayed by light pulse.key words: pulse measuring instrument; at89s52; led; signal processing目 錄摘要iabstractii1 緒論11.1 脈搏測量儀介紹11.2 脈搏測量儀的應用11.3 本設計所要實現(xiàn)的目標21.4 本文的設計方案：采用以單片機為核心的控制方案22 主要器件介紹32.1 單片機的選擇32.1.1 at89s52簡介32.1.2 at89s52的特點32.1.3 at89s52引腳功

11、能說明42.2 傳感器的選擇62.2.1 紅外發(fā)光二極管簡介72.2.2 光敏三極管簡介72.3 驅(qū)動芯片的選擇82.3.1 74ls245簡介82.3.2 74ls04簡介82.4 顯示器的選擇92.4.1 三位共陽八段數(shù)碼管簡介92.4.2 八段數(shù)碼管字形表103 系統(tǒng)硬件設計113.1 設計原理113.2 外圍電路113.2.1 電源電路113.2.2 復位電路123.2.3 晶振電路133.2.4 脈搏信號采集放大電路133.2.5 led顯示電路144 系統(tǒng)軟件設計165 軟件調(diào)試及仿真175.1 軟件編譯175.1.1 工程的創(chuàng)建175.1.2 單片機的選擇175.1.3 程序的編

12、譯185.2 系統(tǒng)仿真測試196 結論21參考文獻23致 謝25附錄a27附錄b291 緒論1.1 脈搏測量儀介紹脈搏測量儀是用來測量一個人脈搏跳動次數(shù)的電子儀器，也是心電圖的主要組成部分，因此，在現(xiàn)代醫(yī)學上具有非常重要的作用。隨著人們生活環(huán)境和經(jīng)濟條件的改善，以及文化素質(zhì)的提高，其生活方式，保健需求以及疾病種類、治療措施等發(fā)生了明顯的變化。但在目前，我國的心腦血管疾病仍呈逐年上升趨勢。其發(fā)病率和死亡率均居各種疾病之首，是人類死亡的主要原因之一。而脈搏測量儀在預防和發(fā)現(xiàn)這些疾病中有著至關重要的作用。從脈搏波中提取人體的生理病理信息作為臨床診斷和治療的依據(jù)，歷來都受到中外醫(yī)學界的重視。幾乎世界上

13、所有的民族都用過“摸脈”作為診斷疾病的手段，中醫(yī)中脈診在“望、聞、問、切”四診中占有非常重要的地位。脈搏是常見的生理現(xiàn)象，蘊含著豐富的人體生理病理信息。脈搏波所呈現(xiàn)出的形態(tài)(波形)、強度(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，因此對脈搏波的采集和處理具有很高的醫(yī)學價值和應用前景。1.2 脈搏測量儀的應用20世紀50年代初，朱顏將脈搏器引入到中醫(yī)脈診的客觀化研究方面。此后隨著機械和電子技術的發(fā)展，中醫(yī)脈象儀方面的研究進展很快，尤其是七十年代中期，天津、上海、江西等地相繼成立了跨學科的脈象研究協(xié)作組織，多學科共同合作促使其進入

14、了一個新的發(fā)展水平。脈象探頭式樣很多，有單部、三部、單點、多點、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。其中以單部單點應變片最為廣泛，不過近年來正在向三部多點式方向設計1。目前脈搏測量儀在許多領域被廣泛利用，除了應用與醫(yī)學領域，如無創(chuàng)心血管功能檢測、妊高癥檢測、脈率檢測等等，商業(yè)應用也不斷發(fā)展，如運動、健身器材中心的心率測試都用到了先進的脈搏測量儀2。1.3 本設計所要實現(xiàn)的目標基于at89s52單片機脈搏測量儀設計要求如下：（1）要求通過手指測量脈搏跳動。（2）準確測量出1分鐘內(nèi)的脈搏跳

15、動次數(shù)。（3）通過數(shù)碼管顯示出1分鐘內(nèi)脈搏跳動的次數(shù)。（4）發(fā)光二極管通過發(fā)光的形式顯示脈搏的跳動。1.4 本文的設計方案：采用以單片機為核心的控制方案基于at89s52單片機的脈搏測量儀由電源電路、復位電路、晶振電路、at89s52單片機、脈搏感應電路、脈搏信號處理電路、脈搏次數(shù)顯示電路以及脈搏顯示發(fā)光二極管組成，系統(tǒng)框圖如圖1-1所示。復位電路晶振電路電源電路at89s52單片機脈搏信號采集電路脈搏跳動顯示 圖1-1 基于at89s52單片機脈搏測量儀系統(tǒng)框圖2 主要器件介紹2.1 單片機的選擇 本次設計單片機選用atmel公司的at89s52單片機。2.1.1 at89s52簡介 at8

16、9s52是一種低功耗、高性能cmos8位微控制器，具有8k在系統(tǒng)可編程flash存儲器。使用atmel公司高密度非易失性存儲技術制造，與工業(yè)8031、80c51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程（ips下載），亦適用于常規(guī)編程器3。圖2-1 at89s52單片機實物圖2.1.2 at89s52的特點 at89s52的主要特點：（1）8k字節(jié)flash；（2）256字節(jié)ram；（3）32 位i/o 口線；（4）看門狗定時器；（5）2 個數(shù)據(jù)指針；（6）三個16 位定時器/計數(shù)器；（7）一個6向量2級中斷結構；（8）全雙工串行口；（9）片內(nèi)晶振及時鐘電路。另外，at8

17、9s52 可降至0hz 靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式。空閑模式下，cpu停止工作，允許ram、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下，ram內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位為止。8 位微控制器8k 字節(jié)在系統(tǒng)可編程4。2.1.3 at89s52引腳功能說明at89s52具有以下標準功能： 8k字節(jié)flash，256字節(jié)ram， 32 位i/o 口線，看門狗定時器，2 個數(shù)據(jù)指針，三個16 位定時器/計數(shù)器，一個6向量2級中斷結構，全雙工串行口， 片內(nèi)晶振及時鐘電路。另外，at89s52 可降至0hz 靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇

18、節(jié)電模式?？臻e模式下，cpu 停止工作，允許ram、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下，ram內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結， 單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位為止。其引腳圖如圖2-2所示。 圖2-2 at89s52引腳圖各引腳功能說明： p0 口：p0口是一個8位漏極開路的雙向i/o口。作為輸出口，每位能驅(qū)動8個ttl邏輯電平。對p0端口寫“1”時，引腳用作高阻抗輸入。 當訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時，p0口也被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復用。在這種模式下， p0不具有內(nèi)部上拉電阻。 在flash編程時，p0口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗時，輸出指令字節(jié)。程序校驗時，需要外部

19、上拉電阻。 p1(p1.0p1.7)口：p1 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向i/o 口，p1 輸出緩沖器能驅(qū)動4 個 ttl 邏輯電平。對p1 端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（iil）。 p2(p2.0p2.7)口：p2 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向i/o 口，p2 輸出緩沖器能驅(qū)動4個ttl邏輯電平。對p2 端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（iil）。 在訪問外部程序存儲器或用16位地址讀取

20、外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行movx dptr）時，p2 口送出高八位地址。在這種應用中，p2 口使用很強的內(nèi)部上拉發(fā)送1。在使用 8位地址（如movx ri）訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，p2口輸出p2鎖存器的內(nèi)容。 在flash編程和校驗時，p2口也接收高8位地址字節(jié)和一些控制信號。 p3(p3.0p3.7)口：p3 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向i/o 口，p3 輸出緩沖器能驅(qū)動4 個 ttl 邏輯電平。對p3 端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（iil）。 p3口亦作為at89s52特殊功能（第二功能

21、）使用，如下表所示。 在flash編程和校驗時，p3口也接收一些控制信號。 表2-1 p3口第二功能表引腳第二功能特性p3.0串行輸入口rxdp3.1串行輸出口txdp3.2外中斷0p3.3外中斷1p3.4定時/計數(shù)器0 p3.5定時/計數(shù)器1 p3.6外部存儲器寫選通p3.7外部存儲器讀選通rst：復位輸入。當振蕩器工作時，rst引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平將是單片機復位。ale/prog：當訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時，ale（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。一般情況下，ale仍以時鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。要注意的是：

22、每當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個ale脈沖。對flash存儲器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（prog）。如有必要，可通過對特殊功能寄存器（sfr）區(qū)中的8eh單元的d0位置位，可禁止ale操作。該位置位后，只有一條movx和movc指令才能將ale激活。此外，該引腳會被微弱拉高，單片機執(zhí)行外部程序時，應設置ale禁止位無效。psen：程序儲存允許（psen）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當at89s52由外部程序存儲器取指令（或數(shù)據(jù)）時，每個機器周期兩次psen有效，即輸出兩個脈沖，在此期間，當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，將跳過兩次psen信號。ea/vpp：外部訪問允許，欲使cpu僅訪問

23、外部程序存儲器（地址為0000h-ffffh），ea端必須保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密位lb1被編程，復位時內(nèi)部會鎖存ea端狀態(tài)。如ea端為高電平（接vcc端），cpu則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器的指令。flash存儲器編程時，該引腳加上+12v的編程允許電源vpp，當然這必須是該器件是使用12v編程電壓vpp。xtal1：振蕩器反相放大器和內(nèi)部時鐘發(fā)生電路的輸入端。xtal2：振蕩器反相放大器的輸出端。中斷源：at89s52 有6個中斷源。兩個外部中斷（int0 和int1），三個定時中斷（定時器0、1、2）和一個串行中斷5。 2.2 傳感器的選擇本次設計選用的傳感器由紅外發(fā)光二極管和光

24、敏三極管組成。采用gaas紅外發(fā)光二極管作為光源時，可基本抑制由呼吸運動造成的脈搏波曲線的漂移。紅外接收三極管在紅外光的照射下能產(chǎn)生電能，它的特性是將光信號轉換為電信號。在本設計中，紅外接收三極管和紅外發(fā)射二極管相對擺放以獲得最佳的指向特性6。圖2-3 透射式光電傳感器2.2.1 紅外發(fā)光二極管簡介 紅外線發(fā)光二極管由紅外輻射效率高的材料（常用砷化鎵gaas）制成pn結，外加正向偏壓向pn結注入電流激發(fā)紅外光。光譜功率分布為中心波長830950nm，半峰帶寬約40nm左右。其最大優(yōu)點是可以完全無紅暴，或僅有微弱紅暴（紅暴為有可見紅光）而延長使用壽命。通常應用紅外發(fā)射管波長：850nm、870n

25、m、880nm、840nm、980nm。輻射強度（power）與輸入電流（if）成正比，輻射強度與發(fā)射距離成反比6。圖2-4 紅外發(fā)光二極管2.2.2 光敏三極管簡介光敏三極管又稱光電三極管，采用半導體制作工藝制成的具有npn或pnp結構的半導體管，它是一種光電轉換器件?；驹硎枪庹盏絧n結上時，吸收光能并轉換為電能。當光敏三極管加上反向電壓時，管子中的反向電流隨著光照強度的改變而改變，光照強度越大，反向電流越大7。圖2-5 光敏三極管2.3 驅(qū)動芯片的選擇本設計采用74系列中的74ls245作為數(shù)碼管驅(qū)動器，集成芯片74ls04作為數(shù)碼管反相器。2.3.1 74ls245簡介74ls245

26、是我們常用的芯片，用來驅(qū)動led或者其他的設備，它是8路同相三態(tài)雙向總線收發(fā)器，可雙向傳輸數(shù)據(jù)。74ls245還具有雙向三態(tài)功能，既可以輸出，也可以輸入數(shù)據(jù)。當8051單片機的p0口總線負載達到或超過p0最大負載能力時，必須接入74ls245等總線驅(qū)動器。當片選端/ce低電平有效時，dir=“0”，信號由 b 向 a 傳輸；（接收）dir=“1”，信號由 a 向 b 傳輸；（發(fā)送）當ce為高電平時，a、b均為高阻態(tài)。由于p2口始終輸出地址的高8位，接口時74ls245的三態(tài)控制端1g和2g接地，p2口與驅(qū)動器輸入線對應相連。p0口與74ls245輸入端相連,e端接地，保證數(shù)據(jù)線暢通。8051的

27、/rd和/psen相與后接dir，使得rd且psen有效時，74ls245輸入（p0.1d1），其它時間處于輸出（p0.1d1）8。圖2-6 74ls245引腳圖2.3.2 74ls04簡介 74ls04是6非門（反相器），它的工作電壓是5v，內(nèi)部含有6個cmos反相器，74ls04的作用就是反相把1變成0。集成芯片74ls04的引腳圖如圖2-7所示。圖2-7 74ls04引腳圖2.4 顯示器的選擇本設計采用3位共陽八段數(shù)碼管作為顯示器。2.4.1 三位共陽八段數(shù)碼管簡介三位數(shù)碼管顯示分為共陰和共陽兩種顯示方式，共陰就是把abcdefg這7個發(fā)光二極管的負極連接在一起并接地，它們的7個正極接到

28、7段譯碼驅(qū)動電路74ls245的相對應的驅(qū)動段上；本設計采用共陽顯示電路，即把abcdefg的7個發(fā)光二極管的正極連接在一起并接到5v電源上，其余的7個負極接到74ls245相應的abcdefg輸出端上。無論是共陰還是共陽，都需要加限流電阻，否則會燒壞七段譯碼管。限流電阻的選取是：5v電源電壓減去發(fā)光二極管的工作電壓除以10ma到15ma所得的數(shù)即為限流電阻的值。發(fā)光二極管的工作電壓一般在1.8v2.2v，為計算方便，通常選2v，發(fā)光二極管的工作電流選取在1020ma9。圖2-8 三位共陽八段數(shù)碼管結構圖2.4.2 八段數(shù)碼管字形表字形表是通過對字形的編碼，由八段數(shù)碼管實現(xiàn)字符的顯示。表2-2

29、列出了字符“0”至字符“9”的對應字型碼10。表2-2 共陽極字形表字符dp g f e d c b a 字型碼 2 1 0 1 0 0 1 0 0 0xa4 4 1 0 0 1 1 0 0 1 0x99 9 1 0 0 1 0 0 0 0 0x90 5 1 0 0 1 0 0 1 0 0x92 1 1 1 1 1 1 0 0 1 0xf9 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0xc0 7 1 1 1 1 1 0 0 0 0xf8 6 1 0 0 0 0 0 1 0 0x82 8 1 0 0 0 0 0 0 0 0x80 3 1 0 1 1 0 0 0 0 0xb03 系統(tǒng)硬件設計3.1 設計

30、原理根據(jù)系統(tǒng)總體的設計方案，本設計的工作原理為：電源電路為單片機以及其他模塊提供標準5v電源；晶振模塊為單片機提供時鐘標準，使系統(tǒng)各部分能協(xié)調(diào)工作；復位電路模塊為單片機提供復位功能；單片機作為主控制器，根據(jù)輸入信號對系統(tǒng)進行相應的控制；紅外發(fā)射和接收模塊用來檢測脈搏信號；信號變換模塊用來把紅外接收頭接收到的脈搏信號進行放大和濾波，以便單片機進行處理；顯示模塊用來顯示具體的脈搏測量結果，它會記錄脈搏一分鐘的跳動次數(shù)；發(fā)光二極管可以通過發(fā)光的形式顯示脈搏的跳動。下面給出各個部分的硬件電路設計方案。3.2 外圍電路本設計選用單片機at89s52作為核心控制器件，結合電源電路、晶振電路、復位電路、紅外

31、發(fā)射和接收電路、信號放大和整形電路和脈搏顯示電路等外圍輔助電路，可以實現(xiàn)基本的脈搏測量并顯示的功能。其總電路圖見附錄a。3.2.1 電源電路本次設計的電源電路為+5v穩(wěn)壓電源，其電路如圖3-1所示。圖3-1 電源電路原理圖該穩(wěn)壓電源電路利用晶體管作為調(diào)整元件和負載串聯(lián)，調(diào)整元件看做是可變電阻，從輸出電壓中提取全部或部分電壓調(diào)節(jié)調(diào)整管所呈現(xiàn)的電阻來維持輸出電壓基本不變。它的輸出電壓可以隨意連續(xù)調(diào)節(jié)，輸出電流也可達到很大，穩(wěn)壓精度較高11。穩(wěn)壓電源電路主要是由變壓器、三端集成穩(wěn)壓器7805、整流電路、濾波電路組成。變壓器是利用電磁感應原理進行變換交流電壓、阻抗和電流的器件；三端穩(wěn)壓器可靠性高、精度

32、高、電路實現(xiàn)簡單且價格低廉，可以實現(xiàn)可靠的直流穩(wěn)壓電源；整流電路采用全橋式整流橋，即利用四個二極管兩兩并聯(lián)后接入輸出電壓；電容濾波電路即在輸出端并聯(lián)一個電容器。3.2.2 復位電路 單片機在啟動時都需要復位，以使cpu及系統(tǒng)各部件處于確定的初始狀態(tài)，并從初態(tài)開始工作。89系列單片機的復位信號是從rst引腳輸入到芯片內(nèi)的施密特觸發(fā)器中的。當系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時，且振蕩器穩(wěn)定后，如果rst引腳上有一個高電平并維持2個機器周期(24個振蕩周期)以上，則cpu就可以響應并將系統(tǒng)復位。單片機系統(tǒng)的復位方式有：手動按鈕復位和上電復位。不管是單片機剛接上電源還是斷電后或發(fā)生故障后均要進行復位的操作。通常采

33、用手動復位和上電自動復位的組合，在通電瞬間，電容c通過電阻r充電，rst端出現(xiàn)正脈沖，用于復位。復位電路如圖3-2所示。圖3-2 復位電路原理圖3.2.3 晶振電路單片機是一種時序電路，必須提供脈沖才能正常工作。mcs-51系列單片機內(nèi)部都有一個時鐘振蕩電路，只需外接晶振源，就可以產(chǎn)生一定頻率的時鐘信號送到單片機的內(nèi)部各個單元，決定單片機的工作速度。xtal1和xtal2腳分別構成單片機片內(nèi)振蕩電路的反相放大器的輸入端和輸出端，外接石英晶體x1和振蕩電容c1、c2構成并聯(lián)諧振電路。晶振是石英振蕩器的簡稱，英文名為crystal，是利用石英晶體（sio2晶體）的壓電效應制成的一種諧振器件；兩個振

34、蕩電容c1、c2是分別接在晶振的兩個腳和對地的電容，本設計分別選用12.0mhz的標準石英晶振和兩個22pf的電容。晶振電路如圖3-3所示。圖3-3 晶振電路原理圖3.2.4 脈搏信號采集放大電路目前脈搏波檢測系統(tǒng)有以下幾種檢測方法：光電容積脈搏波法、液體耦合腔脈搏傳感器、壓阻式脈搏傳感器以及應變片式脈搏傳感器。本設計采用了光電法，近年來，光電檢測技術在臨床醫(yī)學應用中發(fā)展很快，這主要是由于光能避開強烈的電磁干擾，具有很高的絕緣性，且可非侵入的檢測病人各種癥狀信息，具有結構簡單、無損傷、精度高、可重復好等優(yōu)點12。脈搏主要由人體動脈舒張和收縮產(chǎn)生的，在人體指尖組織中的動脈成分含量高，而且指尖厚度

35、相對其他人體組織而言比較薄，透過手指后檢測到的光強相對較大，因此測量部位選擇在人體指尖。手指組織可以分為皮膚、肌肉、骨骼等非血液組織和血液組織，其中非血液組織的光吸收量時恒定的，而在血液中，靜脈血的搏動相對于動脈血時十分微弱的，可以忽略。因此可認為光透過手指后的變化僅由動脈血的充盈而引起的，那么在恒定波長的光源照射下，通過檢測透過手指的光強可以間接測量到人體的脈搏信號13。脈搏傳感器出來的電壓信號較弱，一般在毫伏級，需要對其進行放大。所以設計信號放大電路，將脈搏傳感器出來的信號進行放大，使之成為一個幅值適當?shù)男盘?，便于后續(xù)電路的處理。電路原理圖如圖3-4所示，其中包含了脈搏采集電路、低通放大電

36、路、二級放大電路和整形電路。圖3-4 脈搏信號采集放大電路原理圖3.2.5 led顯示電路led顯示電路如圖3-5所示，當p3.1、p3.3、p3.4送來的信號為低電平時，74ls04導通，對應位選通。p0.0到p0.7送來低電平時，對應段選通。分別顯示數(shù)字0到9。圖3-5 顯示電路原理圖4 系統(tǒng)軟件設計本次設計采用c語言程序編程。程序的主要思路是利用單片機的計數(shù)器，統(tǒng)計兩次脈沖之間的時間，即可得出一次心跳的時間，然后便可以得出一分鐘的脈搏數(shù)。由于單片機的精確度非常高，所以該方法精度較高。上電后，首先進行整機初始化處理，其中初始化包含了對定時器的選用、優(yōu)先級的設定和初始值的設置。整機初始化完成

37、之后，檢測脈搏信號，如果檢測到脈搏，則會對脈搏信號進行處理?；赼t89s52單片機脈搏測量儀的程序流程圖如圖4-1所示。軟件程序部分見附錄b。開始初始化有脈搏？脈搏計數(shù)加1yn圖4-1 基于at89s52單片機脈搏測量儀程序流程圖5 軟件調(diào)試及仿真本次設計軟件調(diào)試工具采用keil software公司出品的51系列兼容單片機c語言軟件開發(fā)系統(tǒng)keil uvision2， keil c51標準c編譯器為8051微控制器的軟件開發(fā)提供了c語言環(huán)境,并保留了匯編代碼高效、快速的特點。軟件仿真工具采用英國labcenter electronics公司研發(fā)的多功能eda軟件proteus，其中的pro

38、teus isis是一款操作簡單便捷的電子系統(tǒng)原理設計和仿真平臺軟件，它運行于windows操作系統(tǒng)，可以仿真和分析各種模擬器和集成電路。5.1 軟件編譯5.1.1 工程的創(chuàng)建 運行keil uvision2軟件點擊project點擊new project，如圖5-1所示。圖5-1 工程的創(chuàng)建5.1.2 單片機的選擇 本次設計選用的單片機是at89s52，如圖5-2所示。圖5-2 單片機的選擇5.1.3 程序的編譯 （1） 程序代碼的編寫通過c語言對本次設計進行程序代碼的編寫工作，如圖5-3所示。圖5-3 程序的編寫（2） 生成仿真所需的.hex文件點擊project 點擊options fo

39、r tardet 設置晶振為12.0mhz 點擊output 選定create hex fi ，如圖5-4所示。圖5-4 hex文件的生成5.2 系統(tǒng)仿真測試將編譯生成的基于單片機的脈搏測量儀設計模擬仿真hex文件寫入at89s52單片機中，進行仿真測試，顯示結果正常。（1）脈搏跳動次數(shù)為71時仿真結果如圖5-5所示。圖5-5 脈搏次數(shù)為71時仿真圖（2）脈搏跳動次數(shù)為105時仿真結果如圖5-6所示。圖5-6 脈搏次數(shù)為105時仿真圖6 結論本設計基于單片機技術，利用美國愛特梅爾（atmel）公司的at89s52單片機作為主控芯片、采用紅外發(fā)射與接收二極管充當脈搏傳感器、八段數(shù)碼管作為顯示器，

40、結合電源電路、晶振振蕩電路、復位電路等外圍輔助電路，并采用c語言對程序進行編譯。通過硬件和軟件相結合的方式完成了脈搏測量儀系統(tǒng)的設計，從而實現(xiàn)了at89s52單片機通過脈搏傳感器，把采集到的脈搏信息通過數(shù)碼管顯示出來。脈搏測量儀系統(tǒng)可以廣泛應用于醫(yī)學領域和商業(yè)領域。該系統(tǒng)操作簡單、自動化程度高、可擴展性強，具有較好的適用性和推廣價值。參考文獻1 楊居義.單片機課程設計指導m.北京: 清華大學出版社，2009,9:258-263.2 方組祥.關于測量人體脈搏的研究j.傳感技術學報,2007,20(5):72-79.3 李朝青單片機原理及接口技術m北京：北京航空航天大學出版社，2005:112-1

41、404 湯山俊夫.數(shù)字電路設計m.北京：科學出版社，2006:34-38.5 韓志軍，沈晉源，王振波.單片機應用系統(tǒng)設計m.北京：機械工業(yè)出版社,2005:123-138.6 張建民.傳感器與檢測技術m.北京:機械工業(yè)出版社,1996:138-142.7 康光華.單片機典型外圍器件及應用實例m.北京:人民郵電出版社,2003:22-36.8 韓文波.光電式脈搏波檢測系統(tǒng)j.長春光學精密機械學院學報，1999,22(4):122-125.9 程光，趙崇侃.指動脈搏波光電傳感器的研制j.南京醫(yī)學院學報，1991,11(4):329-332.10馬義德.微型計算機原理及應用m.北京：高等教育出版社，

42、2004:54-65.11趙茂泰.智能儀器原理及應用m.北京：電子工業(yè)出版社，2004.7:166-169.12郁道銀，談恒英.工程光學m.北京：機械工業(yè)出版社，1998.11:89-96.13李平，劉明.數(shù)字式脈搏測試儀的設計j.測控技術,2009，28(6):134-142.致 謝通過這三個月以來的的忙碌和學習，本次畢業(yè)論文設計已接近尾聲，由于經(jīng)驗的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，在這里我由衷感謝指導老師的督促指導，以及一起學習的同學們的支持，讓我按時完成了這次畢業(yè)設計。感謝大學四年傳授我專業(yè)知識的所有老師，謝謝你們嘔心瀝血的教導。還要感謝我周圍的同窗好友，他們給了我無數(shù)次的關心和鼓勵，

43、也讓我的大學生活充滿了溫暖和歡樂。如果沒有他們的幫助，此次畢業(yè)論文的完成將變得困難。最后，感謝生我養(yǎng)我的父母，謝謝他們給了我無私的愛，為我求學所付出的巨大犧牲和努力。附錄a附錄b程序清單：#include(reg52.h)unsigned char i,j,t,m,yshshjian,yshhchong3;unsigned int n,mbo;unsigned char codewxuan3=0xf7,0xef,0xdf; /位選unsigned char codexshb10=0x81,0xcf,0x92,0x86,0xcc,0xa4,0xa0,0x8f,0x80,0x84; /字型碼sbit shru=p30;void yshi(yshshjian);main() /主程序 tmod=0x01; /定時器t0工作于方式1 th0=0xec; tl0=0x78; /t0定時時間為5ms ie=0x83; /開中斷 it0=1; /外部中斷0為邊沿觸發(fā)