心音采集與顯示課程設(shè)計(jì)報告

1、 電子課程設(shè)計(jì)報告 題 目 基于51單片機(jī)的心音采集系統(tǒng) 學(xué) 院 生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院 專 業(yè) 生物醫(yī)學(xué)工程 （儀器） 年 級 11級 姓 名 班福香 學(xué) 號 11161057 指導(dǎo)老師 謝勤嵐 目 錄1、 設(shè)計(jì)背景.12、 設(shè)計(jì)目的.23、 設(shè)計(jì)思路.24、 系統(tǒng)框圖.35、 系統(tǒng)主控模塊原理.46、 軟件設(shè)計(jì).77、 結(jié)果仿真.12八、報告總結(jié).13九、參考文獻(xiàn).141、 設(shè)計(jì)背景 隨著社會的發(fā)展，生活水平提高了，同時生活壓力也不斷地加重。然而各種心血管疾病發(fā)病率也越來越高，收入水平的提高也使得人們對保健的需求和質(zhì)量的需求和要求也越來越高。近幾年來越來越多的醫(yī)療儀器被研發(fā)。 心音能反應(yīng)出心臟的

2、生理情況，因此可以通過心音來診斷一個人的心臟十分健康，心音是由心臟搏動工程中各瓣膜的開閉以及心肌和血液運(yùn)動所產(chǎn)生的震動形成的。它含有關(guān)于心臟各個部分如心房、心室、大血管、心血管及各個瓣膜功能狀態(tài)的大量病理信息，是臨床評估心臟功能狀態(tài)的最基本方法，是心臟及大血管機(jī)械運(yùn)動狀況的反映。它是人體最重要的生理信號之一，是臨床評估心血管系統(tǒng)功能狀態(tài)的一種基本方法，是心臟及大血管機(jī)械運(yùn)動狀況的反映。在一些心血管疾病尚未發(fā)展到足以產(chǎn)生病理形態(tài)學(xué)改變及臨床癥狀以前，心音中出現(xiàn)的雜音和畸變是重要的診斷信息，可以通過對這些病理特征進(jìn)行分析而提前對疾病進(jìn)行預(yù)防。 現(xiàn)如今，對于心音信號的采集和處理的相關(guān)研究，很多都以在

3、理論上做的很好，甚至已經(jīng)接近完美，可是由于心音信號微弱，噪聲大，所以在實(shí)際中對于心音的檢測帶來較多困難，實(shí)際的設(shè)計(jì)與檢測技術(shù)還是遠(yuǎn)不及理論上那么好。因此需要跟多的學(xué)員對其進(jìn)行學(xué)習(xí)與研究，使得醫(yī)療儀器更加的完善和精確。2、 設(shè)計(jì)目的（1） 培養(yǎng)生醫(yī)儀器設(shè)計(jì)的專業(yè)素養(yǎng)及動手能力；（2） 熟練掌握keil和LABVIEW軟件的使用；（3） 掌握A/D轉(zhuǎn)換與單片機(jī)的接口方法；（4） 了解信號采集與顯示裝置的設(shè)計(jì)步驟；（5） 了解單片機(jī)如何進(jìn)行數(shù)據(jù)采集；（6） 了解信號采集與顯示裝置的設(shè)計(jì)步驟；（7） 基于51單片機(jī)設(shè)計(jì)一個心音采集裝置。3、 設(shè)計(jì)思路 采集系統(tǒng)首先要解決的是如何將心音信號轉(zhuǎn)化為電信號,

4、進(jìn)行數(shù)字處理,由于心音的頻率較低20Hz600Hz,在人耳所能聽到的低頻段,因此首先要選用一個聲音傳感器，從人體采集心音信號。對傳感器的選取原則是:靈敏度高，抗干擾能力強(qiáng)，除了要提取微弱的心音信號外，還要求它不受人聲、工頻等信號的干擾。由于心音和脈搏傳感器輸出的信號微弱并夾雜著噪聲干擾，所以完成了信號的初步采集之后，就要將信號經(jīng)前置放大、濾波、后置放大、A/D轉(zhuǎn)換和進(jìn)一步處理。而在本學(xué)期的課程設(shè)計(jì)內(nèi)容中，我們要做的重點(diǎn)工作就是在已有的硬件電路基礎(chǔ)上，以AT89C51單片機(jī)為核心，完成系統(tǒng)主控電路的設(shè)計(jì)。而這一部分內(nèi)容主要是將前期處理后的心音信號經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器傳給單片機(jī)控制存儲、輸出，最后通過

5、串口通信輸出到PC機(jī)，直接顯示出來。4、 系統(tǒng)框圖 心音后置放大電路心音信號低通濾波電路心音信號前置放大電路 心音傳感器 單片機(jī) PC顯示機(jī) 串口通信電路 A/D轉(zhuǎn)換電路 心音采集系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)框圖5、 系統(tǒng)主控模塊原理1、CPU的選擇本次設(shè)計(jì)我們采用的是C51單片機(jī)，主要的芯片型號是12C5A32S2。引腳圖如下：芯片功能介紹：P0.0P0.7(3932)：P0口是一個漏極開路型準(zhǔn)雙向I/O口。在訪問外部存儲器時它是分時多路轉(zhuǎn)換的地址(低8位)和數(shù)據(jù)總線，在訪問期間激活了內(nèi)部的上拉電阻。在EPROM編程時，它接收指令字節(jié)，而在驗(yàn)證程序時，則輸出指令字節(jié)。驗(yàn)證時，要求外接上拉電阻。P1.0P1

6、.7(1-8)：P1口是帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。在EPROM編程和程序驗(yàn)證時，它接收低8位地址。P2.0P2.7(21-28)：P2口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。在訪問外部存儲器時，它送出高8位地址。在對EFROM編程和程序驗(yàn)證期間，它接收高8位地址。P3.0P3.7(10-17)：P3口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。 在12C5A32S2上的ADC模塊具有十位精度，8個輸入通道（對應(yīng)P1.0P1.7口），最高采樣率可達(dá)250KHZ。參考電壓源為Vcc，如果Vcc電壓不穩(wěn)定，會影響ADC轉(zhuǎn)換結(jié)果精度，可外接穩(wěn)定參考電壓。2、A/D轉(zhuǎn)換模塊 ADC是一個將模擬信號

7、轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號的電子元件。通常的模數(shù)轉(zhuǎn)換器是將一個輸入電壓信號轉(zhuǎn)換為一個輸出的數(shù)字信號。由于數(shù)字信號本身不具有實(shí)際意義，僅僅表示一個相對大小。故任何一個模數(shù)轉(zhuǎn)換器都需要一個參考模擬量作為轉(zhuǎn)換的標(biāo)準(zhǔn)，比較常見的參考標(biāo)準(zhǔn)為最大的可轉(zhuǎn)換信號大小。而輸出的數(shù)字量則表示輸入信號相對于參考信號的大小。在本次設(shè)計(jì)的中我們主要的任務(wù)是將采集的心音信號轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號并用軟件顯示其波形和大小。輸入電壓與ADC轉(zhuǎn)換結(jié)果的關(guān)系如下： Vin：輸入電壓 Vref:參考電壓（在STC51系統(tǒng)上是5V）AD_RES:ADC轉(zhuǎn)換結(jié)果 ADC的軟件處理流程圖：ADC初始化開啟ADC轉(zhuǎn)換中斷或查詢讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果返回采樣結(jié)果并顯示軟

8、件濾波處理是否達(dá)到采樣次數(shù)是否3、串口通信模塊 串口通信是指外設(shè)和計(jì)算機(jī)間，通過數(shù)據(jù)信號線 、地線、控制線等，按位進(jìn)行傳輸數(shù)據(jù)的一種通訊方式。我們的串口主要是用于數(shù)據(jù)的交換傳輸。對串口通信的設(shè)置有以下幾個關(guān)鍵參數(shù)：波特率，數(shù)據(jù)位，停止位，校驗(yàn)方式，。通信兩端的參數(shù)設(shè)置要嚴(yán)格一致才可以實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)傳輸。一般設(shè)置成8位數(shù)據(jù)位，1位停止位，無校驗(yàn)。關(guān)于波特率的計(jì)算：在我們使用的單片機(jī)中方式0和方式2的波特率是固定的，而方式1和方式3的波特率是可變的。方式0的波特率fosc12方式2的波特率=方式l和方式3的波特率方式1和方式3的移位時鐘脈沖由定時器T1的溢出率決定，故波特宰由定時器T1的溢出率與SMOD

9、值同時決定，即：方式1和方式3的波特率6、 軟件設(shè)計(jì)在本次課程設(shè)計(jì)中，要求實(shí)現(xiàn)的功能是：（1）將從示波器輸出的模擬信號轉(zhuǎn)換成能夠在Labview軟件中觀察到的波形。（2）實(shí)現(xiàn)采集心音信號，并能夠在Labview軟件中觀察到的波形。 （3）實(shí)現(xiàn)串口的基本參數(shù)設(shè)定，如波特率、緩存區(qū)大小，奇偶校驗(yàn)位、數(shù)據(jù)數(shù)和是否包含結(jié)束比特等；（4）實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與PC之間的數(shù)據(jù)傳輸。本程序中，波特率選用9600，8bit數(shù)據(jù)比特，不進(jìn)行奇偶校驗(yàn)，1bit停止比特，每次通信的間隔為0.5s。ADC程序設(shè)流程圖：開始芯片初始化啟動ADAD完好嗎芯片數(shù)據(jù)輸出 是否 串口通信框圖：源代碼： #include <reg5

10、1.h> #include <intrins.h>#defineFOSC 11059200#defineBAUD 9600typedef unsigned charBYTE;typedef unsigned intWORD;sfr ADC_CONTR =0xBC;sfrADC_RES=0xBD;sfrADC_LOW2=0xBE;sfrP1ASF=0x9D;#define ADC_POWER 0x80#define ADC_FLAG0x10#define ADC_START 0x08#define ADC_SPEEDLL 0x00#define ADC_SPEEDL 0x20#

11、define ADC_SPEEDH 0x40#define ADC_SPEEDHH 0x60void InitUart(); void SendData(BYTE dat); void Delay(WORD n); void InitADC();BYTE ch = 0; void main() InitUart(); InitADC(); IE = 0xa0; while (1);void adc_isr() interrupt 5 using 1 ADC_CONTR &= ! ADC_FLAG; SendData(ADC_RES); SendData(ADC_LOW2); if (+

12、ch > 7) ch = 0; ADC_CONTR = ADC_POWER | ADC_SPEEDLL | ADC_START | ch;void InitADC() P1ASF = 0xff; ADC_RES=0; ADC_CONTR = ADC_POWER | ADC_SPEEDLL | ADC_START | ch; Delay(2); void InitUart() SCON = 0x5a; TMOD = 0x20; TH1 = TL1 =0xfd -(FOSC/12/32/BAUD); TR1 = 1; void SendData(BYTE dat) while (!TI);

13、TI = 0; SBUF=dat; void Delay(WORD n) WORD x; while(n-) x = 5000; while(x-); 7、 結(jié)果仿真測試的時候我們輸入的是：10HZ的頻率 輸入電壓為：2V8、 報告總結(jié) 這一次的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)是基于上學(xué)期我們的硬件課程設(shè)計(jì)繼續(xù)做的，然而本學(xué)期著重于學(xué)習(xí)軟件的設(shè)計(jì)多一些，我們需要完成信號的采集以及在上位機(jī)上顯示出來。因此我們選擇用51單片機(jī)結(jié)合LabVIEW來實(shí)現(xiàn)，因此我和組員采取的是分工合作的方式。這樣一來就可以使得我們各自的學(xué)習(xí)目的明確，二來減少了工作量。在這過程中也遇到各種問題和困難，在學(xué)習(xí)LabVIEW的時候，因?yàn)槿米詫W(xué)難免會有很多不懂，所以只有在網(wǎng)上找教學(xué)視頻學(xué)習(xí)，找圖書查找資料，甚至死皮賴臉讓同學(xué)教。所以到了最后對于自己有所收獲還是很開心的一件事。我和組員一起共同的努力最終還是得到結(jié)果，這次的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)為了避免像上學(xué)期那樣的彼此依賴，我們的分工合作使得我們獨(dú)自解決問題的能力也有所提高，同時體會到團(tuán)隊(duì)合作精神的重要性，也養(yǎng)成了自覺踏實(shí)學(xué)習(xí)的好習(xí)慣。當(dāng)然這些學(xué)習(xí)的精神與合作精神將會對我們受用一生。同時當(dāng)然通過這件事我想實(shí)現(xiàn)怎樣的結(jié)果，我應(yīng)該制定一個怎樣的方案，就自我的能力而言怎