基于PIC16F874單片機的智能血壓計單片機原理與應(yīng)用課程論文畢業(yè)論文

1、XX大學(xué)單片機原理與應(yīng)用課程論文課程論文題目基于單片機的智能血壓計設(shè)計 院系名稱計算機科學(xué)院 專業(yè)（班級）計算機科學(xué)與技術(shù)系 （學(xué)號）09XXXXX 指導(dǎo)教師XXX 20XX年 XX月 XX日設(shè)計要求：設(shè)計要求：選定具體單片機，設(shè)計硬件電路，測定人體血壓，并實時顯示出測量結(jié)果。1 系統(tǒng)硬件設(shè)計 1、硬件的總體設(shè)計本設(shè)計是采用外接式的結(jié)構(gòu)，以PIC16F874單片機為核心，由其部自帶的10位8通道A/D轉(zhuǎn)換模塊構(gòu)成的采樣模塊，該模塊的采樣數(shù)據(jù)由單片機串口經(jīng)電平轉(zhuǎn)換后送到上位機的串口COMI或COMZ，形成種連續(xù)數(shù)據(jù)采集串行數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞?。硬件設(shè)計如下圖：圖1-1 硬件設(shè)計圖硬件工作流程如下：由于

2、采樣的頻率較低，硬件設(shè)計就采用每采集一次血壓信號就將結(jié)果通過串行端口傳送給上位機，便于連上位機(PC機)對數(shù)據(jù)進行實時處理。否否開電源由鍵盤輸入設(shè)置參數(shù)啟動A/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換結(jié)束否？傳輸數(shù)據(jù)顯示結(jié)果需結(jié)束否？結(jié)束圖2-2 硬件工作流程圖硬件工作流程圖如圖2-2所示。電源開啟過后，若有必要修改系統(tǒng)的默認參數(shù)，將由鍵盤輸入或PC機對其進行設(shè)置。經(jīng)過了這個階段以后，系統(tǒng)將對某些參數(shù)和硬件部的一些寄存器進行初始化工作。初始化完成之后，將啟動A/D轉(zhuǎn)換，等待直至A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束。然后將A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果送入上位機。待采樣的時間達1秒鐘后將分析數(shù)據(jù)結(jié)果，求出最大值和最小值，經(jīng)過一些處理后即為收縮壓和舒壓。將它們送往

3、LED數(shù)碼管進行顯示。2、單片機的選擇若選擇將多路開關(guān)、采樣保持器和AD轉(zhuǎn)換器集成在一起的單片機，就可以減少分離元件的數(shù)目，縮小血壓測量計的電路板大小和增加系統(tǒng)的可靠性?？紤]到血壓測量計的使用，功耗必須較低和用電池供電的等因素，本文的單片機選擇為MICROCHIP公司的PIC16F874。下面將介紹PIC16F874芯片：PIC16F874是PIC16F87X系列中的一員。PIC16F87X系列產(chǎn)品是微芯公司生產(chǎn)的14位指令系統(tǒng)中功能最強的單片機之一，性能價格比很好，這類單片機廣泛使用的主要因素有：開發(fā)容易，周期短：由于PIC16F87X采用RISC指令集，指令少，僅具有35條指令，且全部為單

4、字長指令，易學(xué)易用，相對于采用CISC(復(fù)雜指令集)結(jié)構(gòu)的單片機可節(jié)省30%以上的開發(fā)時間，2倍以上的程序空間。高速：采用哈佛總線和精簡指令集建立了一種新的工業(yè)標準，指令的執(zhí)行速度快。工作速度：DC-20MHz時鐘輸入，DC-200ns指令周期。當PIC16F874以最大時鐘脈沖速率運行時，它在0.2s就能執(zhí)行一條指令(除GOTO和CALL指令外)，即每微秒執(zhí)行5條指令，比一般的單片機速度快5倍。可靠的復(fù)位電路和多種時鐘選擇：上電復(fù)位和掉電鎖定功能，確保芯片只在電壓規(guī)定的圍運行，如果芯片誤操作和偏離正常運行，看門狗定時器就會復(fù)位。同時，有4種時鐘脈沖可供選擇，其中包含有一個低價格的電阻電容振蕩

5、器和一個高精度的晶體振蕩器，引外還有一些低功耗的時鐘脈沖可供選擇。低功耗：PIC采用了CMOS設(shè)計結(jié)合了諸多的節(jié)電特性，使用高速、低功耗CMOS FLASH/EEPROM技術(shù)，使其功耗較低，PIC百分之百的靜態(tài)設(shè)計可進入休眠(sleep)省電狀態(tài)而不會影響喚醒后的正常運行。在4MHz時鐘下，電源電壓為3V時，典型工作電流值小于0.6mA，在32KHz時鐘下，電源電壓為3V時，典型工作電流值為20A，典型待令狀態(tài)的電流值小于1A。強大的輸出端口控制和驅(qū)動能力：一條端口操作指令可以在其0.2s的指令執(zhí)行時間里選擇和驅(qū)動一個輸出端口，每個輸出引腳可以驅(qū)動多達25mA的負載，其拉電流和灌電流均為25m

6、A，既可以高電平直接驅(qū)動LED也可以低電平直接驅(qū)動LED。寬工作電壓圍：PIC系列芯片可以工作在寬的電壓圍，從2.5V到5.5V，特別適用于電池供電的場合，寬的電壓圍使得芯片可以很容易地與外圍的3.3V和5V供電接口芯片接口。低價實用：PIC配備有OTP(One Time Programmable)型和FLASH型等多種形式的芯片。有高達8K字節(jié)的程序存儲器FLASH，368字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲器(RAM)和256字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲器EEPROM。提供了基于Windows的方便易用的全系列的產(chǎn)品開發(fā)工具。外圍功能模塊特性：定時器TMR0：帶有8位前分頻器的8位定時器/計數(shù)器，定時器TMR1：帶有前分頻器

7、的16位定時器/計數(shù)器，在休眠期間可通過外部晶振/時鐘增量計數(shù):定時器TMR2：帶有8位周期寄存器、前分頻器和后分頻器的8位定時器/計數(shù)器；兩個捕捉比較/脈寬調(diào)制(PWM)模塊，16位的捕捉輸入的最大分辨率為12.5ns，16位的比較輸出的最大分辨率為200ns，脈寬調(diào)制(PWM)輸出的最大分辨率為10位。10位多通道模數(shù)轉(zhuǎn)換器(A/D)。同步串行口(SSP)可滿足SPITM(主控)和I2CTM(主控/從動)總線要求。具有地址第9位檢側(cè)的通用異步接收器和發(fā)送器(USART/SCI)由外部RD，WR和CS控制的8位數(shù)據(jù)寬度的并行從動端口PSP。用于掉電鎖定復(fù)位(BOR)的鎖定檢測電路。3、輸入系

8、統(tǒng)設(shè)計（1）血壓傳感器的選擇血壓信號首先經(jīng)過壓力傳感器抬取，并進行適當?shù)姆糯蠛驼{(diào)理然后才能送入A/D轉(zhuǎn)換模塊的模擬輸入口。本文選擇Motorola公司的壓力傳感器MPX5050GP，其部含有信號運放和信號調(diào)節(jié)功能，可以直接將動脈血液對血管壁的壓力轉(zhuǎn)換為。04.7V的電信號，其對應(yīng)的血壓值為0375mmHg。MPX5050GP壓力傳感器的模型如下圖所示。（2） 低通濾波電路傳感器和電路中的器件常會產(chǎn)生噪聲，人為的發(fā)射源也可以通過各種耦合渠道使信號通道感染上噪聲。為提高模擬輸入信號的信噪比，可以用信號濾波器(Filter)來衰減這些噪聲，即通過濾波器來去除許多與測量無關(guān)的頻率成分，濾去不必要的高頻

9、、低頻或無關(guān)信號，或是取得某些特定頻段的信號。濾波器可以用R，L，C等無源元件組成，也可用無源和有源元件組合而成。前者稱之為無源濾波器(Passive Filter)，后者稱為有源濾波器(Active Filter)。有源濾波器中的有源元件可以用晶體三極管，也可以使用運算放大器。采用運算放大器組成的有源濾波器具有體積小、重量輕、損耗低等優(yōu)點，并且可以提供一定的增益，還可以起到緩沖作用，所以采用運放形式組成的有源濾波器使用特別廣泛。本設(shè)計所用的濾波器也采用了二階有源濾波器這種形式。其結(jié)構(gòu)如圖3-2所示。其中元件的選擇對其性能有很大影響。圖3-2 二階有源濾波器結(jié)構(gòu)圖3、輸出系統(tǒng)設(shè)計（1） LED

10、介紹LED即發(fā)光二極管，它是一種由某些特殊的半導(dǎo)體材料制作成的PN結(jié)，由于參雜濃度很高，當正向偏置時，會產(chǎn)生大量的電子空穴復(fù)和，把多余的能釋放變?yōu)楣饽?。LED顯示器具有工作電壓低、體積小、壽命長(約十萬小時)、響應(yīng)速度快(小于1s)、顏色豐富等特點。LED的正向電壓降一般在1.22.6V，發(fā)光工作電流在5mA20mA。七段LED顯示器由數(shù)個LED組成一個陣列，并封裝于一個標準的外殼中。為適用于不同的驅(qū)動電路，有共陽極和共陰極兩種結(jié)構(gòu)。本次設(shè)計采用的是共陽極結(jié)構(gòu)，如圖3-4所示。圖3-4 七段LED顯示器的共陽極結(jié)構(gòu)（2）數(shù)碼顯示的驅(qū)動電路考慮到整體體積的大小，譯碼驅(qū)動電路不采用由六個74LS2

11、73組成的數(shù)據(jù)鎖存器和74LS244數(shù)據(jù)緩沖器，這七個集成塊由MAXIM公司的ICM7218C替代。一塊ICM7218C可以驅(qū)動八位七段LED數(shù)碼管，其部集成有BCD碼解碼器、多路掃描電路、顯示驅(qū)動、8*8的靜態(tài)存儲器。ICM7218C既可以顯示十六進制格式也可以顯示BCD碼格式的數(shù)據(jù)。ICM7218C為并行輸入口、共陽極驅(qū)動，其DIP封裝形式的管腳功能圖如圖3-5所示二.軟件系統(tǒng)設(shè)計1.主程序設(shè)計本文設(shè)計的血壓采集系統(tǒng)當電源打開時，數(shù)據(jù)采集并沒開始，考慮到采集前根據(jù)當時情況進行一些參數(shù)的設(shè)置，以便能更好地使用。這些參數(shù)的設(shè)置來源來個渠道：一是如果借助于上位機，可以通過上位機進行參數(shù)設(shè)置，然后

12、通過串行口送到采集系統(tǒng)；二是即使有上位機，也可以直接用本系統(tǒng)設(shè)計的鍵盤進行參數(shù)設(shè)置。參數(shù)設(shè)置完畢，采集系統(tǒng)立即開始工作。當然也可采用默認設(shè)置，只需按開始按鈕就開始采集數(shù)據(jù)工作。單片機的主程序 MAIN工作流圖如圖4-1所示：是是否否否開始初始化鍵盤和串行口執(zhí)行鍵盤掃描程序執(zhí)行串行口掃描程序開始工作？關(guān)閉串口初始化顯示程序AD等初始化并開始工作顯示血壓嗎？顯示血壓執(zhí)行鍵盤掃描程序結(jié)束嗎？結(jié)束圖4-1 單片機主程序流程圖2.鍵盤管理服務(wù)程序本程序用于鍵盤的識別。通過編程，使按下S1鍵時，啟動或關(guān)閉傳感器；按下S2鍵時，執(zhí)行設(shè)置通道數(shù)WAYCOUNT；按下S3鍵時，設(shè)置數(shù)據(jù)傳送標志SENDF；按下4

13、鍵時，設(shè)置顯示標志DISPLAYF；鍵盤管理程序主要是為了對各種參數(shù)進行設(shè)置，以方便用戶根據(jù)自己的需要對系統(tǒng)進行設(shè)置。鍵盤工作的流程圖如圖4-2所示：是是否否開始鍵掃描延時消除鍵掃描標志F0=1?鍵服務(wù)程序結(jié)束標志F0=1?圖4-2 鍵盤管理程序流程圖在流程圖中，標志F0為鍵是否被按下的標志。當鍵掃描發(fā)現(xiàn)有鍵按下時，F(xiàn)0被置1；若無鍵按下，則F0清0。在鍵服務(wù)子程序中，通過逐行列掃描以確定是哪一鍵按下，并轉(zhuǎn)入相應(yīng)的服務(wù)部分，從而作出相應(yīng)的操作。3、顯示程序的工作流程圖顯示程序的工作流程圖顯示程序的工作流程圖如圖4-3所示。否否是是開始重新設(shè)置計數(shù)值需要顯示嗎？調(diào)用顯示初始化設(shè)置顯示收縮壓轉(zhuǎn)換為

14、BCD碼送入集成顯示芯片設(shè)置顯示舒張壓送入集成顯示芯片轉(zhuǎn)換為BCD碼返回顯示時間到？圖4-3 顯示子程序流程圖本程序用于顯示血壓測得結(jié)果。是否執(zhí)行顯示程序，由鍵盤的S4鍵決定。當S4=1時，將顯示結(jié)果；當S4=0時，將不顯示結(jié)果。默認情況為顯示結(jié)果。另外，血壓的顯示結(jié)果為單片機直接測得結(jié)果，不是經(jīng)過上位機處理后的結(jié)果。4、A/D轉(zhuǎn)換中斷服務(wù)程序INTSERVA/D轉(zhuǎn)換的中斷服務(wù)程序，在服務(wù)程序里，主要進行通道的更改，然后啟動采樣，并對采集的結(jié)果進行預(yù)處理，并根據(jù)最初的控制字決定是否進行數(shù)據(jù)傳送，采樣結(jié)果的顯示。本文對結(jié)果只進行了求最大值和最小值的處理，在中斷要結(jié)束時，將關(guān)閉串行口，可以減小功耗

15、，最后進行中斷前的數(shù)據(jù)恢復(fù)。整個過程的流程圖如圖4-4所示：否否否是是是開 始現(xiàn)場數(shù)據(jù)保護清中斷標志更改通道，采樣數(shù)據(jù)處理，計數(shù)器減1計數(shù)為0嗎？置顯示時間到標志發(fā)送數(shù)據(jù)嗎？設(shè)置奇偶位發(fā)送數(shù)據(jù)發(fā)送結(jié)束嗎？關(guān)閉窗口中斷前數(shù)據(jù)恢復(fù)返回圖4-4 A/D中斷服務(wù)流程圖在本程序中，將定時響應(yīng)A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)束中斷，首先將進行現(xiàn)場保護，并清除中斷CCP2IF和ADIF標志位，然后調(diào)用通道變更程序WAYTABLE，并啟動下一次的采樣，對轉(zhuǎn)換結(jié)果進行處理，并根據(jù)計數(shù)器的值確定是否執(zhí)行顯示功能，接著就根據(jù)PC機傳來的控制字或鍵盤的輸入設(shè)置確定是否發(fā)送數(shù)據(jù)給PC機；若發(fā)送完畢就關(guān)閉通訊模塊以減小功耗；并在返回前恢復(fù)工作寄存器和狀態(tài)寄稱器。5、 串行口接收子程序設(shè)計串行口接收子程序RECE_V用于接收從PC