單片機(jī)課程設(shè)計(jì)報告-AVR與虛擬儀器

1、單片機(jī)課程設(shè)計(jì)報告 石天卓、孫虎、李其魯摘要：以Mega16芯片為核心，以SMA1602為顯示設(shè)備，以壓電陶瓷片為信號采集設(shè)備的心率計(jì)關(guān)鍵字：Mega16 SMA1602 壓電陶瓷片一設(shè)計(jì)的系統(tǒng)的目的、用途、功能我們通?？吹皆谠S多小型醫(yī)院，對心率的測定仍采用人工聽診器的方式，為了方便心率的采集，我們決定利用Mega16單片機(jī)為主芯片制造一簡單易用易攜的心率計(jì)，能夠?qū)崿F(xiàn)自動計(jì)錄心跳次數(shù)并數(shù)字化形象直觀的顯示出來。為此，其中心率計(jì)特色功能的實(shí)現(xiàn)主要靠有效穩(wěn)定的信號采集模式，我們通過查閱資料發(fā)現(xiàn)主要的心率采集有兩種方法：通過一對紅色發(fā)光二極管實(shí)現(xiàn)和通過壓電陶瓷芯片實(shí)現(xiàn)。方案一：檢測的基本原理：隨著心

2、臟的搏動，人體組織半透明度隨之改變。當(dāng)血液送到人體組織時，組織的半透明度減?。划?dāng)血液流回心臟，組織的半透明度增大。這種現(xiàn)象在人體組織較薄的手指尖、耳垂等部位最為明顯。因此，本心率計(jì)將紅外發(fā)光二極管產(chǎn)生的紅外線照射到人體的上述部位，并用裝在該部位另一側(cè)或旁邊的紅外光電管來檢測機(jī)體組織的透明程度并把它轉(zhuǎn)換成電信號。由于此信號的頻率與人體每分鐘的脈搏次數(shù)成正比，故只要把它轉(zhuǎn)換成脈沖并進(jìn)行整形、計(jì)數(shù)和顯示，就能實(shí)現(xiàn)實(shí)時檢測脈搏次數(shù)的目的。方案二：檢測的基本原理：隨著心臟的搏動，人體手腕的脈搏和頸部的搏動較為明顯，我們采用壓電傳感器放于上述部位，把壓電傳感器測得的信號轉(zhuǎn)換成脈沖并進(jìn)行整形、計(jì)數(shù)和顯示，就

3、能實(shí)現(xiàn)實(shí)時檢測脈搏次數(shù)的目的。二硬件設(shè)計(jì)思想和電原理圖心率計(jì)精華即有效穩(wěn)定的信號采集模式，我們通過查閱資料發(fā)現(xiàn)主要的心率采集有兩種方案：通過一對紅色發(fā)光、接受二極管實(shí)現(xiàn)和通過壓電陶瓷芯片實(shí)現(xiàn)。由于壓電陶瓷芯片會不可避免得產(chǎn)生誤差，有時是和信號相似的低頻率波形，即便通過低通濾波電路仍不可完全消除，因而我們首選了紅色發(fā)光、接受二極管作為我們的設(shè)計(jì)方案，檢測原理如下： 隨著心臟的搏動，人體組織半透明度隨之改變。當(dāng)血液送到人體組織時，組織的半透明度減??；當(dāng)血液流回心臟，組織的半透明度增大。這種現(xiàn)象在人體組織較薄的手指尖、耳垂等部位最為明顯。因此，將紅外發(fā)光二極管產(chǎn)生的紅外線照射到人體的上述部位，并用裝

4、在該部位另一側(cè)或旁邊的紅外光電管來檢測機(jī)體組織的透明程度并把它轉(zhuǎn)換成電信號。由于此信號的頻率與人體每分鐘的脈搏次數(shù)成正比，故只要把它轉(zhuǎn)換成脈沖并進(jìn)行整形、計(jì)數(shù)和顯示，就能實(shí)現(xiàn)實(shí)時檢測脈搏次數(shù)的目的。以下是我們的紅外線二極管方案的采集電路部分： 但由于紅外二極管發(fā)射和接受端總是不能有效得檢測出脈沖波形，我們又缺乏對紅外二極發(fā)射和接受管的了解，最后不得以放棄原有的設(shè)計(jì)方案，改為選用我們的第二套方案壓電陶瓷傳感器法。以下是我們的實(shí)驗(yàn)原理：隨著心臟的搏動，人體手腕的脈搏和頸部的搏動較為明顯，我們采用壓電傳感器放于上述部位，壓電陶瓷片將脈搏振動轉(zhuǎn)化為電壓信號，我們將壓電陶瓷片測得的信號轉(zhuǎn)換成脈沖并進(jìn)行整

5、形、計(jì)數(shù)和顯示，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)時檢測脈搏次數(shù)的目的。雖然采取了濾波電路，但人體手腕的運(yùn)動或頸部的運(yùn)動如說話仍然會對信號采集產(chǎn)生影響，我們在采集信號的過程中仍需小心。三硬件單元的使用說明：功能：選用壓電陶瓷片為我們的傳感器，用LM324芯片IC1a和2個電阻組成我們的功率放大電路，用LM324芯片IC1b組成我們的低通濾波電路，運(yùn)用mega16作為我們的處理器，選擇LA1602作為我們顯示裝置，選擇普通的5V蜂鳴器作提示使用，電路圖如下： 其中，信號采集部分的電路圖為：四、軟件設(shè)計(jì)思想：心臟跳動時會引起脈沖的變化，必然會產(chǎn)生上升沿與下降沿，因此在這里我們采用T0的下降沿觸發(fā)。但壓電陶瓷受外界的影響較

6、大，電路中還設(shè)計(jì)連接了由IC1a、R4、C4組成的截止頻率為10Hz左右的低通濾波器電路，以便進(jìn)一步濾除干擾。濾波后的信號太過微弱，我們需要對它進(jìn)行信號放大。放大電路采用LM324放大倍數(shù)A=1+R2/R1。電R1,R2分別為10K，5歐。由于沒有買到5歐的電阻，我們用了兩個10歐的并聯(lián)代替。放大后的信號通過T0口進(jìn)入Mega16。當(dāng)有下降沿到來時TCNT0會自動計(jì)數(shù)。人的心律一般在50150之間，我們不用擔(dān)心TCNT0會自動溢出。另外我們計(jì)時采用的是CVAVR的延時程序，有誤差但很小。當(dāng)一分鐘到時蜂鳴器會響一聲，提示我們計(jì)數(shù)已經(jīng)結(jié)束。為了方便計(jì)數(shù)我們還用了復(fù)位鍵，當(dāng)Mega16開始計(jì)數(shù)時，蜂

7、鳴器一樣會響一下。Mega16采集到的信號我們通過PA口輸出到SMC1602中。SMC1602是一種液晶數(shù)字顯示模塊，可以通過對其變成來實(shí)現(xiàn)顯示內(nèi)容。我們不但通過它顯示出了心率而且能夠分析出被測者心律的好壞。五、軟件流程圖取結(jié)果顯示脈搏次數(shù)低了高了正 常顯示具體示數(shù)一分 鐘到蜂鳴 器響開 始初始化開始計(jì)數(shù)SMC1602顯示六、系統(tǒng)測試過程及測試數(shù)據(jù)我們采用紅外線發(fā)射、接受二極管作為我們的采集裝置時，SMA1602工作正常，但顯示測得的心率總為0，錯誤的可能無非兩種：程序的錯誤和硬件采集電路的錯誤。為控制單一變量，我們對單片機(jī)PB0口輸入方波脈沖，實(shí)驗(yàn)LCD屏成功精確顯示出了脈沖個數(shù)，說明程序編

8、寫正確，而硬件采集電路存在錯誤。后來，李其魯又多次檢測電路焊接，石天卓和孫虎多次檢測電路設(shè)計(jì)原理，均沒有發(fā)現(xiàn)錯誤。不得以，我們將自己焊接的電路拿到實(shí)驗(yàn)室用示波器進(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)錯誤出現(xiàn)在右圖所示部分：Q1端沒有電流變化。那么可以確定，問題出在紅外線二極發(fā)射與接受管上，于是，我們查了它們具體的參數(shù)，D1的工作電壓為4V，工作電流20mA,Q1的工作電壓為5V，工作電流60mA,在調(diào)試中，我們發(fā)現(xiàn)開始的設(shè)計(jì)R1取值不當(dāng)，后改為滑動變阻器，在R2下面也串聯(lián)了紅外發(fā)光二極管作為指示燈，Q1導(dǎo)通，但仍然沒有電流變化。直到現(xiàn)在，我們?nèi)匀粵]有放棄此信號采集電路，又去買了帶增益功能的紅外線接受管（如右圖），后來

9、又一次失望最后，不得以買了壓電陶瓷片作為我們的傳感器來使用。我們先在實(shí)驗(yàn)室通過示波器檢測了壓電陶瓷片的壓電特性，接著設(shè)計(jì)了相應(yīng)的放大電路和低通濾波電路，連接到Mega16的PB0口并進(jìn)行檢測后，發(fā)現(xiàn)結(jié)果: Perfect!一切正常，雖然我們沒有得到最想得到的結(jié)果，但我們心中還是充滿了成就感。這次我們還是帶著遺憾完成了這次總結(jié)，因?yàn)槲覀冊诩t外二極發(fā)射、接受管方案上作出了巨大的努力，最后卻以失敗而告終，并且，因?yàn)楦蓴_信號的因素，壓電陶瓷片作為傳感器遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如紅外二極發(fā)射、接受管方案精確，因?yàn)橥ㄟ^兩級濾波電路，基本可以完全排除雜波干擾，這里我們衷心希望能夠看到下一級的學(xué)弟學(xué)妹們完成第一種方案的設(shè)計(jì)。七

10、、設(shè)計(jì)所需的全部資源：（一）硬件清單：LM324芯片： Mega16芯片 蜂鳴器一個 直流電源一個 電阻若干 電容若干 SMC1602液晶顯示器 1m20列導(dǎo)線一根20cm*10cm電路版一塊八成員分工，工作情況及參考文獻(xiàn)石天卓 負(fù)責(zé)軟件部分LCD顯示的開發(fā)、電路圖的繪制及論文、網(wǎng)頁、PPT、心得的編寫孫虎 負(fù)責(zé)軟件部分計(jì)數(shù)、定時、蜂鳴器等功能的開發(fā)及軟件設(shè)計(jì)思想的編寫、電路的調(diào)試、資料查詢等工作李其魯 負(fù)責(zé)硬件焊接、Protel電路圖的繪制、元件的購買、電路檢測等工作 在課題制作過程中，大家優(yōu)勢互補(bǔ)，齊心協(xié)力，互相幫助，最終共同完成了課程設(shè)計(jì)的制作。我們切實(shí)體會到了：1.完成項(xiàng)目時前所未有的

11、快樂。2.Doing hard things is what makes you better!參考文獻(xiàn)：1.網(wǎng)站資料 HYPERLINK 2.C語言程序設(shè)計(jì) 譚浩強(qiáng)編 清華大學(xué)出版社3.模擬電路 童詩白 華成英 主編 高等教育出版社4.AVR單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)原理與應(yīng)用實(shí)踐 馬潮編著 北京航空航天大學(xué)出版社5.單片機(jī)原理及接口技術(shù)實(shí)驗(yàn)講義 李茂奎著附錄資料：不需要的可以自行刪除 Virtual PC創(chuàng)建虛擬機(jī)+安裝系統(tǒng)+聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)建虛擬機(jī) 點(diǎn)擊新建出現(xiàn)一下圖 點(diǎn)擊下一步選擇新建一臺虛擬機(jī)選擇大一點(diǎn)的磁盤把虛擬機(jī)放在磁盤中根據(jù)需要選擇系統(tǒng)新建虛擬硬盤接著都是按下一步。到這里虛擬系統(tǒng)已經(jīng)配制完成，我們

12、準(zhǔn)備安裝操作系統(tǒng)！安裝操作系統(tǒng)。此時，這虛擬機(jī)相當(dāng)于一部裸機(jī)，什么都沒有，沒有操作系統(tǒng)。如果你從沒自己安裝過裸機(jī)，虛擬機(jī)將會成為你的玩具，任你如何對待都不會影響你的主機(jī)。雙擊運(yùn)行虛擬機(jī)在菜單欄選擇CD中的載入ISO映像（前提有ISO壓縮系統(tǒng)文件）彈出畫面 選擇6運(yùn)行一鍵將硬盤分四個區(qū)分區(qū)大小是否正確？ 可以選擇按自己的要求分大小。按tab鍵換選項(xiàng)，按enter修改與確定。點(diǎn)擊確定后彈出 是否進(jìn)行磁盤還原？目標(biāo)驅(qū)動永久地將覆蓋。注意用tab鍵選擇點(diǎn)擊yes 。ok，分區(qū)完成。接下來選擇選擇A 安裝Ghost XP SP3到C盤。如果彈出兩個對話框就選擇yes就ok。如果彈出一下畫面，就開心起來吧。正在安裝系統(tǒng)，接下來就入漫長的等待吧。Ghost會為你自動安裝好系統(tǒng)。虛擬機(jī)聯(lián)網(wǎng)。安裝完后，進(jìn)入系統(tǒng)。對于某些人來說，電腦不能上網(wǎng)還不如不開。所以讓虛擬機(jī)上網(wǎng)是第一要緊的事