課程報(bào)告-基于單片機(jī)脈搏測(cè)量?jī)x

課程報(bào)告題目：基于單片機(jī)脈搏測(cè)量?jī)x一、概述脈搏測(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STC89C52單片機(jī)為核心，以紅外發(fā)光二極管和光敏二極管為傳感器，并利用單片機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部定時(shí)器來計(jì)算時(shí)間，由光敏二極管感應(yīng)產(chǎn)生脈沖，單片機(jī)通過對(duì)脈沖累加得到脈搏跳動(dòng)次數(shù)，時(shí)間由單片機(jī)定時(shí)器定時(shí)而得。系統(tǒng)運(yùn)行中能顯示脈搏次數(shù)，系統(tǒng)停止運(yùn)行時(shí)，能夠顯示總的脈搏次數(shù)。經(jīng)測(cè)試，系統(tǒng)工作基本正常。1、設(shè)計(jì)內(nèi)容脈搏主要由人體動(dòng)脈舒張和收縮產(chǎn)生的，在人體指尖，組織中的動(dòng)脈成分含量比較高，而且指尖厚度相對(duì)人體其他組織而言比較薄，透過手指后檢測(cè)到的光強(qiáng)相對(duì)較大，因此光電式脈搏傳感器的測(cè)量部分通常在人體指尖，手指組織可以分成皮膚、肌肉、骨骼等非血液組織，其中非血液組織的光吸收量是恒定的，而在血液中，靜脈血的搏動(dòng)相對(duì)動(dòng)脈血是十分微弱的，可以忽略，因此可以認(rèn)為光透過手指后的變化僅有與動(dòng)脈血的充盈而引起的，那么在恒定波長(zhǎng)的光源的照耀下，通過檢測(cè)透過手指的光強(qiáng)將可以間接的測(cè)量到人體的脈搏信號(hào)。2、采取的方法紅外管采集端，對(duì)采集到的信號(hào)進(jìn)行處理放大。形成穩(wěn)定的脈沖，傳給單片機(jī)處理。在單位時(shí)間內(nèi)（一分鐘）進(jìn)行計(jì)數(shù)，并用數(shù)碼管顯示其計(jì)數(shù)值，從而直接得到每分鐘的脈搏數(shù)。具體的設(shè)計(jì)方案?jìng)鞲衅餍盘?hào)處理傳感器信號(hào)處理復(fù)位電路復(fù)位電路STC89C52STC89C52單片機(jī)外部中斷蜂鳴器外部晶振蜂鳴器外部晶振數(shù)碼管顯示電路數(shù)碼管顯示電路圖1系統(tǒng)框圖(1)傳感器的選擇選擇紅外發(fā)光二極管和光敏二極管為傳感器組成一紅外對(duì)管，由光敏二極管感應(yīng)產(chǎn)生脈沖，單片機(jī)通過對(duì)脈沖累加得到脈搏跳動(dòng)次數(shù)。(2)信號(hào)處理選用LM324對(duì)光敏二極管產(chǎn)生的信號(hào)進(jìn)行放大、濾波、整形再去觸發(fā)單片機(jī)。(3)單片機(jī)電路利用單片機(jī)自身的定時(shí)中斷進(jìn)行計(jì)時(shí),利用單片機(jī)的外部中斷功能對(duì)輸入的脈沖電平進(jìn)行計(jì)數(shù)（包括STC89C52、外部晶振、外部中斷等)。(4)顯示電路把單片機(jī)得出的結(jié)果用8位共陽LED數(shù)碼管動(dòng)態(tài)掃描來顯示，便于直接讀出數(shù)據(jù)。(5)電源選用LM7805三端穩(wěn)壓器進(jìn)行穩(wěn)壓得到的電壓提供給整個(gè)系統(tǒng)供電(包括傳感器部分、單片機(jī)系統(tǒng)、數(shù)碼管顯示部分）。二、硬件系統(tǒng)1、放大器介紹LM324是四運(yùn)放集成電路，它采用14腳雙列直插塑料封裝.它的內(nèi)部包含四組形式完全相同的運(yùn)算放大器，除電源共用外，四組運(yùn)放相互獨(dú)立。每一組運(yùn)算放大器可用圖3.4所示的符號(hào)來表示，它有5個(gè)引出腳，其中“+”、“-”為兩個(gè)信號(hào)輸入端，“V+”、“V-”為正、負(fù)電源端，“Vo”為輸出端。兩個(gè)信號(hào)輸入端中，Vi-（-）為反相輸入端，表示運(yùn)放輸出端Vo的信號(hào)與該輸入端的相位相反；Vi+（+）為同相輸入端，表示運(yùn)放輸出端Vo的信號(hào)與該輸入端的相位相同。LM324的引腳排列見圖3.5。圖2圖3由于LM324四運(yùn)放電路具有電源電壓范圍寬，靜態(tài)功耗小，可單電源使用，價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用在各種電路中。2、STC89C52單片機(jī)簡(jiǎn)介STC89C52是臺(tái)灣STC公司生產(chǎn)的一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash

存儲(chǔ)器。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k字節(jié)Flash，512字節(jié)RAM，32位I/O口線，，內(nèi)置4KBEEPROM，MAX810復(fù)位電路，2個(gè)16位

定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口。另外STC89X52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?？臻e模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。最高運(yùn)作頻率35MHz，6T/12T可選。3.1.2STC89C52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Flash閃速存儲(chǔ)器·1000次擦寫周期·全靜態(tài)操作：OHz--24MHz·三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器·128*8字節(jié)內(nèi)部RAM·32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3、STC89C52的結(jié)構(gòu)此次設(shè)計(jì)所使用的STC89C52的封裝形式是DIP40。如圖4所示。圖4STC89C52的封裝形式引腳功能：·Vcc：電源電壓·GND：接地·P0口：P0口是一組8位漏極開路型雙向I／0口，也即地址／數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為輸出口用時(shí)，每位能吸收電流的方式驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL邏輯門電路，對(duì)端口寫“1”可作為高阻抗轉(zhuǎn)入端用?！l口：P1是—個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I／O口，P1的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)(吸收或輸出電流)4個(gè)TTL邏輯門電路。對(duì)端口寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口。作輸入口使用時(shí)，因內(nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電萌。·P2口：P2是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I／O口，P2的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流)4個(gè)TTL邏輯門電路。對(duì)端口寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口，作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流?！3口：：①可以作為輸入/輸出口，外接輸入/輸出設(shè)備。②作為第二功能使用，每一位功能定義如表1所示。表1·RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時(shí)，RST引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將使單片機(jī)復(fù)位。·ALE/PROG：當(dāng)訪問外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，ALE(地址鎖存允許)輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。即使不訪問外部存儲(chǔ)器，ALE仍以時(shí)鐘振器頻率的1／6輸出固定的正脈沖信號(hào)，因此它可對(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。·PSEN：程序存儲(chǔ)允許（PSEN）輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，當(dāng)AT89C51由外部程序存儲(chǔ)器取指令(或數(shù)據(jù))時(shí)．每個(gè)機(jī)器周期兩次PSEN有效，即輸出兩個(gè)脈沖。在此期間，當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，這兩次有效的PSEN信號(hào)不出現(xiàn)?！A／VPP：EA＝0，單片機(jī)只訪問外部程序存儲(chǔ)器。EA＝1，單片機(jī)訪問內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。．XTALI：振蕩器反相放大器的及內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。．XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。硬件電路1、系統(tǒng)電源電路如圖5本電源采用LM7805三端穩(wěn)壓器中的電子手冊(cè)的典型電路設(shè)計(jì)，將穩(wěn)壓源提供的7～8V的電源進(jìn)行穩(wěn)壓成5V左右后提供給整體系統(tǒng)。圖52、傳感器電路圖6是脈搏信號(hào)的采集電路，LED1是紅外發(fā)射管、LED2是紅外接收管，將手指放到LED1和LED2之間，會(huì)產(chǎn)生電壓的變化，但產(chǎn)生的電壓比較低。所傳入LM324進(jìn)行放大和整形。圖63、波形放大部分如圖7所示。R1、C1組成低通濾波器以進(jìn)一步濾除殘留的干擾，截止頻率由R1、C1決定，運(yùn)放U1A將信號(hào)放大，放大倍數(shù)由R1和R10的比值決定。圖7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：A0=1+R1/R10=214截止頻率為：fH=1/(2πR1C1)=3.39Hz按人體的脈搏跳動(dòng)為200次/分鐘時(shí)的頻率是3.3Hz考慮，低頻特性是令人滿意的。4、波形整形電路波形整形電路圖8所示，U1B是一個(gè)電壓比較器，C5、R8構(gòu)成一個(gè)微分器，U1C和C2、R9組成單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器，其脈寬由C2、R9決定。該比較器的閥值電壓可用R14調(diào)節(jié)在正弦波的幅值范圍內(nèi)，但是對(duì)R14的調(diào)節(jié)要求并不嚴(yán)格，因?yàn)閁1B的輸出信號(hào)經(jīng)C11、R29的微分后總是將正、負(fù)相間的尖脈沖加到單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器U1C的反向輸入端，不會(huì)造成很大的觸發(fā)誤差。圖85、單片機(jī)處理電路如圖9所示，本部分運(yùn)用了STC公司的STC89C52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。來自傳感和整形輸出電路的脈沖電平輸入單片機(jī)STC89C52的/INTO腳，單片機(jī)設(shè)為下降沿中斷觸發(fā)模式，故每次脈沖下降沿到達(dá)時(shí)觸發(fā)單片機(jī)產(chǎn)生中斷并進(jìn)行計(jì)數(shù)，來一個(gè)脈沖脈搏次數(shù)就加一；定時(shí)器中斷主要完成一分鐘的定時(shí)功能。單片機(jī)對(duì)一分鐘內(nèi)的脈沖次數(shù)進(jìn)行累加，通過P0、P2口把測(cè)量過程和結(jié)果送到數(shù)碼管顯示出來。圖9顯示電路如圖10本設(shè)計(jì)的顯示采用8位共陽LED數(shù)碼管動(dòng)態(tài)掃描來顯示。動(dòng)態(tài)顯示方式是指一位一位地輪流點(diǎn)亮每位顯示器（稱為掃描），即每個(gè)數(shù)碼管的位選被輪流選中，多個(gè)數(shù)碼管公用一組段選，段選數(shù)據(jù)僅對(duì)位選選中的數(shù)碼管有效。對(duì)于每一位顯示器來說，每隔一段時(shí)間點(diǎn)亮一次。顯示器的亮度既與導(dǎo)通電流有關(guān)，也與點(diǎn)亮?xí)r間和間隔時(shí)間的比例有關(guān)。通過調(diào)整電流和時(shí)間參數(shù)，可以既保證亮度，又保證顯示。若顯示器的位數(shù)不大于8位，則顯示器的公共端只需一個(gè)8位I/O口進(jìn)行動(dòng)態(tài)掃描（稱為掃描口），控制每位顯示器所顯示的字形也需一個(gè)8位口（稱為段碼輸出）共陽極LED數(shù)碼管組成4位顯示，其中0、1、2兩位顯示測(cè)量中的脈搏次數(shù)，單片機(jī)的P0口控制顯示字型，P2口中的高四位控制顯示段位。圖10整體電路圖11傳感器部分電路圖圖12單片機(jī)系統(tǒng)原理圖PCB圖圖13單片機(jī)系統(tǒng)PCB圖圖14傳感器PCB圖四、軟件系統(tǒng)1、程序說明本程序采用C語言，程序的可讀性非常好。程序中對(duì)測(cè)量的脈搏數(shù)據(jù)進(jìn)行了計(jì)算，并且用數(shù)碼顯示。2、源程序代碼//*****************脈搏測(cè)試儀單片機(jī)源程序*****************//#include<reg52.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintucharcodetable[]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90};ucharCount1,Count2,Sec;sbitBuzzer=P2^0;voiddelay(void)//延時(shí)函數(shù)，延時(shí)約0.6毫秒{uchari; for(i=0;i<200;i++);}voiddelay_nms(uinti)//函數(shù)功能：nms延時(shí)函數(shù){ucharj;for(;i>0;i--){for(j=0;j<120;j--);}}voidBeep(void)//函數(shù)功能：蜂鳴器響函數(shù){Buzzer=0;delay_nms(8);Buzzer=1;}voidDisplay(uinti)//函數(shù)功能：數(shù)碼管顯示函數(shù){uintk=0;P0=table[i%10]; //個(gè)位P2=0x7f;//P2.3引腳輸出低電平，DS3點(diǎn)亮delay();k=i/10;P0=table[k%10];//十位P2=0xbf;//P2.2引腳輸出低電平，DS2點(diǎn)亮delay();k=i/100;P0=table[k%10];//百位P2=0xdf;//P2.1引腳輸出低電平，DS1點(diǎn)亮delay();P2=0xef;//P2.0引腳輸出低電平，DS0點(diǎn)亮P0=table[i/1000];//千位delay();P2=0xff;}voidmain(void)//函數(shù)功能：主函數(shù)main{Count1=0;Count2=0;Sec=0;EA=0;ET0=0;TR0=0;TMOD=0x01;TH0=0xD8;TL0=0xF0;PT0=1;IT1=1;EX1=1;EA=1;while(1){Display(Count1); if((Count1==1)||(Sec==60)) { Beep();} }}voidExInt1(void)interrupt2//函數(shù)功能：外部中斷1的中斷服務(wù){(diào)EX1=0;Count1++;if(Count1==1){TR0=1;ET0=1;}EX1=1;}voidEtInt0(void)interrupt1//函數(shù)功能：定時(shí)器0中斷的中斷服務(wù){(diào)TR0=0;ET0=0;Count2++;if(Count2==100){Sec++; if(Sec==60) {Sec=0;EX1=0;EA=0;}}TH0=0xD8;TL0=0xF0;TR0=1;ET0=1;} //*****************End*****************//五、總結(jié)本次所設(shè)計(jì)的測(cè)量?jī)x系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單。由于時(shí)間比較短，同時(shí)本人掌握的知識(shí)有限，本次