当前位置： >>
基于单片机的脉搏计查重改格式
届 别2015 届学 号 毕业设计基于单片机的脉搏计姓 系 专名 别 业陈军 电子信息与电子工程学院 应用物理 丁淑芳 2015 年 5 月 讲师导 师 姓 名、职 称 完 成 时 间目录摘 要 .......................................................................................................................... I ABSTRACT.................................................................................................................... II 1 引言 .......................................................................................................................... 1 1.1 目的和意义 ...................................................................................................... 1 1.2 研究概况及发展趋势综述 .............................................................................. 1 1.3 本系统主要研究内容 ...................................................................................... 2 2. 总体方案论证与设计 ................................................................................................ 2 2.1 主控模块的选型和论证 ................................................................................... 2 2.2 显示模块的选型和论证 ................................................................................... 3 2.3 传感器的选型和论证 ....................................................................................... 3 2.4 时钟芯片的选型和论证 ................................................................................... 3 2.5 系统整体设计概述 ........................................................................................... 4 3.系统硬件电路设计 ...................................................................................................... 5 3.1 主控模块 ........................................................................................................... 5 3.1.1 STC89C52 单片机主要特性 ................................................................. 5 3.1.2 STC89C52 单片机的中断系统 ............................................................. 6 3.1.3 单片机最小系统设计 ........................................................................... 6 3.2 LCD 液晶显示器简介 ...................................................................................... 7 3.2.1 液晶原理介绍 ....................................................................................... 7 3.2.2 液晶模块简介 ........................................................................................ 8 3.2.3 液晶显示部分与 STC89C52 的接口 .................................................... 8 3.3 键盘模块设计 ................................................................................................... 9 3.4 蜂鸣器模块设计 ............................................................................................. 10 3.5 信号采集电路设计 ......................................................................................... 10 3.5.1 传感器简介 ......................................................................................... 11 3.5.2 放大电路 ............................................................................................. 11 3.5.3 整形电路 ............................................................................................. 12 3.5 时钟模块的设计 ............................................................................................. 12 3.5.1 DS1302 概述 ........................................................................................ 12 3.5.2 DS1302 时钟电路设计 ........................................................................ 14 4. 系统软件设计 .......................................................................................................... 15 4.1 系统软件总体设计 ......................................................................................... 15 4.2 程序设计原理 ................................................................................................. 17 5．系统调试 ................................................................................................................. 19 5.1 硬件调试 ......................................................................................................... 19 5.2 软件调试 ......................................................................................................... 19 5.3 调试结果 ......................................................................................................... 19 6.结论 ............................................................................................................................ 20 附录 ............................................................................................................................... 22 系统原理图 ................................................................................................................... 22系统 PCB 图 .................................................................................................................. 23 系统仿真图 ................................................................................................................... 23摘要人体脉象中富含有关心脏、内外循环和神经等系统的动态信息。而脉搏的病理生理 性改变常引发各种心血管事件，脉搏生理性能的改变可以先于疾病临床症状出现，通过 对脉搏的检测可以对如高血压和糖尿病等引起的血管病变进行评估。同时脉搏测量还为 血压测量，血流测量及其他某些生理检测技术提供了一种生理参考信号。 本文主要介绍了数字式脉搏计的具体实现方法，利用红外传感器产生脉冲信号，经 过放大整形后，输入单片机内进行相应的控制，从而测量出一分钟内的脉搏跳动次数， 快捷方便。通过观测脉搏信号，可以对人体的健康进行检查，通常被用于保健中心和医 院。 系统可以供用户测量当时的脉搏次数，同时还可以设定上限次数和下限次数，当测 量的范围超过设定的范围则驱动蜂鸣器报警提醒，除此外用户还可以设定每天闹钟提醒 测量，时间可以自行设定. 系统主控芯片采用 STC89C52,可以把采集到的脉搏信号显示在 LCD1602 上。 关键词：STC89C52；独立键盘；LCD 显示管；红外传感器IABSTRACTDynamic information rich in human pulse of the heart, inside and outside circulation and nerve system. The pathological changes of pulse often cause a variety of cardiovascular events, change the performance of the pulse of the physiological symptoms before the disease, through the detection of the pulse can be evaluated such as hypertension and diabetes caused by vascular disease. At the same time pulse measurement for measuring blood pressure, blood flow measurement technology and other physiological detection provides a physiological reference signal. This paper mainly introduces the realization method of digital pulse, pulse signal generated by the infrared sensor, after amplifying and shaping input, SCM within the corresponding control, thussurveys within a minute of the pulse beat frequency, fast and convenient. Through observing the pulse signal, you can check the health of the body, usually used for health centres and hospitals. The system can be used for measuring the pulse number of users, but also can set the upper and lower limit the number of times, when the range of the measurement range over the set of drive buzzer alarm, in addition users can also set the alarm clock to remind every measurement, time can be set. The main control chip STC89C52, the pulse signal acquisition to display on LCD1602. Key words: STC89C52； independent keyboard,；LCD display tube； infrared sensorII1 引言1.1 目的和意义脉搏是由心脏搏动而引起, 经动脉和血流传至远端的桡动脉处, 它携带有丰富的 人体健康状况信息。早在公元前 7 世纪脉诊就成为中医的一项独特诊病方法。但自古以 来中医独特的诊断方法及治病的疗效总是笼罩着一层神秘的面纱。中医一直是靠手指获 取脉搏信息，这难免存在许多主观臆断因素, 况且这种用手指切脉的技巧很难掌握,因 此人们迫切期望尽早实现脉诊的科学化和现代化。随着传感器技术及计算机处理技术的 发展，人们希望能够将现代技术应用于中医脉象诊断，以便更科学、更客观地揭示脉象 的实质与特征。另一方面从西医的角度看,近年来人们发现一种新的有效的心血管疾病 早期无创诊断的方法，即利用脉搏波的变异特性来评价和诊断人体心血管系统的病变。 因此,对人体脉搏信号进行无失真的检测、 采集和处理是一项重要的基础性工作[1]。 本论 文的研究主要是基于这方面来进行的，从客观、物理的角度来诠释人体脉搏系统。 传统的脉搏测量采用脉诊方式，也在我国中医诊断疾病发挥了重要的作用，但因受 人主观性影响使得测量精度不高。随着时代和科技的发展，利用人体属性，通过生物医 学传感器获取人体生命体征信息并将其转换成易于测量和处理信号，进而测量人体的生 命体征信息。本文正是利用光电式脉搏传感器，通过对手指末端透光度的监测,间接检 测出脉搏信号。1.2 研究概况及发展趋势综述脉搏系统和脉搏信息的研究包括两大方面:一是理论分析与计算(即建模方面)；二 是信号检测与分析。从发表的文献来看,国外在前一方面做了大量的研究, 也早于国内 学者;而国内在后一方面的研究多于国外。对脉搏信号的分析主要包括以下方面: （1）脉搏信号检测与提取 1860，法国的科学家开发了一种杆法脉搏测量法，成为现代脉冲测量仪器的原型。 一般脉搏探测器由信号检测，信号预处理、信号分析三个环节组成。从 50 年代初我国 医学界开始用西方的技术，使用图形描述脉搏更加形象，便于判断病情。近年来，已经 开发出许多不同功能和原理的脉搏仪器，其中这些一起的是关键的差异是各种传感器。 从测量原理，脉冲传感器可分为力学，压电，光电电容等。 （2）脉搏信号处理与特征提取 检测目标信号的关键技术和指标是检测信号的特征提取。在实践中，目标信号总是 淹没在大量的杂波和干扰，杂波或干扰信号和目标信号的幅度或功率可能会低得多，这 就需要有效的信号处理[2]。 时域分析法：目前的脉搏信号的特征提取方法，大部分是使用时域分析方法，在时 间方向上分析波动信号的动态特性，在主波，脉次波参数，重搏波的高度，比，时间，1角度，面积值的分析，找出内部关系和脉搏的变化特征。包括直观的形式方法，多因素 的识别方法，脉率脉图法，时域分析的脉冲面积的方法。 频域分析：频域分析主要是通过快速离散傅里叶变换，脉搏波曲线变换到频域，得 到相应的脉搏频谱曲线， 通过光谱特性曲线分析， 从相应的人体生理和病理信息的提取， 实现脉冲分类。从不同的时域分析，对高分辨率的脉冲信号的频域特性，所以国内外的 一些学者自 80 年代在脉搏信号的频域分析开始研究学习，取得了显著的效果。从这样 的角度来分析频率和脉搏信号能量的思想是非常正确的。我们研究了频率特性和脉冲信 号的几种疾病的差异，从能量的角度来看，推广使用――频域倒谱分析和同态反褶积技 术，用于估计人体脉搏系统传递函数的第一时间，分析了脉搏系统的频率特性。1.3 本系统主要研究内容本系统设计制作一个基于单片机的脉搏计。能实现以下几种功能： （1）键盘扫描，通过单片机检测用户按下的是哪个按键并执行相应的功能。 （2）通过红外传感器把信号提取并通过滤波放大把信号整形成方波给单片机计算 一分钟内的脉搏次数。 （3）用户可以设置脉搏次数的上限和下限，超过上限或上限单片机会驱动蜂鸣器 发响。 （4）用户可以设置闹钟时间用来提醒用户定时测量脉搏次数。2. 总体方案论证与设计根据所要实现的功能划分，系统一共需要以下几个模块：主控模块、显示模块、信 号采集电路，以下就针对这几个模块的选型和论证进行讨论。2.1 主控模块的选型和论证方案一： 采用 MSP430 系列单片机，该单片机是 TI 公司 1996 年开始推向市场的一种 16 位 超低功耗的混合信号处理器。其内部集成了很多模拟电路、数字电路和微处理器，提供 强大的功能。不过该芯片昂贵不适合一般的设计开发。 方案二： 采用 51 系列的单片机，该单片机是一个高可靠性，超低价，无法解密，高性能的 8 位单片机，32 个 IO 口，且 STC 系列的单片机可以在线编程、调试，方便地实现程序的 下载与整机的调试[3]。 因此选用方案二中的 51 系列单片机作为主控芯片。22.2 显示模块的选型和论证方案一： 采用点阵数码管显示，点阵数码管是由八行和八列发光二极管构成，适用于显示文 本，如数字显示使用太浪费，且价格相对较高，因此不用点阵数码管显示。 方案二： 采用 LED 数码管动态扫描 LED 数码管，虽然价格适中，最适合数字显示，并动态 扫描方法的使用是与单片机相连，单片机占据更少的线。但由于数码管动态扫描需要借 助 74LS164 移位寄存器转移，芯片往往是很多在电路调试的障碍，所以不要用 LED 数 码管显示[4]。 方案三： LCD 液晶屏的使用，LCD 显示功能强大，可以显示大量文本，图形，显示多样性， 清晰可见，对于一个 LCD1602 液晶屏的设计可以，价格是可以接受的，虽然需要较多 接口，但会给调试带来方便。 所以，LCD1602 方案的第三液晶显示屏作为显示模块。2.3 传感器的选型和论证方案一： 压电传感器是用来提取压电传感器的脉冲信号由压电效应的一些介质所产生的力。 压电效应是指某些电介质在一个方向的外力和变形（包括弯曲变形），由于内部电荷的 极化现象，会在表面产生电荷。这种现象可以从脉搏信号提取。 方案二： 光电传感器提取脉搏信号，手指组织可分为皮肤，手指组织肌肉，骨骼和其它非血 液组织和血液组织，包括非血液组织的光吸收量是恒定的，而血液的搏动，动脉血与静 脉血很弱，可以忽略，因此，光透过手指的变化后，仅有动脉血充盈引起的，所以在恒 定光源的波长照射，通过手指检测光强度将间接测量人体脉搏信号。 压电传感器光电传感器很容易购买，所以本文采用光电传感器提取人体脉搏信号。2.4 时钟芯片的选型和论证方案一： 单片机的定时计数器提供秒信号，使用程序实现时间计数。虽然这种方法可以减少 时钟芯片的使用，节约成本，然而，时间误差较大，在需要精确的时钟信号的开发过程 是不可行的。 方案二： 用 DS1302 时钟芯片，DS1302 的时钟是一个高性能的实时时钟电路，功耗低，它 可以对年，月，日，星期，时间，分钟，秒计时，具有闰年补偿功能，工作电压为 2.5V 至 5.5V 的。 通过三线接口与单片机进行通信， 时钟信号或 RAM 数据可以用于突发的多3字节传输。DS1302 内部有一个 31×8 的数据存储器 RAM 暂存。DS1302 是 DS1202 的 升级换代产品，与 DS1202 兼容，但增加了主电源/双备份电源引脚，同时提供备用电源 充电涓流的能力。其主要特点是使用串行数据传输，可提供充电功能的可编程的掉电保 护电源，并且可以关闭充电功能。采用普通 32.768kHz 晶体作为标准时钟。 所以使用 DS1302 作为一个时钟模块。2.5 系统整体设计概述时钟模块 DS1302蜂鸣器模块主控模块 单片机液晶显示模块 LCD1602光电传感器放大整形滤波电路按键模块图 1 系统结构框图STC89C52、按键、LCD1602、光电传感器、时钟模块、运放等构成，系统设有四 个按键，可以设置上下限脉搏数，当超过范围的时候单片机会驱动蜂鸣器发响，脉搏测 量的时候需要人把手轻轻的按在光电传感器上面，由于人脉搏跳动的时候，血液的透光 性不一样会导致接收器那边接收的信号强弱不一样，间接的把人脉搏信号传回，通过运 放对其进行放大、整形后连接到单片机的 IO 口，单片机利用外部中断对其进行计数， 最终换算成人一分钟脉搏的跳动次数，最终显示在液晶屏上。除此之外系统还带一个定 时提醒测量的时钟功能，用户可以设定闹钟时间。43.系统硬件电路设计3.1 主控模块主控模块模块在整个系统中起着统筹的作用，需要检测键盘等各种参数，同时驱动 液晶显示相关参数，在这里我们选用了 51 系列单片机中的 STC89C52 单片机作为系统 的主控芯片。 STC89C52 有 40 个引脚，4 个 8 位并行 I/O 口，1 个全双工异步串行口，同时内含 5 个中断源，2 个优先级，2 个 16 位定时/计数器。STC89C52 的存储器系统由 4K 的程 序存储器(掩膜 ROM)，和 128B 的数据存储器(RAM)组成[3]。 STC89C52 单片机的基本组成框图见图 3-1。XTAL2 时钟电路 XTAL1 RAM128B SFR 21个 定时个/计数器2 Vcc CPUROM/EPROM/Flash 4KB总线控制中断系统 5个中断源 2个优先级串行口 全双工1个4个并行口 VssRST EAPSEN ALE P0 P1 P2 P3图 3-1 STC89C52 单片机结构图3.1.1 STC89C52 单片机主要特性1、一个 8 位的微处理器（CPU）。 2、片内数据存储器 RAM（128B），可以读/写操作的数据存储，如中间结果，最 终结果要显示数据，用 STC89 系列单片机提供高达 1K 的 RAM。 3、片内程序存储器 ROM（4KB），用于存储程，一些原始数据和表格。但也有一 些单片机内部无 ROM/EPROM，如 ，80C31 等。目前的发展趋势是 RAM 和 ROM 芯片集成在一个芯片，便于提高系统抗干扰能力的用户设计。STC 公司推出的 89 系列单片机集成 16K，32K，64K FLASH 存储器，用户可以根据需要选择。 4、四个 8 位并行 I/O 接口 P0 ~ P3，每个口可以用作输入，也可以用作输出。 5、 个定时器/计数器， 每个定时器/计数器可设置和计数的方式， 用来计数外部事件， 可以设置成定时方式，并可以根据计数或定时实现计算机控制的结果。为了方便的串行 通信的设计，52 系列将提供 3 个 16 位定时器/计数器。56、五个中断源的中断控制系统。新的已经超过了 5 单片机的中断源例如 STC89E58RD，有 9 个中断源。 7、一个全双工 UART（通用异步接收发送器）的串行 I/O 口，用于单片机之间或 单片机与微机之间的串行通信。 8、片上振荡器和时钟产生电路，但石英晶体和电容需要外接。最高振荡频率为 12MHz。 并且， STC89V58RD 最高振荡频率可达 40MHz， 大大提高了指令的执行速度[3]。U 1 5 4 P1.0 V C 2 C 3 9 P1.1 3 P0.0 3 P1.2 4 P0.1 3 P1.3 5 P0.2 3 P1.4 6 P0.3 3 P1.5/MOSI 7 P0.4 3 P1.6/MISO 8 P0.5 3 P1.7/SCK 9 P0.6 3 RESET 1 0 P0.7 3 P3.0 E 1 1 A 3 P3.1 A L 1 2 E 2 P3.2 1 3 PSEN 2 P3.3 1 4 P2.7 2 P3.4 1 5 P2.6 2 P3.5 1 6 P2.5 2 P3.6 1 7 P2.4 2 P3.7 1 8 P2.3 2 X T A L 2 1 9 P2.2 2 X T A L 1 2 0 P2.1 2 VSS 单 片 0图 3-2 STC89C52 单片机管脚图3.1.2 STC89C52 单片机的中断系统STC89C52 系列单片机的中断系统有 5 个中断源，2 个优先级，可以实现二级中断 服务嵌套。 由片内特殊功能寄存器中的中断允许寄存器 IE 控制 CPU 是否响应中断请求； 由中断优先级寄存器 IP 安排各中断源的优先级；同一优先级内各中断同时提出中断请 求时，由内部的查询逻辑确定其响应次序。 在单片机应用系统中，常常会有定时控制需求，如定时输出、定时检测、定时扫描 等；也经常要对外部事件进行计数。STC89C52 单片机内集成有两个可编程的定时/计数 器：T0 和 T1，它们既可以工作于定时模式，也可以工作于外部事件计数模式，此外， T1 还可以作为串行口的波特率发生器[5]。3.1.3 单片机最小系统设计机6P2.0123456789012345678P110K排123456阻78+5U+5V11V4P1.0VC2C3P1.13P0.03C2P1.24P0.13P1.35P0.2310uS1FP1.46P0.33SW-PBP1.5/MOSI7P0.43P1.6/MISO8P0.53P1.7/SCK9P0.63RESET10P0.73P3.0EA1234567890+5R3113P3.1AL12E2P3.210K13PSEN2P3.314P2.72P3.415P2.62P3.516P2.52P3.6C330pF17P2.42P3.718P2.322XTAL2Y219P2.22XTAL112MHZ20P2.12VSSC430p1F单片图 3-3 单片机最小系统电路图图 3-3 为单片机最小系统电路图，单片机最小系统有单片机、时钟电路、复位电路 组成，时钟电路选用了 12MHZ 的晶振提供时钟，根据官网的数据手册，要让晶振起振 还要配备 2 个 30PF 的电容，时钟电路作用为给单片机提供一个时间基准，其中执行一 条基本指令需要的时间为一个机器周期，单片机的复位电路可以对单片机进行复位，按 下复位按键之后可以使单片机进入刚上电的起始状态，这里 RC 电路的作用就是让单片 机有个充电的过程，为了保证复位成功电容充放电时间要大于 2US，选择了 10K 和 10 UF 较为常规的值，充放电时间远大于 2US。图中 10K 排阻为 P0 口的上拉电阻，由于 P 0 口跟其他 IO 结构不一样为漏极开路的结构，因此要加上拉电阻才能正常使用[5]。3.2 LCD 液晶显示器简介由于本设计中要求显示界面显示一些参数，因此这里选用了 LCD1602 作为界面显 示，可以把一些相关的参数进行显示。3.2.1 液晶原理介绍液晶显示器（LCD）英文称为液晶显示器，这是一个液晶来实现颜色控制透射显示 技术。与 CRT 显示器相比，液晶显示器的优势是非常明显的。因为控制是控制光与暗 的传输，当颜色变化，液晶是不变的，所以不需要考虑刷新率的问题。 显示界面用于显示系统状态，数据采集的电压数据。本系统是采用 1602LCD 液晶 显示模块。 液晶由 m 行 n 列的显示单元构成，假定液晶显示 64 行，每行有 128 列，每 8 列对 应 1 字节的 8 位，其中包括 16 每行字节，共 16×8＝128 点，64×16 的屏幕显示单元显7机P2.01234567890V9示 1024 字节 RAM 区对应的屏幕上， 内容和相应的光与暗的对应位置的每一个字节。 从 6×8 或 8×8 点阵组成一个字符，这是显示一个数对应的位置显示 RAM 区的 8 字节， 并使每个字节的比特“1”，“0”，其中“1”控制亮，“0”控制暗，”小暗，于是形 成了一个字符。但对于字符发生器的控制器，显示字符比较简单，可以让控制器工作文 本模式，根据列数设置光标显示在 LCD 上，开始在 RAM 查找相应的地址，发送代码的 字符[6]。3.2.2 液晶模块简介LCD1602 液晶显示模块采用 HD44780 控制器， HD44780 拥有简单和强大的指令集， 可以实现字符运动，闪烁等功能，单片机和 CAN 通信用 LM016L 4 位并行传输位或 4 位并行传输方式。HD44780 控制器是两个 8 位寄存器，指令寄存器（IR）和数据寄存器 （DR）忙标志（BF），显示数 RAM（驱动器），字符发生器（cgorom），字符发生器 内存（RAM），地址计数器。 LCD1602 液晶模块的引脚图如图 3-4 所示。图 3-4 LCD1602 引脚图液晶寄存器选择控制如表 3-1。表 3-1 寄存器选择控制 RS 0 0 1 1 R/W 0 1 0 1 操作说明 写入指令寄存器（清除屏等） 读 busy flag（DB7），以及读取位址计数器（DB0~DB6）值 写入数据寄存器（显示各字型等） 从数据寄存器读取数据3.2.3 液晶显示部分与 STC89C52 的接口如图 3-5 所示。用 STC89C52 的 P0 口作为数据线，用 P1.2、P1.1、P1.0 分别作为8LCD 的 EN、R/W、RS。其中 EN 是下降沿触发的片选信号，R/W 读写信号，RS 为寄 存器选择信号，分为：模块的显示模块的初始化设计：第一个清屏，然后设置接口的数 据位为 8 位，显示行数为 1 行，5×7 点阵字体，然后设定总体显示，取消光标和字体闪 烁，最后设置一个正向的的增量并且不移位。向 LCD 发送缓冲区字符，在程序中采用 2 字符数组，其中一个显示字符，另一个显示电压数据，显示文字或数据发送到相应的数 组，完成后统一的显示。显示缓冲区先要显示的字符或数据送到液晶经过 2.5ms 延时， 确定是否显示是不够的，再加上一个地址将要显示的字符或数据[6]。P 1 1 0 K 排 阻 R22 L C D 1 + 5 V 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 2 V VSS C10K3VE+5V4RU25R+5V140P1.0VCC6E239P1.1P0.07DBNWS338C6P1.2P0.18DB43710uFP1.3P0.29DBS15361P1.4P0.30DBSW-PB6351P1.5/MOSIP0.41DB7341P1.6/MISOP0.52DB8331P1.7/SCKP0.63DB9321RESETP0.74DB10311P3.0EA+5V+5V5R1011301P3.1ALE610K122P3.213PSEN289P3.3P3.414P2.72P3.415P2.62P3.516P2.52P3.6C830pF17P2.42P3.718P2.322XTAL2Y219P2.22XTAL112MHZ20P2.12VSSC930p1F单片图 3-5 LCD1602 与 STC89C52 的接口3.3 键盘模块设计本按键模块使用的是多位独立按键，按键一端接 IO 口，一端接地，由于单片机的 IO 口都有内部上拉，因此当按键没有按下的时候，IO 检测到的时候高电平，当按键按 下的时候，相当于 IO 短接地，因此这时候单片机检测到的电平为低电平，通过检测不 同时刻的 IO 口状态就可以判断按下的是那个按键[4]。键盘模块电路图如图 3-6 所示。机P2.012345679lcd1602KA76543210ECU124P1.0VC2C3P1.13P0.03P1.24P0.13P1.35P0.23P1.46P0.33P1.5/MOSI7P0.43P1.6/MISO8P0.53P1.7/SCK9P0.63RESET10P0.73P3.0E11A3P3.1AL12E2P3.213PSEN2P3.3P3.414P2.72P3.415P2.62P3.516P2.52P3.6C830pF17P2.42P3.718P2.32S2S3S4S52XTAL2Y119P2.22XTAL112MHZ20P2.12VSSSW-PBSW-PBSW-PBSW-PBC930p1F单片图 3-6 键盘模块电路图3.4 蜂鸣器模块设计本设计还带有脉搏超出设定范围报警的功能，当检测到当前的脉搏跳动次数超出用 户所设定的上限或者下限的时候，单片机就可以驱动蜂鸣器发声。 由于蜂鸣器的工作电流一般比较大，以致于单片机的 I/O 口是无法直接驱动的，所 以要利用三极管开关电路来驱动。本处选用的是 8550 三极管，它是一个 PNP 型的三极 管，当基极给低电平的时候三极管导通，这时候蜂鸣器发声，当给高电平的时候，三极 管关闭，蜂鸣器不发声[2]。 蜂鸣器模块的电路图如图 3-7 所示。+ 5 VR4QP3.285151K0蜂LS1鸣图 3-7 蜂鸣器驱动电路图3.5 信号采集电路设计这部分电路的功能是由传感器的脉冲信号转换为电信号，一般为几十毫伏，必须扩 大，以达到所需的电压形成电路，通常几伏。对放大后的脉冲信号波形不规则，所以需 要滤波整形，整形电路输出电压应满足要求[2]。选择电路：放大整形电路图如图 3-8 所 示。10器机P2.012345678901234567890光电传感器放大电路有源滤波电路整形电路图 3-8 放大整形电路框图3.5.1 传感器简介传感器采用了红外光电转换器，作用是通过红外光照射人的手指的血脉流动情况， 把脉搏跳动转换为电信号，其原理电路如图 3-9 所示。+5V +5V R 1R150R332DLED01光MK1电二极AGND管AGN图 3-9 传感器信号调节原理电路如图 3-9 中，红外管 VD 采用 ST188。用+5V 电源供电，R1 取 150Ω ，R2 取 33kΩ , 当人把手指放在发光二极管和光电二极管之间的时候，光电二极管接收到的信号会随人 脉搏强度的变化而变化。3.5.2 放大电路V C C C 10.1UFDKCAMP1ARRCAMP1BR43328LM3586890KR586LM358680K0.1uF2.7k7C42.7k5BC5R4.7UFR84.7UF687K368K4图 3-10 放大滤波电路图 3-10 为脉搏计的放大滤波信号，由于脉搏信号输出的信号十分微弱，一般在 uV 级别，除此外输出的信号一般会伴随很大的噪声干扰，因此在这里用 LM358 搭建起一114A10.1uF2个放大和滤波电路，其中 C4 和 R8,C5 和 R7 起到的是高通电路，可以隔绝低频干扰， R4 和 C3，R2 和 C2 起到的是低通滤波的作用，可以隔绝高频干扰[2]。3.5.3 整形电路经过放大滤波后的脉搏信号仍是不规则的脉冲信号，且有低频干扰，仍不满足计数 器的要求，必须采用整形电路，这里选用了滞回电压比较器，如图 3-11 所示，其目的 是为了提高抗干扰能力。集成运放采用了 74HC14，除此外 74HC14 还接上了一个 LED 用作指示脉搏跳动的状态。V C U 1 V C 1 1 1 A V C 2 C 1 3 4 C R C 6 1 Y 6 3 A 1 2 1 2 A 6 4 Y 1 2 Y 5 5 A 1 3 A 5 P3.4 6 Y 3 Y 4 A 9 0 1 KD7GND4Y8LE1D74HC14图 3-11 波形整形电路3.5 时钟模块的设计本系统还附带有一个时钟模块，这里除了可以提供时间信息外，用户还可以设定闹 钟，到时间点后可以提醒用户定时测量脉搏，本处选用串行日历时钟芯片 DS1302。与 采用并行总线与单片机进行数据通信的时钟芯片相比，DS1302 与单片机的连线大为减 少，极大的节省了单片机的系统资源，单片机通过读取 DS1302 上面的数据可以得到实 时时间。3.5.1 DS1302 概述DS1302 的内部结构图如图 3-8 所示。12P3.40图 3-8 DS1302 内部结构图DS1302 的引脚排列,其中 VCC1 为后备电源，VCC2 为主电源。在主电源关闭的情 况下，也能保持时钟的连续运行。DS1302 由 VCC1 或 VCC2 两者中的较大者供电。当 VCC2 大于 Vcc1＋0.2V 时，VCC2 给 DS1302 供电。当 VCC2 小于 VCC1 时，DS1302 由 VCC1 供电。X1 和 X2 是振荡源，外接 32.76kHz 晶振。RST 是复位/片选线，通过把 RST 输入驱动置高电平来启动所有的数据传送。图 3-9 为 DS1302 的引脚示意图。图 3-9 DS1302 引脚示意图VCC，GND--直流电源输入引脚，当在正常范围 5V 电源装置可以完全访问，可以 读取和写入数据。当 3V 电池连接到设备的 VCC 低于 1.25×VBAT 设备的读写，禁止读 写数据，但是计时功能一样，不受低输入电压的影响。当电源电压 VCC 低于 VBAT 的 下降，则 RAM 区计时器将切换到外部电源（标称 VBAT VBAT 3.0V 直流电源）。-电池 输入引脚 VBAT，可以是任意标准 3V 锂电池或其他电源。为了使设备能正常工作，电 池电压必须在 2.0~ 3.5V 范围之间。表 3-2 DS1302 引脚功能表引脚号引脚名称13功能1 2，3 4 5 6 7 8VCC2 X1，X2 GND RST I/O SCLK VCC1主电源 振荡源，外接 32768HZ 晶振 地线 复位/片选线 串行数据输入/输出端（双向） 串行数据输入端 后备电源3.5.2 DS1302 时钟电路设计实时时钟芯片 DS1302 采用串行数据传输，可为掉电保护电源提供可编程的充电功 能，也可以关闭充电功能，芯片采用 32.768Hz 晶振。单片机通过时序可以读出时钟芯 片内部的相关时间信息，DS1302 的时钟电路如图 3-13 所示。+ 5 VRU21021VCC2VCCBT1212X13VY13SCLKX2I/4OGNDC32.768KHZ1图 3-13 DS1302 时钟电路DS130214E5678K4.系统软件设计4.1 系统软件总体设计开始初始化是 判断是否按下 功能键？ 否 设置时间和脉搏上 下限等参数否 是否按 下测量按键？是开启定时器 测量脉搏信号否 计算出脉搏数 并在液晶上显示 判断是否按下 停止按键？是否 判断是否超 过脉搏上限 或下限？ 是 关闭蜂鸣器驱动蜂鸣器报警图 4-1 系统流程图主程序流程图如图 4-1 所示，单片机上电后先进行初始化，清楚一些参数的初 值，然后等待用户按下对应的按键并进入对应的功能，如果是则进入设置闹钟和时间以 及脉搏上下限等参数，每个循环都会判断用户是否按下测量按键，按下则开启定时器测 量脉搏信号，在测量过程中时刻判断用户是否按下停止按键，按下的停止计数，否则继 续测量， 测量完成后计数出等效一分钟的脉搏次数， 并显示出来,然后判断是否超过用户 设定的上限次数和下限次数，有则驱动蜂鸣器报警，没有则取消报警[5]。15调用自定义 字库 设置DDRAM地 址，在第一 行显示 设置显示数 据首地址设置DDRAM地 址，在第一 行显示 设置显示数 据首地址循环量设置循环量设置取字符代码取字符代码循环完？循环完？结束图 4-2 LCD1602 初始化子函数流程图首先先调用液晶自定义的字库， 设置好 DDRAM 地址后在第一行显示， 根据程序中 的数据设置显示数据的首地址并设置循环量，在循环过程中不断的取字符代码直到终 止，第二行的显示过程同一行的显示过程一样，两行显示完毕后便结束子程序[7]。16开始复位端变高启动一 次数据传送工作写命令字节一位SCLK发脉冲否 够8次吗？ 是写数据字节一位SCLK发脉冲否够8次吗？是复位端变低结束图 4-3 时钟模块子函数流程图时钟模块的流程图如图 4-3 所示，一开始先让时钟芯片的复位引脚置高进而启动一 次数据传送工作，接着写一位命令字节，接着给 SCLK 发送脉冲信号，一致循环直到发 送 8 个命令字节为止。接着是写数据进时钟芯片，首先先写入一位数据字节，然后给 SCLK 引脚发送脉冲，一致循环写入 8 次，这样就可以把数据写入，最终使复位引脚变 低，这样就可以完成一次时钟芯片的一次操作[8]。4.2 程序设计原理17软件部分是做软件设计的总体规划的任务分析。从软件功能的角度可分为两大类： 一是软件的实现，它可以完成所有实质性的功能，如测量，计算，显示，打印和输出控 制和通信，另一个是监控软件，它的目的是协调执行模块和操作作为组织，在软件系统 中软件的作用调度。这两种软件特性的设计方法，对算法的执行效率的设计软件，与硬 件密切相关的，千变万化[9]。 软件需求分析的任务，应将各个模块一一列出，并为每个执行模块的功能定义和接 口定义（输入输出定义）。在可执行模块的定义，数据结构和数据类型也将参与规划。 该软件任务分析的另一部分是如何安排的监控软件和执行模块。系统软件可分为前 台程序和后台程序。 后台程序是指主程序和子程序调用， 这种程序对实时性的要求太高， 不是延迟甚至数百几十 MS，MS 也没关系，它通常是监控程序（键盘检测程序）；对 于一些实时性的内容，如定时系统和外部中断（如电力中断）。可将全部程序都安排在 前台，后台程序是“让系统进入睡眠状态，以利于系统节能和抗干扰185．系统调试5.1 硬件调试基于单片机的脉搏计系统的电路较大，对于焊接方面更是不可轻视，庞大的电路系 统中只要出于一处的错误，则会对检测造成很大的不便，而且电路的交线较多，对于各 种锋利的引脚要注意处理，否则会刺破带有包皮的导线，则会对电路造成短路现象。 在本脉搏计的设计调试中遇到了很多的问题。回想这些问题只要认真多思考都是可 以避免的，以下为主要的问题： 问题 1：最开始的时候以为单片机 IO 口直接可以驱动蜂鸣器发声，后来调试的时 候久久不能出声音[10]。 解决：经过查找相关资料，知道扬声器需要三极管来驱动，后来把三极管放大器加 上系统便可以正常工作。 问题 2：开始的时候由于没想到脉搏信号十分微弱大概在 uV 级别，因此没有放大 足够的倍数，单片机最后没有检测到脉搏的信号。 解决：经过查找相关资料，确定脉搏信号的幅值范围后，增加放大器的放大倍数就 解决问题。5.2 软件调试基于单片机的脉搏计系统是多功能的数字型系统，所以对于它的程序也较为复杂, 所以在编写程序和调试时出现了相对较多的问题。最后经过多次的模块子程序的修改， 一步一步的完成，最终解决了软件。在软件的调试过程中主要遇到的问题如下： 问题 1：烧入程序后，LCD 液晶显示闪动,而且亮度不均匀。 解决：首先对调用的延时进行逐渐修改，可以解决显示闪动问题。其次，由于本作 品使作动态扫描方式显示的数字，动态扫描很快，人的肉眼是无法看出[10],但是调用的 显示程序时，如果不在反回时屏蔽掉最后的附值，则会出现很亮的现象，所以在显示的 后面加了屏蔽子令，最后解决了此问题。 问题 2：当用户按下按键的时候，单片机读取的数值跟设定的数值不对。 解决：重新检查矩阵键盘电路的连接，重新建立一个新的对应关系。5.3 调试结果（1） 在测试中遇到 LCD 液晶为不显示时,首先使用试测仪对电路进行测试,观察是 否存在漏焊,虚焊,或者元件损坏. 经过一系列的问题查找后系统最终能正常工作，并完成所有的功能。196.结论通过这次毕业设计，我学到了不少课本上没有的知识，也锻炼了自己的动手能力， 将以前学过的零散的知识串到一起。经过我长时间的设计及调试，本系统基本能实现基 于单片机的脉搏计的所有功能。 不足之处有： 1.硬件的稳定性有待进一步提高 2.系统人 性化还不足。 我的综合设计主要涉及硬件和软件两方面的内容，通过这些我的硬件和软件开发能 力都获得了提高。首先硬件方面，基本了解了电子产品的开发流程和所要做的工作。基 本掌握了 Protel99SE 原理图的方法，并设计了一个单片机最小系统。通过开发板的设计 和硬件搭建的过程，使我对 51 系单片机的接口有了更深层次的理解，熟悉了一些单片 机常用的外围电路引脚和连接方法，如 LCD 液晶，键盘等。并且我学会了分析问题解 决问题的能力， 加深了对所学理论知识的理解和运用。 我的动手能力得到了很大的提高， 创新意识得到了锻炼。20参考文献[1] 彭伟.单片机 C 语言程序设计实训 100 例.电子工业出版社.2009 年 [2] 吴运昌．模拟电子线路基础．广州：华南理工大学出版社，2004 年 [3] 阎石．数字电子技术基础．北京：高等教育出版社，1997 年 [4] 张晓丽等．数据结构与算法．北京：机械工业出版社，2002 年 [5] 马忠梅等． ARM&Linux 嵌入式系统教程．北京：北京航空航天大学出版社，2004 年 [6] 李建忠．单片机原理及应用．西安：西安电子科技大学，2002 年 [7] 韩志军等.单片机应用系统设计[M].机械工业出版社，2004 [8] 周润景等. Proteus 在 MCS-51&ARM7 系统中的应用百例[M].电子工业出版社， 2006 [9] 马忠梅等.单片机的 C 语言应用程序设计[M].北京航空航天大学出版社，2006 [10] 刘树中，孙书膺，王春平.单片机和液晶显示驱动器串行接口的实现[J].微计算机 信息，200721机片单Fp039C1SW-PBSW-PBSW-PBSW-PBP2.0VSS120212MHZP2.11LATX附录22912YP2.2 5 S 4 S 3 S 2 S2LATX23281P2.3P3.74271Fp038CP2.4P3.65261P2.5P3.56251P2.6P3.47241P3.4P2.7P3.3lcd16028231PSENP3.29221系统原理图KELAP3.1610311AV5+V5+AEP3.05113017BDP0.7RESET412396BDP0.6P1.7/SCKBuzzer31338DS130232.768KHZ5BDP0.5P1.6/MISO1214374BDP0.4P1.5/MOSIECDNG11536543 3.3VBDP0.3P1.4O/I2XLS101635631Y2 1 T BBDP0.2P1.3SCLK1X29734721BDP0.1P1.21CCV2CCV883381K1R130BDP0.0P1.17932V5+3U0558NECCVP1.06041K011QWR52UR12SRV5+4V5+EEV3K01CCV9876543212V5+VSS源电电供USB2P1V5+1DCLR2222F u 0 0 0 1 阻 排 K 0 1 1 P 7 C F u 0 1 K 0 1 V 5 + V 5 + R10 6 C SW-PB 1 S 大 放 对 74HC74 用 利 扰 干 除 滤 ， 理 处 大 放 波 滤 行 进 LM358 级 两 用 利 74HC14 7 4 6 P3.4 4 5 K 8 6 4.7UF 4 8 R 5 C 3 5 B 2.7k 2 3 7 A 2.7k 1 1 0.1uF K 0 8 6 LM358 6 6 R 8 1 U 0.1uF K 0 8 6 LM358 2 3 C 5 R AMP1B 4 R 8 2 C 1 R AMP1A 0.1UF 1 C C C V1234V5+机片单到传再形整行进号信搏脉的后号信搏脉的体人集采责负器感传外红Y4DNG0DEL8A4Y32D9K86Mic2Y5A3 0DEL019R 4.7UFA5Y2 1D11Y6A221MK1A6Y1K1314CCCVA17R41K33R051CCV3R2RCCVCCV系统 PCB 图1 2 3 4 1 2 1 1 2 1 2123421304215121401621123927122183383824321222743749113651236510456123561115678211734712121212833813122391232914102213115211301676543211229132811412789101112131415261216221252117241812123222222221922202111111111系统仿真图LCD1LM016LVSS VDD VEERS RW E 4 5 6RV21k23%1 2 3P1.0 P1.1 P1.2C1 U130pF 19 XTAL17 8 9 10 11 12 13 14D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7RP11 2 3 4 5 6 7 8 9 RESPACK-8X1 C230pF 9晶振18XTAL2RSTP0.0/AD0 P0.1/AD1 P0.2/AD2 P0.3/AD3 P0.4/AD4 P0.5/AD5 P0.6/AD6 P0.7/AD7 P2.0/A8 P2.1/A9 P2.2/A10 P2.3/A11 P2.4/A12 P2.5/A13 P2.6/A14 P2.7/A15 P3.0/RXD P3.1/TXD P3.2/INT0 P3.3/INT1 P3.4/T0 P3.5/T1 P3.6/WR P3.7/RD39 38 37 36 35 34 33 32 21 22 23 24 25 26 27 28 10 11 12 13 14 15 16 17C310uR1100 29 30 31 PSEN ALE EAU42 X1 VCC1 VCC2 8 1 P1.0 P1.1 P1.2 1 2 3 4 5 6 7 8 P1.0/T2 P1.1/T2EX P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7X2CRYSTAL 3 X2 RST SCLK I/O5 7 6DS1302单片机C60.1uC70.1uR5 Q12k7 U2:A(V-)R4680KR82k7R7680k 1U3:A2 74HC14 7 3U3:B4 74HC14 5U3:C6 74HC14U2:A4U2:B4D1LED-REDBUZ1C4(1) 8550C410u2 1 3C510u6 5R31k蜂鸣器U2:A(V+) R2 68k8R6LM358 68k8R9LM358 1k23
赞助商链接
基于51单片机心设计率计脉搏仪_电子/电路_工程科技_...论文等提交的材料格式规范,条理清楚,论述正确,文字通...但用户可以在仿真器上的晶振插孔中换插其他 频率的...28 基于单片机的脉搏计设计学生:丁超越 指导教师:孟浩 (安徽农业大学 信息与计算机学院 中国合肥 233036) 摘要:本文介绍了一个基于 STC89C52 单片机的脉搏检测计数...基于51单片机的脉搏测量仪设计. - 延安大学西安创新学院 本科毕业论文(设计) 题专姓学职 目: 业: 名: 号: 称: 数字心率计的设计 电子信息工程 指导教师: ...基于单片机的脉搏测量器设计_信息与通信_工程科技_专业资料。课程设计 东北石油大学 课课 题院程目系 程 设 计 单片机的控制系统课程设计 基于单片机的脉搏测量器...​脉​搏​测​量​仪​的​设​计...本设计采用单片机AT89C51为控制核心,实现脉搏测量仪...人体组织半透明度随之改变:当血液送到人体组织时, ...附录一:心率计电路图 附录二:部分程序 25 27 28 29 1 基于单片机的心率计设计 基于单片机的心率计设计摘要:在社会飞速发展的今天,人们的物质文化生活得到了极大...搏​测​量​仪​毕​业​设​计​.....33 第1页 基于单片机设计的脉搏测量仪 [摘要] ...红外接收二极管的电流也跟着 改变,这就导致红外接收...29 附录一:系统仿真图 附录二:系统原理图和 PCB 附录三:源程序 基于单片机的心率计设计摘要:在社会飞速发展的今天,人们的物质文化生活得到了极大的提高,但同时多...【最新版】基于51单片机心设计率计脉搏仪毕业论文_工学_高等教育_教育专区。毕业论文,单片机论文,毕业论文设计,毕业过关论文,毕业设计,毕业设计说明,硕士论文,研究生...扬州市职业大学 毕业设计说明书(论文) 作 者: 学号: 教学点: 专题业: 目: 机电一体化技术 基于单片机的 心率计的设计 指导者: 许翔 讲师 评阅者: 2012 年...
All rights reserved Powered by
www.tceic.com
copyright &copyright 。文档资料库内容来自网络，如有侵犯请联系客服。