單片機(jī)課程設(shè)計(jì)報(bào)告AVR與虛擬儀器

1、單片機(jī)課程設(shè)計(jì)報(bào)告 AVR與虛擬儀器12020 年 6 月 23 日資料內(nèi)容僅供參考，如有不當(dāng)或者侵權(quán)，請(qǐng)聯(lián)系本人改正或者刪除。單片機(jī)課程設(shè)計(jì)報(bào)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(hào)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、 功能我們一般看到在許多小型醫(yī)院,對(duì)心率的測(cè)定仍采用人工聽(tīng)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(jiǎn)單易用易攜的心率計(jì), 能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)計(jì)錄心跳次數(shù)并數(shù)字化形象直觀的顯示出來(lái)。為此, 其中心率計(jì)特色功

2、能的實(shí)現(xiàn)主要靠有效穩(wěn)定的信號(hào)采集模式 , 我們經(jīng)過(guò)查閱資料發(fā)現(xiàn)主要的心率采集有兩種方法 : 經(jīng)過(guò)一對(duì)紅色發(fā)光二極管實(shí)現(xiàn)和經(jīng)過(guò)壓電陶瓷芯片實(shí)現(xiàn)。方案一 : 檢測(cè)的基本原理 : 隨著心臟的搏動(dòng) , 人體組織半透明度隨之改變。當(dāng)血液送到人體組織時(shí) , 組織的半透明度減小 ; 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 , 本心率計(jì)將紅外發(fā)光二極管產(chǎn)生的紅外線(xiàn)照射到人體的上述部位 , 并用裝在該部位另一側(cè)或旁邊22020 年 6 月 23 日資料內(nèi)容僅供參考，如有不當(dāng)或者侵權(quán)，請(qǐng)聯(lián)系本人改正或者刪除。的紅外光電管來(lái)檢測(cè)機(jī)體組織的透明程度并把它轉(zhuǎn)換

3、成電信號(hào)。由于此信號(hào)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(shí)檢測(cè)脈搏次數(shù)的目的。方案二 : 檢測(cè)的基本原理 : 隨著心臟的搏動(dòng) , 人體手腕的脈搏和頸部的搏動(dòng)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(cè)得的信號(hào)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(shí)檢測(cè)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(hào)采集模式 , 我們經(jīng)過(guò)查閱資料發(fā)現(xiàn)主要的心率采集有兩種方案 : 經(jīng)過(guò)一對(duì)紅色發(fā)光、 接受二極管實(shí)現(xiàn)和經(jīng)過(guò)壓電陶瓷芯片實(shí)現(xiàn)。由于壓電陶瓷芯片會(huì)不可避免得產(chǎn)生誤差 , 有時(shí)是和信號(hào)相似的低頻

4、率波形 , 即便經(jīng)過(guò)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(cè)原理如下 :隨著心臟的搏動(dòng) , 人體組織半透明度隨之改變。當(dāng)血液送到人體組織時(shí) , 組織的半透明度減小 ; 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(xiàn)照射到人體的上述部位, 并32020 年 6 月 23 日資料內(nèi)容僅供參考，如有不當(dāng)或者侵權(quán)，請(qǐng)聯(lián)系本人改正或者刪除。用裝在該部位另一側(cè)或旁邊的紅外光電管來(lái)檢測(cè)機(jī)體組織的透明程度并把它轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。由于此信號(hào)的頻率與人體每分鐘的脈搏次數(shù)成正比 ,

5、 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(shí)檢測(cè)脈搏次數(shù)的目的。以下是我們的紅外線(xiàn)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(cè)出脈沖波形 , 我們又缺乏對(duì)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(dòng), 人體手腕的脈搏和頸部的搏動(dòng)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(dòng)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào) , 我們將壓電陶瓷片測(cè)得的信號(hào)轉(zhuǎn)換成脈沖并進(jìn)行整形、計(jì)數(shù)和顯示 , 從而實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)檢測(cè)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(dòng)或

6、頸部的運(yùn)動(dòng)如說(shuō)話(huà)依然會(huì)對(duì)信號(hào)采集產(chǎn)生影響 , 我們?cè)诓杉盘?hào)的過(guò)程中仍需小心。42020 年 6 月 23 日資料內(nèi)容僅供參考，如有不當(dāng)或者侵權(quán)，請(qǐng)聯(lián)系本人改正或者刪除。三硬件單元的使用說(shuō)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(gè)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(hào)采 集部 分 的電路圖為 :52020 年 6 月 23 日資料內(nèi)容僅供參考，如有

7、不當(dāng)或者侵權(quán)，請(qǐng)聯(lián)系本人改正或者刪除。四、 軟件設(shè)計(jì)思想 :心臟跳動(dòng)時(shí)會(huì)引起脈沖的變化 , 必然會(huì)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(hào)太過(guò)微弱 , 我們需要對(duì)它進(jìn)行信號(hào)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(méi)有買(mǎi)到5 歐的電阻 , 我們用了兩個(gè)10 歐的并聯(lián)代替。放大后的信號(hào)經(jīng)過(guò)T0 口進(jìn)入 Mega16。當(dāng)有下降沿到來(lái)時(shí) TCNT0 會(huì)自動(dòng)

8、計(jì)數(shù)。人的心律一般在 50 150 之間 , 我們不用擔(dān)心 TCNT0 會(huì)自動(dòng)溢出。另外我們計(jì)時(shí)采用的是 CVAVR 的延時(shí)程序 , 有誤差但很小。當(dāng)一分鐘到時(shí)蜂鳴器會(huì)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(kāi)始計(jì)數(shù)時(shí), 蜂鳴器一樣會(huì)響一下。 Mega16 采集到的信號(hào)我們經(jīng)過(guò)PA 口輸出到SMC1602 中。SMC1602 是一種液晶數(shù)字顯示模塊, 能夠經(jīng)過(guò)對(duì)其變成來(lái)實(shí)現(xiàn)顯示內(nèi)容。我們不但經(jīng)過(guò)它顯示出了心率而且能夠分析出被測(cè)者心律的好壞。五、 軟件流程圖62020 年 6 月 23 日資料內(nèi)容僅供參考，如有不當(dāng)或者侵權(quán)，請(qǐng)聯(lián)系本人改正或者刪除。開(kāi) 始取結(jié)顯 示 脈初始化蜂鳴器正 常高了低了開(kāi)始計(jì)數(shù)顯 示 具一分鐘到SMC1602 顯六、 系統(tǒng)測(cè)試過(guò)程及測(cè)試數(shù)據(jù)我們采用紅外線(xiàn)發(fā)射、 接受二極管作為我們的采集裝置時(shí) , SMA1602 工作正常 , 但顯示測(cè)得的心率總為 0, 錯(cuò)誤的可能無(wú)非兩種 : 程序的錯(cuò)誤和硬件采集電路的錯(cuò)誤。為控制單一變量 , 我們對(duì)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(gè)數(shù) , 說(shuō)明程序編寫(xiě)正確, 而硬件采集電路存在錯(cuò)誤。后來(lái), 李其魯又多次檢測(cè)電路焊接, 石天卓