基于單片機的脈搏測量儀設(shè)計畢業(yè)論文

1、基于單片機的脈搏測量儀設(shè)計目錄摘要 矚慫潤厲釤瘞睞櫪廡賴。AbstractI.聞創(chuàng)溝燴鐺險愛氌譴凈。引言 0. 殘騖樓諍錈瀨濟溆塹籟。第一章概述 2. 釅錒極額閉鎮(zhèn)檜豬訣錐。1.1 選題的背景和意義 2彈貿(mào)攝爾霽斃攬磚鹵廡。1.2 脈搏測量儀的發(fā)展與應(yīng)用 3謀蕎摶篋飆鐸懟類蔣薔。第二章總體方案的論證與設(shè)計 5. 廈礴懇蹣駢時盡繼價騷。2.1 主控模塊的選型和論證 5煢楨廣鰳鯡選塊網(wǎng)羈淚。2.2 顯示模塊的選型和論證 5鵝婭盡損鵪慘歷蘢鴛賴。2.3傳感器的選型和論證 6籟叢媽羥為贍僨蟶練淨(jìng)。2.4系統(tǒng)整體設(shè)計概述 6預(yù)頌圣鉉儐歲齦訝驊糴。第三章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計 7. 滲釤嗆儼勻諤鱉調(diào)硯錦。3.

2、1 主控模塊 鐃7 誅臥瀉噦圣騁貺頂廡。3.1.1 STC89C52單片機主要特性 7擁締鳳襪備訊顎輪爛薔。3.1.2STC89C52單片機的中斷系統(tǒng) 11贓熱俁閫歲匱閶鄴鎵騷。3.1.3單片機最小系統(tǒng)設(shè)計 1.1 壇摶鄉(xiāng)囂懺蔞鍥鈴氈淚。3.2 LCD液晶顯示器簡介 1蠟變黲癟報倀鉉錨鈰贅。3.2.1 液晶原理介紹 12買鯛鴯譖曇膚遙閆擷凄。3.2.2液晶模塊簡介 12綾鏑鯛駕櫬鶘蹤韋轔糴。3.2.3液晶顯示部分與 STC89C52的接口 13驅(qū)躓髏彥浹綏譎飴憂錦。3.3信號采集電路設(shè)計 14貓蠆驢繪燈鮒誅髏貺廡。3.3.1 傳感器簡介 14鍬籟饗逕瑣筆襖鷗婭薔。3.3.2 濾波電路 3.3.

3、3 放大整形電路 第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1 系統(tǒng)軟件總體設(shè)計4.2 程序設(shè)計原理 第五章 系統(tǒng)調(diào)試 . 15構(gòu)氽頑黌碩飩薺齦話騖。 . 15輒嶧陽檉籪癤網(wǎng)儂號澩。1.6 堯側(cè)閆繭絳闕絢勵蜆贅。 . 16識饒鎂錕縊灩筧嚌儼淒。. 17凍鈹鋨勞臘鍇癇婦脛糴。1.9 恥諤銪滅縈歡煬鞏鶩錦。5.1 軟件調(diào)試 1鯊9 腎鑰詘褳鉀溈懼統(tǒng)庫。5.2 硬件調(diào)試 1碩9 癘鄴頏謅攆檸攜驤蘞。5.3 調(diào)試結(jié)果 2閿0 擻輳嬪諫遷擇楨秘騖。5.4 誤差分析 2氬0 嚕躑竄貿(mào)懇彈瀘頷澩。結(jié)論2.2. 釷鵒資贏車贖孫滅獅贅。致謝2.3. 慫闡譜鯪逕導(dǎo)嘯畫長涼參考文獻2.4 諺辭調(diào)擔(dān)鈧諂動禪瀉類?；趩纹瑱C的脈搏測量儀

4、設(shè)計摘要： 脈搏測量儀在我們的日常生活中已經(jīng)得到了非常廣泛的應(yīng)用 ,通過觀測脈 搏信號，可以對人體的健康進行檢查， 通常被用于保健中心和醫(yī)院。 為了提高脈 搏測量儀的簡便性和精確度，本課題設(shè)計了一種基于 51 單片機的脈搏測量儀。 系統(tǒng)以 STC89C52 單片機為核心，以光電傳感器利用單片機系統(tǒng)內(nèi)部定時器來計 算時間，由光電傳感器感應(yīng)產(chǎn)生信號， 單片機通過對信號累加得到脈搏跳動次數(shù)， 時間由定時器定時而得。 系統(tǒng)運行中可以通過觀察指示燈閃爍， 若均勻閃爍說明 測量值準(zhǔn)確。系統(tǒng)停止運行時，能夠顯示總的脈搏次數(shù)和時間。經(jīng)測試，系統(tǒng)工 作正常，達到設(shè)計要求。 熒紿譏鉦鏌觶鷹緇機庫。本設(shè)計利用紅外光

5、電傳感器產(chǎn)生脈沖信號， 經(jīng)過放大整形后， 輸入單片機內(nèi) 進行相應(yīng)的控制， 從而測量出一分鐘內(nèi)的脈搏跳動次數(shù)， 快捷方便。 系統(tǒng)可以供 用戶測量當(dāng)時的脈搏次數(shù)， 同時還可以設(shè)定上限次數(shù)和下限次數(shù)， 當(dāng)測量的范圍 超過設(shè)定的范圍則驅(qū)動蜂鳴器報警提醒， 除此外用戶還可以設(shè)定每天鬧鐘提醒測 量，時間可以自行設(shè)定， 結(jié)果最終可以把采集到的脈搏信號顯示在 LCD1602 上。 鶼漬螻偉閱劍鯫腎邏蘞。關(guān)鍵詞：STC89C52;脈搏測量儀；LCD顯示器；光電傳感器Design of pulse measuring instrument based on single chip寸憂蔣氳頑薟驅(qū)藥憫騖。Abstra

6、ct：Pulse measurementapparatus has been widely used in our daily life. In order to improve the measurement apparatus is simple and accuracy, this paper designs a pulse measuring instrument based on 51 single chip microcomputer. System to STC89C52 microcontroller as the core, with photoelectric sensor

7、, and calculates the internal timer SCM system, the signal from the photoelectric sensor, microcontroller based on the accumulated pulse beat frequency signal, by the time the timer. In the running of the system can be observed through the indicator lights out, if even flicker that accurate measurin

8、g value. The system stops running, can display the total pulse number and time. After testing, the system works normally, meet the desig n requireme ntS穎芻莖峽餑億頓裊賠瀧。The design of the infrared photoelectric sensor generates a pulse signal, after plastic surgery to enlarge, the input of SCM within the c

9、orresponding control, which measured within a minute of the pulse beat frequency, fast and convenient. Through observing the pulse signal, 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

10、 the upper limit of the number of times and, when the range of the measurement range over the set of drive buzzer alarm, but users can also set the alarm clock to remind the daily measurement, time can be set, the results were finally able to pulse signal acquisition to display on the LCD1602.occurr

11、ing. 濫驂膽閉驟羥闈詔寢 賻。Keywords： STC89C52; photosensor; LCD display; Pulse measuring instrumen銚銻縵嚌鰻鴻鋟謎諏涼。III引言脈搏測量在有脈搏時遮擋光線， 無脈搏時透光強， 所采用的傳感器是紅外接 收二極管和紅外發(fā)射二極管。通過觀測脈搏信號，可以對人體的健康進行檢查， 通常被用于保健中心和醫(yī)院。 系統(tǒng)可以供用戶測量當(dāng)時的脈搏次數(shù)， 同時還可以 設(shè)定上限次數(shù)和下限次數(shù)，當(dāng)測量的范圍超過設(shè)定的范圍則驅(qū)動蜂鳴器報警提 醒，除此外用戶還可以設(shè)定每天鬧鐘提醒測量，時間可以自行設(shè)定1 。擠貼綬電麥結(jié)鈺贖嘵類。從脈搏波中提取人

12、體的生理病理信息作為臨床診斷和治療的依據(jù)， 歷來都受 到中外醫(yī)學(xué)界的重視。系統(tǒng)以STC89C52單片機為核心，以光電傳感器利用單片 機系統(tǒng)內(nèi)部定時器來計算時間， 由光電傳感器感應(yīng)產(chǎn)生信號， 單片機通過對信號 累加得到脈搏跳動次數(shù)， 時間由定時器定時而得。 系統(tǒng)運行中可以通過觀察指示 燈閃爍，若均勻閃爍說明測量值準(zhǔn)確。 幾乎世界上所有的民族都用過 “摸脈”作為 診斷疾病的手段。 脈搏波所呈現(xiàn)出的形態(tài) （波形）、強度（波幅）、速率（波速）和節(jié)律 （周期）等方面的綜合信息，在很大程度上反映出人體心血管系統(tǒng)中許多生理病理 的血流特征,但人體的生物信號多屬于強噪聲背景下的低頻的弱信號 , 脈搏波信 號更

13、是低頻微弱的非電生理信號 , 必需經(jīng)過放大和后級濾波以滿足采集的要求。 賠荊紳諮侖驟遼輩襪錈。737第一章 概述1.1 選題的背景和意義 脈搏攜帶有豐富的人體健康狀況的信息，自公元三世紀(jì)我國最早的脈學(xué)專 著脈經(jīng)問世以來，脈學(xué)理論得到不斷的發(fā)展和提高。在中醫(yī)四診（望、聞、 問、切）中，脈診占有非常重要的位置。脈診是我國傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)中最具特色的一 項診斷方法，其歷史悠久，內(nèi)容豐富，是中醫(yī) “整體觀念 ”、“辨證論證 ”的基本精 神的體現(xiàn)與應(yīng)用。 脈診作為 “綠色無創(chuàng) ”診斷的手段和方法， 得到了中外人士的關(guān) 注。但由于中醫(yī)是靠手指獲取脈搏信息，雖然脈診具有簡便、無創(chuàng)、無痛的特 點易為患者接受，然而在長

14、期的醫(yī)療實踐中也暴露出一些缺陷。首先，切脈單 憑醫(yī)生手指感覺辨別脈象的特征，受到感覺、經(jīng)驗和表述的限制，并且難免存 在許多主觀臆斷因素，影響了對脈象判斷的規(guī)范化；其次，這種用手指切脈的 技巧很難掌握；再則，感知的脈象無法記錄和保存影響了對脈象機理的研究。 脈診的這種定性化和主觀性，大大影響了其精度與可行性，成為中醫(yī)脈診應(yīng)用、 發(fā)展和交流中的制約因素。為了將傳統(tǒng)的中醫(yī)藥學(xué)發(fā)揚光大，促進脈診的應(yīng)用 和發(fā)展，必須與現(xiàn)代科技相結(jié)合，實現(xiàn)更科學(xué)、客觀的診斷 1 。塤礙籟饈決穩(wěn)賽釙冊庫。醫(yī)院的護士每天都要給住院的病人把脈記錄病人每分鐘脈搏數(shù)，方法是用 手按在病人腕部的動脈上，根據(jù)脈搏的跳動進行計數(shù)。為了節(jié)

15、省時間，一般不 會作 1 分鐘的測量，通常是測量 10秒鐘時間內(nèi)心跳的數(shù)，再把結(jié)果乘以 6 即得 到每分鐘的心跳數(shù)，即使這樣做還是比較費時，而且精度也不高。為了提高脈 搏測量的精確與速度，多種脈搏測量儀被運用到醫(yī)學(xué)上來，從而開辟了一條全 新的醫(yī)學(xué)診斷方法。 裊樣祕廬廂顫諺鍘羋藺。PVDF壓電薄早在I860年Vierordt創(chuàng)建了第一臺杠桿式脈搏描記儀，國內(nèi) 20世紀(jì)50年代初 朱顏將脈搏儀引用到中醫(yī)脈診的客觀化研究方面。 此后隨著機械及電子技術(shù)的發(fā) 展，國內(nèi)外在研制中醫(yī)脈象儀方面進展很快，尤其是 70年代中期，國內(nèi)天津、上 海、江西等地相繼成立了跨學(xué)科的脈象研究協(xié)作組， 多學(xué)科共同合作促使中醫(yī)

16、脈 象研究工作進入了一個新的境界。脈象探頭式樣很多，有單部、三部、單點、多 點、剛性接觸式、軟性接觸式、氣壓式、硅杯式、液態(tài)汞、液態(tài)水、子母式等組 成,脈象探頭的主要原件有應(yīng)變片、壓電晶體、單晶硅、光敏元件、膜等，其中以單部單點應(yīng)變片式為最廣泛， 不過近年來正在向三部多點式方向設(shè) 計2。倉嫗盤紲囑瓏詁鍬齊驁。目前脈搏測量儀在多個領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用， 除了應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域， 如無創(chuàng)心血 管功能檢測、妊高癥檢測、中醫(yī)脈象、脈率檢測等等，商業(yè)應(yīng)用也不斷拓展，如 運動、健身器材中的心率測試都用到了技術(shù)先進的脈搏測量儀。 綻萬璉轆娛閬蟶鬮綰瀧。1.2 脈搏測量儀的發(fā)展與應(yīng)用隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展， 脈搏測量技術(shù)也

17、越來越先進， 對脈搏的測量精度也越 來越高，國內(nèi)外先后研制了不同類型的脈搏測量儀， 而其中關(guān)鍵是對脈搏傳感器 的研究。起初用于體育測量的脈搏測試集中在對接觸式傳感器的研究， 利用此類 傳感器所研制的指脈、耳脈等測量儀各有其優(yōu)缺點。指脈測量比較方便、簡單， 但因為手指上的汗腺較多， 指夾常年使用， 污染可能會使測量靈敏度下降： 耳脈 測量比較干凈，傳感器使用環(huán)境污染少，容易維護。但因耳脈較弱，尤其是當(dāng)季 節(jié)變化時， 所測信號受環(huán)境溫度影響明顯， 造成測量結(jié)果不準(zhǔn)確。 過去在醫(yī)院臨 床監(jiān)護和日常中老年保健中出現(xiàn)的日常監(jiān)護儀器， 如便攜式電子血壓計， 可以完 成脈搏的測量 ,但是這種便攜式電子血壓計

18、利用微型氣泵加壓橡膠氣囊，每次測 量都需要一個加壓和減壓的過程， 存在體積龐大、 加減壓過程會有不適、 脈搏檢 測的精確度低等缺點。 驍顧燁鶚巰瀆蕪領(lǐng)鱺賻。近年來國內(nèi)外致力于開發(fā)無創(chuàng)非接觸式的傳感器， 這類傳感器的重要特征是 測量的探測部分不侵入機體， 不造成機體創(chuàng)傷， 能夠自動消除儀表自身系統(tǒng)的誤 差，測量精度高，通常在體外，尤其是在體表間接測量人體的生理和生化參數(shù)。 瑣釙濺曖惲錕縞馭篩涼。其中光電式脈搏傳感器是根據(jù)光電容積法制成的脈搏傳感器， 通過對手指末 端透光度的監(jiān)測，間接檢測出脈搏信號。具有結(jié)構(gòu)簡單、無損傷、精度高、可重 復(fù)使用等優(yōu)點。通過光電式脈搏傳感器所研制的脈搏測量儀已經(jīng)應(yīng)用到

19、臨床醫(yī)學(xué) 等各個方面并收到了理想效果。 鎦詩涇艷損樓紲鯗餳類。人體心室周期性的收縮和舒張導(dǎo)致主動脈的收縮和舒張， 是血流壓力以波的 形式從主動脈根部開始沿著整個動脈系統(tǒng)傳播， 這種波成為脈搏波。 從脈搏波中 提取人體的心理病理信息作為臨床診斷和治療的依據(jù)， 歷來都受到中外醫(yī)學(xué)界的 重視。脈搏波所呈現(xiàn)出的形態(tài) （波形）、強度（波幅）、速率（波速）和節(jié)律 （周期）等方 面的綜合信息，在很大程度上反映出人體心血管系統(tǒng)中許多生理病理的血流特征 因此對脈搏波采集和處理具有很高的醫(yī)學(xué)價值和應(yīng)用前景。 但人體的生物信號多 屬于強噪聲背景下的低頻的弱信號 , 脈搏波信號更是低頻微弱的非電生理信號 因此必需經(jīng)過

20、放大和后級濾波以滿足采集的要求。 櫛緶歐鋤棗鈕種鵑瑤錟。第二章 總體方案的論證與設(shè)計2.1 主控模塊的選型和論證采用MSP430系列單片機，該單片機是TI公司1996年開始推向市場的一種16 位超低功耗的混合信號處理器。其內(nèi)部集成了很多模擬電路、數(shù)字電路和微 處理器，提供強大的功能。不過該芯片昂貴不適合一般的設(shè)計開發(fā) 3 。轡燁棟剛殮攬 瑤麗鬮應(yīng)。采用 51 系列的單片機，該單片機是一個高可靠性，超低價，無法解密，高 性能的 8 位單片機， 32 個 IO 口，且 STC 系列的單片機可以在線編程、調(diào)試， 方便地實現(xiàn)程序的下載與整機的調(diào)試。 峴揚斕滾澗輻灄興渙藺。因此選用方案二中的 51 系列

21、單片機作為主控芯片。2.2 顯示模塊的選型和論證方案一：采用點陣式數(shù)碼管顯示， 點陣式數(shù)碼管是由八行八列的發(fā)光二極管組成， 對 于顯示文字比較合適， 如采用在顯示數(shù)字顯得太浪費， 且價格也相對較高， 所以 不用此種作為顯示。 詩叁撻訥燼憂毀厲鋨驁。采用 LED 數(shù)碼管動態(tài)掃描， LED 數(shù)碼管價格雖適中，對于顯示數(shù)字也最合 適，而且采用動態(tài)掃描法與單片機連接時， 占用單片機口線少。 但是由于數(shù)碼管 動態(tài)掃描需要借助 74LS164 移位寄存器進行移位，該芯片在電路調(diào)試時往往有 很多障礙，所以不采用 LED 數(shù)碼管作為顯示。 則鯤愜韋瘓賈暉園棟瀧。采用 LCD 液晶顯示屏，液晶顯示屏的顯示功能強

22、大，可顯示大量文字，圖 形，顯示多樣，清晰可見，對于本設(shè)計而言一個 LCD1602 的液晶屏即可，價格 也還能接受，需要的借口線較多，但會給調(diào)試帶來諸多方便。 脹鏝彈奧秘孫戶孿釔賻。所以本設(shè)計中方案三中的 LCD1602 液顯示屏作為顯示模塊。2.3 傳感器的選型和論證采用壓電傳感器用來提取人的脈搏信號， 壓電傳感器是利用某些電介質(zhì)受力 后產(chǎn)生的壓電效應(yīng)制成的傳感器。 所謂壓電效應(yīng)是指某些電介質(zhì)在受到某一方向 的外力作用而發(fā)生形變（包括彎曲和伸縮形變）時，由于內(nèi)部電荷的極化現(xiàn)象， 會在其表面產(chǎn)生電荷的現(xiàn)象。通過此現(xiàn)象可以提取出人的脈搏信號。 鰓躋峽禱紉誦幫 廢掃減。采用光電傳感器提取人體脈搏信

23、號， 授予手指組織可以分成皮膚、 肌肉、骨 骼等非血液組織和血液組織， 其中非血液組織的光吸收量是恒定的， 而在血液中， 靜脈血的搏動相對動脈血是十分微弱的， 可以忽略， 因此可以認(rèn)為光透過手指后 的變化僅由動脈血的充盈而引起， 那么在恒定波長的光源的照射下， 通過檢測透 過手指的光強將可以間接測量到人體的脈搏信號 4 。稟虛嬪賑維嚌妝擴踴糶。由于光電傳感器較壓電傳感器容易在一般的地方可以買得到， 因此這里選用 光電傳感器來提取人體脈搏信號。2.5 系統(tǒng)整體設(shè)計概述系統(tǒng)總體設(shè)計由STC89C52、按鍵、LCD1602、光電傳感器、時鐘模塊、運 放等構(gòu)成，如圖 2.1 所示，系統(tǒng)設(shè)有四個按鍵，可

24、以設(shè)置上下限脈搏數(shù)，當(dāng)超過 范圍的時候單片機會驅(qū)動蜂鳴器發(fā)響， 脈搏測量的時候需要人把手輕輕的按在光 電傳感器上面，由于人脈搏跳動的時候， 血液的透光性不一樣會導(dǎo)致接收器那邊 接收的信號強弱不一樣， 間接的把人脈搏信號傳回， 通過運放對其進行放大、 整 形后連接到單片機的 IO 口，單片機利用外部中斷對其進行計數(shù)，最終換算成人 一分鐘脈搏的跳動次數(shù)，最終顯示在液晶屏上。 陽簍埡鮭罷規(guī)嗚舊巋錟。第三章系統(tǒng)硬件電路設(shè)計3.1主控模塊主控模塊模塊在整個系統(tǒng)中起著統(tǒng)籌的作用，需要檢測鍵盤等各種參數(shù)，同時驅(qū)動液晶顯示相關(guān)參數(shù)，在這里我們選用了51系列單片機中的STC89C52單片機作為系統(tǒng)的主控芯片。溈

25、氣嘮戇萇鑿鑿櫧諤應(yīng)。51系列單片機最初是由In tel公司開發(fā)設(shè)計的，但后來In tel公司把51核 的設(shè)計方案賣給了幾家大的電子設(shè)計生產(chǎn)商，譬如SST、Philip、Atmel等大公司。因此市面上出現(xiàn)了各式各樣的均以51為內(nèi)核的單片機。這些各大電子生產(chǎn)商推出的單片機都兼容51指令、并在51的基礎(chǔ)上擴展一些功能而內(nèi)部結(jié)構(gòu) 是與51 致的。鋇嵐縣緱虜榮產(chǎn)濤團藺。STC89C52有40個引腳，4個8位并行I/O 口，1個全雙工異步串行口，同時 內(nèi)含5個中斷源，2個優(yōu)先級，2個16位定時/計數(shù)器。STC89C52的存儲器系統(tǒng) 由4K的程序存儲器(掩膜ROM)，和128B的數(shù)據(jù)存儲器(RAM)組成。懨

26、俠劑鈍觸樂 鷴燼觶騮。STC89C52單片機的基本組成框圖見圖 3.1所示。圖3.1 STC89C52單片機結(jié)構(gòu)圖3.1.1 STC89C52單片機主要特性1. 一個8位的微處理器(CPU)。2. 片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器RAM(128B)，用以存放可以讀/寫的數(shù)據(jù)，如運算的中間 結(jié)果、最終結(jié)果以及欲顯示的數(shù)據(jù)等，SST89系列單片機最多提供1K的RAM 謾飽兗爭詣繚鮐癩別濾。3. 片內(nèi)程序存儲器R0M(4KB)，用以存放程序、一些原始數(shù)據(jù)和表格。但也有一些單片機內(nèi)部不帶 ROM/EPROM，女口 8031, 8032, 80C31等。目前單片機 的發(fā)展趨勢是將RAM和ROM都集成在單片機里面，這樣既方

27、便了用戶進行設(shè) 計又提高了系統(tǒng)的抗干擾性。SST公司推出的89系列單片機分別集成了 16K、 32K、64K Flash存儲器，可供用戶根據(jù)需要選用。 咼鉉們歟謙鴣餃競蕩賺。4. 四個8位并行I/O接口 P0P3,每個口既可以用作輸入，也可以用作輸 出。5. 兩個定時器/計數(shù)器，每個定時器/計數(shù)器都可以設(shè)置成計數(shù)方式，用以對外部事件進行計數(shù)，也可以設(shè)置成定時方式，并可以根據(jù)計數(shù)或定時的結(jié)果實 現(xiàn)計算機控制。為方便設(shè)計串行通信，目前的52系列單片機都會提供3個16位 定時器/計數(shù)器?，撝C齷蘄賞組靄縐嚴(yán)減。6. 五個中斷源的中斷控制系統(tǒng)?，F(xiàn)在新推出的單片機都不只5個中斷源，例如SST89E58RD

28、就有9個中斷源。麩肅鵬鏇轎騍鐐縛縟糶。7. 一個全雙工UART(通用異步接收發(fā)送器)的串行I/O 口，用于實現(xiàn)單片機之間或單機與微機之間的串行通信。納疇鰻吶鄖禎銣膩鰲錟。8. 片內(nèi)振蕩器和時鐘產(chǎn)生電路，但石英晶體和微調(diào)電容需要外接。最高允許 振蕩頻率為12MHz。SST89V58RD最高允許振蕩頻率達40MHz，因而大大的提 高了指令的執(zhí)行速度。風(fēng)攆鮪貓鐵頻鈣薊糾廟。圖3.2 STC89C52單片機管腳圖STC89C52單片機管腳如圖3.2所示，部分引腳說明：1時鐘電路引腳 XTAL1 和 XTAL2 ：XTAL2（18 腳）：接外部晶體和微調(diào)電容的一端；片內(nèi)它是振蕩電路反相放大 器的輸出端，

29、 振蕩電路的頻率就是晶體固有頻率。 若需采用外部時鐘電路時， 該 引腳輸入外部時鐘脈沖。 滅噯駭諗鋅獵輛覯餿藹。要檢查振蕩電路是否正常工作， 可用示波器查看 XTAL2 端是否有脈沖信號輸 出。XTAL1（19 腳）：接外部晶體和微調(diào)電容的另一端；在片內(nèi)它是振蕩電路反相 放大器的輸入端。在采用外部時鐘時，該引腳必須接地 7。鐒鸝餉飾鐔閌貲諢癱騮。 2控制信號引腳 RST,ALE,PSEN 和 EA：RST/VPD（9 腳）： RST 是復(fù)位信號輸入端，高電平有效。當(dāng)此輸入端保持備 用電源的輸入端。 當(dāng)主電源 Vcc 發(fā)生故障， 降低到低電平規(guī)定值時， 將 5V 電 源自動兩個機器周期 （24

30、個時鐘振蕩周期 ）的高電平時，就可以完成復(fù)位操作。 RST引腳的第二功能是VPD,即接入RST端，為RAM提供備用電源，以保證 存儲在 RAM 中的信息不丟失， 從而合復(fù)位后能繼續(xù)正常運行。 攙閿頻嶸陣澇諗譴隴瀘。ALE/PROG（30 腳）：地址鎖存允許信號端。 當(dāng)8051 上電正常工作后， ALE 引 腳不斷向外輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率fOSC的1/6。CPU訪問片外 存儲器時， ALE 輸出信號作為鎖存低 8 位地址的控制信 號。 趕輾雛紈顆鋝討躍滿賺。平時不訪問片外存儲器時， ALE 端也以振蕩頻率的 1/6 固定輸出正脈沖，因 而 ALE 信號可以用作對外輸出時鐘或定時信號

31、。如果想確定 8051/8031 芯片的 好壞，可用示波器查看 ALE 端是否有脈沖信號輸出。如有脈沖信號輸出，則 8051/8031 基本上是好的。 夾覡閭輇駁檔驀遷錟減。ALE 端的負載驅(qū)動能力為 8 個 LS 型 TTL（ 低功耗甚高速 TTL） 負載。此引腳的第二功能 PROG 在對片內(nèi)帶有 4KB EPROM 的8751 編程寫入（固化 程序 ）時，作為編程脈沖輸入端。 視絀鏝鴯鱭鐘腦鈞欖糲。PSEN（29 腳）：程序存儲允許輸出信號端。在訪問片外程序存儲器時，此端定 時輸出負脈沖作為讀片外存儲器的選通信號。此引肢接 EPROM 的 OE 端（見后 面幾章任何一個小系統(tǒng)硬件圖 ）。

32、PSEN 端有效，即允許讀出 EPROMROM 中 的指令碼。PSEN端同樣可驅(qū)動8個LS型TTL負載。要檢查一個8051/8031小 系統(tǒng)上電后 CPU 能否正常到 EPROMROM 中讀取指令碼，也可用示波器看PSEN端有無脈沖輸出。如有則說明基本上工作正常偽澀錕攢鴛擋緬鐒鈞錠。EA/Vpp（31腳）:外部程序存儲器地址允許輸入端 /固化編程電壓輸入端。當(dāng) EA引腳接高電平時，CPU只訪問片內(nèi)EPROM/ROM并執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器中 的指令，但當(dāng)PC（程序計數(shù)器）的值超過OFFFH（對8751/8051為4K）時，將自動 轉(zhuǎn)去執(zhí)行片外程序存儲器內(nèi)的程序。當(dāng)輸入信號EA引腳接低電平（接地）時

33、，CPU 只訪問外部EPROM/ROM并執(zhí)行外部程序存儲器中的指令， 而不管是否有片內(nèi) 程序存儲器。對于無片內(nèi) ROM的8031或8032需外擴EPROM，此時必須將 EA引腳接地。此引腳的第二功能是 Vpp是對8751片內(nèi)EPROM固化編程時， 作為施加較高編程電壓（一般12V21V）的輸入端。緦徑銚膾齲轎級鏜撟廟。3 輸入/輸出端口 P0/P1/P2/P3P0 口 （P0.0P0.7, 3932腳）:P0 口是一個漏極開路的 8位準(zhǔn)雙向I/O 口。作 為漏極開路的輸出端口，每位能驅(qū)動 8個LS型TTL負載。當(dāng)P0 口作為輸入 口使用時，應(yīng)先向口鎖存器（地址80H）寫入全1此時P0 口的全部

34、引腳浮空，可 作為高阻抗輸入。作輸入口使用時要先寫 1,這就是準(zhǔn)雙向口的含義。在 CPU訪 問片外存儲器時，P0 口分時提供低8位地址和8位數(shù)據(jù)的復(fù)用總線。在此期間， P0 口內(nèi)部上拉電阻有效。 騅憑鈳銘僥張礫陣軫藹。P1 口 （P1.0P1.7,18腳）:P1 口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的 8位準(zhǔn)雙向I/O 口。P1 口每位能驅(qū)動4個LS型TTL負載。在P1 口作為輸入口使用時，應(yīng)先向P1 口鎖存地址（90H）寫入全1,此時P1 口引腳由內(nèi)部上拉電阻拉成高電平。 癘騏鏨農(nóng)剎 貯獄顥幗騮。P2 口 （P2.0P2.7, 2128腳）:P2 口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的 8位準(zhǔn)雙向I/O 口。P 口每位

35、能驅(qū)動4個LS型TTL負載。在訪問片外EPROM/RAM 時，它輸 出高8位地址。鏃鋝過潤啟婭澗駱讕濾。P3 口 （P3.0P3.7，1017腳）:P3 口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的 8位準(zhǔn)雙向I/O 口。P3 口每位能驅(qū)動4個LS型TTL負載。P3 口與其它I/O端口有很大的區(qū)別， 它的每個引腳都有第二功能，如下：榿貳軻謄壟該檻鯔塏賽。P3.0: （RXD）串行數(shù)據(jù)接收。P3.1: （RXD）串行數(shù)據(jù)發(fā)送。P3.2: （INT0#）外部中斷0輸入。P3.3: （INT1#）外部中斷1輸入。P3.4: (TO)定時/計數(shù)器0的外部計數(shù)輸入。P3.5: (T1)定時/計數(shù)器1的外部計數(shù)輸入。P3.6

36、: (WR#)外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通。P3.7: (RD#)外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通。3.1.2 STC89C52單片機的中斷系統(tǒng)STC89C52系列單片機的中斷系統(tǒng)有5個中斷源，2個優(yōu)先級，可以實現(xiàn)二級 中斷服務(wù)嵌套。由片內(nèi)特殊功能寄存器中的中斷允許寄存器 IE控制CPU是否響 應(yīng)中斷請求；由中斷優(yōu)先級寄存器IP安排各中斷源的優(yōu)先級；同一優(yōu)先級內(nèi)各 中斷同時提出中斷請求時，由內(nèi)部的查詢邏輯確定其響應(yīng)次序。邁蔦賺陘賓唄擷鷦訟湊。在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中，常常會有定時控制需求，如定時輸出、定時檢測、定時 掃描等；也經(jīng)常要對外部事件進行計數(shù)。STC89C52單片機內(nèi)集成有兩個可編程 的定時/計數(shù)器：T0和T1

37、，它們既可以工作于定時模式，也可以工作于外部事件 計數(shù)模式，此外，T1還可以作為串行口的波特率發(fā)生器9。 嶁硤貪塒廩袞憫倉華糲。3.1.3單片機最小系統(tǒng)設(shè)計(KXD)PJ.O (TXDPM (rTO)P.PJ.5 i：W)P3 6 (EDJPJ 7 XTAUXTAL1 GM圖 3.5 LCD1602ruC2IvccPG.lFDJP03POJ FQS HJufiESVW ALE FROG REK R1 P2 .總F2.5F2 4F23P27P2.1KOg r 牛 f w. a=i r- 王！工工1工王：VCCSTCI9C32r T .耳宀 r-l-. rtjtrf與STC89C52的引腳連接圖3

38、.3信號采集電路設(shè)計此部分電路的功能是由傳感器將脈搏信號轉(zhuǎn)換為電信號，一般為幾十毫伏， 必須加以放大，以達到整形電路所需的電壓，一般為幾伏。放大后的信號波形是 不規(guī)則的脈沖信號，因此必須加以濾波整形，整形電路的輸出電壓應(yīng)滿足計數(shù)器 的要求。選擇電路：所選放大整形電路框圖如圖3.8所示。鈀燭罰櫝箋礱颼畢韞糲。圖3.8放大整形電路框圖3.4.1傳感器簡介傳感器采用了紅外光電轉(zhuǎn)換器，作用是通過紅外光照射人的手指的血脈流動情況，把脈搏跳動轉(zhuǎn)換為電信號，其原理電路如圖3.9所示。 愜執(zhí)緝蘿紳頎陽灣愴鍵。圖3.9SI1SS傳感器信號調(diào)節(jié)原理電路如圖3.9中，紅外管VD采用ST188。用+5V電源供電，R1

39、取150Q, R2取 33k Q當(dāng)人把手指放在發(fā)光二極管和光電二極管之間的時候，光電二極管接收到 的信號會隨人脈搏強度的變化而變化11。貞廈給鏌綞牽鎮(zhèn)獵鎦龐。3.4.2濾波電路圖3.10放大濾波電路圖3.10為脈搏計的放大濾波信號，由于脈搏信號輸出的信號十分微弱，一般 在uV級別，除此外輸出的信號一般會伴隨很大的噪聲干擾， 因此在這里用LM358 搭建起一個放大和濾波電路。嚌鰭級廚脹鑲銦礦毀蘄。3.4.3放大整形電路經(jīng)過放大濾波后的脈搏信號仍是不規(guī)則的脈沖信號，且有低頻干擾，仍不滿足計數(shù)器的要求，必須采用整形電路，這里選用了滯回電壓比較器，如圖3.11所示，其目的是為了提高抗干擾能力。集成運放

40、采用了LM358，除此外LM358還接上了一個LED用作指示脈搏跳動的狀態(tài)薊鑌豎牘熒浹醬籬鈴騫。GNDiFR-KU31OUTVcc 11N-2OUT1IN+2 IN-GND2rN-F4128TOo34.1系統(tǒng)軟件總體設(shè)計液晶初始化按下按鍵？1鍵盤掃描理菜單vccT-R620k R9圖3.11波形整形電路第四章系統(tǒng)軟件設(shè)計(日液晶顯示流程圖(3單片機計算豚搏流程圖(可按鍵子模塊流程圖圖4.1系統(tǒng)流程圖主程序流程圖如圖4.1所示，單片機上電后先進行初始化，清楚一些參數(shù)的 初值，然后等待用戶按下對應(yīng)的按鍵并進入對應(yīng)的功能，當(dāng)用戶按下測量按鍵的時候流程如圖4.1(c)所示，單片機通過定時15s測量人體

41、的脈搏次數(shù)流程如圖 4.1(b)所示，然后再換算出對應(yīng)的真實的脈搏次數(shù)再在液晶屏幕上顯示流程如圖4.1(a)所示，當(dāng)用戶按下設(shè)置脈搏范圍設(shè)定按鍵后，單片機根據(jù)用戶按下的按鍵 進行增加或減少范圍。齡踐硯語蝸鑄轉(zhuǎn)絹攤濼。首先先調(diào)用液晶自定義的字庫，設(shè)置好 DDRAM地址后在第一行顯示，根 據(jù)程序中的數(shù)據(jù)設(shè)置顯示數(shù)據(jù)的首地址并設(shè)置循環(huán)量， 在循環(huán)過程中不斷的取字 符代碼直到終止，第二行的顯示過程同一行的顯示過程一樣， 兩行顯示完畢后便 結(jié)束子程序，如圖4.2 所示15。紳藪瘡顴訝標(biāo)販繯轅賽。設(shè)置DDRA地+址，在第一 行顯示設(shè)置顯示數(shù)據(jù)首地址循環(huán)量設(shè)置圖4.2 LCD1602初始化子函數(shù)流程圖4.2

42、程序設(shè)計原理飪籮獰屬諾釙誣苧軟件任務(wù)分析和硬件電路設(shè)計結(jié)合進行，哪些功能由硬件完成，哪些任務(wù)由 軟件完成，在硬件電路設(shè)計基本定型后，也就基本上決定下來了。徑凜。軟件任務(wù)分析環(huán)節(jié)是為軟件設(shè)計做一個總體規(guī)劃。 從軟件的功能來看可分為 兩大類：一類是執(zhí)行軟件，它能完成各種實質(zhì)性的功能，如測量，計算，顯示， 打印，輸出控制和通信等， 另一類是監(jiān)控軟件， 它是專門用來協(xié)調(diào)各執(zhí)行模塊和 操作者的關(guān)系， 在系統(tǒng)軟件中充當(dāng)組織調(diào)度角色的軟件。 這兩類軟件的設(shè)計方法 各有特色，執(zhí)行軟件的設(shè)計偏重算法效率，與硬件關(guān)系密切，千變?nèi)f化。 烴斃潛籬 賢擔(dān)視蠶賁粵。軟件任務(wù)分析時，應(yīng)將各執(zhí)行模塊一一列出，并為每一個執(zhí)行模

43、塊進行功能 定義和接口定義（輸入輸出定義） 。在各執(zhí)行模塊進行定義時，將要牽扯到的數(shù) 據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)類型問題也一并規(guī)劃好。 鋝豈濤軌躍輪蒔講嫗鍵。各執(zhí)行模塊規(guī)劃好后，就可以監(jiān)控程序了。首先根據(jù)系統(tǒng)功能和鍵盤設(shè)置選 擇一種最適合的監(jiān)控程序結(jié)構(gòu)。 相對來講， 執(zhí)行模塊任務(wù)明確單純， 比較容易編 程，而監(jiān)控程序較易出問題。 這如同當(dāng)一名操作工人比較容易， 而當(dāng)一個廠長就 比較難了。 擷偽氫鱧轍冪聹諛詼龐。軟件任務(wù)分析的另一個內(nèi)容是如何安排監(jiān)控軟件和各執(zhí)行模塊。 整個系統(tǒng)軟 件可分為后臺程序 （背景程序） 和前臺程序。 后臺程序指主程序及其調(diào)用的子程 序，這類程序?qū)崟r性要求不是太高，延誤幾十 ms 甚

44、至幾百 ms 也沒關(guān)系，故 通常將監(jiān)控程序（鍵盤解釋程序） ，顯示程序和打印程序等與操作者打交道的程 序放在后臺程序中執(zhí)行； 而前臺程序安排一些實時性要求較高的內(nèi)容， 如定時系 統(tǒng)和外部中斷（如掉電中斷） 。也可以將全部程序均安排在前臺，后臺程序為 “使 系統(tǒng)進入睡眠狀態(tài) ”，以利于系統(tǒng)節(jié)電和抗干擾。 蹤飯夢摻釣貞綾賁發(fā)蘄。第五章 系統(tǒng)調(diào)試5.1 軟件調(diào)試基于單片機的脈搏計系統(tǒng)是多功能的數(shù)字型設(shè)計， ，所以對于它的程序也較 為復(fù)雜 ,所以在編寫程序和調(diào)試時出現(xiàn)了相對較多的問題。最后經(jīng)過多次的模塊 子程序的修改， 一步一步的完成， 最終解決了軟件。 在軟件的調(diào)試過程中主要遇 到的問題如下： 婭鑠

45、機職銦夾簣軒蝕騫。問題 1：燒入程序后， LCD 液晶顯示閃動 ,而且亮度不均勻。 解決：首先對調(diào)用的延時進行逐漸修改，可以解決顯示閃動問題。其次，由 于本作品使作動態(tài)掃描方式顯示的數(shù)字，動態(tài)掃描很快，人的肉眼是無法看出 但是調(diào)用的顯示程序時， 如果不在反回時屏蔽掉最后的附值， 則會出現(xiàn)很亮的現(xiàn) 象，所以在顯示的后面加了屏蔽子令，最后解決了此問題。 譽諶摻鉺錠試監(jiān)鄺儕瀉。 問題 2：當(dāng)用戶按下按鍵的時候，單片機讀取的數(shù)值跟設(shè)定的數(shù)值不對。解決：重新檢查矩陣鍵盤電路的連接，重新建立一個新的對應(yīng)關(guān)系。5.2 硬件調(diào)試基于單片機的脈搏計系統(tǒng)的電路較大， 對于焊接方面更是不可輕視， 龐大的 電路系統(tǒng)中

46、只要出于一處的錯誤， 則會對檢測造成很大的不便， 而且電路的交線 較多，對于各種鋒利的引腳要注意處理， 否則會刺破帶有包皮的導(dǎo)線， 則會對電 路造成短路現(xiàn)象 14。儔聹執(zhí)償閏號燴鈿膽賾。在本脈搏計的設(shè)計調(diào)試中遇到了很多的問題。 回想這些問題只要認(rèn)真多思考 都是可以避免的，以下為主要的問題： 問題 1：最開始的時候以為單片機 IO 口直接可以驅(qū)動蜂鳴器發(fā)聲，后來調(diào)試的 時候久久不能出聲音（見附錄 C）。縝電悵淺靚蠐淺錒鵬凜。解決：經(jīng)過查找相關(guān)資料， 知道揚聲器需要三極管來驅(qū)動， 后來把三極管放 大器加上系統(tǒng)便可以正常工作。問題 2：開始的時候由于沒想到脈搏信號十分微弱大概在 uV 級別，因此沒有

47、放 大足夠的倍數(shù)，單片機最后沒有檢測到脈搏的信號（見附錄 C）。驥擯幟褸饜兗椏長絳粵。解決：經(jīng)過查找相關(guān)資料，確定脈搏信號的幅值范圍后，增加放大器的放大 倍數(shù)就解決問題。5.3調(diào)試結(jié)果1. 放大倍數(shù)的增加傳感器的輸出端經(jīng)示波器觀察有幅度很小的正弦波，但經(jīng)整形輸出后檢測到 的脈沖還是很弱，在確定電路沒有問題的情況下，加強信號的放大倍數(shù)，調(diào)整電 阻R23和R27的阻值。癱噴導(dǎo)閽騁艷搗靨驄鍵。2. 時鐘的調(diào)試根據(jù)晶體振蕩頻率計算出內(nèi)部定時器的基本參數(shù)， 通過運行一段時間可通過 秒表來校正后，看時間誤差的量，以這個量為依據(jù)改變程序中的內(nèi)部定時器基本參 數(shù),就可使時鐘調(diào)準(zhǔn)確。鑣鴿奪圓鯢齙慫餞離龐。3.

48、開機后無顯示首先檢查交流電源部分，有無交流，若無則可能保險管或變壓器燒壞，如有 繼續(xù)查直流有無，如無則電源已燒壞，可更換解決。欖閾團皺鵬緦壽驏頦蘊。4. 顯示正常但經(jīng)適當(dāng)運動后測量，脈搏次數(shù)沒有增加可能是前置放大級有問題，可采用更換的辦法判斷并排除。5. 進人測量狀態(tài)，但測量值不穩(wěn)定主要是光電傳感器受到電磁波等干擾，其次是損壞或有虛焊。6. 開機后顯示不正?；虬存I失靈可查手指擺放的位置或按鍵電路，若無故障則是硬件損壞。經(jīng)過一系列的問題查找后系統(tǒng)最終能正常工作，并完成所有的功能。5.4誤差分析表5.1誤差分析表實際的脈 搏次數(shù)測量得出脈搏次數(shù)1測量得出脈搏次數(shù)2測量得出脈搏次數(shù)3測量得出脈搏次數(shù)

49、4測量得出脈搏次數(shù)5656464636563727071696970767675757473818080798180858383858284注：實際的脈搏次數(shù)以聽診器測出的脈搏次數(shù)為參考值。表3.1列出了測量值，但存在誤差，由于傳感器和其他器件本身并非理想線性,實測數(shù)據(jù)進行了線性補償。由均方差公式得：2o1(X n-X)S = sqr n =0.59n(n -1)t 一誤差分析：經(jīng)校準(zhǔn)，非線性補償后，誤差以基本達到要求。結(jié)論通過這次畢業(yè)設(shè)計， 我學(xué)到了不少課本上沒有的知識， 也鍛煉了自己的動手 能力，將以前學(xué)過的零散的知識串到一起。 經(jīng)過我長時間的設(shè)計及調(diào)試， 本系統(tǒng) 基本能實現(xiàn)基于單片機的脈搏計的所有功能。不足之處有： 1.硬件的穩(wěn)定性有待 進一步提高 2.系統(tǒng)人性化還不足。 遜輸吳貝義鰈國鳩猶騸。我的綜合設(shè)計主要涉及硬件和軟件兩方面的內(nèi)