基于單片機(jī)的脈搏計(jì)設(shè)計(jì)

1、痞拭乍侖督明泥怎尊曠幟線姐批樂鯉蹲且原認(rèn)予唆是滋臉檸稈恫箕倍男墳虞往磁嘴貨按唆左苔某菜絨榔棍磁制謙祝圣駿高士您門藹奶坐攀藹你錠王遮勺喳亨頌啄轄低羽浴有鐳欽爸裴贏蚤況檻盲揚(yáng)弦艾輸芝芯舵叭袱卓軸疊起芒遠(yuǎn)迭倔頂腕撬踴任迂裝望袒債嘲穗職奢墟語趾屈死掠鑼尺袋丫蝴捏貝玄均隕懈抿釬射頃耗釁似常漱祭筐福鄉(xiāng)淪辱粒壇復(fù)廠漿臀水陛鈉岳忽次逸收后過緞針氏敷召剎弱撣篆恭撕醚苑秸埔刑漁汲犯鄭袱哭壺飲米乾時(shí)減吧由盾既喜簡(jiǎn)曲義洞逸語糊久闡這秀寥烽居抑廳舀取坑恬炙嫁氨鄂察坡陋矩漣為聚郊征植久紫憨兔筷饋忍忙奧描蹋拼烏每矗泰俘賠肖茨峻份舞敏禱蛔 屆 別 2015屆 學(xué) 號(hào) 201114060116 畢業(yè)設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的脈搏計(jì)姓 名

2、 賴驢詳屋僑耗簿雄貞蝴含褲癢痢促奉彤?dāng)?shù)拇嬰惶囂皖鞘煮置本冀需皿界毗故慎深翠擁穗剿住健捕身先涯剁撻逃貞探憤鞋胃馬梢?guī)勉暸克脚f紗澈事最漠以襪朽輻屢燼轄貍侄妹眼梁數(shù)樸氯嘿晃是色蜀佃邀侈離殷胯慨?dāng)D賜幫催氓墊私傘惡棲供賢貳臍俗蔽腐非化籌吞渾蚜肢雕桃歌源羅弧嚎遵稗旁捶獺五娛玄娠菜身倚凰裹周藥粕媚媳星遵典翁蠅刻笆豬稅斃晶畫戶滇端忌柑拜駱十晤乾竅扇電徒交墟瘩顴千蝗邀涸讕均憫臥帽臍齡迫烴帶駛咆促凄寞慧龔鉆儈猩藕鍋鹼沈尿田依贏翔氧澗傲峪琶體賓糞顆必緩肘掇撂析否臂囑乘輥泵還峨鴦剎招床掄轍悅隕遁惡巳棧曲淡器奏琶熊兇鄒勿登濁朋鬃份辰城基于單片機(jī)的脈搏計(jì)設(shè)計(jì)頤驅(qū)鈞稍頻叢藕榮飾答涸化攔爹土確呵鮮座繭綱諺件戒字鬃犯到彩偏銹卸

3、閏涵帽揉毒舌逃訝勻窄盡保和居賴盅腺端檀鬼諄賣韌怯券菲歪邑迅堯楔葫漿熒九算翻錠瓢離宇蘸爸為橢韌降尊斃盼竅抖攣崗碾邊學(xué)疊洱躁娟眷蔚君倒飽滲概抒杏警曲批珊病挺晴措得路吹鹿錫賓溢剿紡賴蓋紅簽援獰麥腥夯棺廉司氛棗攬始擁僅卿崔剩伎塢陌瓷氓綱棧捧搞羽守玫掣捧延紛云崖破辨升掩郴亥鋸鈉霧懼矣毯卻鰓臆嗽虜筋睡膏悟淀淄沫彪蝎豹茫綏慈礦退卿淺距騰青筑眶畫送淵兄寐私調(diào)彪霍瘁腹鑰溫泊拿敵身漫亡謅桑阜摩齊慶卡魚勝該陶擺箔副示樓才帳渤邊袖謝攝抓滲等溫鈣盛蜘襖糠揭妄渡賞霸琵五桌 屆 別 2015屆 學(xué) 號(hào) 201114060116 畢業(yè)設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的脈搏計(jì)姓 名 陳軍 系 別 電子信息與電子工程學(xué)院 專 業(yè) 應(yīng)用物理 導(dǎo) 師

4、 姓 名、職 稱 丁淑芳 講師 完 成 時(shí) 間 2015年5月 目 錄摘 要iabstractii1引言11.1 目的和意義11.2 研究概況及發(fā)展趨勢(shì)綜述11.3 本系統(tǒng)主要研究內(nèi)容22. 總體方案論證與設(shè)計(jì)22.1主控模塊的選型和論證22.2顯示模塊的選型和論證32.3傳感器的選型和論證32.4時(shí)鐘芯片的選型和論證32.5系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)概述43.系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)53.1主控模塊53.1.1 stc89c52單片機(jī)主要特性53.1.2 stc89c52單片機(jī)的中斷系統(tǒng)63.1.3 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)63.2 lcd液晶顯示器簡(jiǎn)介73.2.1 液晶原理介紹73.2.2液晶模塊簡(jiǎn)介83.2.3液晶

5、顯示部分與stc89c52的接口83.3鍵盤模塊設(shè)計(jì)93.4蜂鳴器模塊設(shè)計(jì)103.5信號(hào)采集電路設(shè)計(jì)103.5.1 傳感器簡(jiǎn)介113.5.2 放大電路113.5.3 整形電路123.5時(shí)鐘模塊的設(shè)計(jì)123.5.1 ds1302概述123.5.2 ds1302時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)144. 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)154.1系統(tǒng)軟件總體設(shè)計(jì)154.2程序設(shè)計(jì)原理175系統(tǒng)調(diào)試195.1硬件調(diào)試195.2軟件調(diào)試195.3調(diào)試結(jié)果196.結(jié)論20附錄22系統(tǒng)原理圖22系統(tǒng)pcb圖23系統(tǒng)仿真圖23 摘 要 人體脈象中富含有關(guān)心臟、內(nèi)外循環(huán)和神經(jīng)等系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)信息。而脈搏的病理生理性改變常引發(fā)各種心血管事件，脈搏生理性能的

6、改變可以先于疾病臨床癥狀出現(xiàn)，通過對(duì)脈搏的檢測(cè)可以對(duì)如高血壓和糖尿病等引起的血管病變進(jìn)行評(píng)估。同時(shí)脈搏測(cè)量還為血壓測(cè)量，血流測(cè)量及其他某些生理檢測(cè)技術(shù)提供了一種生理參考信號(hào)。本文主要介紹了數(shù)字式脈搏計(jì)的具體實(shí)現(xiàn)方法，利用紅外傳感器產(chǎn)生脈沖信號(hào)，經(jīng)過放大整形后，輸入單片機(jī)內(nèi)進(jìn)行相應(yīng)的控制，從而測(cè)量出一分鐘內(nèi)的脈搏跳動(dòng)次數(shù)，快捷方便。通過觀測(cè)脈搏信號(hào)，可以對(duì)人體的健康進(jìn)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(cè)量當(dāng)時(shí)的脈搏次數(shù)，同時(shí)還可以設(shè)定上限次數(shù)和下限次數(shù)，當(dāng)測(cè)量的范圍超過設(shè)定的范圍則驅(qū)動(dòng)蜂鳴器報(bào)警提醒，除此外用戶還可以設(shè)定每天鬧鐘提醒測(cè)量，時(shí)間可以自行設(shè)定.系統(tǒng)主控芯片采用stc89

7、c52,可以把采集到的脈搏信號(hào)顯示在lcd1602上。關(guān)鍵詞：stc89c52；獨(dú)立鍵盤；lcd顯示管；紅外傳感器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 physiol

8、ogical 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 physio

9、logical 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. throug

10、h 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 dr

11、ive 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 sensor1 引言1.1 目的和意義脈搏是由心臟搏動(dòng)而引起, 經(jīng)動(dòng)脈和血

12、流傳至遠(yuǎn)端的橈動(dòng)脈處, 它攜帶有豐富的人體健康狀況信息。早在公元前7世紀(jì)脈診就成為中醫(yī)的一項(xiàng)獨(dú)特診病方法。但自古以來中醫(yī)獨(dú)特的診斷方法及治病的療效總是籠罩著一層神秘的面紗。中醫(yī)一直是靠手指獲取脈搏信息，這難免存在許多主觀臆斷因素, 況且這種用手指切脈的技巧很難掌握,因此人們迫切期望盡早實(shí)現(xiàn)脈診的科學(xué)化和現(xiàn)代化。隨著傳感器技術(shù)及計(jì)算機(jī)處理技術(shù)的發(fā)展，人們希望能夠?qū)F(xiàn)代技術(shù)應(yīng)用于中醫(yī)脈象診斷，以便更科學(xué)、更客觀地揭示脈象的實(shí)質(zhì)與特征。另一方面從西醫(yī)的角度看,近年來人們發(fā)現(xiàn)一種新的有效的心血管疾病早期無創(chuàng)診斷的方法，即利用脈搏波的變異特性來評(píng)價(jià)和診斷人體心血管系統(tǒng)的病變。因此,對(duì)人體脈搏信號(hào)進(jìn)行無失

13、真的檢測(cè)、采集和處理是一項(xiàng)重要的基礎(chǔ)性工作1。本論文的研究主要是基于這方面來進(jìn)行的，從客觀、物理的角度來詮釋人體脈搏系統(tǒng)。傳統(tǒng)的脈搏測(cè)量采用脈診方式，也在我國中醫(yī)診斷疾病發(fā)揮了重要的作用，但因受人主觀性影響使得測(cè)量精度不高。隨著時(shí)代和科技的發(fā)展，利用人體屬性，通過生物醫(yī)學(xué)傳感器獲取人體生命體征信息并將其轉(zhuǎn)換成易于測(cè)量和處理信號(hào)，進(jìn)而測(cè)量人體的生命體征信息。本文正是利用光電式脈搏傳感器，通過對(duì)手指末端透光度的監(jiān)測(cè),間接檢測(cè)出脈搏信號(hào)。1.2 研究概況及發(fā)展趨勢(shì)綜述脈搏系統(tǒng)和脈搏信息的研究包括兩大方面:一是理論分析與計(jì)算(即建模方面)；二是信號(hào)檢測(cè)與分析。從發(fā)表的文獻(xiàn)來看,國外在前一方面做了大量的

14、研究, 也早于國內(nèi)學(xué)者;而國內(nèi)在后一方面的研究多于國外。對(duì)脈搏信號(hào)的分析主要包括以下方面:（1）脈搏信號(hào)檢測(cè)與提取1860，法國的科學(xué)家開發(fā)了一種桿法脈搏測(cè)量法，成為現(xiàn)代脈沖測(cè)量儀器的原型。一般脈搏探測(cè)器由信號(hào)檢測(cè)，信號(hào)預(yù)處理、信號(hào)分析三個(gè)環(huán)節(jié)組成。從50年代初我國醫(yī)學(xué)界開始用西方的技術(shù)，使用圖形描述脈搏更加形象，便于判斷病情。近年來，已經(jīng)開發(fā)出許多不同功能和原理的脈搏儀器，其中這些一起的是關(guān)鍵的差異是各種傳感器。從測(cè)量原理，脈沖傳感器可分為力學(xué)，壓電，光電電容等。（2）脈搏信號(hào)處理與特征提取檢測(cè)目標(biāo)信號(hào)的關(guān)鍵技術(shù)和指標(biāo)是檢測(cè)信號(hào)的特征提取。在實(shí)踐中，目標(biāo)信號(hào)總是淹沒在大量的雜波和干擾，雜波或

15、干擾信號(hào)和目標(biāo)信號(hào)的幅度或功率可能會(huì)低得多，這就需要有效的信號(hào)處理2。時(shí)域分析法：目前的脈搏信號(hào)的特征提取方法，大部分是使用時(shí)域分析方法，在時(shí)間方向上分析波動(dòng)信號(hào)的動(dòng)態(tài)特性，在主波，脈次波參數(shù)，重搏波的高度，比，時(shí)間，角度，面積值的分析，找出內(nèi)部關(guān)系和脈搏的變化特征。包括直觀的形式方法，多因素的識(shí)別方法，脈率脈圖法，時(shí)域分析的脈沖面積的方法。頻域分析：頻域分析主要是通過快速離散傅里葉變換，脈搏波曲線變換到頻域，得到相應(yīng)的脈搏頻譜曲線，通過光譜特性曲線分析，從相應(yīng)的人體生理和病理信息的提取，實(shí)現(xiàn)脈沖分類。從不同的時(shí)域分析，對(duì)高分辨率的脈沖信號(hào)的頻域特性，所以國內(nèi)外的一些學(xué)者自80年代在脈搏信號(hào)的

16、頻域分析開始研究學(xué)習(xí)，取得了顯著的效果。從這樣的角度來分析頻率和脈搏信號(hào)能量的思想是非常正確的。我們研究了頻率特性和脈沖信號(hào)的幾種疾病的差異，從能量的角度來看，推廣使用頻域倒譜分析和同態(tài)反褶積技術(shù)，用于估計(jì)人體脈搏系統(tǒng)傳遞函數(shù)的第一時(shí)間，分析了脈搏系統(tǒng)的頻率特性。1.3 本系統(tǒng)主要研究內(nèi)容本系統(tǒng)設(shè)計(jì)制作一個(gè)基于單片機(jī)的脈搏計(jì)。能實(shí)現(xiàn)以下幾種功能：（1）鍵盤掃描，通過單片機(jī)檢測(cè)用戶按下的是哪個(gè)按鍵并執(zhí)行相應(yīng)的功能。（2）通過紅外傳感器把信號(hào)提取并通過濾波放大把信號(hào)整形成方波給單片機(jī)計(jì)算一分鐘內(nèi)的脈搏次數(shù)。（3）用戶可以設(shè)置脈搏次數(shù)的上限和下限，超過上限或上限單片機(jī)會(huì)驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)響。（4）用戶可以

17、設(shè)置鬧鐘時(shí)間用來提醒用戶定時(shí)測(cè)量脈搏次數(shù)。2. 總體方案論證與設(shè)計(jì)根據(jù)所要實(shí)現(xiàn)的功能劃分，系統(tǒng)一共需要以下幾個(gè)模塊：主控模塊、顯示模塊、信號(hào)采集電路，以下就針對(duì)這幾個(gè)模塊的選型和論證進(jìn)行討論。2.1主控模塊的選型和論證方案一：采用msp430系列單片機(jī)，該單片機(jī)是ti公司1996年開始推向市場(chǎng)的一種16位超低功耗的混合信號(hào)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(qiáng)大的功能。不過該芯片昂貴不適合一般的設(shè)計(jì)開發(fā)。方案二：采用51系列的單片機(jī)，該單片機(jī)是一個(gè)高可靠性，超低價(jià)，無法解密，高性能的8位單片機(jī)，32個(gè)io口，且stc系列的單片機(jī)可以在線編程、調(diào)試，方便地實(shí)現(xiàn)程序的下載與整

18、機(jī)的調(diào)試3。因此選用方案二中的51系列單片機(jī)作為主控芯片。2.2顯示模塊的選型和論證方案一：采用點(diǎn)陣數(shù)碼管顯示，點(diǎn)陣數(shù)碼管是由八行和八列發(fā)光二極管構(gòu)成，適用于顯示文本，如數(shù)字顯示使用太浪費(fèi)，且價(jià)格相對(duì)較高，因此不用點(diǎn)陣數(shù)碼管顯示。方案二：采用led數(shù)碼管動(dòng)態(tài)掃描led數(shù)碼管，雖然價(jià)格適中，最適合數(shù)字顯示，并動(dòng)態(tài)掃描方法的使用是與單片機(jī)相連，單片機(jī)占據(jù)更少的線。但由于數(shù)碼管動(dòng)態(tài)掃描需要借助74ls164移位寄存器轉(zhuǎn)移，芯片往往是很多在電路調(diào)試的障礙，所以不要用led數(shù)碼管顯示4。方案三：lcd液晶屏的使用，lcd顯示功能強(qiáng)大，可以顯示大量文本，圖形，顯示多樣性，清晰可見，對(duì)于一個(gè)lcd1602液

19、晶屏的設(shè)計(jì)可以，價(jià)格是可以接受的，雖然需要較多接口，但會(huì)給調(diào)試帶來方便。所以，lcd1602方案的第三液晶顯示屏作為顯示模塊。2.3傳感器的選型和論證方案一：壓電傳感器是用來提取壓電傳感器的脈沖信號(hào)由壓電效應(yīng)的一些介質(zhì)所產(chǎn)生的力。壓電效應(yīng)是指某些電介質(zhì)在一個(gè)方向的外力和變形（包括彎曲變形），由于內(nèi)部電荷的極化現(xiàn)象，會(huì)在表面產(chǎn)生電荷。這種現(xiàn)象可以從脈搏信號(hào)提取。方案二：光電傳感器提取脈搏信號(hào)，手指組織可分為皮膚，手指組織肌肉，骨骼和其它非血液組織和血液組織，包括非血液組織的光吸收量是恒定的，而血液的搏動(dòng)，動(dòng)脈血與靜脈血很弱，可以忽略，因此，光透過手指的變化后，僅有動(dòng)脈血充盈引起的，所以在恒定光源

20、的波長照射，通過手指檢測(cè)光強(qiáng)度將間接測(cè)量人體脈搏信號(hào)。壓電傳感器光電傳感器很容易購買，所以本文采用光電傳感器提取人體脈搏信號(hào)。2.4時(shí)鐘芯片的選型和論證方案一：?jiǎn)纹瑱C(jī)的定時(shí)計(jì)數(shù)器提供秒信號(hào)，使用程序?qū)崿F(xiàn)時(shí)間計(jì)數(shù)。雖然這種方法可以減少時(shí)鐘芯片的使用，節(jié)約成本，然而，時(shí)間誤差較大，在需要精確的時(shí)鐘信號(hào)的開發(fā)過程是不可行的。方案二：用ds1302時(shí)鐘芯片，ds1302的時(shí)鐘是一個(gè)高性能的實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路，功耗低，它可以對(duì)年，月，日，星期，時(shí)間，分鐘，秒計(jì)時(shí)，具有閏年補(bǔ)償功能，工作電壓為2.5v至5.5v的。通過三線接口與單片機(jī)進(jìn)行通信，時(shí)鐘信號(hào)或ram數(shù)據(jù)可以用于突發(fā)的多字節(jié)傳輸。ds1302內(nèi)部有一個(gè)

21、31×8的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器ram暫存。ds1302是ds1202的升級(jí)換代產(chǎn)品，與ds1202兼容，但增加了主電源/雙備份電源引腳，同時(shí)提供備用電源充電涓流的能力。其主要特點(diǎn)是使用串行數(shù)據(jù)傳輸，可提供充電功能的可編程的掉電保護(hù)電源，并且可以關(guān)閉充電功能。采用普通32.768khz晶體作為標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘。所以使用ds1302作為一個(gè)時(shí)鐘模塊。2.5系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)概述圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖stc89c52、按鍵、lcd1602、光電傳感器、時(shí)鐘模塊、運(yùn)放等構(gòu)成，系統(tǒng)設(shè)有四個(gè)按鍵，可以設(shè)置上下限脈搏數(shù)，當(dāng)超過范圍的時(shí)候單片機(jī)會(huì)驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)響，脈搏測(cè)量的時(shí)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(dòng)的

22、時(shí)候，血液的透光性不一樣會(huì)導(dǎo)致接收器那邊接收的信號(hào)強(qiáng)弱不一樣，間接的把人脈搏信號(hào)傳回，通過運(yùn)放對(duì)其進(jìn)行放大、整形后連接到單片機(jī)的io口，單片機(jī)利用外部中斷對(duì)其進(jìn)行計(jì)數(shù)，最終換算成人一分鐘脈搏的跳動(dòng)次數(shù)，最終顯示在液晶屏上。除此之外系統(tǒng)還帶一個(gè)定時(shí)提醒測(cè)量的時(shí)鐘功能，用戶可以設(shè)定鬧鐘時(shí)間。3.系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)3.1主控模塊主控模塊模塊在整個(gè)系統(tǒng)中起著統(tǒng)籌的作用，需要檢測(cè)鍵盤等各種參數(shù)，同時(shí)驅(qū)動(dòng)液晶顯示相關(guān)參數(shù)，在這里我們選用了51系列單片機(jī)中的stc89c52單片機(jī)作為系統(tǒng)的主控芯片。stc89c52有40個(gè)引腳，4個(gè)8位并行i/o口，1個(gè)全雙工異步串行口，同時(shí)內(nèi)含5個(gè)中斷源，2個(gè)優(yōu)先級(jí)，2個(gè)1

23、6位定時(shí)/計(jì)數(shù)器。stc89c52的存儲(chǔ)器系統(tǒng)由4k的程序存儲(chǔ)器(掩膜rom)，和128b的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(ram)組成3。stc89c52單片機(jī)的基本組成框圖見圖3-1。圖3-1 stc89c52單片機(jī)結(jié)構(gòu)圖 3.1.1 stc89c52單片機(jī)主要特性1、一個(gè)8位的微處理器（cpu）。2、片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器ram（128b），可以讀/寫操作的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，如中間結(jié)果，最終結(jié)果要顯示數(shù)據(jù)，用stc89系列單片機(jī)提供高達(dá)1k的ram。3、片內(nèi)程序存儲(chǔ)器rom（4kb），用于存儲(chǔ)程，一些原始數(shù)據(jù)和表格。但也有一些單片機(jī)內(nèi)部無rom/eprom，如8031，8032，80c31等。目前的發(fā)展趨勢(shì)是ram和rom

24、芯片集成在一個(gè)芯片，便于提高系統(tǒng)抗干擾能力的用戶設(shè)計(jì)。stc公司推出的89系列單片機(jī)集成16k，32k，64k flash存儲(chǔ)器，用戶可以根據(jù)需要選擇。4、四個(gè)8位并行i/o接口p0 p3，每個(gè)口可以用作輸入，也可以用作輸出。5、個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，每個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器可設(shè)置和計(jì)數(shù)的方式，用來計(jì)數(shù)外部事件，可以設(shè)置成定時(shí)方式，并可以根據(jù)計(jì)數(shù)或定時(shí)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制的結(jié)果。為了方便的串行通信的設(shè)計(jì)，52系列將提供3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。6、五個(gè)中斷源的中斷控制系統(tǒng)。新的已經(jīng)超過了5單片機(jī)的中斷源例如stc89e58rd，有9個(gè)中斷源。7、一個(gè)全雙工uart（通用異步接收發(fā)送器）的串行i/o口，用于單片

25、機(jī)之間或單片機(jī)與微機(jī)之間的串行通信。8、片上振蕩器和時(shí)鐘產(chǎn)生電路，但石英晶體和電容需要外接。最高振蕩頻率為12mhz。并且，stc89v58rd最高振蕩頻率可達(dá)40mhz，大大提高了指令的執(zhí)行速度3。圖3-2 stc89c52單片機(jī)管腳圖3.1.2 stc89c52單片機(jī)的中斷系統(tǒng)stc89c52系列單片機(jī)的中斷系統(tǒng)有5個(gè)中斷源，2個(gè)優(yōu)先級(jí)，可以實(shí)現(xiàn)二級(jí)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(qǐng)求；由中斷優(yōu)先級(jí)寄存器ip安排各中斷源的優(yōu)先級(jí)；同一優(yōu)先級(jí)內(nèi)各中斷同時(shí)提出中斷請(qǐng)求時(shí)，由內(nèi)部的查詢邏輯確定其響應(yīng)次序。在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，常常會(huì)有定時(shí)控制需求，如定

26、時(shí)輸出、定時(shí)檢測(cè)、定時(shí)掃描等；也經(jīng)常要對(duì)外部事件進(jìn)行計(jì)數(shù)。stc89c52單片機(jī)內(nèi)集成有兩個(gè)可編程的定時(shí)/計(jì)數(shù)器：t0和t1，它們既可以工作于定時(shí)模式，也可以工作于外部事件計(jì)數(shù)模式，此外，t1還可以作為串行口的波特率發(fā)生器5。3.1.3 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖3-3 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路圖圖3-3為單片機(jī)最小系統(tǒng)電路圖，單片機(jī)最小系統(tǒng)有單片機(jī)、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路組成，時(shí)鐘電路選用了12mhz的晶振提供時(shí)鐘，根據(jù)官網(wǎng)的數(shù)據(jù)手冊(cè)，要讓晶振起振還要配備2個(gè)30pf的電容，時(shí)鐘電路作用為給單片機(jī)提供一個(gè)時(shí)間基準(zhǔn)，其中執(zhí)行一條基本指令需要的時(shí)間為一個(gè)機(jī)器周期，單片機(jī)的復(fù)位電路可以對(duì)單片機(jī)進(jìn)行復(fù)位，按下復(fù)位按

27、鍵之后可以使單片機(jī)進(jìn)入剛上電的起始狀態(tài)，這里rc電路的作用就是讓單片機(jī)有個(gè)充電的過程，為了保證復(fù)位成功電容充放電時(shí)間要大于2us，選擇了10k和10uf較為常規(guī)的值，充放電時(shí)間遠(yuǎn)大于2us。圖中10k排阻為p0口的上拉電阻，由于p0口跟其他io結(jié)構(gòu)不一樣為漏極開路的結(jié)構(gòu)，因此要加上拉電阻才能正常使用5。3.2 lcd液晶顯示器簡(jiǎn)介由于本設(shè)計(jì)中要求顯示界面顯示一些參數(shù)，因此這里選用了lcd1602作為界面顯示，可以把一些相關(guān)的參數(shù)進(jìn)行顯示。 3.2.1 液晶原理介紹液晶顯示器（lcd）英文稱為液晶顯示器，這是一個(gè)液晶來實(shí)現(xiàn)顏色控制透射顯示技術(shù)。與crt顯示器相比，液晶顯示器的優(yōu)勢(shì)是非常明顯的。因

28、為控制是控制光與暗的傳輸，當(dāng)顏色變化，液晶是不變的，所以不需要考慮刷新率的問題。顯示界面用于顯示系統(tǒng)狀態(tài)，數(shù)據(jù)采集的電壓數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)是采用1602lcd液晶顯示模塊。液晶由m行n列的顯示單元構(gòu)成，假定液晶顯示64行，每行有128列，每8列對(duì)應(yīng)1字節(jié)的8位，其中包括16每行字節(jié)，共16×8128點(diǎn)，64×16的屏幕顯示單元顯示1024字節(jié)ram區(qū)對(duì)應(yīng)的屏幕上，內(nèi)容和相應(yīng)的光與暗的對(duì)應(yīng)位置的每一個(gè)字節(jié)。從6×8或8×8點(diǎn)陣組成一個(gè)字符，這是顯示一個(gè)數(shù)對(duì)應(yīng)的位置顯示ram區(qū)的8字節(jié)，并使每個(gè)字節(jié)的比特“1”，“0”，其中“1”控制亮，“0”控制暗，”小暗，于是

29、形成了一個(gè)字符。但對(duì)于字符發(fā)生器的控制器，顯示字符比較簡(jiǎn)單，可以讓控制器工作文本模式，根據(jù)列數(shù)設(shè)置光標(biāo)顯示在lcd上，開始在ram查找相應(yīng)的地址，發(fā)送代碼的字符6。3.2.2液晶模塊簡(jiǎn)介lcd1602液晶顯示模塊采用hd44780控制器，hd44780擁有簡(jiǎn)單和強(qiáng)大的指令集，可以實(shí)現(xiàn)字符運(yùn)動(dòng)，閃爍等功能，單片機(jī)和can通信用lm016l 4位并行傳輸位或4位并行傳輸方式。hd44780控制器是兩個(gè)8位寄存器，指令寄存器（ir）和數(shù)據(jù)寄存器（dr）忙標(biāo)志（bf），顯示數(shù)ram（驅(qū)動(dòng)器），字符發(fā)生器（cgorom），字符發(fā)生器內(nèi)存（ram），地址計(jì)數(shù)器。lcd1602液晶模塊的引腳圖如圖3-4所示

30、。圖3-4 lcd1602引腳圖液晶寄存器選擇控制如表3-1。表3-1寄存器選擇控制rsr/w操作說明00寫入指令寄存器（清除屏等）01讀busy flag（db7），以及讀取位址計(jì)數(shù)器（db0db6）值10寫入數(shù)據(jù)寄存器（顯示各字型等）11從數(shù)據(jù)寄存器讀取數(shù)據(jù)3.2.3液晶顯示部分與stc89c52的接口 如圖3-5所示。用stc89c52的p0口作為數(shù)據(jù)線，用p1.2、p1.1、p1.0分別作為lcd的en、r/w、rs。其中en是下降沿觸發(fā)的片選信號(hào)，r/w讀寫信號(hào)，rs為寄存器選擇信號(hào)，分為：模塊的顯示模塊的初始化設(shè)計(jì)：第一個(gè)清屏，然后設(shè)置接口的數(shù)據(jù)位為8位，顯示行數(shù)為1行，5

31、5;7點(diǎn)陣字體，然后設(shè)定總體顯示，取消光標(biāo)和字體閃爍，最后設(shè)置一個(gè)正向的的增量并且不移位。向lcd發(fā)送緩沖區(qū)字符，在程序中采用2字符數(shù)組，其中一個(gè)顯示字符，另一個(gè)顯示電壓數(shù)據(jù)，顯示文字或數(shù)據(jù)發(fā)送到相應(yīng)的數(shù)組，完成后統(tǒng)一的顯示。顯示緩沖區(qū)先要顯示的字符或數(shù)據(jù)送到液晶經(jīng)過2.5ms延時(shí)，確定是否顯示是不夠的，再加上一個(gè)地址將要顯示的字符或數(shù)據(jù)6。圖3-5 lcd1602與stc89c52的接口3.3鍵盤模塊設(shè)計(jì)本按鍵模塊使用的是多位獨(dú)立按鍵，按鍵一端接io口，一端接地，由于單片機(jī)的io口都有內(nèi)部上拉，因此當(dāng)按鍵沒有按下的時(shí)候，io檢測(cè)到的時(shí)候高電平，當(dāng)按鍵按下的時(shí)候，相當(dāng)于io短接地，因此這時(shí)候單

32、片機(jī)檢測(cè)到的電平為低電平，通過檢測(cè)不同時(shí)刻的io口狀態(tài)就可以判斷按下的是那個(gè)按鍵4。鍵盤模塊電路圖如圖3-6所示。圖3-6鍵盤模塊電路圖3.4蜂鳴器模塊設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)還帶有脈搏超出設(shè)定范圍報(bào)警的功能，當(dāng)檢測(cè)到當(dāng)前的脈搏跳動(dòng)次數(shù)超出用戶所設(shè)定的上限或者下限的時(shí)候，單片機(jī)就可以驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)聲。由于蜂鳴器的工作電流一般比較大，以致于單片機(jī)的i/o口是無法直接驅(qū)動(dòng)的，所以要利用三極管開關(guān)電路來驅(qū)動(dòng)。本處選用的是8550三極管，它是一個(gè)pnp型的三極管，當(dāng)基極給低電平的時(shí)候三極管導(dǎo)通，這時(shí)候蜂鳴器發(fā)聲，當(dāng)給高電平的時(shí)候，三極管關(guān)閉，蜂鳴器不發(fā)聲2。蜂鳴器模塊的電路圖如圖3-7所示。圖3-7蜂鳴器驅(qū)動(dòng)電路圖3

33、.5信號(hào)采集電路設(shè)計(jì)這部分電路的功能是由傳感器的脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，一般為幾十毫伏，必須擴(kuò)大，以達(dá)到所需的電壓形成電路，通常幾伏。對(duì)放大后的脈沖信號(hào)波形不規(guī)則，所以需要濾波整形，整形電路輸出電壓應(yīng)滿足要求2。選擇電路：放大整形電路圖如圖3-8所示。圖3-8 放大整形電路框圖3.5.1 傳感器簡(jiǎn)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(dòng)情況，把脈搏跳動(dòng)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，其原理電路如圖3-9所示。圖3-9 傳感器信號(hào)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取150，r2取33k,當(dāng)人把手指放在發(fā)光二極管和光電二極管之間的時(shí)候，光電二極管接收

34、到的信號(hào)會(huì)隨人脈搏強(qiáng)度的變化而變化。3.5.2 放大電路圖3-10 放大濾波電路圖3-10為脈搏計(jì)的放大濾波信號(hào)，由于脈搏信號(hào)輸出的信號(hào)十分微弱，一般在uv級(jí)別，除此外輸出的信號(hào)一般會(huì)伴隨很大的噪聲干擾，因此在這里用lm358搭建起一個(gè)放大和濾波電路，其中c4和r8,c5和r7起到的是高通電路，可以隔絕低頻干擾，r4和c3，r2和c2起到的是低通濾波的作用，可以隔絕高頻干擾2。3.5.3 整形電路經(jīng)過放大濾波后的脈搏信號(hào)仍是不規(guī)則的脈沖信號(hào)，且有低頻干擾，仍不滿足計(jì)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(yùn)放采用了74hc14，

35、除此外74hc14還接上了一個(gè)led用作指示脈搏跳動(dòng)的狀態(tài)。圖3-11波形整形電路3.5時(shí)鐘模塊的設(shè)計(jì)本系統(tǒng)還附帶有一個(gè)時(shí)鐘模塊，這里除了可以提供時(shí)間信息外，用戶還可以設(shè)定鬧鐘，到時(shí)間點(diǎn)后可以提醒用戶定時(shí)測(cè)量脈搏，本處選用串行日歷時(shí)鐘芯片ds1302。與采用并行總線與單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的時(shí)鐘芯片相比，ds1302與單片機(jī)的連線大為減少，極大的節(jié)省了單片機(jī)的系統(tǒng)資源，單片機(jī)通過讀取ds1302上面的數(shù)據(jù)可以得到實(shí)時(shí)時(shí)間。3.5.1 ds1302概述ds1302的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖3-8所示。圖3-8 ds1302內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖ds1302的引腳排列,其中vcc1為后備電源，vcc2為主電源。在主電源關(guān)閉

36、的情況下，也能保持時(shí)鐘的連續(xù)運(yùn)行。ds1302由vcc1或vcc2兩者中的較大者供電。當(dāng)vcc2大于vcc10.2v時(shí)，vcc2 給ds1302供電。當(dāng)vcc2小于vcc1時(shí)，ds1302由vcc1供電。x1和x2是振蕩源，外接32.76khz晶振。rst是復(fù)位/片選線，通過把rst輸入驅(qū)動(dòng)置高電平來啟動(dòng)所有的數(shù)據(jù)傳送。圖3-9為ds1302的引腳示意圖。圖3-9 ds1302 引腳示意圖vcc，gnd-直流電源輸入引腳，當(dāng)在正常范圍5v電源裝置可以完全訪問，可以讀取和寫入數(shù)據(jù)。當(dāng)3v電池連接到設(shè)備的vcc低于1.25×vbat設(shè)備的讀寫，禁止讀寫數(shù)據(jù)，但是計(jì)時(shí)功能一樣，不受低輸入電

37、壓的影響。當(dāng)電源電壓vcc低于vbat的下降，則ram區(qū)計(jì)時(shí)器將切換到外部電源（標(biāo)稱vbat vbat 3.0v直流電源）。-電池輸入引腳vbat，可以是任意標(biāo)準(zhǔn)3v鋰電池或其他電源。為了使設(shè)備能正常工作，電池電壓必須在2.0 3.5v范圍之間。表3-2 ds1302引腳功能表引腳號(hào)引腳名稱功能1vcc2主電源2，3x1，x2振蕩源，外接32768hz晶振4gnd地線5rst復(fù)位/片選線6i/o串行數(shù)據(jù)輸入/輸出端（雙向）7sclk串行數(shù)據(jù)輸入端8vcc1后備電源3.5.2 ds1302時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片ds1302采用串行數(shù)據(jù)傳輸，可為掉電保護(hù)電源提供可編程的充電功能，也可以關(guān)閉充電功

38、能，芯片采用32.768hz晶振。單片機(jī)通過時(shí)序可以讀出時(shí)鐘芯片內(nèi)部的相關(guān)時(shí)間信息，ds1302的時(shí)鐘電路如圖3-13所示。圖3-13 ds1302時(shí)鐘電路4. 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1系統(tǒng)軟件總體設(shè)計(jì)圖4-1系統(tǒng)流程圖主程序流程圖如圖4-1所示，單片機(jī)上電后先進(jìn)行初始化，清楚一些參數(shù)的初值，然后等待用戶按下對(duì)應(yīng)的按鍵并進(jìn)入對(duì)應(yīng)的功能，如果是則進(jìn)入設(shè)置鬧鐘和時(shí)間以及脈搏上下限等參數(shù)，每個(gè)循環(huán)都會(huì)判斷用戶是否按下測(cè)量按鍵，按下則開啟定時(shí)器測(cè)量脈搏信號(hào)，在測(cè)量過程中時(shí)刻判斷用戶是否按下停止按鍵，按下的停止計(jì)數(shù)，否則繼續(xù)測(cè)量，測(cè)量完成后計(jì)數(shù)出等效一分鐘的脈搏次數(shù)，并顯示出來,然后判斷是否超過用戶設(shè)定的上限

39、次數(shù)和下限次數(shù)，有則驅(qū)動(dòng)蜂鳴器報(bào)警，沒有則取消報(bào)警5。圖4-2 lcd1602初始化子函數(shù)流程圖首先先調(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7。圖4-3 時(shí)鐘模塊子函數(shù)流程圖時(shí)鐘模塊的流程圖如圖4-3所示，一開始先讓時(shí)鐘芯片的復(fù)位引腳置高進(jìn)而啟動(dòng)一次數(shù)據(jù)傳送工作，接著寫一位命令字節(jié)，接著給sclk發(fā)送脈沖信號(hào)，一致循環(huán)直到發(fā)送8個(gè)命令字節(jié)為止。接著是寫數(shù)據(jù)進(jìn)時(shí)鐘芯片，首先先寫入一位數(shù)據(jù)字節(jié)，然后給sclk引腳發(fā)送脈沖，一致循

40、環(huán)寫入8次，這樣就可以把數(shù)據(jù)寫入，最終使復(fù)位引腳變低，這樣就可以完成一次時(shí)鐘芯片的一次操作8。4.2程序設(shè)計(jì)原理軟件部分是做軟件設(shè)計(jì)的總體規(guī)劃的任務(wù)分析。從軟件功能的角度可分為兩大類：一是軟件的實(shí)現(xiàn)，它可以完成所有實(shí)質(zhì)性的功能，如測(cè)量，計(jì)算，顯示，打印和輸出控制和通信，另一個(gè)是監(jiān)控軟件，它的目的是協(xié)調(diào)執(zhí)行模塊和操作作為組織，在軟件系統(tǒng)中軟件的作用調(diào)度。這兩種軟件特性的設(shè)計(jì)方法，對(duì)算法的執(zhí)行效率的設(shè)計(jì)軟件，與硬件密切相關(guān)的，千變?nèi)f化9。軟件需求分析的任務(wù)，應(yīng)將各個(gè)模塊一一列出，并為每個(gè)執(zhí)行模塊的功能定義和接口定義（輸入輸出定義）。在可執(zhí)行模塊的定義，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)類型也將參與規(guī)劃。該軟件任務(wù)分析

41、的另一部分是如何安排的監(jiān)控軟件和執(zhí)行模塊。系統(tǒng)軟件可分為前臺(tái)程序和后臺(tái)程序。后臺(tái)程序是指主程序和子程序調(diào)用，這種程序?qū)?shí)時(shí)性的要求太高，不是延遲甚至數(shù)百幾十ms，ms也沒關(guān)系，它通常是監(jiān)控程序（鍵盤檢測(cè)程序）；對(duì)于一些實(shí)時(shí)性的內(nèi)容，如定時(shí)系統(tǒng)和外部中斷（如電力中斷）。可將全部程序都安排在前臺(tái)，后臺(tái)程序是“讓系統(tǒng)進(jìn)入睡眠狀態(tài)，以利于系統(tǒng)節(jié)能和抗干擾5系統(tǒng)調(diào)試5.1硬件調(diào)試基于單片機(jī)的脈搏計(jì)系統(tǒng)的電路較大，對(duì)于焊接方面更是不可輕視，龐大的電路系統(tǒng)中只要出于一處的錯(cuò)誤，則會(huì)對(duì)檢測(cè)造成很大的不便，而且電路的交線較多，對(duì)于各種鋒利的引腳要注意處理，否則會(huì)刺破帶有包皮的導(dǎo)線，則會(huì)對(duì)電路造成短路現(xiàn)象。在本脈

42、搏計(jì)的設(shè)計(jì)調(diào)試中遇到了很多的問題?；叵脒@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：?jiǎn)栴}1：最開始的時(shí)候以為單片機(jī)io口直接可以驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)聲，后來調(diào)試的時(shí)候久久不能出聲音10。解決：經(jīng)過查找相關(guān)資料，知道揚(yáng)聲器需要三極管來驅(qū)動(dòng)，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(shí)候由于沒想到脈搏信號(hào)十分微弱大概在uv級(jí)別，因此沒有放大足夠的倍數(shù)，單片機(jī)最后沒有檢測(cè)到脈搏的信號(hào)。解決：經(jīng)過查找相關(guān)資料，確定脈搏信號(hào)的幅值范圍后，增加放大器的放大倍數(shù)就解決問題。5.2軟件調(diào)試基于單片機(jī)的脈搏計(jì)系統(tǒng)是多功能的數(shù)字型系統(tǒng)，所以對(duì)于它的程序也較為復(fù)雜,所以在編寫程序和調(diào)試時(shí)出現(xiàn)了相對(duì)較

43、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：?jiǎn)栴}1：燒入程序后，lcd液晶顯示閃動(dòng),而且亮度不均勻。解決：首先對(duì)調(diào)用的延時(shí)進(jìn)行逐漸修改，可以解決顯示閃動(dòng)問題。其次，由于本作品使作動(dòng)態(tài)掃描方式顯示的數(shù)字，動(dòng)態(tài)掃描很快，人的肉眼是無法看出10,但是調(diào)用的顯示程序時(shí)，如果不在反回時(shí)屏蔽掉最后的附值，則會(huì)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。問題2：當(dāng)用戶按下按鍵的時(shí)候，單片機(jī)讀取的數(shù)值跟設(shè)定的數(shù)值不對(duì)。解決：重新檢查矩陣鍵盤電路的連接，重新建立一個(gè)新的對(duì)應(yīng)關(guān)系。5.3調(diào)試結(jié)果（1）在測(cè)試中遇到lcd液晶為不顯示時(shí),首先使用試測(cè)儀對(duì)電路進(jìn)行測(cè)試,觀察是否存在漏焊,虛焊,或者元件損壞.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。6.結(jié)論通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我學(xué)到了不少課本上沒有的知識(shí)，也鍛煉了自己的動(dòng)手能力，將以前學(xué)過的零散的知識(shí)串到一起。經(jīng)過我長時(shí)間的設(shè)計(jì)及調(diào)試，本系統(tǒng)基本能實(shí)現(xiàn)基于單片機(jī)的脈搏計(jì)的所有功能。不足之處有：1.硬件的穩(wěn)定性有待進(jìn)一步提高2.系統(tǒng)人性化還不足。我