基于單片機(jī)的脈搏測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì)

1、1 基于單片機(jī)的脈搏測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的脈搏測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì)摘要摘要： 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,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。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，以光電傳感器利用單片機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部定時(shí)器來計(jì)算時(shí)間，由光電傳感器感應(yīng)產(chǎn)生信號(hào)，單片機(jī)通過對(duì)信號(hào)累加得到脈搏跳動(dòng)次數(shù)，時(shí)間由定時(shí)器定時(shí)而得。系統(tǒng)運(yùn)行中可以通過觀察指示燈閃爍，若均勻閃爍說明測(cè)量值準(zhǔn)確。系統(tǒng)停止運(yùn)行時(shí)，能夠顯示總的脈搏次數(shù)和時(shí)間。經(jīng)測(cè)試，系統(tǒng)工作正常，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。本設(shè)計(jì)利用

2、紅外光電傳感器產(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。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，結(jié)果最終可以把采集到的脈搏信號(hào)顯示在 LCD1602 上。關(guān)鍵詞：STC89C52；脈搏測(cè)量?jī)x；LCD 顯示器；光電傳感器0 前 言脈搏測(cè)量在有脈搏時(shí)遮擋光線，無脈搏時(shí)透光強(qiáng)，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(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

3、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。從脈搏波中提取人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(jī)為核心，以光電傳感器利用單片機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部定時(shí)器來計(jì)算時(shí)間，由光電傳感器感應(yīng)產(chǎn)生信號(hào)，單片機(jī)通過對(duì)信號(hào)累加得到脈搏跳動(dòng)次數(shù)，時(shí)間由定時(shí)器定時(shí)而得。系統(tǒng)運(yùn)行中可以通過觀察指示燈閃爍，若均勻閃爍說明測(cè)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(qiáng)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

4、理病理的血流特征,但人體的生物信號(hào)多屬于強(qiáng)噪聲背景下的低頻的弱信號(hào), 脈搏波信號(hào)更是低頻微弱的非電生理信號(hào), 必需經(jīng)過放大和后級(jí)濾波以滿足2 采集的要求。1 總體方案的論證與設(shè)計(jì)1.1 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)3。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

5、便地實(shí)現(xiàn)程序的下載與整機(jī)的調(diào)試。因此選用方案二中的 51 系列單片機(jī)作為主控芯片。1.2 顯示模塊的選型和論證方案一：采用點(diǎn)陣式數(shù)碼管顯示，點(diǎn)陣式數(shù)碼管是由八行八列的發(fā)光二極管組成，對(duì)于顯示文字比較合適，如采用在顯示數(shù)字顯得太浪費(fèi)，且價(jià)格也相對(duì)較高，所以不用此種作為顯示。方案二：采用 LED 數(shù)碼管動(dòng)態(tài)掃描，LED 數(shù)碼管價(jià)格雖適中，對(duì)于顯示數(shù)字也最合適，而且采用動(dòng)態(tài)掃描法與單片機(jī)連接時(shí)，占用單片機(jī)口線少。但是由于數(shù)碼管動(dòng)態(tài)掃描需要借助 74LS164 移位寄存器進(jìn)行移位，該芯片在電路調(diào)試時(shí)往往有很多障礙，所以不采用 LED 數(shù)碼管作為顯示。方案三：采用 LCD 液晶顯示屏，液晶顯示屏的顯示功

6、能強(qiáng)大，可顯示大量文字，圖形，顯示多樣，清晰可見，對(duì)于本設(shè)計(jì)而言一個(gè) LCD1602 的液晶屏即可，價(jià)格也還能接受，需要的借口線較多，但會(huì)給調(diào)試帶來諸多方便。所以本設(shè)計(jì)中方案三中的 LCD1602 液顯示屏作為顯示模塊。3 1.3 傳感器的選型和論證方案一：采用壓電傳感器用來提取人的脈搏信號(hào)，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(shí)，由于內(nèi)部電荷的極化現(xiàn)象，會(huì)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(hào)。方案二：采用光電傳感器提取人體脈搏信號(hào)，授予手指組織可以分成皮膚、肌肉、骨骼

7、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(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由動(dòng)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(cè)透過手指的光強(qiáng)將可以間接測(cè)量到人體的脈搏信號(hào)4。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(hào)。1.4 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)概述系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)由 STC89C52、按鍵、LCD1602、光電傳感器、時(shí)鐘模塊、運(yùn)放等構(gòu)成，如圖 2.1 所示，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

8、光電傳感器上面，由于人脈搏跳動(dòng)的時(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。2.系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)2.1 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。51 系列單片機(jī)最初是由 Intel 公司開發(fā)設(shè)計(jì)的，但后來 Intel 公司把 51 核的設(shè)計(jì)方案賣給了幾家大的電子設(shè)計(jì)生產(chǎn)商，譬如

9、 SST、Philip、Atmel 等大4 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(jī)。這些各大電子生產(chǎn)商推出的單片機(jī)都兼容 51 指令、并在 51 的基礎(chǔ)上擴(kuò)展一些功能而內(nèi)部結(jié)構(gòu)是與 51 一致的。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) 16 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。STC89C52 單片機(jī)的基本組成框圖見圖 2.1 所示。時(shí)鐘電路ROM/EPROM/Flash 4KBRAM1

10、28BSFR 21個(gè)定時(shí)個(gè)/計(jì)數(shù)器2CPU總線控制中斷系統(tǒng)5個(gè)中斷源2個(gè)優(yōu)先級(jí)串行口全雙工1個(gè)4個(gè)并行口XTAL2XTAL1RST EAALEPSENP0P1P2P3VssVcc圖 2.1 STC89C52 單片機(jī)結(jié)構(gòu)圖 2.1.1 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)，用以存放可以讀寫的數(shù)據(jù)，如運(yùn)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(jī)最多提供 1K 的RAM。3. 片內(nèi)程序存儲(chǔ)器 ROM(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(jī)內(nèi)部不帶 ROM/EPROM，如 8031，

11、8032，80C31 等。目前單片機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)是將 RAM 和 ROM 都集成在單片機(jī)里面，這樣既方便了用戶進(jìn)行設(shè)計(jì)又提高了系統(tǒng)的抗干擾性。SST 公司推出的 89 系列單片機(jī)分別集成了16K、32K、64K Flash 存儲(chǔ)器，可供用戶根據(jù)需要選用。4. 四個(gè) 8 位并行 IO 接口 P0P3，每個(gè)口既可以用作輸入，也可以用作輸5 出。5. 兩個(gè)定時(shí)器計(jì)數(shù)器，每個(gè)定時(shí)器計(jì)數(shù)器都可以設(shè)置成計(jì)數(shù)方式，用以對(duì)外部事件進(jìn)行計(jì)數(shù)，也可以設(shè)置成定時(shí)方式，并可以根據(jù)計(jì)數(shù)或定時(shí)的結(jié)果實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制。為方便設(shè)計(jì)串行通信，目前的 51 系列單片機(jī)都會(huì)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

12、系統(tǒng)?，F(xiàn)在新推出的單片機(jī)都不只 5 個(gè)中斷源，例如 SST89E58RD 就有 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 IO 口，用于實(shí)現(xiàn)單片機(jī)之間或單機(jī)與微機(jī)之間的串行通信。8. 片內(nèi)振蕩器和時(shí)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(dá) 40MHz，因而大大的提高了指令的執(zhí)行速度。圖 2.2 STC89C52 單片機(jī)管腳圖STC89C51 單片機(jī)管腳如圖 3.2 所示，部分引腳說明：1時(shí)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

13、路反相放大器的輸出端，振蕩電路的頻率就是晶體固有頻率。若需采用外部時(shí)鐘電路時(shí)，該引腳輸入外部時(shí)鐘脈沖。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(hào)輸出。6 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(shí)鐘時(shí)，該引腳必須接地7。2控制信號(hào)引腳 RST,ALE,PSEN 和 EA：RST/VPD(9 腳)：RST 是復(fù)位信號(hào)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(shí)，將5V 電源自動(dòng)兩個(gè)機(jī)器周期(24 個(gè)時(shí)鐘振蕩周期)的高電平時(shí)，就可以完成復(fù)位操作。RST

14、 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(chǔ)在 RAM 中的信息不丟失，從而合復(fù)位后能繼續(xù)正常運(yùn)行。ALE/PROG(30 腳)：地址鎖存允許信號(hào)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(hào)，此頻率為振蕩器頻率 fOSC 的 1/6。CPU 訪問片外存儲(chǔ)器時(shí)，ALE 輸出信號(hào)作為鎖存低 8 位地址的控制信號(hào)。平時(shí)不訪問片外存儲(chǔ)器時(shí)，ALE 端也以振蕩頻率的 1/6 固定輸出正脈沖，因而 ALE 信號(hào)可以用作對(duì)外輸出時(shí)鐘或定時(shí)信號(hào)。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(hào)輸出。如有脈沖信號(hào)

15、輸出，則 8051/8031 基本上是好的。ALE 端的負(fù)載驅(qū)動(dòng)能力為 8 個(gè) LS 型 TTL(低功耗甚高速 TTL)負(fù)載。此引腳的第二功能 PROG 在對(duì)片內(nèi)帶有 4KB EPROM 的 8751 編程寫入(固化程序)時(shí)，作為編程脈沖輸入端。PSEN(29 腳)：程序存儲(chǔ)允許輸出信號(hào)端。在訪問片外程序存儲(chǔ)器時(shí)，此端定時(shí)輸出負(fù)脈沖作為讀片外存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。此引肢接 EPROM 的 OE 端(見后面幾章任何一個(gè)小系統(tǒng)硬件圖)。PSEN 端有效，即允許讀出EPROMROM 中的指令碼。PSEN 端同樣可驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) LS 型 TTL 負(fù)載。要檢查一個(gè) 8051/8031 小系統(tǒng)上電后 CPU

16、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。EA/Vpp(31 腳)：外部程序存儲(chǔ)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(shí)，CPU 只訪問片內(nèi) EPROM/ROM 并執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器中的指令，但當(dāng) PC(程序計(jì)數(shù)器)的值超過 0FFFH(對(duì) 8751/8051 為 4K)時(shí)，將自動(dòng)轉(zhuǎn)去執(zhí)行片外程序存儲(chǔ)器內(nèi)的程序。當(dāng)輸入信號(hào) EA 引腳接低電平(接地)時(shí)，CPU 只訪問外部 EPROM/ROM 并執(zhí)行外部程序存儲(chǔ)器中的指令，而不管是否有片內(nèi)程序存儲(chǔ)器。對(duì)于無片內(nèi) ROM 的 8031 或 8032,需外擴(kuò)

17、 EPROM，7 此時(shí)必須將 EA 引腳接地。此引腳的第二功能是 Vpp 是對(duì) 8751 片內(nèi) EPROM固化編程時(shí)，作為施加較高編程電壓(一般 12V21V)的輸入端8。3輸入/輸出端口 P0/P1/P2/P3：P0 口(P0.0P0.7，3932 腳)：P0 口是一個(gè)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(dòng) 8 個(gè) LS 型 TTL 負(fù)載。當(dāng) P0 口作為輸入口使用時(shí)，應(yīng)先向口鎖存器(地址 80H)寫入全 1,此時(shí) P0 口的全部引腳浮空，可作為高阻抗輸入。作輸入口使用時(shí)要先寫 1,這就是準(zhǔn)雙向口的含義。在 CPU 訪問片外存儲(chǔ)器時(shí)，P0 口分時(shí)提供低 8

18、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。P1 口(P1.0P1.7，18 腳)：P1 口是一個(gè)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(dòng) 4 個(gè) LS 型 TTL 負(fù)載。在 P1 口作為輸入口使用時(shí)，應(yīng)先向 P1 口鎖存地址(90H)寫入全 1,此時(shí) P1 口引腳由內(nèi)部上拉電阻拉成高電平。P2 口(P2.0P2.7，2128 腳)：P2 口是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位準(zhǔn)雙向I/O 口。P 口每位能驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) LS 型 TTL 負(fù)載。在訪問片外 EPROM/RAM 時(shí)，它輸出高 8 位地址。P3 口(P3.0P3.7，1017 腳)：P3 口是一

19、個(gè)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(dòng) 4 個(gè) LS 型 TTL 負(fù)載。P3 口與其它 I/O 端口有很大的區(qū)別，它的每個(gè)引腳都有第二功能，如下：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：(T0)定時(shí)/計(jì)數(shù)器 0 的外部計(jì)數(shù)輸入。P3.5：(T1)定時(shí)/計(jì)數(shù)器 1 的外部計(jì)數(shù)輸入。P3.6：(WR#)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通。P3.7：(RD#)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通。2.1.2 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

20、 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8 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。2.1.3 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) 圖 2.3 為單片機(jī)最小系統(tǒng)電路圖

21、，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，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，按下復(fù)位按鍵之后可以使單片機(jī)進(jìn)入剛上電的起始狀態(tài)。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。圖 2.3 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路圖2.2 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。液晶顯示器(LCD)英文全稱為 Liquid Crystal Display，它一種是采

22、用了液晶控制透光度技術(shù)來實(shí)現(xiàn)色彩的顯示器。和 CRT 顯示器相比，LCD 的優(yōu)點(diǎn)是很明顯的。由于通過控制是否透光來控制亮和暗，當(dāng)色彩不變時(shí)，液晶也9 保持不變，這樣就無須考慮刷新率的問題。LCD1602 液晶模塊的引腳圖如圖2.4 所示。圖 2.4 LCD1602 引腳圖顯示接口用來顯示系統(tǒng)的狀態(tài)，命令或采集的電壓數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)顯示部分用的是 LCD 液晶模塊，采用一個(gè) 162 的字符型液晶顯示模塊。點(diǎn)陣圖形式液晶由 M 行N 列個(gè)顯示單元組成，假設(shè) LCD 顯示屏有 64 行，每行有 128 列，每 8 列對(duì)應(yīng) 1 個(gè)字節(jié)的 8 個(gè)位，即每行由 16 字節(jié)，共 168=128 個(gè)點(diǎn)組成，屏上

23、6416 個(gè)顯示單元和顯示 RAM 區(qū) 1024 個(gè)字節(jié)相對(duì)應(yīng)，每一字節(jié)的內(nèi)容和屏上相應(yīng)位置的亮暗對(duì)應(yīng)。一個(gè)字符由 68 或 88 點(diǎn)陣組成，即要找到和屏上某幾個(gè)位置對(duì)應(yīng)的顯示 RAM 區(qū)的 8 個(gè)字節(jié)，并且要使每個(gè)字節(jié)的不同的位為1，其它的為0，為1的點(diǎn)亮，為0的點(diǎn)暗，這樣一來就組成某個(gè)字符。但對(duì)于內(nèi)帶字符發(fā)生器的控制器來說，顯示字符就比較簡(jiǎn)單了，可讓控制器工作在文本方式，根據(jù)在 LCD 上開始顯示的行列號(hào)及每行的列數(shù)找出顯示 RAM 對(duì)應(yīng)的地址，設(shè)立光標(biāo)，在此送上該字符對(duì)應(yīng)的代碼即可。2.2.2 液晶模塊簡(jiǎn)介LCD1602 液晶模塊采用 HD44780 控制器，hd44780 具有簡(jiǎn)單而功

24、能較強(qiáng)的指令集，可以實(shí)現(xiàn)字符移動(dòng)，閃爍等功能，LM016L 與單片機(jī) MCU 通訊可采用 8 位或 4 位并行傳輸兩種方式，hd44780 控制器由兩個(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（DDRAM），字符發(fā)生器 ROMA（CGOROM）字符發(fā)生器 RAM（CGRAM），地址計(jì)數(shù)器RAM(AC)。IR 用于寄存指令碼，只能寫入不能讀出，DR 用于寄存數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)由內(nèi)部操作自動(dòng)寫入 DDRAM 和 CGRAM,或者暫存從 DDRAM 和 CGRAM 讀出的數(shù)據(jù)，BF 為 1 時(shí)，液晶模塊處于內(nèi)部模式，不響應(yīng)外部操作指令和接受數(shù)據(jù)，DDTAM 用來存

25、儲(chǔ)顯示的字符，能存儲(chǔ) 80 個(gè)字符碼，CGROM 由 8 位字符碼生成 5*7 點(diǎn)陣字符 160 中和 5*10 點(diǎn)陣字符 32 種.8 位字符編碼和字符的對(duì)應(yīng)關(guān)系， CGRAM 是為用戶編寫特殊字符留用的，它的容量?jī)H 64 字節(jié)，可以自定義 8 個(gè) 5*7 點(diǎn)陣字符或者 4 個(gè) 5*10 點(diǎn)陣字符，AC 可以存儲(chǔ) DDRAM 和CGRAM 的地址，如果地址碼隨指令寫入 IR,則 IR 自動(dòng)把地址碼裝入 AC，同時(shí)10 選擇 DDRAM 或 CGRAM。液晶寄存器選擇控制如表 2.1。表 2.1 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）

26、，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)2.2.3 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 是讀寫信號(hào)，RS 是寄存器選擇信號(hào)本模塊設(shè)計(jì)要點(diǎn)如下：顯示模塊初始化：首先清屏，再設(shè)置接口數(shù)據(jù)位為 8 位，顯示行數(shù)為 1 行，字型為 57 點(diǎn)陣，然后設(shè)置為整體顯示，取消光標(biāo)和字體閃爍,最后設(shè)置為正向增量方式且不移位10。向LCD 的顯示緩沖區(qū)中送字符，程序中采

27、用 2 個(gè)字符數(shù)組，一個(gè)顯示字符，另一個(gè)顯示電壓數(shù)據(jù)，要顯示的字符或數(shù)據(jù)被送到相應(yīng)的數(shù)組中，完成后再統(tǒng)一顯示.首先取一個(gè)要顯示的字符或數(shù)據(jù)送到 LCD 的顯示緩沖區(qū)，程序延時(shí) 2.5ms,判斷是否夠顯示的個(gè)數(shù)，不夠則地址加一取下一個(gè)要顯示的字符或數(shù)據(jù)。11 圖 2.5 LCD1602 與 STC89C52 的引腳連接圖2.3 信號(hào)采集電路設(shè)計(jì)此部分電路的功能是由傳感器將脈搏信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，一般為幾十毫伏，必須加以放大，以達(dá)到整形電路所需的電壓，一般為幾伏。放大后的信號(hào)波形是不規(guī)則的脈沖信號(hào)，因此必須加以濾波整形，整形電路的輸出電壓應(yīng)滿足計(jì)數(shù)器的要求。選擇電路：所選放大整形電路框圖如圖 2.6

28、 所示。光電傳感器放大電路有源濾波電路整形電路圖 2.6放大整形電路框圖2.3.1 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 2.7 所示。12 圖 2.7傳感器信號(hào)調(diào)節(jié)原理電路如圖 2.7 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，光電二極管接收到的信號(hào)會(huì)隨人脈搏強(qiáng)度的變化而變化11。2.3.2 濾波電路圖 2.10 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

29、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。13 圖 2.10放大濾波電路2.3.3 放大整形電路經(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2.11 所示，其目的是為了提高抗干擾能力。集成運(yùn)放采用了 LM358，除此外LM358 還接上了一個(gè) LED 用作指示脈搏跳動(dòng)的狀態(tài)。圖 2.11 波形整形電路3.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)3.1 系統(tǒng)軟件總體設(shè)計(jì)主程序流程圖如圖 3.1 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，當(dāng)用戶按下測(cè)量按鍵的時(shí)候流

30、程如圖 4.1 所示，單片機(jī)通過定時(shí) 15s 測(cè)量人體的脈搏次數(shù)流程，然后再換算出對(duì)應(yīng)的真實(shí)的脈搏次數(shù)再在液晶屏幕上顯示， 。14 圖 3.1 系統(tǒng)流程圖當(dāng)用戶按下設(shè)置脈搏范圍設(shè)定按鍵后，單片機(jī)根據(jù)用戶按下的按鍵進(jìn)行增加或減少范圍，其流程圖如圖 3.2 所示：15 圖 3.2 按鍵子模塊流程圖首先先調(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，如圖 3.3 所示。調(diào)用自定義字庫設(shè)置DDRAM地址，在第一行顯示設(shè)置顯示數(shù)據(jù)首地址

31、循環(huán)量設(shè)置取字符代碼循環(huán)完？設(shè)置DDRAM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)置取字符代碼循環(huán)完？結(jié)束圖 3.3 LCD1602 初始化子函數(shù)流程圖16 3.2 程序設(shè)計(jì)原理軟件任務(wù)分析和硬件電路設(shè)計(jì)結(jié)合進(jìn)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(jì)基本定型后，也就基本上決定下來了。軟件任務(wù)分析環(huán)節(jié)是為軟件設(shè)計(jì)做一個(gè)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(shí)質(zhì)性的功能，如測(cè)量，計(jì)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(jì)方法各有特色，執(zhí)行軟件

32、的設(shè)計(jì)偏重算法效率，與硬件關(guān)系密切，千變?nèi)f化。軟件任務(wù)分析時(shí)，應(yīng)將各執(zhí)行模塊一一列出，并為每一個(gè)執(zhí)行模塊進(jìn)行功能定義和接口定義（輸入輸出定義） 。在各執(zhí)行模塊進(jìn)行定義時(shí)，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。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(duì)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(gè)廠長就比較難了。軟件任務(wù)分析的另一個(gè)內(nèi)容是如何安排監(jiān)控軟件和各執(zhí)行模塊。整個(gè)系統(tǒng)軟件可分為后臺(tái)程序（背景程序）和前臺(tái)程序。后臺(tái)程序指主程序及其調(diào)用的子程序，這類程序?qū)?shí)時(shí)性要求不是太

33、高，延誤幾十 ms 甚至幾百 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(tái)程序中執(zhí)行；而前臺(tái)程序安排一些實(shí)時(shí)性要求較高的內(nèi)容，如定時(shí)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(tái)，后臺(tái)程序?yàn)椤笆瓜到y(tǒng)進(jìn)入睡眠狀態(tài)”，以利于系統(tǒng)節(jié)電和抗干擾。4 系統(tǒng)調(diào)試4.1 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)字型設(shè)計(jì)， ，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，最終調(diào)試成功。由于 Proteus 中缺少傳感器等相關(guān)元器件，故選用開關(guān)的閉合與斷開時(shí)高低電平的

34、變化來表示脈搏的跳動(dòng)，其仿真圖如圖 4.1 所示：17 圖 4.1 仿真模擬圖在軟件的調(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,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。4.2 硬件調(diào)試基于單片機(jī)的脈搏計(jì)系統(tǒng)的

35、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14。在本脈搏計(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：18 問題 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。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

36、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。4.3 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(cè)到的脈沖還是很弱，在確定電路沒有問題的情況下，加強(qiáng)信號(hào)的放大倍數(shù)，調(diào)整電阻R23和R27的阻值。2.時(shí)鐘的調(diào)試根據(jù)晶體振蕩頻率計(jì)算出內(nèi)部定時(shí)器的基本參數(shù)，通過運(yùn)行一段時(shí)間可通過秒表來校正后,看時(shí)間誤差的量,以這個(gè)量為依據(jù)改變程序中的內(nèi)部定時(shí)器基本參數(shù),就可使時(shí)鐘調(diào)準(zhǔn)確。3.開機(jī)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(xiǎn)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。

37、4.顯示正常但經(jīng)適當(dāng)運(yùn)動(dòng)后測(cè)量，脈搏次數(shù)沒有增加可能是前置放大級(jí)有問題，可采用更換的辦法判斷并排除。5.進(jìn)人測(cè)量狀態(tài), 但測(cè)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(jī)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 結(jié)論通過這次課程設(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。19 我的綜合設(shè)計(jì)主

38、要涉及硬件和軟件兩方面的內(nèi)容，通過這些我的硬件和軟件開發(fā)能力都獲得了提高。首先硬件方面，基本了解了電子產(chǎn)品的開發(fā)流程和所要做的工作?；菊莆樟?Protel 原理圖的方法，并設(shè)計(jì)了一個(gè)單片機(jī)最小系統(tǒng)。通過開發(fā)板的設(shè)計(jì)和硬件搭建的過程，使我對(duì) 51 系單片機(jī)的接口有了更深層次的理解，熟悉了一些單片機(jī)常用的外圍電路引腳和連接方法，如 LCD 液晶，鍵盤等。并且我學(xué)會(huì)了分析問題解決問題的能力，加深了對(duì)所學(xué)理論知識(shí)的理解和運(yùn)用。我的動(dòng)手能力得到了很大的提高，創(chuàng)新意識(shí)得到了鍛煉。參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)1陳權(quán)昌.李興富.單片機(jī)原理及應(yīng)用M.廣州:華南理工大學(xué)出版社,2007.8.2李慶亮.C 語言程序設(shè)計(jì)實(shí)用教

39、程M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2005.3.3楊志忠.數(shù)字電子技術(shù)M.北京:高等教育出版社,2003.12.4及力.Protel 99 SE 原理圖與 PCB 設(shè)計(jì)教程M.北京:電子工業(yè)出版社,2007.8.5徐江海.單片機(jī)實(shí)用教程M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2006.126胡宴如.模擬電子技術(shù)M.北京:高等教育出版社,2008.6.7劉寧.單片機(jī)多功能時(shí)鐘的設(shè)計(jì)M.浙江:浙江海洋學(xué)院,2009. 8汪文.陳林.單片機(jī)原理及應(yīng)用M.湖北:華中科技大學(xué)出版社,2007.9康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字部分M.北京:高等教育出版社,2008.10鄧奕、馬雙寶、謝龍漢，PROTEL 99 SE 原理圖與 PC

40、B 設(shè)計(jì)M，北京：人民郵電出版社，2010. 20 課設(shè)體會(huì)在這次課程設(shè)計(jì)的過程中，我的指導(dǎo)老師給予了我很大的幫助，提供了相關(guān)的資料，對(duì)我的課程設(shè)計(jì)作品給予了指導(dǎo)和支持。使我順利圓滿的完成了此次課稱設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)。在此，向指導(dǎo)老師表示衷心的感謝。通過本次課程設(shè)計(jì)，我進(jìn)一步了解掌握了單片機(jī)的使用。讓我對(duì)單片機(jī)的應(yīng)用產(chǎn)生了濃厚的興趣。課程設(shè)計(jì)是一門獨(dú)立的科目，但需要的知識(shí)很廣泛，需要查閱許多資料，充分鍛煉我們的動(dòng)手能力，從每一步的設(shè)計(jì)，到每一步的調(diào)試，最后的焊接，每一部分都會(huì)出現(xiàn)意想不到的問題。但通過自己的檢查，獨(dú)立思考，基本上都得到了解決。更加讓我明白了實(shí)踐出真知的道理，動(dòng)手能力得到最大化的鍛煉。回顧

41、整個(gè)課程設(shè)計(jì)期間，又苦又甜，真正體驗(yàn)到通過不懈努力解決問題的暢快，困難的出現(xiàn)也證明了我在某些方面的欠缺，比如說編程，焊接的過程。在以后的時(shí)間里，會(huì)著重學(xué)習(xí)這些。課本上的知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，所以我要的提高的地方還很多，我會(huì)繼續(xù)努力的。 最后，再次感謝學(xué)院給了我們機(jī)會(huì)，以及自動(dòng)化學(xué)院的各位老師和許多的朋友、同學(xué)在各個(gè)方面給予了我很多的幫助和支持，讓我堅(jiān)持到了最后，謝謝你們！2016 年 1 月 9 日完成21 附 錄 1 系統(tǒng)整體原理圖22 附錄 2 系統(tǒng)源程序#include /調(diào)用單片機(jī)頭文件#define uchar unsigned char /無符號(hào)字符型 宏定義 變量范圍 0255#de

42、fine uint unsigned int /無符號(hào)整型 宏定義變量范圍 065535#include sbit dq = P15;/18b20 IO 口的定義sbit beep = P14; /蜂鳴器 IO 口定義bit flag_300ms ;uchar code table_num=0123456789abcdefg;sbit rs=P10; /寄存器選擇信號(hào) H:數(shù)據(jù)寄存器 L:指令寄存器sbit rw=P11; /寄存器選擇信號(hào) H:數(shù)據(jù)寄存器 L:指令寄存器sbit e =P12; /片選信號(hào) 下降沿觸發(fā)unsigned char i=0,timecount=0,displayO

43、K=0,rate=0,aa=0;unsigned int time6=0;/*1ms 延時(shí)函數(shù)*/void delay_1ms(uint q)uint i,j;for(i=0;iq;i+)for(j=0;j110;j+);23 /* 名稱 : delay_uint()* 功能 : 小延時(shí)。* 輸入 : 無* 輸出 : 無*/void delay_uint(uint q)while(q-);/* 名稱 : write_com(uchar com)* 功能 : 1602 命令函數(shù)* 輸入 : 輸入的命令值* 輸出 : 無*/void write_com(uchar com)e=0;rs=0;rw=0;P0=com;delay_uint(25);e=1;24 delay_uint(100);e=0;/* 名稱 : write_data(uchar dat)* 功能 : 1602 寫數(shù)據(jù)函數(shù)* 輸入 : 需要寫入 1602 的數(shù)據(jù)* 輸出 : 無*/void write_data(uchar dat)e=0;rs=1;rw=1;P0=dat;delay_uint(25);e=1;delay_uint(100);e=0;/* 名稱 : write_