心電圖數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設計

1、文檔供參考，可復制、編制，期待您的好評與關注！ 目錄摘要2第一章 緒論31.1引言31.2 本課題研究意義3第二章 本課題主要硬件設計內(nèi)容102.1心電信號采集112.1.1帶通濾波電路132.1.2工頻陷波電路142.1.3主放大電路152.1.4 A/D轉(zhuǎn)換162.1.5 ADC0809內(nèi)部功能與引腳介紹162.1.6 AT89C51與ADC0809的接口182.1.7 時鐘源設計192.1.9 復位電路設計191.1.10 顯示電路19第三章 系統(tǒng)主要程序設計20第四章 系統(tǒng)原理圖26總結 27參考文獻 28摘 要心臟病已成為危害人類健康的主要疾病之一。據(jù)統(tǒng)計，心血管疾病是威脅人類生命的

2、主要疾病，世界上心臟病的死亡率仍占首位。因此，對心血管疾病的診斷、治療一直被世界各國醫(yī)學界所重視，準確地進行心電信號提取，為醫(yī)生提供有效的輔助分析手段是重要而有意義的課題。隨著電子技術的迅速發(fā)展，醫(yī)用心電信號采集系統(tǒng)近年來己在臨床診斷中逐漸應用。首先，設計心電采集模塊，包括心電前置放大器、帶通濾波電路、線性光耦放大電路、50 Hz陷波電路、35 Hz陷波電路及電平抬升電路， A/D 轉(zhuǎn)換電路輸出顯示電路等。其次，由于越來越多的研究者發(fā)現(xiàn)心電圖中變化與大多數(shù)心血管疾病都有著緊密的聯(lián)系，因此，本課題設計了心電信號檢測方法，包括心電信號的采集，放大以及波形的液晶顯示。在論文當中，設計的電路能夠有效的

3、抑制了各種干擾，檢測出良好的心電信號。論文的研究工作基本上達到了設計的要求，為進一步的產(chǎn)品開發(fā)打下了良好的基礎。關鍵詞： 心電信號；數(shù)據(jù)采集；A/D轉(zhuǎn)換；單片機；LCD顯示第 1 章 緒論 1.1 引言 心電信號是人類較早研究并應用于醫(yī)學臨床的生物電信號之一，它比其他生物電信號更易于檢測，并具有一定的規(guī)律性。自 1903 年心電圖引入醫(yī)學臨床以來，無論是在生物醫(yī)學方面，還是在工程學方面，心電信號的記錄、處理與診斷技術均得到了飛速的發(fā)展，并積累了相當豐富的資料。當前，心電信號的檢測、處理仍然是生物醫(yī)學工程界的重要研究對象之一。 1.2 本課題研究意義 心臟病已成為危害人類健康的主要疾病之一據(jù)統(tǒng)計

4、，世界上每年平均有幾百萬人死于心血管疾病，心血管疾病是威脅人類生命的主要疾病。據(jù)統(tǒng)計全世界死亡人數(shù)中，約有三分之一死于此類疾病，很多病人由于沒能及時發(fā)現(xiàn)病變從而延誤了治療。在我國因心血管疾病而死亡的人數(shù)占總死亡人數(shù)的44。可見心臟病己成為危害人類健康的多發(fā)病常見病，因此心臟系統(tǒng)疾病的防治和診斷是當今醫(yī)學界面臨的首要問題。國際上醫(yī)學界人士能夠通過對心電信號的特征、規(guī)律的研究，對部分相關病變做出早期預測和及時診斷；因此，準確地進行心電信號提取，為醫(yī)生提供有效的輔助分析手段是重要而有意義的課題。醫(yī)學實踐表明，對猝發(fā)性心律失?；颊撸绻軌蚣霸绨l(fā)現(xiàn)心律失常先兆，及時采取搶救措旋，其中7080的患者可以

5、避免死亡。隨著電于技術的迅速發(fā)展，醫(yī)用電子監(jiān)測、監(jiān)護系統(tǒng)，近年來己在臨床中普遍應用。這類儀器是以心電圖作為首位監(jiān)護參數(shù)的，所以也稱為心電監(jiān)護。 常規(guī)心電圖是病人在醫(yī)院靜臥情況下由心電圖儀記錄下來的心電活動，一般有12個導聯(lián)，反映了額面和橫面上的心電變化，可以從多個角度觀察到心臟的活動情況。對心肌梗塞、早搏、左前支阻塞和左后分支阻塞等進行定位診斷，是心臟病診斷的重要手段之一，但是常規(guī)心電圖僅記錄6100個心動周期，歷時僅幾秒1分鐘左右，只能獲取較少有關心臟狀態(tài)的信息。一個正常人一天24小時心搏數(shù)達10萬次以上，在有限的時間內(nèi)，記錄發(fā)生心率失常的概率相當?shù)?，尤其是一些陣發(fā)性心率失常，即使病人有自覺

6、癥狀，但在做常規(guī)心電圖檢查時也往往難以捕獲。研究發(fā)現(xiàn)監(jiān)測lrain心電圖只能檢出10病人的心率失常，24h則可達到85%90%。在人的日?；顒舆^程中進行心電監(jiān)護，長時間不間斷地記錄得到的動態(tài)心電圖，包含各種情況下的心電圖形。這樣它就能發(fā)現(xiàn)常規(guī)心電圖檢查時不易發(fā)現(xiàn)的短暫心律失常和一過性的心肌缺血，并且還能進一步計算出它們發(fā)作的頻率和分析引起它們發(fā)作的條件。因此，動態(tài)心電圖有助于診斷心律失常和心絞痛；有助于鑒別胸痛、心悸、頭暈和昏厥是否由心臟原因所引起；可作為心肌梗塞病人康復期的監(jiān)測；可用于細致研究抗心律失常和抗心絞痛藥物的療效；也用作觀察人工心臟起搏器的治療作用，從而大大提高臨床心電圖診斷的價值

7、。實踐表明，應用動態(tài)心電監(jiān)護進行長時間連續(xù)心電記錄，其24小時動態(tài)心電圖檢查對冠心病心肌缺血的檢出率為70%90%。對癥狀不典型、常規(guī)心電圖檢查正?；騼H有輕微改變、運動實驗陰性或可疑陽性的可疑冠心病人、不穩(wěn)定性心絞痛的病人非常有用，對于冠狀動脈痙攣引起的無癥狀性心肌缺血等癥，尤其有效，而且，這些都是常規(guī)心電圖檢查難以發(fā)現(xiàn)的。此外，由于動態(tài)心電圖能比較不同生理或病理狀態(tài)下的心電圖變化，還可用于醫(yī)學科學研究，例如取得正常情況下的各種心電圖數(shù)據(jù)，與特定狀態(tài)下的相應數(shù)據(jù)進行對比分析等等。可見它的用途是相當廣泛的。動態(tài)心電圖長時間的記錄，不但使心電變化的檢出率發(fā)生量的飛躍，還能使那些平靜、仰臥狀態(tài)下不會

8、出現(xiàn)的心電變化揭示出來，并能了解這些變化與心率、日常生活、癥狀、體位等及其他心電活動變化之間的關系，使心電圖的臨床應用提高到一個新階段。由于心電監(jiān)護能及時捕捉心律的各種異常變化，使醫(yī)生能對病情了如指掌，一旦病兆出現(xiàn)就能及時采取治療措施，從而有效地降低死亡率。因此，能夠記錄分析病人24小時活動過程中的動態(tài)心電圖，并對其分析，給醫(yī)生提供具有診斷價值的資料，對于心臟功能的評估，心臟病的早期診斷非常有益。由于動態(tài)心電監(jiān)護儀其價格的高昂以及我國人口的眾多，經(jīng)濟的落后，到目前為止，我國縣級醫(yī)院大多數(shù)仍沒有配備動態(tài)心電監(jiān)護儀，鄉(xiāng)鎮(zhèn)醫(yī)院除少數(shù)經(jīng)濟條件特別好的外，其余一般醫(yī)院均未配備動態(tài)心電監(jiān)護儀，即使在部分城

9、市中，人口密度大，患者數(shù)量不在少數(shù)，而醫(yī)院中的動態(tài)心電監(jiān)護儀數(shù)量有限，無法因而使得絕大多數(shù)人沒條件使用這種儀器，錯過了及早發(fā)現(xiàn)和治療心血管疾病的時機。需要一種既物美價廉，操作方便，又可滿足臨床要求，以適合我國廣大家庭中使用的同類產(chǎn)品，同時可考慮與省級大醫(yī)院的高檔動態(tài)心電圖相兼容，與之能配套使用。隨著微處理機技術、微電子技術的迅速發(fā)展，研制一種既能自動檢測、存儲心電信號，能對其進行實時監(jiān)視，又可對其進行回放分析的低成本動態(tài)心電監(jiān)測、監(jiān)護及回放分析系統(tǒng)己經(jīng)成為可能。 5前便攜式心電圖儀的設計主要向智能化、系統(tǒng)化和集成化方向發(fā)展。目前市面上常見的便攜式心電儀多數(shù)是采用了前后端的實現(xiàn)方式，前端是以單片

10、機為核心的心電信號采集系統(tǒng)，后端多數(shù)采用的是處理性能較高的嵌入式微處理器。這種處理器性能強大，它使得心電儀在心電數(shù)據(jù)采集、處理、存儲和顯示等功能的基礎上，還能夠?qū)崿F(xiàn)對心電數(shù)據(jù)的分析3。1.2體表心電圖及心電信號的特征分析4心電是心臟的無數(shù)心肌細胞電活動的綜合反映，心電的產(chǎn)生與心肌細胞的除極和復極過程密不可分。心肌細胞在靜息狀態(tài)下，細胞膜外帶有正電荷，細胞膜內(nèi)帶有同等數(shù)量的負電荷，此種分布狀態(tài)稱為極化狀態(tài)，這種靜息狀態(tài)下細胞內(nèi)外的電位差稱為靜息電位，其值保持相對的恒定。當心肌細胞一端的細胞膜受到一定程度的刺激(或閾刺激)時，對鉀、鈉、氯、鈣等離子的通透性發(fā)生改變，引起膜內(nèi)外的陰陽離子產(chǎn)生流動，使

11、心肌細胞除極化和復極化，并在此過程中與尚處于靜止狀態(tài)的鄰近細胞膜構成一對電偶，此變化過程可用置于體表的一定檢測出來。由心臟內(nèi)部產(chǎn)生的一系列非常協(xié)調(diào)的電刺激脈沖，分別使心房、心室的肌肉細胞興奮，使之有節(jié)律地舒張和收縮，從而實現(xiàn)“血液泵”的功能，維持人體循環(huán)系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn)。心電信號從宏觀上記錄心臟細胞的除極和復極過程，在一定程度上客觀反映了心臟各部位的生理狀況，因而在臨床醫(yī)學中有重要意義。每一個心臟細胞的除極和復極過程可以等效于一個電偶極子的活動。為了研究方便和簡化分析，可以把人體看作是一個容積導體，心臟細胞的電偶極子在該容積導體的空間中形成一定方向和大小的電場，所有偶極子電場向量相加，形成綜合向

12、量，即心電向量。當它作用于人體的容積導體時。在體表不同部位則形成電位差，通常從體表檢測到的心電信號就是這種電位差信號。當檢測電極安放位置不同時，得到的心電信號波形也不同，于是產(chǎn)生了臨床上不同的導聯(lián)接法，同時也考慮有可能用體表心電電位分布圖反推心臟外膜電位即心電逆問題的求解。5心電信號的電特性分析6按照美國心電學會確定的標準，正常心電信號的幅值范圍在10V-4mv之間，典型值為1mV。頻率范圍在O.05-100Hz以內(nèi)，而90的ECG頻譜能量集中O.25-35Hz之間，心電信號頻率較低，大量的是直流成分，去掉直流，它的主要頻率范圍是O.05-100Hz，大部分能量集中在O.05-40Hz12。心

13、搏的節(jié)律性和隨機性決定了心電信號的準周期和隨機時變特性。從醫(yī)學理論和實踐可以理解，心電信號受人體生理狀態(tài)和測量過程等多種因素的影響而呈現(xiàn)復雜的形態(tài)；同時，個體的差異也使心電信號千差萬別。闡述心電信號特征的相關文章和書籍很多，本人在認真閱讀和分析的基礎上，得出心電信號特征主要體現(xiàn)在以下四個方面：(1) 微弱性：從人體體表獲取的心電信號一般只有10V-4mV，典型值為1mV。(2) 不穩(wěn)定性：人體信號處于不停的動態(tài)變化當中。(3)低頻特性：人體心電信號的頻率多集中在O.05-100Hz之間。(4)隨機性：人體心電信號反映了人體的生理機能，是人體信號系統(tǒng)的一部分，由于人體的不均勻性，且容易接收外來信

14、號的影響，信號容易隨著外界干擾的變換而變化，具有一定的隨機性。1.3心電信號的噪聲來源7人體心電信號是一種弱電信號，信噪比低。一般正常的心電信號頻率范圍為0.05-100Hz，而90的心電信號(ECG)頻譜能量集中在0.25-35Hz之間13。采集一種電信號時，會受到各種噪聲的干擾，噪聲來源通常有下面幾種：(1)工頻干擾50Hz工頻干擾是由人體的分布電容所引起，工頻干擾的模型由50Hz的正弦信號及其諧波組成。幅值通常與ECG峰峰值相當或更強。(2)電極接觸噪聲電極接觸噪聲是瞬時干擾，來源于電極與肌膚的不良接觸，即病人與檢側系統(tǒng)的連接不好。其連接不好可能是瞬時的，如病人的運動和振動導致松動；也可

15、能是檢測系統(tǒng)不斷的開關、放大器輸入端連接不好等。電極接觸噪聲可抽象為快速、隨機變化的階躍信號，它按指數(shù)形式衰減到基線值，包含工頻成分。這種瞬態(tài)過渡過程可發(fā)生一次或多次、其特征值包括初始瞬態(tài)的幅值和工頻成分的幅值、衰減的時間常數(shù)；其持續(xù)時間一般的1s左右，幅值可達記錄儀的最大值。(3)人為運動人為運動是瞬時的(但非階躍)基線改變，由電極移動中電極與皮膚阻抗改變所引起。人為運動由病人的運動和振動所引起，造成的基線干擾形狀可認為類似周期正弦信號，其峰值幅度和持續(xù)時間是變化的，幅值通常為幾十毫伏。(4)肌電干擾(EMG)肌電干擾來自于人體的肌肉顫動，肌肉運動產(chǎn)生毫伏級電勢。EMG基線通常在很小電壓范圍

16、內(nèi)。所以一般不明顯。肌電干擾可視為瞬時發(fā)生的零均值帶限噪聲，主要能量集中在30-300Hz范圍內(nèi)。(5)基線漂移和呼吸時ECG幅值的變化基線漂移和呼吸時ECG幅值的變化一般由人體呼吸、電極移動等低頻干擾所引起，頻率小于5Hz；其變化可視為一個加在心電信號上的與呼吸頻率同頻率的正弦分量，在O.015-O.3Hz處基線變化變化幅度的為ECG峰峰值的15。(6)信號處理中用電設備產(chǎn)生的儀器噪聲心電信號是由人體心臟發(fā)出的極其精密、相當復雜并且有規(guī)律的微弱信號，外界干擾以及其它因素的存在都會使其變得更為復雜，要準確地對其進行自動檢測、存儲、分析卻是一項十分艱巨的任務。例如，工頻干擾信號對心電圖的影響會使

17、心電信號的特征點定位變得十分困難。因此，心電信號的監(jiān)視、分析必須在建立在有效抑制各種干擾、檢測出良好的心電信號的基礎之上。(7)共模信號(commonmodesignal)：從體表采集到的信號除了人體心臟產(chǎn)生的電信號外，還包含許多與心電無關的電信號。由于體表各個導聯(lián)均可看到這些信號，故稱為共模信號。共模信號強度可以遠遠大于心電信號，從而干擾心電圖分析。第二章 本課題主要硬件設計內(nèi)容本課題是設計心電信號數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，利用單片機實現(xiàn)對心電信號的采集與處理，并通過液晶顯示器顯示心電波形。該心電信號采集系統(tǒng)主要有以下幾個部分組成：l 前置放大電路，從強的噪聲背景中提取心電信號l 帶通濾波電路，使頻率為

18、0.05-100Hz的心電信號通過，該范圍以外的信號將大幅度衰減掉。l 50Hz陷波電路，用于濾掉50Hz工頻干擾。l 主放大電路，將前級放大的心電信號進行再次放大。l A/D轉(zhuǎn)換電路，將系統(tǒng)采集到的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號l 單片機及液晶顯示器輸出電路，處理采集到的數(shù)據(jù)并輸出模擬信號處理2.1心電信號采集生物信號測量有電測量和非電測量，象心電這類信號本身即是電參量，直接加電極于人體即可獲取心電信號。由于生物電信號是兩點的電位差信號，心電信號是變化緩慢的生物電位，當用兩個電極分別引導生物體兩點的電位時，如果兩個電極本身的電位不同則會造成記錄中的偽差(又稱極化電位)。因此我們必須用去極化電極。我們

19、采用了銀氯化銀電極，它就是一種去極化電極。對于數(shù)據(jù)的采集我們使用了一種間歇式的方法。由于記錄電極存在電極極化電位。若兩電極極化電壓極性相同，則作為共模直流信號入前置放大器，前置放大器有高CMRR，可克服一定共模極化電壓。但是通常電極是不對稱的，也就是兩電極極化電壓不等，則兩極化電壓之差作為差模直流信號入前置放大器，會造成前置放大器靜態(tài)工作點的偏離，甚至進入截止或飽和。這種極極化電位的存在限制了前置放大器的增益。因此前端放大增益較小，設計在10左右，是為了避免飽和。過強的高頻信號在通過前級時形成阻塞，進而通過“斬波”的方式產(chǎn)生一個低頻干擾信號。（1）心電測量中，皮膚和電極接觸將引起極化電壓，如果

20、兩個電極完全對稱，這種極化電壓數(shù)值和相位相同，將作為直流共模信號輸入到心電放大器；無處不在的工頻干擾也是一種共模干擾。因而所選放大器一定要有很高的共模抑制比(CMRR)，共模抑制比高能很好地抑制干擾。心電信號前置放大器的共模抑制比一般要在80dB以上。（2）電極和皮膚接觸會存在極化電阻，而被測者身體的移動會導致極化電阻阻抗值發(fā)生變化。極化電阻可以看作是整個電路系統(tǒng)源電阻，和前置放大電路的輸入電阻進行分壓，變化的極化電阻會導致前置放大電路的分壓輸出處于不穩(wěn)定狀態(tài)。所以心電前置放大器必須具有很高的輸入阻抗才能減弱心電信號的衰減影響。信號源阻抗一般在數(shù)十歐姆到數(shù)K歐姆之間，心電前置放大器的輸入阻抗應

21、該比源阻抗至少高兩個數(shù)量級，以保證信號的不失真。(3)由于電子電路溫度變化而造成的零點漂移也能嚴重影響正常的心電信號的檢測，因而要采用低溫漂的元件，尤其是在選擇心電信號放大器時更要選擇低溫漂的產(chǎn)品，否則會影響放大器的輸入范圍，使得微弱的緩變信號無法放大，心電信號中的低頻成分不能得到正確的測量?？傊爸梅糯笃鞯倪x擇要從高共模抑制比、高輸入阻抗、低噪聲和低溫漂這幾個方面著手。 心電前置電路是指輸入的心電信號首先通過一高輸入阻抗的電壓跟隨器，再經(jīng)差分放大輸入到主放大電路的這一部分，主要由輸入電壓保護電路、前置放大電路、右腿驅(qū)動電路、導聯(lián)脫落檢測電路等幾部分組成。置放大器的要求是高輸入阻抗、高共模抑制

22、比、高增益、高穩(wěn)定度、低噪聲、低漂。同時考慮到便攜性，還要同時考慮功耗及體積的特性。前置放大器我們選用美Analog Devices公司的AD620AN.AD620AN0z，是一款價格低廉、性能優(yōu)良的儀表放大器。圖2-5是內(nèi)部結構簡化圖。AD620AN為三運放集成的儀表放大器結構，為保護增益控制的高精度，其輸入端的三極管提供簡單的差分雙極輸入，并采用p工藝獲得更低的輸入偏置電流，通過輸入級內(nèi)部運放的反饋，保持輸入三極管的集電極電流恒定，并使輸入電壓加到外部增益控制電阻Rg上。雖然AD620由傳統(tǒng)的三運算放大器發(fā)展而成，但一些主要性能卻優(yōu)于三運算放大器構成的儀表放大器的設計。前置放大電路2.1.

23、1帶通濾波電路從電極提取過來的的來自人體和電源的噪聲比較強，前置級放大不能抑制所有的工頻干擾，所以需要在前置放大電路和主放大電路之間設計模擬濾波電路。由于人體心電信號的心電信號頻帶主要集中在0. 05 100Hz,所以要求心電放大器在此頻率范圍內(nèi)必須不失真的放大所檢測到的的各種電信號。由于濾波電路的作用是在允許采用信號中所需頻率信號通過的同時，對其他頻率的信號進行有效地衰減，可以采用高通濾波器和低通濾波器來壓縮通頻帶。本次設計采用兩個OP-07運放分別設計二階壓控有源高通濾波和低通濾波器來實現(xiàn)，放大系數(shù)威1有下圖所示。(1)濾波理論 模擬濾波器類型由低通、高通、帶通、帶阻以及全通等，濾波電路傳

24、遞函數(shù)一般采用復頻率表示方式，既S域法。傳遞函數(shù)的零、極點決定了該電路具體的濾波類型?！傲泓c”是分子s多項式的根，“極點”則是分母多項式的根。需要注意的是必須保證系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)，既極點都處于S平面的左半側，否則電路會產(chǎn)生自激振蕩。圖3.7為二階有源濾波器的示意圖，運放接成同相放大器，其增益為 圖3.7 二階有源濾波器示意圖該電路的傳遞函數(shù)推導如下：根據(jù)電路，分別列出節(jié)點C及B的電流方程I=0，得： 聯(lián)立上式可得：賦予Y1到Y4不同的阻容元件，可以得到不同類型的濾波器，令Y1=Y3=1/R，Y2=Y4=SC,則傳遞函數(shù)：該傳遞函數(shù)共有兩個極點而沒有零點，是一個二階低通濾波器。其中，式中 -特征

25、角頻率，K-運放增益，Q-濾波電路的等效品質(zhì)因素，Q值太低，濾波器很難有陡峭的過渡帶。當K3時，母中系數(shù)s項變?yōu)樨?，極點就會移至s平面的右半平面，從而導致系統(tǒng)不穩(wěn)定。如果將低通電路中的R和C的位置互換，就可以得到RC高通電路。即若Y1=Y3=SC,Y2=Y4=1/R,就可以得到二階有源高通濾波器，由于二階高通濾波器與二階低通濾波器在電路結構上存在對稱性，他們的傳遞函數(shù)也存在對偶關系，可得高通濾波器的傳遞函數(shù)為：當?shù)屯ê透咄V波電路串聯(lián)，可以構成帶通濾波電路，條件是低通濾波器的截止角頻率大于高通濾波電路的截止角頻率，兩者覆蓋的通帶就提供了一個帶通響應。(2)心電信號的帶通濾波器設計圖3.8是帶通

26、濾波電路圖，采用兩個運放設計成二階有源高通和低通濾波電路并組合成帶通濾波，兩個運放的增益為1。OP-07(圖中標識為U13和U14)是常用的通用放大器，價格便宜，它具有高精度、低功耗，低偏置的特點。帶通濾波電路2.1.2工頻陷波電路盡管在前置放大電路中，我們采用了低噪聲的集成運放來抑制50HZ工頻干擾，但往往在不同環(huán)境中實際測量時，不能完全消除50HZ工頻干擾。因此我們還要設計一個50HZ陷波器來消除工頻干擾。一般常用帶阻濾波予以抑制。帶阻濾波器又叫陷波器，當50HZ干擾非常嚴重時，可采用以50HZ為中心頻率的陷波器把50HZ的頻率成分濾掉。該陷波器如下圖所示。 工頻陷波電路2.1.3主放大電

27、路心電信號的幅度譽為10uV-5mV，我們選用的A/D轉(zhuǎn)化器的輸入電平要求為0-3.3V，因此必須實現(xiàn)心電信號的高效增益放大600-80倍左右。前置放大器理論上放大了10倍。主放大電路再放大80左右即可。主放大電路有R15 R16和運放組成如下圖所示，這里采用的是同比例放大電路，介入R16可變電阻，可調(diào)節(jié)最佳的增益輸出.主放大電路2.1.4.A/D轉(zhuǎn)換本系統(tǒng)用AT89S51系列單片機，AT89S51系列單片機基于簡化的嵌入式控制系統(tǒng)結構， 具有體積小、重量輕，具有很強的靈活性，并采用ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，具有很高的穩(wěn)定性，且節(jié)約成本。2.1.5 ADC0809內(nèi)部功能與引腳介紹ADC08

28、09八位逐次逼近式AD轉(zhuǎn)換器是一種單片CMOS器件，包括8位模擬轉(zhuǎn)換器、8通道轉(zhuǎn)換開關和與微處理器兼容的控制邏輯。8路轉(zhuǎn)換開關能直接連通8個單端模擬信號中的任何一個。其內(nèi)部結構如圖2-2所示。圖2-2 ADC0809內(nèi)部結構1.ADC0809主要性能u 逐次比較型u CMOS工藝制造u 單電源供電u 無需零點和滿刻度調(diào)整u 具有三態(tài)鎖存輸出緩沖器，輸出與TTL兼容u 易與各種微控制器接口u 具有鎖存控制的8路模擬開關u 分辨率：8位 圖2-3 A/DC0809引腳u 功耗：15mWu 最大不可調(diào)誤差小于1LSB（最低有效位）u 轉(zhuǎn)換時間（）128usu 轉(zhuǎn)換精度：u ADC0809沒有內(nèi)部時鐘

29、，必須由外部提供，其范圍為101280kHz。典型時鐘頻率為640kHz2.引腳排列及各引腳的功能，引腳排列如圖2-3所示。各引腳的功能如下：IN0IN7：8個通道的模擬量輸入端。可輸入05V待轉(zhuǎn)換的模擬電壓。D0D7：8位轉(zhuǎn)換結果輸出端。三態(tài)輸出，D7是最高位，D0是最低位。A、B、C：通道選擇端。當CBA=000時，IN0輸入；當CBA=111時，IN7輸入。ALE：地址鎖存信號輸入端。該信號在上升沿處把A、B、C的狀態(tài)鎖存到內(nèi)部的多路開關的地址鎖存器中，從而選通8路模擬信號中的某一路。START：啟動轉(zhuǎn)換信號輸入端。從START端輸入一個正脈沖，其下降沿啟動ADC0809開始轉(zhuǎn)換。脈沖寬

30、度應不小于100200ns。EOC：轉(zhuǎn)換結束信號輸出端。啟動A/D轉(zhuǎn)換時它自動變?yōu)榈碗娖?。OE：輸出允許端。CLK：時鐘輸入端。ADC0809的典型時鐘頻率為640kHz，轉(zhuǎn)換時間約為100s。REF(-)、REF(+)：參考電壓輸入端。ADC0809的參考電壓為5V。VCC、GND：供電電源端。ADC0809使用5V單一電源供電。當ALE為高電平時，通道地址輸入到地址鎖存器中，下降沿將地址鎖存，并譯碼。在START上升沿時，所有的內(nèi)部寄存器清零，在下降沿時，開始進行A/D轉(zhuǎn)換，此期間START應保持低電平。在START下降沿后10us左右，轉(zhuǎn)換結束信號變?yōu)榈碗娖?，EOC為低電平時，表示正在轉(zhuǎn)

31、換，為高電平時，表示轉(zhuǎn)換結束。OE為低電平時，D0D7為高阻狀態(tài)，OE為高電平時，允許轉(zhuǎn)換結果輸出。2.1.6、AT89C51與ADC0809的接口ADC0809時鐘信號由單片機的ALE信號2分頻獲得。ADC0809通道地址由P0 口的低3位直接與ADC0809的A、B、C相連。轉(zhuǎn)換后的N個數(shù)據(jù)順序存放到起始地址為data_addr數(shù)據(jù)存區(qū)。5.3、ADC0809的時鐘頻率500KHZ的產(chǎn)生：從單片機 ALE引腳產(chǎn)生的1MHZ頻率，通過D觸發(fā)器后變?yōu)?00KHZ，然后 輸入到0809中的CLK引腳中。而D觸發(fā)器在74LS74芯片可以找到。如圖所示：2.1.7、時鐘源設計時鐘源電路如圖（6）所示

32、，X1和X2之間跨接晶體振蕩器和微調(diào)電容，構成一個穩(wěn)定的自激振蕩器，這就是單片機的時鐘電路，時鐘電路產(chǎn)生的振蕩脈沖經(jīng)過觸發(fā)器進行二分頻之后，才成為單片機的時鐘脈沖信號。2.1.9、復位電路設計復位電路如圖原理圖所示，復位電路具有上電自動復位作用。1.1.10顯示電路 第三章 系統(tǒng)主要程序的設計整個系統(tǒng)軟件設計分為兩個部分，即主程序和中斷服務程序。系統(tǒng)采用模塊化編程，將各部分功能分別實現(xiàn)，主要的功能子程序有：數(shù)據(jù)采集、部分中斷子程序。序流程圖如圖所示主程序外中斷INT0中斷服務程序定時器T0中斷服務程序程序如下 三位顯示12ms循環(huán)一次，每位顯示4ms。 計算定時器初值 晶振頻率6MH，每機器周

33、期2us，采用定時器方式一，初值為X=65535-4000/2=63536=F830H 30H，31H，32H，作為顯示緩沖單元分別存放個 十 百 位的BCD碼。. 程序中的第二表格電壓-心電數(shù)表TAB2是假數(shù)據(jù)并且不全。程序如下：ORG 000H AJMP MAINORG 000BHAJMP DISPORG 0013HAJMP ADMAIN: SETB IT0 ；設置INT0為邊沿觸發(fā)方式 MOV IE, #83H ；INT0 T0中斷開放 MOV IP, #02H ；T0高級優(yōu)先MOV TMOD, #01H ；設置初值 MOV TL0， #30H MOV TH0， #0F8H SETB TR0 ；啟動T0 MOV 30H, #0 ；3個顯示緩沖區(qū) MOV 31H, #0 MOV 32H, #0 MOV A, #0 ； 啟動一次A/D轉(zhuǎn)換 MOV R0， #0 MOV R0, A SJMP $ ；原地踏步 ；T0中斷顯示 ；顯示緩沖百32H 十31H 個30H DISP: MOV TL0, #30H ；T0設初值 MOV TH0, #0F8H MO