基于AT89C52的電子脈搏計的設(shè)計

1、2016年3月10日本科畢業(yè)論文（設(shè)計）題 目基于AT89C52的電子脈搏計的設(shè)計姓 名學(xué) 號專業(yè)年級指導(dǎo)教師職 稱湖北大學(xué)知行學(xué)院本科畢業(yè)論文 目錄 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark8 o Current Document 緒論1 HYPERLINK l bookmark10 o Current Document 第一章簡述2 HYPERLINK l bookmark12 o Current Document 1.1電子脈搏計的設(shè)計背景2 HYPERLINK l bookmark14 o Current Document 1.2脈搏計的研究現(xiàn)狀及其應(yīng)用3

2、HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 第二章總體方案設(shè)計4 HYPERLINK l bookmark18 o Current Document 2.1總體方案設(shè)計概述4 HYPERLINK l bookmark20 o Current Document 2.1電路控制板塊的選取4 HYPERLINK l bookmark22 o Current Document 2.2脈搏顯示器的選取42.3光電傳感器的選取驗證 5 HYPERLINK l bookmark26 o Current Document 第三章脈搏計硬件及電路制作6 HYPERLINK

3、 l bookmark28 o Current Document 51單片機主單元控制模塊6AT89C52單片機簡介 6 HYPERLINK l bookmark30 o Current Document LCD液晶顯示器介紹 7 HYPERLINK l bookmark32 o Current Document 液晶原理介紹7 HYPERLINK l bookmark34 o Current Document 3.2.2顯示模塊簡介7LCD 與 AT89C52的連接8 HYPERLINK l bookmark36 o Current Document 3.3信號傳導(dǎo)電路9 HYPERLINK

4、 l bookmark38 o Current Document 傳感器設(shè)計 10 HYPERLINK l bookmark42 o Current Document 濾波電路設(shè)計 10 HYPERLINK l bookmark44 o Current Document 放大整形電路設(shè)計 11 HYPERLINK l bookmark46 o Current Document 3.4時鐘及初始化電路設(shè)計 12 HYPERLINK l bookmark48 o Current Document 3.5 電路總體設(shè)計 13 HYPERLINK l bookmark50 o Current Docu

5、ment 第四章 運載軟件設(shè)計 15 HYPERLINK l bookmark52 o Current Document 4.1軟件部分規(guī)劃設(shè)計 15 HYPERLINK l bookmark54 o Current Document 4.2程序設(shè)計原理 15 HYPERLINK l bookmark56 o Current Document 4.2.1液晶顯示器邏輯 15 HYPERLINK l bookmark58 o Current Document 單片機及按鍵邏輯 17 HYPERLINK l bookmark60 o Current Document 第五章 脈搏計調(diào)試與錯誤解決

6、18 HYPERLINK l bookmark62 o Current Document 5.1脈搏計通電18 HYPERLINK l bookmark64 o Current Document 5.2脈搏誤差實際測量 19 HYPERLINK l bookmark66 o Current Document 5.3測量誤差分析20 HYPERLINK l bookmark68 o Current Document 結(jié)論21 HYPERLINK l bookmark70 o Current Document 參考文獻(xiàn)22 HYPERLINK l bookmark72 o Current Docu

7、ment 致謝23 HYPERLINK l bookmark74 o Current Document 附錄程序24基于AT89C52單片機的電子脈搏計的設(shè)計目前，現(xiàn)代的醫(yī)學(xué)電子儀器已不僅僅是單純的醫(yī)學(xué)電子測量儀器硬件系統(tǒng)，而是基于電子技術(shù)、計算機技術(shù)、數(shù)字信號處理技術(shù)的生理量檢測和分析系統(tǒng)。以往專門測量心率值的儀器較少，能提供心率變異指標(biāo)的儀器更是寥寥無幾。人們?yōu)榱酥雷约旱倪\動或勞動強度是否超負(fù)荷，尤其是老年人或運動員等，他們都得趕到醫(yī)院而不能實時測量和預(yù)知。而心電儀的出現(xiàn)，使心電圖機進(jìn)入家庭變成了可能。因此，一種性能優(yōu)良，帶有自動監(jiān)測、報警等功 能，適合在家庭和社區(qū)條件下使用，同時適用于

8、有隱性疾患的亞健康人群及各種作業(yè)環(huán)境下的勞動者，在其心率變異時，能及時發(fā)出警示的安全監(jiān)護(hù)器，而又符合我國人均收入水平不高這一國情的心率監(jiān)測系統(tǒng)的研制顯得尤其重要。由此，脈搏計隨之誕生。脈搏計是用來測量一個人心臟跳動次數(shù)的電子儀器，也是心電圖的主要組成部分。它是用來測量頻率較低的小信號。多年來，脈搏計對人類疾病的研究和診斷方面發(fā)揮出顯著的作用，它們所記錄的心臟活動時的生物電信號，已成為臨床診斷的重要依據(jù)。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AT89C52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)，

9、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，LCD液晶顯示器能夠顯示總的脈搏數(shù)和時間。 經(jīng)測試，系統(tǒng)若能工作正常，則達(dá)到設(shè)計要求?！娟P(guān)鍵詞】 脈搏計；AT89C52單片機；光電傳感器；LCD液晶顯示器The design which based on AT89C52 single-chip processorAbstractAt present, the modern medical electronic instrument is not only a pure medical electronic measureme nt in s

10、trume nt hardware system, but based on the electro nic tech no logy, computer tech no logy, digital sig nal process ing tech no logy of biological detect ion and an alysis system. Previous special instruments that measure the heart rate value is less, can provide the heart rate variation index of th

11、e instrument is very few. People in order to know whether their sport or the intensity of labor is overloaded, especially the elderly or athletes, etc., they have arrived at the hospital and not real-time measureme nts and to predict. And the emerge nee of heart all possible make the electrocardiogr

12、am mach ine into the family. As a result, a kind of excelle nt performa nee, with automatic monitoring, alarm, and other functions, suitable for family and community under the conditions of use, also applies to the recessive disease and healthy people and various labourers worki ng environment, whe

13、n the heart rate variati on, timely warni ng the safety mon itor, and con forms to Chin as per capita in come level is not high the developme nt of the situati on of the heart rate monitoring system is especially important. As a result, the pulse meter. Pulse meter is used to measure a pers onal nu

14、mber of electr onic in strume nt, the beati ng of the heart is also a main part of the electrocardiogram (ecg). It is used to measure the small sig nal in the freque ncy is low. Over the years, the pulse meter research and diag no sis of huma n diseases play a sig ni fica nt role, the biological ele

15、ctrical sig nals they record the heart activity, has become the importa nt basis of cli ni cal diag no sis.This topic has designed a kind of pulse measuring instrument based on 51 single chip microcomputer. System with AT89C52 sin gle-chip computer as the core, with photoelectric sen sor system inte

16、rnal microc on troller timer to measure time, gen erated by the photoelectric sen sor sensing signal, the microcontroller pulse frequency is obtained by the signal accumulation and time by the timer timing. Indicator lights flashing can be observed in the operation of the system, if even flicker mea

17、surements accurately. When the system stops running, can display the total number and pulse time. If after the test, the system can work normally, meet the design requireme nt【Key words pulsimeter ； AT89C52 single chip microcomputer ； photoelectric sensorLCD liquid crystal displa湖北大學(xué)知行學(xué)院本科畢業(yè)論文 緒論伴隨著

18、現(xiàn)代科學(xué)的發(fā)展，科學(xué)家在對脈搏測量方面的技術(shù)研究也是越來越深入，伴隨著脈搏測量的精細(xì)度和準(zhǔn)確度的提高，國內(nèi)外均研制了許多不同種類的測量儀器。早先用于體育方面的脈搏測試重點集中于對接觸式傳感器的研究，利用接觸式傳感器所研制的手指血 脈、耳脈等測量儀擁有其不同的優(yōu)缺點。隨著后期科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步， 光電傳感器的應(yīng)用開始普及。光電式脈搏傳感器是根據(jù)光電容積法原理而制作成的脈搏傳感器，通過對手指端血液透光度的監(jiān)測，間接得檢測到脈搏信號。其特點為構(gòu)造簡單、沒有額外損傷、精確度高、可 重復(fù)利用等。利用光電式脈搏傳感器所設(shè)計的脈搏測量儀已經(jīng)廣泛應(yīng)用在臨床醫(yī)學(xué)等各個方 面并取得明顯療效。本次設(shè)計利用單片機，光電傳

19、感器，LCD液晶顯示器，通過合理電路設(shè)計，將人體脈搏信息由模擬信號轉(zhuǎn)化為可視的數(shù)字信號，并且操作方便，精準(zhǔn)度高，功耗低，便于攜帶。第一章簡述1.1電子脈搏計的設(shè)計背景脈搏（Pulse）為人體表面可感受到的動脈搏動。人體全身的血液循環(huán)系統(tǒng)由心臟、血液、血管以及部分細(xì)胞組織所組成，人體碳氧循環(huán)，養(yǎng)分及廢物的運送均由它完成。血液通過心臟的左心室收縮恢復(fù)而擠壓進(jìn)入主動脈，通過血管傳遞到全身各個分支動脈。動脈是由肌肉與極具彈性的結(jié)締組織所形成血管。每當(dāng)血液進(jìn)入動脈時，血管管徑隨著動脈壓力變大而擴張，在人體皮膚淺層次的動脈就能夠感受到此擴張，這就是所謂的脈搏。自春秋時期開始， 我國的老中醫(yī)就開始實行了一種

20、名為脈診的診治手段。隨著時間的流逝，這一技術(shù)也廣為流傳。然而，這種方法只能通過手指去測探人體脈搏的跳動，很容易收到外界許多的因素感染。因此，人們希望能夠找到一種方法，來實現(xiàn)這一古老技術(shù)的精準(zhǔn)與快捷?，F(xiàn)如今，隨著傳感器技術(shù)的成熟以及普及，古老的中醫(yī)脈診已經(jīng)能夠與現(xiàn)代科學(xué)所交融，在對脈象診斷方面， 能夠更加直接，科學(xué)得得出診治結(jié)論。在脈診中，所謂的脈搏振動是由心臟跳動所引起的間接性波動。心率，顧名思義即為心臟的跳動頻率，也可以視為心臟跳動速度的快慢。通過全國人口健康調(diào)查發(fā)現(xiàn)，正常成年人的心率一般維持在 60至110次每分鐘，而其中女性朋友的速率會稍微快一些，同樣3歲以下的幼兒心臟跳動平均也維持在1

21、00次每分鐘左右的水平。心臟通過每次心室的壓縮和排出，從而對全身的血液進(jìn)行一種周期性的輸送。隨著每次血液的流動，人體血管也伴隨著周期性的擴張，這種擴張所帶來的就是我們口中所說的脈搏。脈搏的跳動次數(shù)以及每次心臟輸送的血液量，都是人體健康指標(biāo)中的重要項。即使是同樣的人群， 心率也都是各有不同的。 在同樣條件下，女性一般會比男性的稍快 10到15次左右。不同的年齡也會影響心率的快慢，其中最快的是嬰兒時期，有時可以高達(dá)每分鐘 130次左右。隨著生活節(jié)奏的加快，生活的壓力 也隨之增大。近年來，人們普遍的體檢結(jié)果中，心率的檢測指數(shù)范圍變化愈來愈快，而心率與脈搏直接掛鉤。由此可見，脈搏在一定程度上可以展現(xiàn)人

22、體健康狀況，反映出人體潛在不利因素，因此，脈搏的測量尤為重要。而在脈搏測量中，脈搏次數(shù)又是決定因素。所以，脈搏測量的精準(zhǔn)以及快速，成為脈搏測量發(fā)展的重要方向。1.2脈搏計的研究現(xiàn)狀及其應(yīng)用在為臨床診斷和治療提供生理信息依據(jù)中，脈搏所測量的人體生理病態(tài)信息一直以來都收到中外醫(yī)學(xué)界的廣泛關(guān)注。 通過摸脈作為診斷疾病的手段， 幾乎被世界上所有國家都使用過。 在脈搏測量中所呈現(xiàn)出的脈搏波形，波動幅度，跳動速率和脈搏周期多方面的綜合信息，在很大程度上可以反映出人體內(nèi)部血液循環(huán)系統(tǒng)中的生理以及病理特征，因此在脈搏采集和處理方便，具有很高的研究前景和醫(yī)用價值。但人體的生物信號在外界過多的噪聲干擾下顯得尤為微

23、弱，脈搏跳動信號更是微弱的非電生理信號，必須經(jīng)過采集，放大和后續(xù)的濾波處理之后才能滿足測量的需求。隨著傳感器以及計算機的迅速發(fā)展，傳統(tǒng)測量的方法已經(jīng)逐漸由現(xiàn)代的精密科學(xué)儀器所代替。而在脈搏測量方面， 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展， 任何儀器的在其測量的靈敏與精確度方 面都大大提高。曾經(jīng)在醫(yī)院被廣泛使用的電子血壓計，雖然也可以完成對脈搏的測量，但是每次測量中都必須通過手中的橡膠氣囊完成一個加壓和減壓的過程。患者加減壓過程中感到不適，脈搏檢測的精確度低成為這種儀器致命的缺點。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時候無需侵入人體體表組織，不會給患者造成創(chuàng)傷，能夠為儀器自身的

24、系統(tǒng)誤差修零，同時測量精度高。通常在體外，尤其是在體表就可以測量人體生理變化以及一些參數(shù)值，其中尤以光電傳感器為測量媒介的儀器最為突出。光電傳感脈搏計通過檢測手指中血液透光性的周期變化，間接轉(zhuǎn)化為脈搏信號。又經(jīng)電路以及芯片處理，將讀數(shù)顯示在顯示器上。光電脈搏計的檢測速度快，精確度高，且其體積小，更方便與人們的使用。第二早總體方案的設(shè)計2.1總體方案設(shè)計概述本次系統(tǒng)總體設(shè)計組成部分分為 AT89C5單片機，電路按鍵，顯示端的LCD液晶顯示屏， 測量端的光電傳感器，時鐘計算模塊，運放等。系統(tǒng)設(shè)有兩個，分別為電路開關(guān)以及電路復(fù) 位。在進(jìn)行脈搏測量的時候， 只需要人把手指微微按在光電傳感器上面。在人體

25、脈搏跳動的時候，血液的透光性會隨著跳動而呈現(xiàn)周期性改變，導(dǎo)致接收器所接受信號也隨之變化。通過這種信號的變化，間接的將人體脈搏信號轉(zhuǎn)化為電信號傳送至電路，在濾波整形電路對信號處理過后，被放大的信號最終傳送至單片機的管口，利用內(nèi)部中斷系統(tǒng)對其計數(shù)，并結(jié)合時鐘電路產(chǎn)生的值， 換算出人體在一分鐘內(nèi)的脈搏次數(shù)，最終顯示在液晶屏上。 電路運行的流程如下所示：脈搏信號采集t電路過濾放大t單片機處理輸出t顯示器接收顯示2.2電路控制板塊的選取51單片機起初是指能對因特爾公司的8031指令系統(tǒng)作出協(xié)調(diào)調(diào)動的單片機統(tǒng)稱。用戶利用8031單片機的各個管口，實現(xiàn)與電腦端信息指令的互動、傳輸。51單片機在單片機類型中屬

26、于基礎(chǔ)入門型。由于其建構(gòu)簡單的特性，所以被許多廠商廣泛采用在各個儀器上。51單片機是一個可靠性高，超低價，無法解密，高性能的8位單片機，擁有32個10 口。本次設(shè)計中采用的 AT89C51/52型的單片機可以在設(shè)計中進(jìn)行系統(tǒng)編程和調(diào)試，使得實現(xiàn)程 序的下載與整機的調(diào)試更為方便。51系列中較為基礎(chǔ)的單片機如圖 1.1 所示:転舊用E!3J TVl E |工？：前I c Kl.:：Tj CPX Tfl e 肌匚L!匚PM麗c l找；訂cHklM tl.llj r3 M.O3 l*flL I3 HI. 2a ro.4n亦3 K)l(3 M IJt5 17. 7 P2.fi3帕*圖1.1基礎(chǔ)單片機結(jié)構(gòu)

27、/管腳圖2.3脈搏顯示器的選取采用8位的LED數(shù)碼管，雖然LED數(shù)碼管價格低廉，在數(shù)字顯示方便也最為清晰，在與單片機協(xié)作中，采用動態(tài)掃描法進(jìn)行，所需要的單片機管腳資源少。但是在進(jìn)行動態(tài)掃描中,需要借助額外的移位寄存器才能幫助數(shù)碼管進(jìn)行數(shù)字的依次顯示，該芯片會使電路設(shè)計復(fù)雜化，不易于整體電路的調(diào)試，所以不建議采用數(shù)碼管作為電路的顯示器。萬案二:采用普通的LCD液晶顯示屏。隨著近年顯示技術(shù)的發(fā)展，液晶顯示的技術(shù)越來越成熟。 一塊小小的液晶顯示屏可以顯示大量的文字以及圖形，顯示效果清晰明亮，而且價格也還能接受，需要的借口線較多，但會給調(diào)試帶來諸多方便。所以選擇方案二中的 LCD1602液顯示屏作為顯

28、示模塊。2.4光電方案（1）：利用壓電傳感器來測量人體的脈搏信號，壓電傳感器在受到外部壓力之后，電介質(zhì)產(chǎn)生壓電效應(yīng)。由于壓電效應(yīng)，會導(dǎo)致其內(nèi)部電荷的移動，使得內(nèi)部電極極化，從而產(chǎn)生電信號。 通過此原理間接提取出人的脈搏信號。方案（2）：利用光電傳感器采集人體脈搏信號。人的手指由外部皮膚，內(nèi)部骨骼以及包裹骨骼的肌肉和血液組織構(gòu)成，其中非血液組織對于光源的吸收以及反射是不變的，而在血液中，靜脈血管的血液搏動是相當(dāng)微弱的，基本可以忽略，因此當(dāng)有固定光源照射下，人體血液透光性會 跟隨心臟血液壓縮而呈現(xiàn)周期性變化，而心臟血液的壓縮變化周期即為脈搏周期。因此，可通過檢測透光性的變化信號，間接檢測到人體脈搏

29、信號。 光電傳感器具有體積小，成本低的特性，因此，這里選用光電傳感器，如下圖1.2所示：圖1.2光電傳感器第三早脈搏計硬件及電路制作3.1 51單片機主單元控制模塊主單元控制模塊在整個系統(tǒng)中起著獨一無二的作用，需要檢測鍵盤等各種參數(shù),同時加載液晶顯示相關(guān)參數(shù),在這里我們選用 AT89C52單片機作為此次設(shè)計的核心芯片，它是51單片機系列中的基礎(chǔ)入門級，但同時也是應(yīng)用較為廣泛的產(chǎn)品。51系列單片機的前身是由因特爾公司開發(fā)的。再后來該公司將此單片機技術(shù)出售給了眾多制造廠商，于是市面上出現(xiàn)了數(shù)量款式繁多的以51單片機為核心的電子產(chǎn)品。由于采用得都是Intel公司研制的核心芯片，使得大多數(shù)產(chǎn)品都能很好

30、的兼容51指令，同時在基于51的擴展上，后續(xù)衍生的產(chǎn)品其結(jié)構(gòu)與指令內(nèi)容大多都基本一致。3.1.1 AT89C52單片機簡介1、兼容MCS51指令系統(tǒng)；2、可以反復(fù)擦寫設(shè)計的 8KBROM3、32個雙向I/O 口；4、256x8bit的內(nèi)部內(nèi)存；5、用有3個位數(shù)為16的編程定時器（計數(shù)器）；6、具有頻率范圍在 0至24兆赫茲的內(nèi)部時鐘電路；7、2個串行中斷，可編程 UART串行通道；8、總中斷源數(shù)為八個，其中可用的外部中斷源為兩個；9、2個用于讀寫的中斷I/O , 3級加密位；10、掉電方式保存內(nèi)存中的內(nèi)容；11、 具有塑料雙列直插式、塑料方塊平面式、 薄塑封四角扁平式及特殊芯片引腳封裝式等不

31、同的封裝形式，適應(yīng)多樣產(chǎn)品；12、單片機管腳比較少，易焊接，管腳如圖 1.3所示;234567331的189遼”RESETRDWRTXDALEXPPSEH3$T7X33X211017圖1.3 AT89C52單片機管腳圖在單片機控制中，用于計數(shù)方面最為重要的就是單片機的中斷系統(tǒng)。本次使用單片機的中斷系統(tǒng)中的中斷向量共有 6個。其中兩個外中斷分別為管腳12(TO和管腳13(T1)，3個定時器中斷，一個串行口中斷。這些中斷源可以在不同寄存器IE版本下設(shè)置位數(shù)，或者依靠清零的方式來達(dá)到中斷的不用運行方式。同樣的，這些中斷源也可以通過 IE中的總位EA從而達(dá)到所有中斷源的控制。 定時器0和定時器1位于T

32、F0和TF1端口在定時器運行時儀器 內(nèi)部周期S5PZ狀態(tài)置位，會在下一個運行周期時才查詢到該中斷標(biāo)志。而定時器2則會在同時期儀器內(nèi)部周期 S5PZ的狀態(tài)置位，并在該周期內(nèi)同時查詢到中斷標(biāo)志。LCD液晶顯示器簡介由于本設(shè)計中所顯示的參數(shù)為字母以及數(shù)字圖形，因此選用LCD中的LCD1602顯示屏作為顯示輸出，該顯示屏可將字母，數(shù)字，圖形等都清晰顯示。3.2.1液晶原理介紹液晶顯示器(LCD)，它一種是利用液晶控制透光度來實現(xiàn)色彩顯示的顯示屏。其構(gòu)造上通 過將液晶盒置放與雙層平行的玻璃板指之間，下層的玻璃板塊上放置用作背景的薄膜晶體 管，上層的玻璃板塊上放置具有顯示效果的彩色濾光片，通過電壓與信號改

33、變內(nèi)部液晶分子的轉(zhuǎn)動方向，使得液晶板各像素點產(chǎn)生偏振光對從而達(dá)到顯示的目的。3.2.2液晶模塊簡介本系統(tǒng)顯示部分用的是LCD1602液晶模塊，為16列X 2行的單字符液晶顯示模塊。次液晶模塊內(nèi)置HD44780控制器，hd44780控制器的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單切功能強大，可以在屏幕上 顯示字符間的閃爍或移動的特效。在液晶顯示方面，通?？蓪@示內(nèi)分分為線段，字符型，文字三個方面。在線段顯示方面，由于液晶屏內(nèi)部的點陣通常為AX B型。假設(shè)一個液晶顯示屏的像素點分布為32行X 64列,當(dāng)要顯示線段時，通常是將線段分割為若干個整體，其中每個整體可視為一個字節(jié)，每個字節(jié)對應(yīng)著點陣中的橫向的 8個像素列，那么每行

34、由于有64個點即可顯示8個字節(jié)。那么此時，液晶顯示屏上32X 8的字符單元素則與顯示內(nèi)存區(qū)中的字節(jié)所對應(yīng)，要在屏幕上顯示何種線段，則有RAM進(jìn)行分配即可。在字符型數(shù)據(jù)顯示方面，由于次液晶模塊內(nèi)部自帶的控制器，使得方便于用文本方式進(jìn)行字體控制，僅需要找到 LCD上字節(jié)顯示在對應(yīng) RAM區(qū)的位置，設(shè)置好用于顯示的虛擬光標(biāo)， 然后在傳送字符的代碼就可以了。在文字顯示方面，文字顯示實際上為多個字符并在一起顯示的圖形，需要事先查找資料找到對應(yīng)的漢字點陣碼。通常設(shè)置每個文字占用的字節(jié)為32B,通過找到LCD上每個行列號在顯示RAM中對應(yīng)的地址，依次賦值上虛擬光標(biāo)， 然后給光標(biāo)送上文字的第一個字節(jié)，光標(biāo)的位

35、數(shù)加1，送上文字第二個字節(jié)，跳轉(zhuǎn)至第二行，同列送上第三個字節(jié)，再加1,送上第四個字節(jié)以此類推，直至文字的32個字節(jié)全部輸入完畢，即可在液晶屏上觀測到一個完整的文字了。圖1.4 LCD1602引腳圖使用原理：1-3號管腳為電源以及接地接口， 4-6號管腳分別與單片機寄存指令接口相接，負(fù)責(zé)邏輯 指令傳遞，7-14管腳為8位雙向數(shù)據(jù)端，與單片級 8位輸出管腳相連，負(fù)責(zé)接受輸入信號 15-16號為空腳或背燈電源。LCD 與 AT89C52的連接如圖1.5所示，單片機的P0為數(shù)據(jù)線，分配單片機的P1.0端口、P1.1端口、P1.2端口與液晶屏的寄存器選擇端、信號讀寫端、EN端相連接。EN為液晶屏的使能端

36、，要想液晶屏能夠進(jìn)行顯示，只有此端口的電平程度由高水平降至低水平。本次顯示模塊的設(shè)計邏輯如下：第一部為顯示模塊的初始化，首先清楚屏幕上的任何數(shù)據(jù)，然后將接口數(shù)據(jù)位設(shè)置為8位，并且調(diào)整顯示行數(shù)為 1行。接著像液晶屏的顯示內(nèi)存區(qū)輸送字符數(shù)據(jù)，程序每次運行時只采用兩個字符，一個用作屏幕的顯示， 另一個用來顯示電壓。 只有當(dāng)每次顯示所需的數(shù)據(jù) 都被送至一個數(shù)組時，液晶屏上才能顯示字符。為了保證每次顯示的完整以及準(zhǔn)確性，通過設(shè)置程序的內(nèi)部延遲，讓LCD內(nèi)部控制器在此時間內(nèi)判斷每次顯示所需數(shù)據(jù)個數(shù)是否足夠，不夠則讓程序再傳輸下一個字符的數(shù)據(jù)。此時的顯示數(shù)據(jù)尚在 LCD的顯示緩沖區(qū)域中，等到LCD檢測此字符

37、完整后，便可在屏幕上顯示出來。LCD臨nc scLPioX p疔LCDEK 麗九 恥 P13?L4P3J即：WP3&XKE-)P3】肅口VCC 右回甌0 (.1D1J501 何：昨 (ADJJKL5 A)n4 :ADt 豁 (AD：Ki (AD?0 Etvpp-p? d?亍圖1.5管腳連接圖3.3信號傳導(dǎo)電路此部分電路的功能是將由傳感器檢測到信號單片機可處理的電信號。傳感器所檢測到的信號一般為幾十毫伏，不足以達(dá)到電路處理所需的要求，必須通過一定的方法對信號進(jìn)行放大處理，使得放大后的信號電壓達(dá)到電路處理的水平值。隨著信號的放大，參雜在其中的噪聲信號會干擾所需的脈沖信號，此時需要經(jīng)過整形濾波電路，

38、剔除夾雜的噪聲信號， 并使得脈沖信號變得規(guī)律，方便后續(xù)單片機的處理。本次所設(shè)計放大整形電路框圖如圖1.6所示。光電傳感器T 有源濾波電路T集成放大電路T 閉合整形電路圖1.6放大整形電路圖331傳感器設(shè)計傳感器采用的是紅外光檢測傳感器，其原理是每當(dāng)紅外光照射人體血液時，血液的透光性隨著脈搏跳動而呈現(xiàn)周期性變化，通過對這種變化的收集，間接的將生理上的脈搏信號轉(zhuǎn)化為物理上的電信號，傳感器原理圖如圖1.7所示。2CKrriss圖1.7傳感器信號調(diào)節(jié)原理電路使用原理：當(dāng)光線投射過手指表層組織時，經(jīng)過皮下淺層組織的血液吸收和衰減，被光敏二極管所檢測到。由于手指內(nèi)部血液循環(huán)過程與脈搏搏動的周期成正比，所以

39、它對光波的吸收和衰減也是呈現(xiàn)周期性變化的，于是光敏二極管所檢測到信號的變化也間接反映了脈搏搏動的變化。3.3.2濾波電路設(shè)計圖1.8為本次脈搏計所用的電阻濾波電路。通常使用的濾波電路可分為無源濾波和有源濾波兩大類型。其中源濾波電路主要分為三大類：復(fù)式濾波電路、電容濾波電路、 電感濾波電路。而有源濾波電路最廣泛的使用形式為有源RC濾波電路，即為電子濾波器。用來評測電路濾波效率的是電路的脈動系數(shù)，系數(shù)越小，則次濾波電路效果越好。本次采用的是電阻濾波電路，由兩個相同的（10K）R-C和額外的（24K）R-C組成。當(dāng)R越大時，電阻上的直流壓會增大，所以次級選用10K電阻，此電路適合用于負(fù)載流較小的場合

40、。由于傳感器所輸出的信號僅為微伏，不但達(dá)不到電路后續(xù)所需最低要求，并且輸出的信號通常伴有許多額外的噪聲，因此后續(xù)將用LM358單片機搭建起一個相連的放大整形電路。通過電路后，即可將電路中雜波信號篩除，將微小的脈搏信號輸送至后續(xù)放大電路。3.3.3放大整形電路設(shè)計1R10voc辛Z RI1JjjO1OTT：OUT1IN-2IN亠GNDMl圖1.9放大整形原理圖原理介紹：經(jīng)過濾波電路處理后的脈搏信號仍是無規(guī)律的波動信號，且有不少的低頻雜亂信號，仍然不滿足單片機對信號處理的要求，必須采用放大整形電路對信號進(jìn)行放大和進(jìn)一步篩選。如圖所示，本次放大整形電路核心采用的是LM358單片機，LM358單片機核

41、心部分擁有一對獨立的雙運放放大器，它對與信號放大的高增益，并且能對其進(jìn)行內(nèi)部補償?shù)奶卣?，使得此單片機適用于電壓范圍較寬的獨立電源使用或者雙電源模式下工作。它的使用范圍包括運算放大器、直流放大模塊和供單電源使用的獨立運算放大場合。除此外LM358單片機還外接了一個LED發(fā)光管，用來指示脈搏跳動的狀態(tài)下的脈搏測量進(jìn)程。3.4時鐘及初始化電路設(shè)計時鐘與初始化電路如圖圖2.0時鐘與初始化電路原理介紹：圖中上半部分為此電路的復(fù)位初始化設(shè)計，由按鍵復(fù)位和上電復(fù)位兩部分組成。S1為復(fù)位開關(guān)，按下后，相對應(yīng)的復(fù)位電容處于放電狀態(tài)，單片機RST端也隨之被拉到高電平水平，此時由于電容充電，會保持一段時間的高電位來

42、使單片機復(fù)位。由于復(fù)位開關(guān)為單獨供電電路，因此加上10K電阻防止燒毀。圖中下半部分為時鐘電路，主要的時鐘電路分為內(nèi)部方式時鐘電路和外接時鐘電路兩大 類，本次電路則選取了內(nèi)部方式時鐘電路。在時鐘電路中，單片機19管腳和18管腳兩端連接時鐘的石英晶體振蕩器和C5 C6兩個微電容，由此構(gòu)成振蕩電路。電路中電容取30pF,晶體Y1的振蕩頻率為1.2兆至12兆赫茲之間，頻率越高，則工作周期越短，單片機計數(shù)速 度越快。因此本次選用 12兆赫茲，經(jīng)計算單片機工作周期為1us。晶體振蕩器產(chǎn)生的信號由單片機的18號管腳端傳送到時鐘電路，它可以將該振蕩信號分為兩個頻段，由此產(chǎn)生的 一個兩相信號T1、T2用于單片機

43、處理。T1信號在此運行時段前半周期有效，T2信號則在此運行時段的后半期有效。單片機就是以兩信號的時鐘和為運作周期協(xié)調(diào)其余電路工作。3.5電路總體設(shè)計電路總體連接如圖 2.1所示4量謬f圖2.1電路整體原理圖電路原理簡介：單片機的八個引腳分別與LED數(shù)碼管的八段段碼顯示控制端相連接，構(gòu)成了片選控制。單片機的 P1.1 p1.2 p1.3 引腳分別接到LED管位選控制，當(dāng)程序控制單片機進(jìn) 行完數(shù)據(jù)傳送后，LCD上的數(shù)值便會由初始值改變?yōu)闄z測到的測量值，而次測量值即為人體的脈搏數(shù)?？傮w電路框圖用ST188傳感器模擬采集到的信號,經(jīng)過濾波、放大電路，一路送入單片機，經(jīng)過 AT89C52單片機與時鐘電路

44、的處理后送LED顯示每分鐘的脈搏數(shù)。電路原理圖設(shè)置完成后，將所創(chuàng)建的文件添加到PCB工程中，點擊軟件的工程tCompilePCB Project t System,便可知道原理是否有錯誤，如圖2.2所示：0詁覺嘶阿旨應(yīng)弘E F Q|Nd Vanin口rw|E lia Stw#.JL*crsrJ Xr*L UiPkg E lii tauWiiTRIlilWrtliLl Z*lll口曲！耳甘b-ul圖2.2若檢測信息未出現(xiàn)紅色，則說明該電路設(shè)計正常，圖中黃色代表部分線段命名不詳細(xì)，不影響PCB設(shè)計。接下來點擊設(shè)計 tUp Data PCB,在出現(xiàn)的界面點擊生效更改t執(zhí)行更改，便可查看到原理圖各器件

45、是否有錯誤，若綠色則代表合格，如圖2.3所示：口. iUrs* n*1： .JHR: Fa-!-1 ! .F.-；- . 1.-:. A.-l - -. !y-.|-. :：訂濾”十R 匸“”嚴(yán)11 F/m I.V-|.- |-.ni! .1:.卜d: : 靑砧 網(wǎng)DMkWQ*占 bee* Q H=-日 WE L VlUi 工ftWrHDJ IBill 憎備血 VCQfg 3mPm !*!.-E.丄 IriLftwam 啦耳陰 Jj3*Edl 吃訓(xùn)WXHOilMrWjPCB_PraiiR|FCEwp 3TIW5：T*PMW,Ml* + *M,*+lru*Ml*-lru* +吃開hfiDK VF

46、TZBI PtilftK *i-i.5rJrii-i.5r各 $ JJ占-Sr2KEI 已i&xQ F4 ITpPCRi RSiDm主車至.| HiTJSt Ifl!E*EJ MH圖2.3當(dāng)所有檢測都合格后，PCB中已經(jīng)將各器件導(dǎo)入，剩下來的就是對器件位置的合理分配了, 分配完成后的PCB制圖如圖2.4所示：)101 SPIQQlgl-+13b6a 工31003cmST0 aoa 4 e 053614a1SO圖2.4 PCB圖nN-MiluOIBH H& in第四章 運載軟件設(shè)計4.1軟件部分規(guī)劃設(shè)計在硬件方面設(shè)計規(guī)劃完成之后，剩余的核心部分就是運行的軟件程序了軟件任務(wù)分析環(huán)節(jié)是為軟件設(shè)計做一

47、個總體規(guī)劃。本次設(shè)計任務(wù)軟件的功能屬于執(zhí)行類軟件，它被用來完成各種實質(zhì)性的運作任務(wù)，如測量時間，顯示數(shù)據(jù)，打印文件，接收發(fā)送 信號等等。執(zhí)行類軟件代碼應(yīng)簡潔明了，冗余率低，方便后續(xù)修改。軟件任務(wù)分析時，應(yīng)將各電路運行程序的功能單獨指出， 并為每個區(qū)域的運行的功能模塊進(jìn) 行功能上的定義和接口定義。 在各功能模塊執(zhí)行定義時， 所要運行的數(shù)據(jù)類型和結(jié)構(gòu)也要一 同規(guī)劃。軟件任務(wù)分析的另一方面就是對程序功能的分配。整個軟件系統(tǒng)可分為前端和后端處理程序。后端程序是通過主程序及其調(diào)用的子程序的統(tǒng)稱，這種程序一般在前端程序快速執(zhí)行完畢后才開始執(zhí)行，類似與數(shù)學(xué)計算中最后的一部分公式。 前端程序則用來處理最開始

48、接受的信號，基本負(fù)責(zé)整個電路中的數(shù)據(jù)字符運算，RAM控制。因此，在設(shè)計程序時，前端程序設(shè)計額外需要重視。4.2程序設(shè)計原理421液晶顯示器邏輯液晶顯示器程序流程如圖2.5 所示圖2.5當(dāng)電路主板通電后，單片機先將液晶初始化，若自動初始化成功，則直接進(jìn)入菜單界面，同時LCD顯示器上顯示 Heart Rate OOO/min。若未初始化成功，則需按下復(fù)位按鈕,進(jìn)行手動初始化。初始化成功后如圖2.6所示圖2.6初始化成功 其初始化代碼如下：void in it_1602()write_com(0 x38);write_com(0 x0c); write_com(0 x06); delay_u in

49、t(1000);write_stri ng(1,0, Heart Rate );write_stri ng(2,0,000/min);LCD顯示代碼如下；/*用于LCD上顯示特定字符數(shù)據(jù) */void write zifu(uchar add,uchar han g,uchar date)if(ha ng=1) write_com(0 x80+add);elsewrite_com(0 x80+0 x40+add); write_data(date);/* 用于LCD上顯示十進(jìn)制的兩位數(shù) */void write sfm3(uchar add,uchar hang,uint date)if(ha

50、 ng=1)write_com(0 x80+add);elsewrite_com(0 x80+0 x40+add); write_data(0 x30+date/100%10); write_data(0 x30+date/10%10); write_data(0 x30+date%10);4.2.2單片機及按鍵邏輯單片機主控電路邏輯如圖2.7所示：圖2.7LCD液晶顯示器初始化完成后，就是等待用戶將手指放在光電傳感器測試并進(jìn)入其相 對應(yīng)的邏輯程序之中。當(dāng)用戶按下按鍵之后，按下的次數(shù)則分別對應(yīng)圖中右部分所示內(nèi) 容。當(dāng)用戶手指放在傳感器上一定時間后，單片機通過定時15s測量人體脈搏次數(shù)，然后再換

51、算出1分鐘內(nèi)的真實脈搏次數(shù)顯示在液晶屏幕上。最初電路通電后，液晶顯示器 初始化完畢，就將開始調(diào)用單片。第五章脈搏計調(diào)試與錯誤解決5.1脈搏計通電將器件焊接成功后，將脈搏計接上5V電壓，此時液晶顯示器并未點亮，如圖2.8 :圖2.8經(jīng)萬用表檢測和目測電路板后，發(fā)現(xiàn)是AT89C52單片機35-40號端腳串聯(lián)以及LCD液晶顯示器VDD端錯誤焊接導(dǎo)致。在將電路板祛錫之后，重新焊接，并用貼片隔開后，再次通電，液 晶顯示器正常點亮，如圖 2.9所示：圖2.95.2脈搏誤差實際測量將程序刻錄到單片機之后，系統(tǒng)正常運行，并初始化成功，此時LCD顯示如圖3.0 :圖3.0此時心率顯示初始值為OOO/min ,

52、LED紅燈亮起，符合程序設(shè)定初始值。將手指放在光敏二極管開始進(jìn)行脈搏測量，如程序設(shè)定，當(dāng)手指放在光敏二極管上時，LED紅燈熄滅，開始測量脈搏信號。此時LED間隔閃亮5次，代表已經(jīng)檢測到脈搏信號， 但最后LCD顯示脈搏卻異 常，如圖3.1所示：圖3.1經(jīng)過思考后，在查看代碼時發(fā)現(xiàn)是將對液晶顯示數(shù)值的程序代碼輸入錯誤導(dǎo)致， 同時由于 過多按下了復(fù)位開關(guān)，導(dǎo)致液晶顯示錯誤。再更改并重新給脈搏計通電測量后， 測量的實際 效果如圖3.2 :5.3測量誤差分析圖3.2在四個不同時間段，通過按壓手腕處感受脈搏和用脈搏計測量脈搏后，所得到的脈搏數(shù)如下所示:實際脈搏數(shù)測量脈搏數(shù)測量脈搏數(shù)787578777882

53、8078818269696867687577757774測量脈搏數(shù)測量脈搏數(shù)通過測量所得次數(shù)，帶入均方差公式后所得值為0.42，故次脈搏計精確度基本符合。結(jié)論通過對本次畢業(yè)設(shè)計的制作，我了解到了不少平時課堂上未曾接觸過的內(nèi)容，也鍛煉了自己的動手能力，將以前學(xué)過的零散的知識銜接到了一起。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。再次熟悉了Atilum Designer原理圖的方法，并設(shè)計了一個單片機最小系統(tǒng)。通過開發(fā)板的設(shè)計和硬件搭建的過程，使我對51系單片機的接口有了更深層次的理解，熟悉了一些單片機常用的外圍電路引腳和連接方法，女口LCD液晶，鍵盤等。本次作品設(shè)計的電子脈搏計，主要

54、用來測量人體平均脈搏次數(shù)。由于產(chǎn)品精致小巧， 且不需要外接家庭電源， 僅需一個隨身電源或者電池供電即可使用，占用的空間位置少， 不需要特意到醫(yī)院排隊檢查，這對于大部分中老年人尤為方便。不過本次設(shè)計的作品同樣也有不足之處：當(dāng)光線不足的時候，光電傳感器檢測血液透光性的性能會降低，影響脈搏計靈敏度，使得測量脈搏次數(shù)誤差較大；復(fù)位按鍵電容充電時間過長，若連續(xù)按下復(fù)位按鍵， 有可能導(dǎo)致LCD顯示數(shù)值呈現(xiàn)多次循環(huán)。總之，通過本次畢業(yè)設(shè)計， 我可以體會到市場大多科學(xué)儀器制造與設(shè)計的艱難，我會在今后的工作之中多多學(xué)習(xí)， 利用工作學(xué)到的先進(jìn)技術(shù)和知識，對制作的電子脈搏計進(jìn)行后續(xù)的改進(jìn)。參考文獻(xiàn)高光天傳感器與信號

55、調(diào)理器件應(yīng)用技術(shù)M.科技出版社吳建平傳感器原理及應(yīng)用M.機械工業(yè)出版社康華光電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字部分M.高等教育出版社谷樹忠原理圖，PCB設(shè)計與仿真M電子工業(yè)出版社潘銀松電子電路CADM.重慶大學(xué)出版社胡宴如模擬電子技術(shù)M.高等教育出版社陳凱液晶顯示萬年歷、時間、星期及溫度M.湖南理工學(xué)院李慶亮C語言程序設(shè)計實用教程M.機械工業(yè)出版社金韋正單線數(shù)字溫度傳感器的原理及應(yīng)用M.電子技術(shù)應(yīng)用郝曉劍楊述平張連紅儀器電路設(shè)計與應(yīng)用M.電子工業(yè)出版社胡向東劉京城傳感技術(shù)M.重慶大學(xué)出版社閻石數(shù)字電子基礎(chǔ)M.高等教育出版社程詠梅夏雅琴尚嵐人體脈搏波信號檢測系統(tǒng)M.北京生物醫(yī)學(xué)工程致謝在這次課程設(shè)計的過程中， 我

56、的指導(dǎo)老師王春波老師給予了我很大的幫助，提供了相關(guān)的資料，對我的課程設(shè)計作品給予了指導(dǎo)和支持。使我順利圓滿的完成了此次課稱設(shè)計設(shè)計。在此，向王春波老師表示衷心的感謝！古人云：預(yù)則立，不預(yù)則廢。祖先曾經(jīng)教導(dǎo)我們：一年之計在于春，一日之計在于晨。作為即將走向社會的我們又何嘗不是如此？ 一個沒有規(guī)劃的人生，就像一場沒有球門的足球賽，滿場亂踢；一個沒有規(guī)劃的人生，就像一葉在茫茫大海上漫無目標(biāo)的小舟，隨波飄蕩。在我們即將走向社會的時候， 我們必須對自己的職業(yè)生涯進(jìn)行規(guī)劃。羅素曾說：選擇職業(yè)就是選擇你自己的將來。 因此我們要針對社會需要， 結(jié)合自身的情況及早做好相應(yīng)準(zhǔn)備，為我們走向社會打下堅實的基礎(chǔ)。俗話

57、說：磨刀不誤砍柴功。為適應(yīng)社會需要，促進(jìn)自我發(fā)展， 我們除了學(xué)好本專業(yè)外，還應(yīng)輔修相關(guān)專業(yè)知識，積極參加社會實踐活動，培養(yǎng)工作能力， 努力提高綜合素質(zhì)，同時努力培養(yǎng)特長，形成自身競爭優(yōu)勢。最后，再次感謝學(xué)院給了我們機會，以及計算機系的各位老師和許多同學(xué)在各個方面給予了我很多的幫助和支持，讓我堅持到了最后，謝謝你們！附錄程序:#i nclude /#defi ne uchar un sig ned char / #defi ne uint un sig ned int #in elude vintrin s.h調(diào)用單片機頭文件無符號字符型宏定義 /無符號整型宏定義變量范圍0255變量范圍0655

58、35sbit dq = P1A5;sbit beep = PU4; / bit flag_300ms ;18b20 IO 口的定義蜂鳴器IO 口定義uchar code table_ nu m=0123456789abcdefg;L:指令寄存器L:指令寄存器sbit rs=P1A0；II寄存器選擇信號H:數(shù)據(jù)寄存器sbit rw=P1Al； II寄存器選擇信號 H:數(shù)據(jù)寄存器 sbit e =P1A2;II片選信號下降沿觸發(fā)un sig ned char i=0,timeco un t=0,displayOK=0,rate=0,aa=0;unsigned int time6=0;*1ms延時函*void delay_1ms( uint q)uint i,j;for(i=0;iq;i+)for(j=0;j110;j+);I* 名稱:delay_uint()*功能：小延時。*輸入:無*輸出：無*I*void delay_ uint(uint q)while(q-);I* 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;PO=com