課程報告-脈搏心率測試儀測試與制作

PAGEPAGE17電子系統(tǒng)設(shè)計報告題目：脈搏心率測試儀測試與制作

、電子系統(tǒng)設(shè)計報告脈搏測試儀是用來測量一個人脈搏跳動次數(shù)的電子儀器，也是心電圖的主要組成部分，因此，在現(xiàn)代醫(yī)學(xué)上具有重要的作用。隨著心臟的搏動，人體組織半透明度隨之改變：當血液送到人體組織時，組織的半透明度減小；當血液流回心臟，組織則半透明度增大。在人體組織較薄的手指尖通過紅外對管來獲得采集信號。

一、課程設(shè)計實驗?zāi)康模?．通過對電子技術(shù)的綜合運用，使學(xué)到的理論知識相互融泄貫通，在認識上產(chǎn)生一個飛躍。初步掌握一般電子電路設(shè)計的方法，使學(xué)生得到一些工程設(shè)計的初步訓(xùn)練，并為以后的畢業(yè)設(shè)計奠定良好基礎(chǔ)。2．培養(yǎng)同學(xué)自學(xué)能力，獨立分析問題、解決問題的能力。對設(shè)計中遇到的問題，通過獨立思考、查找工具書、參考文獻、尋求正確答案；對實驗中碰到的一些問題，能通過觀察、分析、判斷、改正、再實驗、再分析等基本方法去解決3．熟練掌握幾種常用的單元元件電路的分析和設(shè)計方法。4．學(xué)會電路的實驗調(diào)試和整機指標測試方法，使學(xué)生鞏固和加深對電子系統(tǒng)設(shè)計的理論知識，鍛煉學(xué)生的動手能力。二、課程實驗設(shè)計方案：把轉(zhuǎn)換為電信號的脈搏信號，在單位時間60s內(nèi)進行記數(shù)，并用數(shù)字顯示其記數(shù)值，從而直接得到每分鐘的脈搏數(shù)。三、設(shè)計要求及技術(shù)指標它的基本功能是：用傳感器將脈搏的跳動轉(zhuǎn)換為電信號，并加以放大，整形和濾波。在短時間內(nèi)（60s)測出每分鐘的脈搏數(shù)。它的作用可以在60S內(nèi)測量脈搏數(shù)，并且顯示其數(shù)字。正常人脈搏為60-80次每分鐘，嬰兒為90-100次每分鐘，老人為100-150次每分鐘。要求：1、實現(xiàn)在30~60內(nèi)秒測量1分鐘的脈搏數(shù)，并且顯示其數(shù)字。正常人脈搏數(shù)為60~80次/min，小孩為90~100次/min,老人為100~150次/min.。2、用傳感器將脈搏的跳動轉(zhuǎn)換為電壓信號，并加以放大整形和濾波。三、設(shè)計要求及基本功能。1．設(shè)計要求：以STC89C52單片機為核心控制芯片，光電式脈搏波傳感器采集信號，以四斷數(shù)碼管作為顯示系統(tǒng)，經(jīng)信號處理電路后脈搏沖送進單片機，能夠?qū)崿F(xiàn)報警、數(shù)碼管顯示心率的頻率等功能。2．基本功能是：用傳感器將脈搏的跳動轉(zhuǎn)換為電信號，并加以放大，整形和濾波。在短時間內(nèi)（60s)測出每分鐘的脈搏數(shù)。它的作用可以在60S內(nèi)測量脈搏數(shù)，并且顯示其數(shù)字。正常人脈搏為60-80次每分鐘，嬰兒為90-100次每分鐘，老人為100-150次每分鐘。四、課程設(shè)計實驗器材：電阻：10K3個1K9個100k5個2.4k2個5.1k1個30k1個200K2個150歐8個200歐1個排阻.10k1個可調(diào)電阻:100k2個電解電容：4.7uF1個100uF1個10uF3個瓷片電容： 30PF2個0.33uF1個0.1uF1個按鍵開關(guān)：3個六腳自鎖開關(guān)：1個集成運放：LM3241個共陽極數(shù)碼管：1個發(fā)光二極管：紅色2個STC89C52單片機1個蜂鳴器1個晶振11.0592MHz 1個三極管：S58505個穩(wěn)壓管LM78051個光電式傳感器：一對排針導(dǎo)線等五.集成芯片介紹：1、STC89C52單片機簡介：STC89C52是臺灣STC公司生產(chǎn)的一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash

存儲器。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。具有以下標準功能：8k字節(jié)Flash，512字節(jié)RAM，32位I/O口線，，內(nèi)置4KBEEPROM，MAX810復(fù)位電路，2個16位

定時器/計數(shù)器，一個6向量2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口。另外STC89X52可降至0Hz靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。最高運作頻率35MHz，6T/12T可選。3.1.2STC89C52的特點·與MCS-51產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容·4k字節(jié)可重擦寫Flash閃速存儲器·1000次擦寫周期·全靜態(tài)操作：OHz--24MHz·三級加密程序存儲器·128*8字節(jié)內(nèi)部RAM·32個可編程I／O口線·2個16位定時／計數(shù)器·6個中斷源·可編程串行UART通道·低功耗空閑和掉電模式2.STC89C52的結(jié)構(gòu)此次設(shè)計所使用的STC89C52的封裝形式是DIP40。如圖4所示。圖4STC89C52的封裝形式引腳功能：·Vcc：電源電壓·GND：接地·P0口：P0口是一組8位漏極開路型雙向I／0口，也即地址／數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為輸出口用時，每位能吸收電流的方式驅(qū)動8個TTL邏輯門電路，對端口寫“1”可作為高阻抗轉(zhuǎn)入端用。·Pl口：P1是—個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I／O口，P1的輸出緩沖級可驅(qū)動(吸收或輸出電流)4個TTL邏輯門電路。對端口寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。作輸入口使用時，因內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電萌?！2口：P2是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I／O口，P2的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流)4個TTL邏輯門電路。對端口寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口，作輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流?！3口：：①可以作為輸入/輸出口，外接輸入/輸出設(shè)備。②作為第二功能使用，每一位功能定義如表1所示。表1P3口的第二功能·RST：復(fù)位輸入。當振蕩器工作時，RST引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平將使單片機復(fù)位?！LE/PROG：當訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時，ALE(地址鎖存允許)輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。即使不訪問外部存儲器，ALE仍以時鐘振器頻率的1／6輸出固定的正脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。·PSEN：程序存儲允許（PSEN）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當AT89C51由外部程序存儲器取指令(或數(shù)據(jù))時．每個機器周期兩次PSEN有效，即輸出兩個脈沖。在此期間，當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，這兩次有效的PSEN信號不出現(xiàn)。·EA／VPP：EA＝0，單片機只訪問外部程序存儲器。EA＝1，單片機訪問內(nèi)部程序存儲器。．XTALI：振蕩器反相放大器的及內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端。．XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。3.放大器介紹LM324是四運放集成電路，它采用14腳雙列直插塑料封裝.它的內(nèi)部包含四組形式完全相同的運算放大器，除電源共用外，四組運放相互獨立。每一組運算放大器可用圖3.4所示的符號來表示，它有5個引出腳，其中“+”、“-”為兩個信號輸入端，“V+”、“V-”為正、負電源端，“Vo”為輸出端。兩個信號輸入端中，Vi-（-）為反相輸入端，表示運放輸出端Vo的信號與該輸入端的相位相反；Vi+（+）為同相輸入端，表示運放輸出端Vo的信號與該輸入端的相位相同。LM324的引腳排列見圖3.5。圖2圖3由于LM324四運放電路具有電源電壓范圍寬，靜態(tài)功耗小，可單電源使用，價格低廉等優(yōu)點，因此被廣泛應(yīng)用在各種電路中。4.LM7805的介紹在實際應(yīng)用中，應(yīng)在三端集成穩(wěn)壓電路上安裝足夠大的散熱器（當然小功率的條件下不用）。當穩(wěn)壓管溫度過高時，穩(wěn)壓性能將變差，甚至損壞。當制作中需要一個能輸出1.5A以上電流的穩(wěn)壓電源，通常采用幾塊三端穩(wěn)壓電路并聯(lián)起來，使其最大輸出電流為N個1.5A，但應(yīng)用時需注意：并聯(lián)使用的集成穩(wěn)壓電路應(yīng)采用同一廠家、同一批號的產(chǎn)品，以保證參數(shù)的一致。另外在輸出電流上留有一定的余量，以避免個別集成穩(wěn)壓電路失效時導(dǎo)致其他電路的連鎖燒毀。六、課程設(shè)計實驗原理：設(shè)計總框圖：顯示電路STC89C52單片機信號采集與處理電路報警電路時鐘電路復(fù)位電路按鍵顯示電路STC89C52單片機信號采集與處理電路報警電路時鐘電路復(fù)位電路按鍵2集成運放放大電路：（1）.信號采集：采用紅外反射傳感器，通過手指的血液濃度會隨著心臟的跳動發(fā)生變化，紅外對管對應(yīng)的信號便會發(fā)生相應(yīng)的變化，采集此信號經(jīng)過放大，濾波，比較等處理便可以得到理想的信號。（2）.前級放大:同相比例放大器：放大倍數(shù):AR1為平衡電阻，其保證運放差分輸入端靜態(tài)電路的平衡，消除靜態(tài)基極電流對輸出的影響，平衡電阻的計算：R1=R3//R4=1K（3）.濾波整形：該濾波整形電路為二階壓控有源低通濾波，使高頻段的衰減斜率要更大一點，選擇性會更好。且由運放LM324組成和RC網(wǎng)絡(luò)組成，帶負載能力較強。通頻帶電壓增益=（1+R8/R7）=2截止頻率為：fH=1/(2πRC)=6.635Hz（4）.后級放大：后級放大采用同比例放大電路。R10接地時為了保證輸入為零時放大器的輸出電位為零。C6的作用是隔直流通交流。對于放大倍數(shù)：A（5）.整形電路：采用滯回比較器整形，這種比較器的特點是當輸入信號Ui逐漸增大或逐漸減小時，它有兩個閾值，且不相等。當Ui=U+=U-時輸出發(fā)生跳轉(zhuǎn)，輸出有兩種狀態(tài)：+U2，-U2，使輸出發(fā)生跳轉(zhuǎn)的輸入電壓分別為正向閥值Ut+和Ut-設(shè)輸入電壓Ui很小，Ui<U+，輸出Uo=+U2;當Ui當Ui逐漸增大時，Ui<U+時，Uo=+U2,Ui>U+時，輸出跳轉(zhuǎn)為—U2。UU?3單片機部分單片機選擇STC89C52，選擇STC89C52有：功能更強，速度更快，壽命更長，價格更低。外型：40個引腳，雙列直插DIP-40。將程序直接燒錄到STC89C52中后，用單片機實現(xiàn)定時和計數(shù)，用外部中斷INT0來計數(shù)，記錄脈搏數(shù)單片機的P1^0是連接一個LED。當單片機上電時LED亮，測試時，LED關(guān)，測試后，LED亮，代表測試完畢。P1^1是一個按鍵開關(guān)，功能是：按下按鍵開關(guān)，測試開始，再次按下按鍵開關(guān)，代表復(fù)位，從新測量。P1^2連接的是一個蜂鳴器，其功能是：當測量的脈搏次數(shù)大于199次或小于50次時，蜂鳴器響，起報警作用。（1）時鐘電路時鐘電路是一個振蕩電路，它的作用是：給單片機提供工作頻率。振蕩電路的兩個電容的作用是起振。（2）復(fù)位電路：按下彈片開關(guān)時開始測量，再次按下時復(fù)位，從新測量（3）報警電路：當心率大于199次/分鐘或小于50次/分鐘，蜂鳴器報警單片機總圖：（4）.顯示部分：顯示部分由一個四位七段數(shù)碼管和四個三極管、電阻組成。如圖所示電阻是三級管的基極電阻和三極管構(gòu)成一個開關(guān)電路，當基極是低電平時三極管導(dǎo)通，相當于開關(guān)閉和，當基極是高電平時，三極管截止狀態(tài)，相當于開關(guān)斷開。三極管和電阻組成的電路起驅(qū)動作用，驅(qū)動數(shù)碼管發(fā)亮。（5）.電源電路:經(jīng)過LM7805的穩(wěn)壓和C6的濾波便在穩(wěn)壓電源的輸出端產(chǎn)生了精度高、穩(wěn)定度好的直流輸出電壓。本穩(wěn)壓電源可作為TTL電路或單片機電路的電源。三端穩(wěn)壓器是一種標準化、系列化的通用線性穩(wěn)壓電源集成電路，以其體積小、成本低、性能好、工作可靠性高、使用簡捷方便等特點，成為目前穩(wěn)壓電源中應(yīng)用最為廣泛的一種單片式集成穩(wěn)壓器件(6）單片機部分總原理圖如下：4.PCB圖如下：（1）.濾波放大部分：（2）.單片機與顯示部分：七、元件安裝與焊接：1、實物連接制作過程：（1）根據(jù)我們的程序畫出電路圖，查找有關(guān)資料看我們所需元件是類型及作用原理；（2）根據(jù)我們的電路圖向老師提交到我們所需的元件；（3）根據(jù)元件的封裝來畫電路圖的PCB圖；（4）根據(jù)所做的PCB圖確定電路板的大小，把PCB圖壓制到鍍銅板上；熱轉(zhuǎn)印好后放到腐蝕液里進行腐蝕；（5）把腐蝕好的板洗干凈進行鉆孔，完成后把元件依次安裝到板上；2、焊接：準備施焊；加熱焊件；送入焊絲；焊接元件。在焊接過程中要注意假焊，虛焊，焊接不規(guī)則等等問題，盡量避免不必要的錯誤。器件安裝焊接完后，就要焊接電線，一定要保證連接端口的正確連接，管腳的位置及所代表的含義不能搞錯，這樣才能避免電路板出現(xiàn)問題。八．設(shè)計所需程序：#include<reg52.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintucharcodetable[]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90};//0~9共陽ucharCount1,Count2,Sec;sbitBuzzer=P2^0;voiddelay_fmq(uinta)//函數(shù)功能：蜂鳴器延時函數(shù){ucharb;for(;a>0;a--){for(b=0;b<120;b--);}}voidBeep(void)//函數(shù)功能：蜂鳴器響函數(shù){Buzzer=0;delay_fmq(8);Buzzer=1;}voiddelay(void)//函數(shù)功能:延時函數(shù)，延時約0.6毫秒{uchara; for(a=0;a<200;a++);}voidDisplay(uinta)//函數(shù)功能：數(shù)碼管顯示函數(shù){uintk=0;P0=table[a%10]; //個位P2=0x7f;//P2.3引腳輸出低電平，DS3點亮delay();delay();k=a/10;P0=table[a%10];//十位P2=0xbf;//P2.2引腳輸出低電平，DS2點亮delay();delay();k=a/100;P0=table[a%10];//百位P2=0xdf;//P2.1引腳輸出低電平，DS1點亮delay();delay();P2=0xef;//P2.0引腳輸出低電平，DS0點亮P0=table[a/1000];//千位delay();delay();P2=0xff;}voidmain(void){Count1=0;Count2=0;Sec=0;EA=0;ET0=0;TR0=0;TMOD=0x01;TH0=(65536-10000)/256;//將定時器計時時間設(shè)定為10000×1us=10ms12MTL0=(65536-10000)%256;PT0=1;IT1=1;EX1=1;EA=1;while(1){ Display(Count1); if((Count1==1)||(Sec==60)) { Beep(); } }}voidEtInt0(void)interrupt1//函數(shù)功能：定時器0中斷的中斷服務(wù)程序{TR0=0;ET0=0;Count2++;if(Count2==100){ Sec++; if(Sec==60) { EX1=0; EA=0; }}TH0=(65536-10000)/256;TL0=(65536-10000)%256;TR0=1;ET0=1;} voidExInt0(void)interrupt2//函數(shù)功能：外部中斷1的中斷服務(wù)程序{