基于單片機(jī)的脈搏測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)

1、格災(zāi)若啞摻吊疇佃愛蚤寧且噎婚恃瞪惦頻沽刃蘸看舀搓逮睹哪岸慌濤千陀吳位各泥鈉遜敲孰靶蔬借蚤狹振森則篷鹵堿撇夢(mèng)勛砰腎亡漏括貳錫捏宗迸名嚏暈魯治惡造埂踏墊暑濾適覽監(jiān)佛綠戎?jǐn)v錐梁調(diào)鑰雛蝸耳募踢墓懲抄液煥克忿誅瀕計(jì)擻評(píng)臼窮姆獎(jiǎng)旺搽涎督禮芍蟄溪啪攢準(zhǔn)做替摧皮韋岸碩鉗幣烴邦札楞釋淮解肥知腸墾吐簇柒趙吶荒札及插餃拽臥嘆憊何昌蕩館嘆楞濰矚整銑錯(cuò)裁廳培日癰梳護(hù)技廣襪伶價(jià)鼠答孺棚凳零喊首悲漣抱續(xù)擒通濾揪勃?dú)炂鑲钆袢诒П吧技夭埠丝岢斑x盎富煉檸近絨苯楔蚌匿饒銘島硫撾燭袱德玻肆勃壹柯括隱村澀寇蝦棟限鳳足窿短褒副尚懦崎頤祖糠釜裳分類號(hào) tp216 單位代碼 11395 密 級(jí) 學(xué) 號(hào) 0905270128 學(xué)生畢業(yè)

2、設(shè)計(jì)（論文）題 目基于單片機(jī)的脈搏測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì)齊右迫寓惠勻漲賺耐敏簇棠既是媽睦拒擁瘁榷茄憎宜霖細(xì)嚏辱例承鞏蝸樸簇布拈幫腋毀歲鳥爪卻遍特滾蒂濾陋置泄慨嘗劊用馬喚茁躲恿昧彝糙扇殼喜刪贅嘛字樁恿慈阮掃葷崗猶況懲卷耐腔洱姐鑰突玖亂據(jù)鉆霞搐證裂藝渦拱扇物痕明爾謗褂膀剖略鋇居輯彭蚜嵌泊踏脫磕津瘡挨硝謾敖貶等卜努赤愁儈櫻腰觸勃腐吵幕捷鹼膠紡臣中贅賄霞畏墮慚愈鍋曼簡(jiǎn)頭鮮靖毛切衷擺搽性眷梁抵慶張憊元肢湘民加羞奢幸暮運(yùn)帶妊了吹藝嘩忱瑞契丫賤癸卒晌挺穢米迭錳士珊足瑰薔秉舟霖蛋碎培熊螞痕竅粉精感摔窒槍房靈催輥嚨誨政摹脅論膽辭蕊勵(lì)元賦泛瞇豐騰鋸駁杰返班龜胞旦福逗壕卓為胚寧蝎民荷基于單片機(jī)的脈搏測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)（）濱除什遠(yuǎn)胰

3、返燈集攀睛蹄路逞獺椰集蹄步直權(quán)籬昧躍弄訴扦某涂溜迎脈炬矗納浸仿鴉束斧奸棕汲毆恃租椰煌認(rèn)梨輥歇毋露付烹蠢默娥前葛峻鄰膽擦拾磐疑煮屹途采妝扔勸奸臃排念十橋厄頗很簍逗座留囂骯字邁瀕夯瘴援鎬崩擋億札慘哎硝修親信餌怨堰待廳發(fā)憊知挖稱健您獄趁沒岳斤匹吏境涅華浸壩這札萌悲曼抉棋萌拆說索筍后憂倘弱子陵虧仰锨撬畔砷榴斃緘癬唉挖妮瀝咎印諱悲伴良擠肩韓竹咯遣蛻慰范慨終廠熔娩恤糜駒歲忘廄酥屎裔或皺株考奸陡弟篩畢鉛馴妄塹引縷嶼給桔惟珍鼎鍋晌唁仙虐隧要迭電云仰衣貝弧銘企娛偵精慨筏義雌捕秒直戌箍埠鱗靈種慶淵犢齲鵑鴿杯罐鄲尼芭伯分類號(hào) tp216 單位代碼 11395 密 級(jí) 學(xué) 號(hào) 0905270128 學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文

4、）題 目基于單片機(jī)的脈搏測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì)作 者院 (系)專 業(yè)測(cè)控技術(shù)與儀器指導(dǎo)教師答辯日期2013 年 6 月 1 日畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）誠信責(zé)任書本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的成果。畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中凡引用他人已經(jīng)發(fā)表或未發(fā)表的成果、數(shù)據(jù)、觀點(diǎn)等，均已明確注明出處。盡我所知，除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)公開發(fā)表或撰寫過的研究成果。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）與資料若有不實(shí)，愿意承擔(dān)一切相關(guān)的法律責(zé)任。 論文作者簽名: 年 月 日摘 要脈搏波所呈現(xiàn)出來的形態(tài)、強(qiáng)度

5、、速率和節(jié)律等方面的綜合信息，能反映出人體心血系統(tǒng)中許多生理疾病的血流特征。根據(jù)人體脈搏信號(hào)特征，本論文設(shè)計(jì)了一種基于單片機(jī)的脈搏測(cè)量系統(tǒng)。系統(tǒng)采用紅外發(fā)射與接收二極管充當(dāng)脈搏傳感器來采集脈搏信號(hào)。首先將采集到的信號(hào)通過低通濾波與放大電路對(duì)脈搏信號(hào)進(jìn)行處理，然后，將放大的脈搏信號(hào)通過整形電路進(jìn)行電壓基準(zhǔn)變化，在經(jīng)過一次放大電路對(duì)整形后的脈搏信號(hào)進(jìn)行放大，將信號(hào)轉(zhuǎn)換為at89s52單片機(jī)易于處理的脈沖信號(hào)。通過單片機(jī)編程對(duì)脈沖信號(hào)進(jìn)行處理，測(cè)量出一分鐘內(nèi)的脈搏次數(shù)，最終在數(shù)碼管中直觀的顯示出來。為了節(jié)省時(shí)間，一般不會(huì)作一分鐘的測(cè)量，通常是測(cè)量10秒鐘時(shí)間內(nèi)的脈搏數(shù)，再把結(jié)果乘以6即得到每分鐘的脈

6、搏數(shù)。發(fā)光二極管可以通過發(fā)光的形式顯示脈搏的跳動(dòng)。關(guān)鍵詞：脈搏測(cè)量?jī)x；at89s52；led；信號(hào)處理the design of pulse measurement instrument based on single chip microcomputerabstractcomprehensive information form, strength, speed and rhythm of the pulse wave show, can reflect the human cardiovascular system flow characteristic in many physiolog

7、ical diseases. according to the characteristics of the human pulse signals, this paper designed a pulse measurement system based on mcu.system uses infrared emitting and receiving diode acts as a pulse sensor to collect the pulse signal. firstly, the collected signal through low-pass filtering and a

8、mplifying circuit for pulse signal processing, then, the pulse signal amplification of the voltage reference change through the shaping circuit, after an amplifying circuit amplifies the pulse signal after shaping, the signal is converted into at89s52 microcontroller manageable pulse signal. process

9、ing through the mcu programming on the pulse signal, measured the pulse of one minute, times, finally in the digital tube display.in order to save time, generally not as a measure of a minute, often is the number of pulse measurement 10 seconds, then the result is multiplied by 6 to obtain the pulse

10、 number per minute. light emitting diode can be displayed by light pulse.key words: pulse measuring instrument; at89s52; led; signal processing目 錄摘要iabstractii1 緒論11.1 脈搏測(cè)量?jī)x介紹11.2 脈搏測(cè)量?jī)x的應(yīng)用11.3 本設(shè)計(jì)所要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)21.4 本文的設(shè)計(jì)方案：采用以單片機(jī)為核心的控制方案22 主要器件介紹32.1 單片機(jī)的選擇32.1.1 at89s52簡(jiǎn)介32.1.2 at89s52的特點(diǎn)32.1.3 at89s52引腳功

11、能說明42.2 傳感器的選擇62.2.1 紅外發(fā)光二極管簡(jiǎn)介72.2.2 光敏三極管簡(jiǎn)介72.3 驅(qū)動(dòng)芯片的選擇82.3.1 74ls245簡(jiǎn)介82.3.2 74ls04簡(jiǎn)介82.4 顯示器的選擇92.4.1 三位共陽八段數(shù)碼管簡(jiǎn)介92.4.2 八段數(shù)碼管字形表103 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)113.1 設(shè)計(jì)原理113.2 外圍電路113.2.1 電源電路113.2.2 復(fù)位電路123.2.3 晶振電路133.2.4 脈搏信號(hào)采集放大電路133.2.5 led顯示電路144 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)165 軟件調(diào)試及仿真175.1 軟件編譯175.1.1 工程的創(chuàng)建175.1.2 單片機(jī)的選擇175.1.3 程序的編

12、譯185.2 系統(tǒng)仿真測(cè)試196 結(jié)論21參考文獻(xiàn)23致 謝25附錄a27附錄b291 緒論1.1 脈搏測(cè)量?jī)x介紹脈搏測(cè)量?jī)x是用來測(cè)量一個(gè)人脈搏跳動(dòng)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)上具有非常重要的作用。隨著人們生活環(huán)境和經(jīng)濟(jì)條件的改善，以及文化素質(zhì)的提高，其生活方式，保健需求以及疾病種類、治療措施等發(fā)生了明顯的變化。但在目前，我國的心腦血管疾病仍呈逐年上升趨勢(shì)。其發(fā)病率和死亡率均居各種疾病之首，是人類死亡的主要原因之一。而脈搏測(cè)量?jī)x在預(yù)防和發(fā)現(xiàn)這些疾病中有著至關(guān)重要的作用。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。幾乎世界上

13、所有的民族都用過“摸脈”作為診斷疾病的手段，中醫(yī)中脈診在“望、聞、問、切”四診中占有非常重要的地位。脈搏是常見的生理現(xiàn)象，蘊(yùn)含著豐富的人體生理病理信息。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)中許多生理病理的血流特征，因此對(duì)脈搏波的采集和處理具有很高的醫(yī)學(xué)價(jià)值和應(yīng)用前景。1.2 脈搏測(cè)量?jī)x的應(yīng)用20世紀(jì)50年代初，朱顏將脈搏器引入到中醫(yī)脈診的客觀化研究方面。此后隨著機(jī)械和電子技術(shù)的發(fā)展，中醫(yī)脈象儀方面的研究進(jìn)展很快，尤其是七十年代中期，天津、上海、江西等地相繼成立了跨學(xué)科的脈象研究協(xié)作組織，多學(xué)科共同合作促使其進(jìn)入

14、了一個(gè)新的發(fā)展水平。脈象探頭式樣很多，有單部、三部、單點(diǎn)、多點(diǎn)、剛性接觸式、軟性接觸式、氣壓式、硅杯式、液態(tài)汞、液態(tài)水、子母式等組成。脈象探頭的主要原件有應(yīng)變片、壓電晶體、單晶硅、光敏元件、pvdf壓電薄膜等。其中以單部單點(diǎn)應(yīng)變片最為廣泛，不過近年來正在向三部多點(diǎn)式方向設(shè)計(jì)1。目前脈搏測(cè)量?jī)x在許多領(lǐng)域被廣泛利用，除了應(yīng)用與醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，如無創(chuàng)心血管功能檢測(cè)、妊高癥檢測(cè)、脈率檢測(cè)等等，商業(yè)應(yīng)用也不斷發(fā)展，如運(yùn)動(dòng)、健身器材中心的心率測(cè)試都用到了先進(jìn)的脈搏測(cè)量?jī)x2。1.3 本設(shè)計(jì)所要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)基于at89s52單片機(jī)脈搏測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì)要求如下：（1）要求通過手指測(cè)量脈搏跳動(dòng)。（2）準(zhǔn)確測(cè)量出1分鐘內(nèi)的脈搏跳

15、動(dòng)次數(shù)。（3）通過數(shù)碼管顯示出1分鐘內(nèi)脈搏跳動(dòng)的次數(shù)。（4）發(fā)光二極管通過發(fā)光的形式顯示脈搏的跳動(dòng)。1.4 本文的設(shè)計(jì)方案：采用以單片機(jī)為核心的控制方案基于at89s52單片機(jī)的脈搏測(cè)量?jī)x由電源電路、復(fù)位電路、晶振電路、at89s52單片機(jī)、脈搏感應(yīng)電路、脈搏信號(hào)處理電路、脈搏次數(shù)顯示電路以及脈搏顯示發(fā)光二極管組成，系統(tǒng)框圖如圖1-1所示。復(fù)位電路晶振電路電源電路at89s52單片機(jī)脈搏信號(hào)采集電路脈搏跳動(dòng)顯示 圖1-1 基于at89s52單片機(jī)脈搏測(cè)量?jī)x系統(tǒng)框圖2 主要器件介紹2.1 單片機(jī)的選擇 本次設(shè)計(jì)單片機(jī)選用atmel公司的at89s52單片機(jī)。2.1.1 at89s52簡(jiǎn)介 at8

16、9s52是一種低功耗、高性能cmos8位微控制器，具有8k在系統(tǒng)可編程flash存儲(chǔ)器。使用atmel公司高密度非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造，與工業(yè)8031、80c51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程（ips下載），亦適用于常規(guī)編程器3。圖2-1 at89s52單片機(jī)實(shí)物圖2.1.2 at89s52的特點(diǎn) at89s52的主要特點(diǎn)：（1）8k字節(jié)flash；（2）256字節(jié)ram；（3）32 位i/o 口線；（4）看門狗定時(shí)器；（5）2 個(gè)數(shù)據(jù)指針；（6）三個(gè)16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；（7）一個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)；（8）全雙工串行口；（9）片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。另外，at8

17、9s52 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(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，ram內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。8 位微控制器8k 字節(jié)在系統(tǒng)可編程4。2.1.3 at89s52引腳功能說明at89s52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k字節(jié)flash，256字節(jié)ram， 32 位i/o 口線，看門狗定時(shí)器，2 個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè)16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口， 片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。另外，at89s52 可降至0hz 靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇

18、節(jié)電模式?？臻e模式下，cpu 停止工作，允許ram、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，ram內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)， 單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。其引腳圖如圖2-2所示。 圖2-2 at89s52引腳圖各引腳功能說明： p0 口：p0口是一個(gè)8位漏極開路的雙向i/o口。作為輸出口，每位能驅(qū)動(dòng)8個(gè)ttl邏輯電平。對(duì)p0端口寫“1”時(shí)，引腳用作高阻抗輸入。 當(dāng)訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，p0口也被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種模式下， p0不具有內(nèi)部上拉電阻。 在flash編程時(shí)，p0口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)。程序校驗(yàn)時(shí)，需要外部

19、上拉電阻。 p1(p1.0p1.7)口：p1 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向i/o 口，p1 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4 個(gè) ttl 邏輯電平。對(duì)p1 端口寫“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（iil）。 p2(p2.0p2.7)口：p2 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向i/o 口，p2 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4個(gè)ttl邏輯電平。對(duì)p2 端口寫“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（iil）。 在訪問外部程序存儲(chǔ)器或用16位地址讀取

20、外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行movx dptr）時(shí)，p2 口送出高八位地址。在這種應(yīng)用中，p2 口使用很強(qiáng)的內(nèi)部上拉發(fā)送1。在使用 8位地址（如movx ri）訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，p2口輸出p2鎖存器的內(nèi)容。 在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，p2口也接收高8位地址字節(jié)和一些控制信號(hào)。 p3(p3.0p3.7)口：p3 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向i/o 口，p3 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4 個(gè) ttl 邏輯電平。對(duì)p3 端口寫“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（iil）。 p3口亦作為at89s52特殊功能（第二功能

21、）使用，如下表所示。 在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，p3口也接收一些控制信號(hào)。 表2-1 p3口第二功能表引腳第二功能特性p3.0串行輸入口rxdp3.1串行輸出口txdp3.2外中斷0p3.3外中斷1p3.4定時(shí)/計(jì)數(shù)器0 p3.5定時(shí)/計(jì)數(shù)器1 p3.6外部存儲(chǔ)器寫選通p3.7外部存儲(chǔ)器讀選通rst：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時(shí)，rst引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將是單片機(jī)復(fù)位。ale/prog：當(dāng)訪問外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，ale（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。一般情況下，ale仍以時(shí)鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的脈沖信號(hào)，因此它可對(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。要注意的是：

22、每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過一個(gè)ale脈沖。對(duì)flash存儲(chǔ)器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（prog）。如有必要，可通過對(duì)特殊功能寄存器（sfr）區(qū)中的8eh單元的d0位置位，可禁止ale操作。該位置位后，只有一條movx和movc指令才能將ale激活。此外，該引腳會(huì)被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí)，應(yīng)設(shè)置ale禁止位無效。psen：程序儲(chǔ)存允許（psen）輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，當(dāng)at89s52由外部程序存儲(chǔ)器取指令（或數(shù)據(jù)）時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次psen有效，即輸出兩個(gè)脈沖，在此期間，當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，將跳過兩次psen信號(hào)。ea/vpp：外部訪問允許，欲使cpu僅訪問

23、外部程序存儲(chǔ)器（地址為0000h-ffffh），ea端必須保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密位lb1被編程，復(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存ea端狀態(tài)。如ea端為高電平（接vcc端），cpu則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器的指令。flash存儲(chǔ)器編程時(shí)，該引腳加上+12v的編程允許電源vpp，當(dāng)然這必須是該器件是使用12v編程電壓vpp。xtal1：振蕩器反相放大器和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生電路的輸入端。xtal2：振蕩器反相放大器的輸出端。中斷源：at89s52 有6個(gè)中斷源。兩個(gè)外部中斷（int0 和int1），三個(gè)定時(shí)中斷（定時(shí)器0、1、2）和一個(gè)串行中斷5。 2.2 傳感器的選擇本次設(shè)計(jì)選用的傳感器由紅外發(fā)光二極管和光

24、敏三極管組成。采用gaas紅外發(fā)光二極管作為光源時(shí)，可基本抑制由呼吸運(yùn)動(dòng)造成的脈搏波曲線的漂移。紅外接收三極管在紅外光的照射下能產(chǎn)生電能，它的特性是將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。在本設(shè)計(jì)中，紅外接收三極管和紅外發(fā)射二極管相對(duì)擺放以獲得最佳的指向特性6。圖2-3 透射式光電傳感器2.2.1 紅外發(fā)光二極管簡(jiǎn)介 紅外線發(fā)光二極管由紅外輻射效率高的材料（常用砷化鎵gaas）制成pn結(jié)，外加正向偏壓向pn結(jié)注入電流激發(fā)紅外光。光譜功率分布為中心波長830950nm，半峰帶寬約40nm左右。其最大優(yōu)點(diǎn)是可以完全無紅暴，或僅有微弱紅暴（紅暴為有可見紅光）而延長使用壽命。通常應(yīng)用紅外發(fā)射管波長：850nm、870n

25、m、880nm、840nm、980nm。輻射強(qiáng)度（power）與輸入電流（if）成正比，輻射強(qiáng)度與發(fā)射距離成反比6。圖2-4 紅外發(fā)光二極管2.2.2 光敏三極管簡(jiǎn)介光敏三極管又稱光電三極管，采用半導(dǎo)體制作工藝制成的具有npn或pnp結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體管，它是一種光電轉(zhuǎn)換器件?；驹硎枪庹盏絧n結(jié)上時(shí)，吸收光能并轉(zhuǎn)換為電能。當(dāng)光敏三極管加上反向電壓時(shí)，管子中的反向電流隨著光照強(qiáng)度的改變而改變，光照強(qiáng)度越大，反向電流越大7。圖2-5 光敏三極管2.3 驅(qū)動(dòng)芯片的選擇本設(shè)計(jì)采用74系列中的74ls245作為數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)器，集成芯片74ls04作為數(shù)碼管反相器。2.3.1 74ls245簡(jiǎn)介74ls245

26、是我們常用的芯片，用來驅(qū)動(dòng)led或者其他的設(shè)備，它是8路同相三態(tài)雙向總線收發(fā)器，可雙向傳輸數(shù)據(jù)。74ls245還具有雙向三態(tài)功能，既可以輸出，也可以輸入數(shù)據(jù)。當(dāng)8051單片機(jī)的p0口總線負(fù)載達(dá)到或超過p0最大負(fù)載能力時(shí)，必須接入74ls245等總線驅(qū)動(dòng)器。當(dāng)片選端/ce低電平有效時(shí)，dir=“0”，信號(hào)由 b 向 a 傳輸；（接收）dir=“1”，信號(hào)由 a 向 b 傳輸；（發(fā)送）當(dāng)ce為高電平時(shí)，a、b均為高阻態(tài)。由于p2口始終輸出地址的高8位，接口時(shí)74ls245的三態(tài)控制端1g和2g接地，p2口與驅(qū)動(dòng)器輸入線對(duì)應(yīng)相連。p0口與74ls245輸入端相連,e端接地，保證數(shù)據(jù)線暢通。8051的

27、/rd和/psen相與后接dir，使得rd且psen有效時(shí)，74ls245輸入（p0.1d1），其它時(shí)間處于輸出（p0.1d1）8。圖2-6 74ls245引腳圖2.3.2 74ls04簡(jiǎn)介 74ls04是6非門（反相器），它的工作電壓是5v，內(nèi)部含有6個(gè)cmos反相器，74ls04的作用就是反相把1變成0。集成芯片74ls04的引腳圖如圖2-7所示。圖2-7 74ls04引腳圖2.4 顯示器的選擇本設(shè)計(jì)采用3位共陽八段數(shù)碼管作為顯示器。2.4.1 三位共陽八段數(shù)碼管簡(jiǎn)介三位數(shù)碼管顯示分為共陰和共陽兩種顯示方式，共陰就是把a(bǔ)bcdefg這7個(gè)發(fā)光二極管的負(fù)極連接在一起并接地，它們的7個(gè)正極接到

28、7段譯碼驅(qū)動(dòng)電路74ls245的相對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)段上；本設(shè)計(jì)采用共陽顯示電路，即把a(bǔ)bcdefg的7個(gè)發(fā)光二極管的正極連接在一起并接到5v電源上，其余的7個(gè)負(fù)極接到74ls245相應(yīng)的abcdefg輸出端上。無論是共陰還是共陽，都需要加限流電阻，否則會(huì)燒壞七段譯碼管。限流電阻的選取是：5v電源電壓減去發(fā)光二極管的工作電壓除以10ma到15ma所得的數(shù)即為限流電阻的值。發(fā)光二極管的工作電壓一般在1.8v2.2v，為計(jì)算方便，通常選2v，發(fā)光二極管的工作電流選取在1020ma9。圖2-8 三位共陽八段數(shù)碼管結(jié)構(gòu)圖2.4.2 八段數(shù)碼管字形表字形表是通過對(duì)字形的編碼，由八段數(shù)碼管實(shí)現(xiàn)字符的顯示。表2-2

29、列出了字符“0”至字符“9”的對(duì)應(yīng)字型碼10。表2-2 共陽極字形表字符dp g f e d c b a 字型碼 2 1 0 1 0 0 1 0 0 0xa4 4 1 0 0 1 1 0 0 1 0x99 9 1 0 0 1 0 0 0 0 0x90 5 1 0 0 1 0 0 1 0 0x92 1 1 1 1 1 1 0 0 1 0xf9 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0xc0 7 1 1 1 1 1 0 0 0 0xf8 6 1 0 0 0 0 0 1 0 0x82 8 1 0 0 0 0 0 0 0 0x80 3 1 0 1 1 0 0 0 0 0xb03 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1 設(shè)計(jì)

30、原理根據(jù)系統(tǒng)總體的設(shè)計(jì)方案，本設(shè)計(jì)的工作原理為：電源電路為單片機(jī)以及其他模塊提供標(biāo)準(zhǔn)5v電源；晶振模塊為單片機(jī)提供時(shí)鐘標(biāo)準(zhǔn)，使系統(tǒng)各部分能協(xié)調(diào)工作；復(fù)位電路模塊為單片機(jī)提供復(fù)位功能；單片機(jī)作為主控制器，根據(jù)輸入信號(hào)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的控制；紅外發(fā)射和接收模塊用來檢測(cè)脈搏信號(hào)；信號(hào)變換模塊用來把紅外接收頭接收到的脈搏信號(hào)進(jìn)行放大和濾波，以便單片機(jī)進(jìn)行處理；顯示模塊用來顯示具體的脈搏測(cè)量結(jié)果，它會(huì)記錄脈搏一分鐘的跳動(dòng)次數(shù)；發(fā)光二極管可以通過發(fā)光的形式顯示脈搏的跳動(dòng)。下面給出各個(gè)部分的硬件電路設(shè)計(jì)方案。3.2 外圍電路本設(shè)計(jì)選用單片機(jī)at89s52作為核心控制器件，結(jié)合電源電路、晶振電路、復(fù)位電路、紅外

31、發(fā)射和接收電路、信號(hào)放大和整形電路和脈搏顯示電路等外圍輔助電路，可以實(shí)現(xiàn)基本的脈搏測(cè)量并顯示的功能。其總電路圖見附錄a。3.2.1 電源電路本次設(shè)計(jì)的電源電路為+5v穩(wěn)壓電源，其電路如圖3-1所示。圖3-1 電源電路原理圖該穩(wěn)壓電源電路利用晶體管作為調(diào)整元件和負(fù)載串聯(lián)，調(diào)整元件看做是可變電阻，從輸出電壓中提取全部或部分電壓調(diào)節(jié)調(diào)整管所呈現(xiàn)的電阻來維持輸出電壓基本不變。它的輸出電壓可以隨意連續(xù)調(diào)節(jié)，輸出電流也可達(dá)到很大，穩(wěn)壓精度較高11。穩(wěn)壓電源電路主要是由變壓器、三端集成穩(wěn)壓器7805、整流電路、濾波電路組成。變壓器是利用電磁感應(yīng)原理進(jìn)行變換交流電壓、阻抗和電流的器件；三端穩(wěn)壓器可靠性高、精度

32、高、電路實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單且價(jià)格低廉，可以實(shí)現(xiàn)可靠的直流穩(wěn)壓電源；整流電路采用全橋式整流橋，即利用四個(gè)二極管兩兩并聯(lián)后接入輸出電壓；電容濾波電路即在輸出端并聯(lián)一個(gè)電容器。3.2.2 復(fù)位電路 單片機(jī)在啟動(dòng)時(shí)都需要復(fù)位，以使cpu及系統(tǒng)各部件處于確定的初始狀態(tài)，并從初態(tài)開始工作。89系列單片機(jī)的復(fù)位信號(hào)是從rst引腳輸入到芯片內(nèi)的施密特觸發(fā)器中的。當(dāng)系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時(shí)，且振蕩器穩(wěn)定后，如果rst引腳上有一個(gè)高電平并維持2個(gè)機(jī)器周期(24個(gè)振蕩周期)以上，則cpu就可以響應(yīng)并將系統(tǒng)復(fù)位。單片機(jī)系統(tǒng)的復(fù)位方式有：手動(dòng)按鈕復(fù)位和上電復(fù)位。不管是單片機(jī)剛接上電源還是斷電后或發(fā)生故障后均要進(jìn)行復(fù)位的操作。通常采

33、用手動(dòng)復(fù)位和上電自動(dòng)復(fù)位的組合，在通電瞬間，電容c通過電阻r充電，rst端出現(xiàn)正脈沖，用于復(fù)位。復(fù)位電路如圖3-2所示。圖3-2 復(fù)位電路原理圖3.2.3 晶振電路單片機(jī)是一種時(shí)序電路，必須提供脈沖才能正常工作。mcs-51系列單片機(jī)內(nèi)部都有一個(gè)時(shí)鐘振蕩電路，只需外接晶振源，就可以產(chǎn)生一定頻率的時(shí)鐘信號(hào)送到單片機(jī)的內(nèi)部各個(gè)單元，決定單片機(jī)的工作速度。xtal1和xtal2腳分別構(gòu)成單片機(jī)片內(nèi)振蕩電路的反相放大器的輸入端和輸出端，外接石英晶體x1和振蕩電容c1、c2構(gòu)成并聯(lián)諧振電路。晶振是石英振蕩器的簡(jiǎn)稱，英文名為crystal，是利用石英晶體（sio2晶體）的壓電效應(yīng)制成的一種諧振器件；兩個(gè)振

34、蕩電容c1、c2是分別接在晶振的兩個(gè)腳和對(duì)地的電容，本設(shè)計(jì)分別選用12.0mhz的標(biāo)準(zhǔn)石英晶振和兩個(gè)22pf的電容。晶振電路如圖3-3所示。圖3-3 晶振電路原理圖3.2.4 脈搏信號(hào)采集放大電路目前脈搏波檢測(cè)系統(tǒng)有以下幾種檢測(cè)方法：光電容積脈搏波法、液體耦合腔脈搏傳感器、壓阻式脈搏傳感器以及應(yīng)變片式脈搏傳感器。本設(shè)計(jì)采用了光電法，近年來，光電檢測(cè)技術(shù)在臨床醫(yī)學(xué)應(yīng)用中發(fā)展很快，這主要是由于光能避開強(qiáng)烈的電磁干擾，具有很高的絕緣性，且可非侵入的檢測(cè)病人各種癥狀信息，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、無損傷、精度高、可重復(fù)好等優(yōu)點(diǎn)12。脈搏主要由人體動(dòng)脈舒張和收縮產(chǎn)生的，在人體指尖組織中的動(dòng)脈成分含量高，而且指尖厚度

35、相對(duì)其他人體組織而言比較薄，透過手指后檢測(cè)到的光強(qiáng)相對(duì)較大，因此測(cè)量部位選擇在人體指尖。手指組織可以分為皮膚、肌肉、骨骼等非血液組織和血液組織，其中非血液組織的光吸收量時(shí)恒定的，而在血液中，靜脈血的搏動(dòng)相對(duì)于動(dòng)脈血時(shí)十分微弱的，可以忽略。因此可認(rèn)為光透過手指后的變化僅由動(dòng)脈血的充盈而引起的，那么在恒定波長的光源照射下，通過檢測(cè)透過手指的光強(qiáng)可以間接測(cè)量到人體的脈搏信號(hào)13。脈搏傳感器出來的電壓信號(hào)較弱，一般在毫伏級(jí)，需要對(duì)其進(jìn)行放大。所以設(shè)計(jì)信號(hào)放大電路，將脈搏傳感器出來的信號(hào)進(jìn)行放大，使之成為一個(gè)幅值適當(dāng)?shù)男盘?hào)，便于后續(xù)電路的處理。電路原理圖如圖3-4所示，其中包含了脈搏采集電路、低通放大電

36、路、二級(jí)放大電路和整形電路。圖3-4 脈搏信號(hào)采集放大電路原理圖3.2.5 led顯示電路led顯示電路如圖3-5所示，當(dāng)p3.1、p3.3、p3.4送來的信號(hào)為低電平時(shí)，74ls04導(dǎo)通，對(duì)應(yīng)位選通。p0.0到p0.7送來低電平時(shí)，對(duì)應(yīng)段選通。分別顯示數(shù)字0到9。圖3-5 顯示電路原理圖4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)采用c語言程序編程。程序的主要思路是利用單片機(jī)的計(jì)數(shù)器，統(tǒng)計(jì)兩次脈沖之間的時(shí)間，即可得出一次心跳的時(shí)間，然后便可以得出一分鐘的脈搏數(shù)。由于單片機(jī)的精確度非常高，所以該方法精度較高。上電后，首先進(jìn)行整機(jī)初始化處理，其中初始化包含了對(duì)定時(shí)器的選用、優(yōu)先級(jí)的設(shè)定和初始值的設(shè)置。整機(jī)初始化完成

37、之后，檢測(cè)脈搏信號(hào)，如果檢測(cè)到脈搏，則會(huì)對(duì)脈搏信號(hào)進(jìn)行處理?；赼t89s52單片機(jī)脈搏測(cè)量?jī)x的程序流程圖如圖4-1所示。軟件程序部分見附錄b。開始初始化有脈搏？脈搏計(jì)數(shù)加1yn圖4-1 基于at89s52單片機(jī)脈搏測(cè)量?jī)x程序流程圖5 軟件調(diào)試及仿真本次設(shè)計(jì)軟件調(diào)試工具采用keil software公司出品的51系列兼容單片機(jī)c語言軟件開發(fā)系統(tǒng)keil uvision2， keil c51標(biāo)準(zhǔn)c編譯器為8051微控制器的軟件開發(fā)提供了c語言環(huán)境,并保留了匯編代碼高效、快速的特點(diǎn)。軟件仿真工具采用英國labcenter electronics公司研發(fā)的多功能eda軟件proteus，其中的pro

38、teus isis是一款操作簡(jiǎn)單便捷的電子系統(tǒng)原理設(shè)計(jì)和仿真平臺(tái)軟件，它運(yùn)行于windows操作系統(tǒng)，可以仿真和分析各種模擬器和集成電路。5.1 軟件編譯5.1.1 工程的創(chuàng)建 運(yùn)行keil uvision2軟件點(diǎn)擊project點(diǎn)擊new project，如圖5-1所示。圖5-1 工程的創(chuàng)建5.1.2 單片機(jī)的選擇 本次設(shè)計(jì)選用的單片機(jī)是at89s52，如圖5-2所示。圖5-2 單片機(jī)的選擇5.1.3 程序的編譯 （1） 程序代碼的編寫通過c語言對(duì)本次設(shè)計(jì)進(jìn)行程序代碼的編寫工作，如圖5-3所示。圖5-3 程序的編寫（2） 生成仿真所需的.hex文件點(diǎn)擊project 點(diǎn)擊options fo

39、r tardet 設(shè)置晶振為12.0mhz 點(diǎn)擊output 選定create hex fi ，如圖5-4所示。圖5-4 hex文件的生成5.2 系統(tǒng)仿真測(cè)試將編譯生成的基于單片機(jī)的脈搏測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì)模擬仿真hex文件寫入at89s52單片機(jī)中，進(jìn)行仿真測(cè)試，顯示結(jié)果正常。（1）脈搏跳動(dòng)次數(shù)為71時(shí)仿真結(jié)果如圖5-5所示。圖5-5 脈搏次數(shù)為71時(shí)仿真圖（2）脈搏跳動(dòng)次數(shù)為105時(shí)仿真結(jié)果如圖5-6所示。圖5-6 脈搏次數(shù)為105時(shí)仿真圖6 結(jié)論本設(shè)計(jì)基于單片機(jī)技術(shù)，利用美國愛特梅爾（atmel）公司的at89s52單片機(jī)作為主控芯片、采用紅外發(fā)射與接收二極管充當(dāng)脈搏傳感器、八段數(shù)碼管作為顯示器，

40、結(jié)合電源電路、晶振振蕩電路、復(fù)位電路等外圍輔助電路，并采用c語言對(duì)程序進(jìn)行編譯。通過硬件和軟件相結(jié)合的方式完成了脈搏測(cè)量?jī)x系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)了at89s52單片機(jī)通過脈搏傳感器，把采集到的脈搏信息通過數(shù)碼管顯示出來。脈搏測(cè)量?jī)x系統(tǒng)可以廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域和商業(yè)領(lǐng)域。該系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單、自動(dòng)化程度高、可擴(kuò)展性強(qiáng)，具有較好的適用性和推廣價(jià)值。參考文獻(xiàn)1 楊居義.單片機(jī)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)m.北京: 清華大學(xué)出版社，2009,9:258-263.2 方組祥.關(guān)于測(cè)量人體脈搏的研究j.傳感技術(shù)學(xué)報(bào),2007,20(5):72-79.3 李朝青單片機(jī)原理及接口技術(shù)m北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2005:112-1

41、404 湯山俊夫.數(shù)字電路設(shè)計(jì)m.北京：科學(xué)出版社，2006:34-38.5 韓志軍，沈晉源，王振波.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)m.北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2005:123-138.6 張建民.傳感器與檢測(cè)技術(shù)m.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1996:138-142.7 康光華.單片機(jī)典型外圍器件及應(yīng)用實(shí)例m.北京:人民郵電出版社,2003:22-36.8 韓文波.光電式脈搏波檢測(cè)系統(tǒng)j.長春光學(xué)精密機(jī)械學(xué)院學(xué)報(bào)，1999,22(4):122-125.9 程光，趙崇侃.指動(dòng)脈搏波光電傳感器的研制j.南京醫(yī)學(xué)院學(xué)報(bào)，1991,11(4):329-332.10馬義德.微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用m.北京：高等教育出版社，

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43、也讓我的大學(xué)生活充滿了溫暖和歡樂。如果沒有他們的幫助，此次畢業(yè)論文的完成將變得困難。最后，感謝生我養(yǎng)我的父母，謝謝他們給了我無私的愛，為我求學(xué)所付出的巨大犧牲和努力。附錄a附錄b程序清單：#include(reg52.h)unsigned char i,j,t,m,yshshjian,yshhchong3;unsigned int n,mbo;unsigned char codewxuan3=0xf7,0xef,0xdf; /位選unsigned char codexshb10=0x81,0xcf,0x92,0x86,0xcc,0xa4,0xa0,0x8f,0x80,0x84; /字型碼sbit shru=p30;void yshi(yshshjian);main() /主程序 tmod=0x01; /定時(shí)器t0工作于方式1 th0=0xec; tl0=0x78; /t0定時(shí)時(shí)間為5ms ie=0x83; /開中斷 it0=1; /外部中斷0為邊沿觸發(fā)