基于單片機的心率測試儀(共68頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上河南城建學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）摘要專心-專注-專業(yè)摘 要隨著生物醫(yī)學工程技術(shù)的發(fā)展, 醫(yī)學信號測量儀器日新月異。生物醫(yī)學測量 與臨床醫(yī)學和保健醫(yī)療的聯(lián)系日益緊密。通過對人體各種生理信號的檢測，能更 好的認識人體的生命現(xiàn)象。脈象包含豐富的人體健康狀況信息, 脈診技術(shù)應(yīng)客觀 化、定量化。本設(shè)計利用光電式傳感器, 設(shè)計脈搏信號獲取的方法。本設(shè)計主要 是基于單片機的便攜式脈搏測試儀的具體實現(xiàn)方法，利用光電傳感器產(chǎn)生脈沖信 號，經(jīng)過放大整形后，輸入單片機內(nèi)進行相應(yīng)的控制，從而測量出一分鐘內(nèi)的脈 搏跳動次數(shù)，快捷方便。通過觀測脈搏信號，可以對人體的健康進行檢查，通常 被用于保健

2、中心和醫(yī)院。本設(shè)計所設(shè)計的基于單片機的便攜式心率測試儀對推進 脈診技術(shù)客觀化的實現(xiàn)具有積極的促進作用。本設(shè)計以單片機為核心，由脈搏檢 測傳感器采集脈搏信號。經(jīng)過前置放大電路、濾波電路、整形電路后得到與脈搏 相關(guān)的脈沖信號。該脈沖信號作為中斷信號交由單片機進行脈長周期的計算。然 后得到每分鐘的脈搏搏動次數(shù)（即心率），并在數(shù)碼管上顯示心率，同時還設(shè)置了 脈搏測量儀的上下限報警電路。關(guān)鍵詞：脈搏信號，單片機，光電傳感器，脈沖信號，便攜式心率測試儀I河南城建學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）AbstractAbstractWith the development of the biomedical engine

3、ering technology, the medical signal measuring instrument is changing everyday. Biomedical measurement and clinical medicine and health care increasingly close ties. We could better understand the phenomenon of human. life through various physiological signal detection of the human body. Pulse inclu

4、sions rich state of the health information, By using optical sensors, With the high development of electronics and computer nowadays, the pulse diagnosing technology should be objective and quantitive. this text access to the pulse signal design methods. This paper mainly introduces the concrete rea

5、lization method for digital pulse counter, which uses photoelectric sensors to generate pulse signal. The pulse signal is amplified and regenerated to input into MCU to carry out corresponding control, as a result the pulse number per a minute is measured. The use of the pulse counter is quick and c

6、onvenient. Through observing the pulse signal, human health can be inspected, it is usually used in health care centers and the hospitals. In my design, Portable heart rate measuring instrument based on MCU has a positive role in promoting the objective of the pulse technology.Key words: Pulse，MCU，P

7、hotoelectric Sensor，Pulse Signal，PortableII河南城建學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）目錄目錄摘 要IAbstractII1 緒論11.1 課題設(shè)計背景11.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀21.3 設(shè)計的主要內(nèi)容32 系統(tǒng)的總體設(shè)計方案42.1 系統(tǒng)的總體設(shè)計42.2 方案的對比和論證42.2.1 脈搏檢測傳感器的選擇42.2.2 單片機的選擇62.2.3 顯示部分的選擇62.3 系統(tǒng)各部分的最終方案73 系統(tǒng)的硬件部分設(shè)計分析83.1 單片機控制器83.1.1 單片機 stc89c52 介紹83.1.2 單片機復(fù)位電路113.1.3 單片機時鐘電路123.1.4 數(shù)碼管顯

8、示電路123.1.5 報警電路133.2 脈搏信號采集143.2.1 光電傳感器的結(jié)構(gòu)及原理143.2.2 信號采集電路153.3 信號放大電路163.4 波形整形電路173.5 單片機處理電路173.6 系統(tǒng)設(shè)計要考慮的問題193.6.1 環(huán)境光對脈搏傳感器測量的影響193.6.2 電磁干擾對脈搏傳感器的影響193.6.3 測量過程中運動噪聲的影響203.6.4 電源不穩(wěn)定導(dǎo)致光源供電波動帶來影響204 系統(tǒng)的軟件設(shè)計214.1 設(shè)計思想214.1.1 主程序流程圖224.2 定時器中斷程序流程234.3 INT 中斷程序流程234.4 顯示程序流程244.5 蜂鳴器報警流程245 系統(tǒng)仿真

9、與調(diào)試26III河南城建學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）目錄5.1程序設(shè)計.265.2程序調(diào)試.266 總結(jié)與展望.29結(jié)束語.30參考文獻.31致謝.33附錄 A.整體硬件電路圖34附錄 B .程序35IV河南城建學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）緒論1 緒論1.1 課題設(shè)計背景多年來，心率測試儀在心腦血管疾病的研究和診斷方面發(fā)揮出顯著的作用， 它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)。臨床上使用的 心電監(jiān)護儀雖然功能強大，測量精度高，但因為價格高昂，不利于家庭的普及。 就算是在醫(yī)院，護士每天監(jiān)控病人病情而進行的心率測試也是常用手測。因為正 常人的心率和脈搏跳動的次數(shù)是一樣的，所以可以用測量脈

10、搏的方法來測心率。 因此，本設(shè)計采用的是設(shè)計一種脈搏測試儀測量脈搏數(shù)從而實現(xiàn)心率的測量的方 法。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)學上具有重要的作用。目前檢測脈搏的儀器雖然很多，但 是能實現(xiàn)精確測量、精確顯示且計時功能準確等多種功能的便攜式全數(shù)字脈搏測 量裝置很少。隨著人們生活環(huán)境和經(jīng)濟條件的改善，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。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。因此，認識、預(yù)防及早期發(fā)現(xiàn)這些疾病是十分必要的。

11、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)學界的重視。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 對脈搏波采集和處理具有很高的醫(yī)學價值和應(yīng)用前景。本設(shè)計旨在設(shè)計出一種以單片機為核心的一種實用型脈搏測量儀。采用脈搏檢測傳感器對人體的脈搏進行數(shù)據(jù)采集。得到的信號送入進行濾波、放大、整形等處理之后送入單片機進行處理。單片機將采集到的脈搏數(shù)在數(shù)碼管上實時顯示 出來，同時還設(shè)置了脈搏測量

12、儀的上下限報警電路。本設(shè)計首先描述本設(shè)計的整 體思路，然后介紹各個部分設(shè)計中的細節(jié)問題，最后提出一些完善本設(shè)計的改進 意見。本設(shè)計所設(shè)計的基于單片機的便攜式心率測試儀，系統(tǒng)性能良好，結(jié)構(gòu)簡單， 性價比高，輸出顯示穩(wěn)定，比較適合大眾化。適合家庭進行自我檢測以及醫(yī)院護 士進行每日的臨床記錄。這使我們在家中就可以測試心率從而能檢測是否患有一 些心血管疾病，做到早發(fā)現(xiàn)。1河南城建學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）緒論1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀在我國傳統(tǒng)中醫(yī)學的診斷中，“望、聞、問、切”是最基本的四個方面。而在其 中，切，也就是脈診，占有非常重要的地位。通過脈診，醫(yī)生可以對患者的身體 狀況有一個大概的了解，進而對癥下

13、藥。脈搏信號可以直接反應(yīng)出患者心臟的部 分狀況，我國傳統(tǒng)中醫(yī)學認為，通過脈診可以了解到患者臟腑氣血的盛衰，可以 探測到病因，病位，預(yù)測療效等。鑒于脈診的重要性，人們對于脈搏測量一直非常關(guān)注，早在1860 年Vierordt 創(chuàng) 建了第一臺杠桿式脈搏描記儀，國內(nèi) 20 世紀 50 年代初朱顏將脈搏儀引用到中醫(yī) 脈診的客觀化研究方面。此后隨著機械及電子技術(shù)的發(fā)展，國內(nèi)外在研制中醫(yī)脈 象儀方面進展很快，尤其是 70 年代中期，國內(nèi)天津、上海、廣州、江西等地相繼 成立了跨學科的脈象研究協(xié)作組，多學科共同合作促使中醫(yī)脈象研究工作進入了 一個新的境界。隨著科學技術(shù)的發(fā)展，脈搏測量技術(shù)也越來越先進，對脈搏的

14、測量精度也越 來越高，國內(nèi)外先后研制了不同類型的脈搏測量儀，而其中關(guān)鍵是對脈搏傳感器 的研究。而由于脈搏傳感器的不同，現(xiàn)今市場上的脈搏測試儀的脈率采集主要有 三種方法：采用一對紅色發(fā)光二極管實現(xiàn)、采用反射式的紅外管實現(xiàn)和采用壓電 陶瓷芯片實現(xiàn)。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 重要特征是測量的探測部分不侵入機體，不造成機體創(chuàng)傷，能夠自動消除儀表自 身系統(tǒng)的誤差，測量精度高，通常在體外，尤其是在體表間接測量人體的生理和 生化參數(shù)。脈搏測量儀的發(fā)展主要向以下幾個趨勢： 1、自動測量脈搏并且對所得到的脈搏進行自動分析目前很多脈搏測量儀都具有檢測血氧等其他的功能，但是對這些信號

15、的分析 和診斷還需要一些有經(jīng)驗的醫(yī)生觀察，進行分析后才能確認結(jié)果，浪費大量的人 力，且由人為引入的誤差較大。因此，未來脈搏自動檢測的內(nèi)容將更加詳細，自 動分析診斷功能也更強大。2、數(shù)字化技術(shù)等先進技術(shù)的應(yīng)用 隨著數(shù)字科學技術(shù)的發(fā)展，脈搏測量儀集成度將更高，更便于攜帶。數(shù)字信號處理的運用將使干擾更小，測量更為準確。 3、多功能化越來越明顯目前的脈搏測量儀，一般都具有測試血氧，心電圖等等功能，單純的脈搏測 量儀已經(jīng)很少見。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，脈搏測量儀必然可以實現(xiàn)更多的功能。2河南城建學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）緒論1.3 設(shè)計的主要內(nèi)容本設(shè)計以單片機為核心，由脈搏檢測傳感器采集脈搏信號。經(jīng)過前置放大

16、電 路、濾波電路、整形電路后得到與脈搏相關(guān)的脈沖信號。該脈沖信號作為中斷信 號交由單片機進行脈長周期的計算。然后得到每分鐘的脈搏搏動次數(shù)（即心率）， 并在數(shù)碼管上顯示心率，同時還設(shè)置了脈搏測量儀的上下限報警電路。本設(shè)計的工作是圍繞著脈搏檢測傳感器檢測脈搏波而單片機進行控制進行 的。本設(shè)計的設(shè)計內(nèi)容安排如下：第一章為引言。簡要介紹了心率測試儀設(shè)計的目的和意義，并對基于單機的 便攜式心率測試儀的現(xiàn)狀和應(yīng)用以及未來的發(fā)轉(zhuǎn)走勢做了簡單的闡述，指出了本 設(shè)計的主要技術(shù)內(nèi)容，即心率的測試。第二章為整體方案的分析。顧名思義第二章是對整個方案的詳細的對比與選 擇并確定最終方案。在確定方案之前我必須先明確本設(shè)計

17、的任務(wù)與要求，之后是 各個部分的對比選擇。第三章是本設(shè)計的核心。在這里給出了整體的硬件電路設(shè)計思路，并且對電路 的各個部分進行分析與解釋。第四章敘述程序的編程方案，給出程序的框架結(jié)構(gòu)圖并對整個設(shè)計進行總結(jié)， 而且對以后的設(shè)計工作進行了展望。3河南城建學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）系統(tǒng)的總體設(shè)計方案2 系統(tǒng)的總體設(shè)計方案2.1 系統(tǒng)的總體設(shè)計本設(shè)計的系統(tǒng)模塊可以基本劃分為：脈搏傳感器部分、單片機處理電路部分、 顯示電路部分和報警電路部分。本設(shè)計所設(shè)計的基于單片機的便攜式脈搏測量儀將利用脈搏檢測傳感器采集 脈搏信號，再對其進行整形、計數(shù)和顯示，就能實現(xiàn)實時檢測脈搏次數(shù)的目的， 再通過報警電路可實現(xiàn)報警功

18、能。本設(shè)計結(jié)構(gòu)硬件框圖如圖 2.1 所示。圖 2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖2.2 方案的對比和論證基于單片機的便攜式心率測試儀的設(shè)計。本設(shè)計以單片機為核心，由光電傳 感器采集脈搏信號。經(jīng)過前置放大電路、濾波電路、積分和比較電路后得到與脈 搏相關(guān)的脈沖信號。該脈沖信號作為中斷信號交由單片機進行脈長周期的計算。 然后得到每分鐘的脈搏搏動次數(shù)（即心率），并在數(shù)碼管上顯示，并且在超出設(shè)定 的正常脈搏跳動范圍時，驅(qū)動蜂鳴器報警。2.2.1 脈搏檢測傳感器的選擇傳感器又稱為換能器、變換器等。脈搏傳感器是脈搏檢測系統(tǒng)中重要的組成部分。 1、光電式傳感器血液是高度不透明的液體，光照在一般組織中的穿透性要比血液中大幾十

19、倍， 據(jù)此特點，采用光電效應(yīng)手指脈搏傳感器來拾取脈搏信號。反向偏壓的光敏二極4河南城建學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）系統(tǒng)的總體設(shè)計方案管，它的反向電流具有隨光照強度增加而增加的光電效應(yīng)特性，在一定光強范圍 內(nèi)，光敏二極管的反向電流與光強呈線性關(guān)系。指端血管的容積和透光度隨心搏 改變時，將使光電三極管極管收到不同的光強，并由此產(chǎn)生的光電流均隨之作相 應(yīng)變化。常用檢測脈搏的光電傳感器一般是紅外對管。紅外對管將對管夾于手指端部，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。紅外對管對脈搏的檢測的基本原理：隨著

20、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??；當血液流回心臟，組織的半透明度增大。這種現(xiàn)象在人體組織較薄的手 指尖、耳垂等部位最為明顯。光電式傳感器具有靈敏度高，易于操作，響應(yīng)速度快，結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點。雖 然外部光源的變化對測量結(jié)果的影響較大，但我們進行測量的地方一般都是在室 內(nèi)，有穩(wěn)定的光源，所以在正常的操作過程中只要稍微注意下光源的問題就可以了。 2、壓電式傳感器目前常用的是一次性心電電極，它是用印刷方法制得的 Ag/ Agcl 傳感器。這種 傳感器采用接扣與敏感區(qū)分離的方法，能明顯的減少由于人體運動產(chǎn)生的干擾。 電極的好壞對采集到的心電信號質(zhì)量起著至關(guān)

21、重要的作用，采用的電極應(yīng)有貼力 強，能緊附在人體表面，柔軟、吸汗、極化電壓低、導(dǎo)電性良好等特點。當選用 電極傳感器時，需要 3 個電極分別置于左右手和左腿，構(gòu)成標準導(dǎo)聯(lián)。臨床上為 了統(tǒng)一和便于比較所獲得的脈搏信號，在檢測脈搏信號時，對電極的位置，引線 與放大器的連接方式都有嚴格的統(tǒng)一規(guī)定。目前市場上有一種采用新型高分子壓電材料聚偏氟乙烯研制的壓電傳感器， 其靈敏度高,頻帶范圍好，結(jié)構(gòu)簡單，便于使用。當手指前端受到輕微的壓力時，5河南城建學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）系統(tǒng)的總體設(shè)計方案可以感覺到手指前端在血壓的作用下有一張一弛的感覺，將這個信號用傳感器提 取出來，轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，通過指脈的波形檢測，就可

22、以獲得人體的脈搏信號。壓電式傳感器有著結(jié)構(gòu)簡單，實時性好，工作頻帶寬，應(yīng)用電路簡單等諸多 優(yōu)點，并且價格低廉。但壓電式傳感器直接與人體相接觸，容易因為人體肌肉的 顫動等而產(chǎn)生干擾。而肌肉的顫動不是人能主動控制的，所以說這部分的誤差很難控制。并且使用壓電式傳感器測脈搏還容易受到外界其他信號的干擾。 3、集成傳感器當前，市面上有很多類型的集成心電傳感器，其靈敏度高，集成度高，直接 就可以反映出心率的變化，且已包含了濾波等抗干擾電路，波形經(jīng)過放大可以直 接處理使用。缺點是價格非常昂貴，一般均在五百元以上，就本次設(shè)計來說，考 慮到經(jīng)費以及鍛煉自己的目的，不選擇使用該型傳感器。綜合考慮種種情況，結(jié)合本系

23、統(tǒng)的設(shè)計要求以及經(jīng)費的考慮，本設(shè)計采用光 電式傳感器。2.2.2 單片機的選擇對于單片機型號，最熟悉的就是 C51 系列，其中包括 AT89C51，AT89C52 在 AT89C51 的基礎(chǔ)上有些改進，但是聽有經(jīng)驗的同學說以型號 AT 開頭的的單片機在 燒寫程序時不容易進行燒寫，于是考慮采用以型號是以 STC 為開頭的單片機，通 過查資料了解發(fā)現(xiàn) STC89C52 在功能上與 AT89C52 相似，為此，本設(shè)計單片機采用STC89C52 型號單片機。2.2.3 顯示部分的選擇根據(jù)題目要求，設(shè)計出來的系統(tǒng)是可以設(shè)定報警的范圍的。在單片機的應(yīng)用 系統(tǒng)中，為了便于人們觀察和監(jiān)視單片機的運行情況，常常

24、需要用顯示器顯示運 行的中間結(jié)果、狀態(tài)等信息，因此顯示器也是不可缺少的外部設(shè)備之一。顯示器 的種類很多，從液晶顯示、發(fā)光二極管顯示到 CRT 顯示器，都可以與微機配接。 在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中常用的顯示器主要有發(fā)光二極管數(shù)碼顯示器，簡稱 LED 顯示 器。LED 顯示器具有耗電省、成本低廉、配置簡單靈活、安裝方便、耐振動、壽 命長等優(yōu)點。但與 LCD 相比顯示內(nèi)容有限，不能顯示圖形，因而其應(yīng)用有局限性。 LED 數(shù)碼管顯示器是由發(fā)光的二極管顯示字段組成的。在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中使用最 多的就是七段 LED 數(shù)碼管，有共陰極和共陽極兩種。七段 LED 數(shù)碼管顯示器有 86河南城建學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）

25、系統(tǒng)的總體設(shè)計方案個發(fā)光二極管，其中從 ag 管腳輸入顯示代碼，可顯示不同的數(shù)字或字符，Dp 顯 示小數(shù)點。共陰極 LED 數(shù)碼管顯示器的公共端為發(fā)光二極管陰極，通常接地，當 發(fā)光二極管的陽極為高電平時，發(fā)光二極管點亮。共陽極的 LED 數(shù)碼管顯示器的 公共端為發(fā)光二極管的陽極，通常接+5V 電源，當發(fā)光二極管的陰極為低電平時，發(fā)光二極管點亮。通過比較，我們可以發(fā)現(xiàn) LED 動態(tài)顯示更加適合本設(shè)計，所以就采用此方法。2.3 系統(tǒng)各部分的最終方案本章主要介紹了常見的用于脈搏檢測的三種傳感器，并對這三種感器的優(yōu)缺 點進行了比較。本設(shè)計采用的單片機芯片的型號是 STC89C52，在本章主要介紹了 它

26、的一些特點。最后，給出了最終的設(shè)計方案和硬件框圖。數(shù)碼管脈搏傳感STC89C52顯示電器電路路單片機處震蕩電路理電路蜂鳴器復(fù)位電路報警電路圖 2.3 設(shè)計框圖7河南城建學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）系統(tǒng)的硬件部分設(shè)計分析3 系統(tǒng)的硬件部分設(shè)計分析3.1 單片機控制器經(jīng)過第 2 章的敘述已經(jīng)確定了完成本設(shè)計所需要的主要元器件，所以本章開 始講述基于單片機的便攜式心率測試儀的設(shè)計的硬件電路的設(shè)計。在這里，單片機要實現(xiàn)對脈搏信號的處理。在檢測到第一個脈沖到達時，開 啟定時器，然后在下一個脈沖到達時，關(guān)閉計時器，如此就可以求得一次心跳所 需要的時間，然后由該周期就可以得到一分鐘的脈搏數(shù)。3.1.1 單片機

27、stc89c52 介紹STC89C52 是 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 STC89C52 使用經(jīng)典的 MCS-51 內(nèi)核，但做了很多的改 進使得芯片具有傳統(tǒng) 51 單片機不具備的功能。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 4KB EEPROM，MAX810 復(fù)位電路，3 個 16 器/計數(shù)器，4 個外部中斷，一個 7

28、向量 4 級中斷結(jié)構(gòu)（兼容傳統(tǒng) 51 的 5 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/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)， 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。STC89C52 單片機引腳圖如下圖 2.2 所示。8河南城建學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）系統(tǒng)的硬件部分設(shè)計分析圖 2.2STC89C52RC引腳功能說明 引腳按其功能可分為如下3類：1、電源及時鐘引腳VCC、VS

29、S；XTAL1、XTAL2； 2、控制引腳 RST / VPD 、 ALE / PROG 、PSEN 、和EA / VPP ；3、I/O 口引腳P0、P1、P2、P3，為 4 個 8 位 I/O 口。1、電源及時鐘引腳(1)電源引腳VCC：5V 電壓。GND：接地。(2)外接晶體引腳XTAL1：接外部晶體振蕩器的一端。當使用芯片內(nèi)部時鐘時，此腳用于外接石 英晶體振蕩器和微調(diào)電容；當使用外部時鐘時，對于 HMOS 單片機，此引腳接地； 對于 CMOS 單片機，此引腳作為外部振蕩信號的輸入端。XTAL2：接外部晶體振蕩器的另一端，當使用芯片內(nèi)部時鐘時，此腳用于外接 石英晶體振蕩器和微調(diào)電容。當使用

30、外部時鐘時，對于 HMOS 單片機，此引腳接 外部振蕩源；對于 CMOS 單片機，此引腳懸空不接。AT89S52 晶體振蕩器頻率可在 6MHz 40MHz 之間選擇，常選 6MHz 或 12MHz的石英晶體。電容的值沒有嚴格要求，但其取值對振蕩器的頻率輸出的穩(wěn)定性、 大小、振蕩電路起振速度稍有影響，C1、C2 可在 20pF100pF 之間選擇。當外接晶 體振蕩器時，電容可選 30pF±10pF；外接陶瓷振蕩器時，電容可選 40pF±10pF。9河南城建學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）系統(tǒng)的硬件部分設(shè)計分析2、控制引腳RST / VPD ：復(fù)位端。當輸入的復(fù)位信號持續(xù) 2 個以上機

31、器周期(個晶體振蕩周 期）高電平即為有效，用于完成單片機的復(fù)位初始化操作。正常工作時，此腳電平應(yīng) 0.5V。在 VCC 發(fā)生故障、降低到電平規(guī)定值掉電期間，此引腳可接備用電源 VPD（電 源范圍 5V±0.5V），由 VPD 向內(nèi)部 RAM 供電，以保持內(nèi)部 RAM 中的數(shù)據(jù)。ALE / PROG ：地址鎖存使能。ALE（Address Latch Enable）；PROG（Program）ALE / PROG 為 CPU 訪問外部程序存儲器或外部數(shù)據(jù)存儲器提供地址鎖存信號，將低 8 位地址鎖存在片外的地址鎖存器中。ALE / PROG 引腳第二功能，對片 內(nèi) Flash 編程，為編

32、程脈沖輸入端。PSEN ：（Programmer Saving ENable），外部程序存儲器讀選通信號。在讀外部程序存儲器時有效（低電平），以實現(xiàn)外部程序存儲器單元的讀操作。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器、訪問內(nèi)部程序存儲器時PSEN 無效。EA / VPP ：（Enable Address/Voltage Pulse of Programming），訪問程序存儲控制信號。當EA / VPP “0”時，表示讀外部程序存儲器。只讀取外部的程序存儲器 中的內(nèi)容，讀取的地址范圍為 0000H FFFFH（64KB），片內(nèi)的 8KB Flash 程序存儲器不起作用。當“1”時，表示對程序存儲器的讀操作是從內(nèi)部

33、程序存儲器開始，并可延至外部程序存儲器。在 PC 值不超出 0FFFH（即不超出片內(nèi) 4KB Flash 存儲器的地址范圍）時，單片機讀片內(nèi)程序存儲器（4KB）中的程序，但當 PC 值超出 0FFFH （即超出片內(nèi) 4KB Flash 地址范圍）時，將自動轉(zhuǎn)向讀取片外 60KB（1000H-FFFFH）程序存儲器空間中的程序。對于 EPROM（或 FLASH）型單片機， 在 EPROM 編程期間，此引腳需加 12.75V 或 21V 的編程電壓。3、I/O 口引腳P0 口：P0 口是一組 8 位漏極開路型雙向 I/O 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

34、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流。P2 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

35、被外部信號拉低時會輸出一個電流。10河南城建學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）系統(tǒng)的硬件部分設(shè)計分析P3口：可以作為輸入/輸出口，外接輸入/輸出設(shè)備。作為第二功能使用， 每一位功能定義如表3.1所示。表2.1P3口的第二功能端口引腳第二功能P3.0RXD(串行輸入口)P3.1TXD（串行輸出口）P3.2INT0(外中斷 0)P3.3INT1（外中斷 1）P3.4T0（定時/計數(shù)器 0）P3.5T1（定時/計數(shù)器 1）P3.6WR(外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通)P3.7RD(外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通)3.1.2 單片機復(fù)位電路單片機在啟動時都需要復(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。

36、89 系列單片機的復(fù)位信號是從 RST 引腳輸入到芯片內(nèi)的施密 特觸發(fā)器中的。當系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時，且振蕩器穩(wěn)定后，如果 RST 引腳上 有一個高電平并維持 2 個機器周期(24 個振蕩周期)以上，則 CPU 就可以響應(yīng)并將 系統(tǒng)復(fù)位。單片機復(fù)位電路如圖 3.3 所示C3RST10uFR15220R12k圖 3.3 按鍵復(fù)位電路11河南城建學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）系統(tǒng)的硬件部分設(shè)計分析3.1.3 單片機時鐘電路單片機可以看成是在時鐘驅(qū)動下的時序邏輯電路。MCS-51 單片機為 12 個時鐘 周期執(zhí)行一條指令。也就是說單片機運行一條指令，必須要用 12 時鐘周期。沒有 這個時鐘，單片機就跑不

37、起來了，也沒有辦法定時和進行和時間有關(guān)的操作。單 片機可以看成是在時鐘驅(qū)動下的時序邏輯電路,單片機在工作過程中,所有工作都 是在時鐘信號控制下進行的,每執(zhí)行一條指令,CPU 的控制器都要發(fā)出一系列特定 的控制信號。單片機時鐘電路如下圖 3.4 所示C1X130pF12MC2X21nF圖 3.4 時鐘電路3.1.4 數(shù)碼管顯示電路LED 數(shù)碼管是由多個發(fā)光二極管封裝在一起組成“8”字型的器件，引線已在 內(nèi)部連接完成，只需引出它們的各個筆劃，公共電極。數(shù)碼管顯示電路如圖 3.9 所示12河南城建學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）系統(tǒng)的硬件部分設(shè)計分析U11RP119392XTAL1P0.0/AD0P0.1/

38、AD1383P0.2/AD237418XTAL2P0.3/AD3365P0.4/AD4356P0.5/AD5347P0.6/AD63389RSTP0.7/AD7329P2.0/A821RESPACK-8P2.1/A922P2.2/A1023292430PSENP2.3/A112531ALEP2.4/A1226EAP2.5/A1327P2.6/A1428P2.7/A15110P1.0P3.0/RXD2113P1.1P3.1/TXD124P1.2P3.2/INT0135P1.3P3.3/INT1146P1.4P3.4/T0157P1.5P3.5/T1168P1.6P3.6/WR17P1.7P3.7

39、/RDAT89C51圖 3.8 數(shù)碼管顯示電路本設(shè)計用 LED 數(shù)碼管段數(shù)一般為 7 段另加一個小數(shù)點。LED 數(shù)碼管根據(jù) LED 的接法不同分為共陰和共陽兩類，了解 LED 的這些特性，對編程是很重要的，因 為不同類型的碼管，除了它們的硬件電路有差異外，編程方法也是不同的設(shè)計采 用 4 位共陰數(shù)碼管某段數(shù)碼管陽極為高電平時該數(shù)碼管被點亮。3.1.5 報警電路根據(jù)醫(yī)學數(shù)據(jù)，人體脈搏正常在 60 到 120 之間，當數(shù)碼管所顯示的示數(shù)大于 120 或小于 60 時，蜂鳴器響應(yīng)報警；示數(shù)小于 120 時大于 60 時，蜂鳴器不響。因 為單片機的端口輸出電流能力低，無法直接驅(qū)動那些器件，故增加三極管

40、加大功 率 ，驅(qū)動蜂鳴器工作。報警電路如圖 3.9 所示。13河南城建學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）系統(tǒng)的硬件部分設(shè)計分析+5VQ1R8PN425010kLS1SPEAKER圖 3.9 報警電路3.2 脈搏信號采集目前脈搏波檢測系統(tǒng)有以下幾種檢測方法：光電容積脈搏波法、液體耦合腔 脈搏傳感器、壓阻式傳感器以及應(yīng)變式傳感器。3.2.1 光電傳感器的結(jié)構(gòu)及原理近年來，光電檢測技術(shù)在臨床醫(yī)學應(yīng)用中發(fā)展很快，這主要是由于光能避開 強烈的電磁干擾，具有很高的絕緣性，且可非侵入地檢測病人各種癥狀信息。用 光電法提取指尖脈搏光信息受到了從事生物醫(yī)學儀器工作的專家和學者的重視。傳感器由紅外發(fā)光二級管和紅外接收三極管

41、組成。采用 GaAs 紅外發(fā)光二極管 作為光源時，可基本抑制由呼吸運動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轉(zhuǎn)換為電信號。在本設(shè)計中， 紅外接收三極管和紅外發(fā)射二極管相對擺放以獲得最佳的指向特性。從光源發(fā)出的光除被手指組織吸收以外，一部分由血液漫反射返回，其余部 分透射出來。光電式脈搏傳感器按照光的接收方式可分為透射式和反射式 2 種。 其中透射式的發(fā)射光源與光敏接收器件的距離相等并且對稱布置，接收的是透射 光，這種方法可較好地反映出心律的時間關(guān)系。因此本系統(tǒng)采用了指套式的透射 型光電傳感器，實現(xiàn)了光電隔離，減少了對后級模擬電路的干擾。透射式光電

42、傳 感器結(jié)構(gòu)如圖 3.2 所示。14河南城建學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）系統(tǒng)的硬件部分設(shè)計分析圖 3.1 式光電傳感器結(jié)構(gòu)圖3.2.2 信號采集電路圖 3.2 脈搏信號的采集電路，U3 是紅外發(fā)射接收裝置，由于紅外發(fā)射二極管 中的電流越大，發(fā)射角度越小，產(chǎn)生的發(fā)射強度就越大，所以對 R21 阻值的選取 要求較高。R21 選擇 270同時也是基于紅外接收三極管感應(yīng)紅外光靈敏度考慮的。 R21 過大，通過紅外發(fā)射二極管的電流偏小，紅外接收三極管無法區(qū)別有脈搏和無 脈搏時的信號。反之，R21 過小，通過的電流偏大，紅外接收三極管也不能準確地 辨別有脈搏和無脈搏時的信號。當手指處于測量位置時，會出現(xiàn)二種情況：一是無脈期。雖然手指遮擋了紅 外發(fā)射二極管發(fā)射的紅外光，但是由于紅外接收三極管中存在暗電流，會造成輸 出電壓略低。二是有脈期。當有跳動的脈搏時，血脈使手指透光性變差，紅外接 收三極管中的暗電