基于對單片機的脈搏測量儀的設(shè)計

1、摘 要脈搏波所呈現(xiàn)出來的形態(tài)、強度、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)人體脈搏信號特征，本論文設(shè)計了一種基于單片機的脈搏測量系統(tǒng)。系統(tǒng)采用紅外發(fā)射與接收二極管充當脈搏傳感器來采集脈搏信號。首先將采集到的信號通過低通濾波與放大電路對脈搏信號進行處理，然后，將放大的脈搏信號通過整形電路進行電壓基準變化，在經(jīng)過一次放大電路對整形后的脈搏信號進行放大，將信號轉(zhuǎn)換為AT89S52單片機易于處理的脈沖信號。通過單片機編程對脈沖信號進行處理，測量出一分鐘內(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)省時間，一般不會作一分鐘的測量，通常是測量10秒鐘時間內(nèi)的脈搏

2、數(shù)，再把結(jié)果乘以6即得到每分鐘的脈搏數(shù)。發(fā)光二極管可以通過發(fā)光的形式顯示脈搏的跳動。關(guān)鍵詞：脈搏測量儀；AT89S52；LED；信號處理IThe 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

3、 in many physiological 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-pa

4、ss filtering and amplifying 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 pul

5、se signal. Processing 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 t

6、o obtain the pulse number per minute. Light emitting diode can be displayed by light pulse.Key words: Pulse measuring instrument; AT89S52; LED; Signal processingII目 錄摘 要IABSTRACTII第一章 緒論11.1 脈搏測量儀介紹11.2 脈搏測量儀的應(yīng)用11.3 本設(shè)計所要實現(xiàn)的目標21.4 本文的設(shè)計方案：采用以單片機為核心的控制方案2第二章 主要器件介紹32.1 單片機的選擇32.1.1 AT89S52簡介32.1.2 AT

7、89S52的特點32.1.3 AT89S52引腳功能說明42.2 傳感器的選擇62.2.1 紅外發(fā)光二極管簡介72.2.2 光敏三極管簡介72.3 驅(qū)動芯片的選擇82.3.1 74LS245簡介82.3.2 74LS04簡介82.4 顯示器的選擇92.4.1 三位共陽八段數(shù)碼管簡介92.4.2 八段數(shù)碼管字形表10第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計113.1 設(shè)計原理113.2 外圍電路113.2.1 電源電路113.2.2 復位電路123.2.3 晶振電路133.2.4 脈搏信號采集放大電路133.2.5 LED顯示電路14第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計16第五章 軟件調(diào)試及仿真175.1 軟件編譯175.1.1

8、工程的創(chuàng)建175.1.2 單片機的選擇175.1.3 程序的編譯185.2 系統(tǒng)仿真測試19第六章 結(jié)論21參考文獻22致 謝23附錄A24附錄B25基于對單片機的脈搏測量儀的設(shè)計第一章 緒論1.1 脈搏測量儀介紹脈搏測量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)學上具有非常重要的作用。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。而脈搏測量儀在預防和發(fā)現(xiàn)這些疾病中有著至關(guān)重要的作

9、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，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，因此對脈搏波的采集和處理具有很高的醫(yī)學價值和應(yīng)用前景。1.2 脈搏測量儀的應(yīng)用20世紀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。此后隨著機械和電子技術(shù)的發(fā)展，中醫(yī)脈象儀方面的研究進展很快，

10、尤其是七十年代中期，天津、上海、江西等地相繼成立了跨學科的脈象研究協(xié)作組織，多學科共同合作促使其進入了一個新的發(fā)展水平。脈象探頭式樣很多，有單部、三部、單點、多點、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。其中以單部單點應(yīng)變片最為廣泛，不過近年來正在向三部多點式方向設(shè)計1。目前脈搏測量儀在許多領(lǐng)域被廣泛利用，除了應(yīng)用與醫(yī)學領(lǐng)域，如無創(chuàng)心血管功能檢測、妊高癥檢測、脈率檢測等等，商業(yè)應(yīng)用也不斷發(fā)展，如運動、健身器材中心的心率測試都用到了先進的脈搏測量儀2。1.3 本設(shè)計所要實現(xiàn)的目標基于AT89

11、S52單片機脈搏測量儀設(shè)計要求如下：（1）要求通過手指測量脈搏跳動。（2）準確測量出1分鐘內(nèi)的脈搏跳動次數(shù)。（3）通過數(shù)碼管顯示出1分鐘內(nèi)脈搏跳動的次數(shù)。（4）發(fā)光二極管通過發(fā)光的形式顯示脈搏的跳動。1.4 本文的設(shè)計方案：采用以單片機為核心的控制方案基于AT89S52單片機的脈搏測量儀由電源電路、復位電路、晶振電路、AT89S52單片機、脈搏感應(yīng)電路、脈搏信號處理電路、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。復位電路晶振電路電源電路AT89S52單片機脈搏信號采集電路脈搏跳動顯示 圖1-1 基于AT89S52單片機脈搏測量儀系統(tǒng)框圖2基于對單片機的脈搏測量儀的設(shè)計

12、第二章 主要器件介紹2.1 單片機的選擇 本次設(shè)計單片機選用ATMEL公司的AT89S52單片機。2.1.1 AT89S52簡介 AT89S52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存儲器。使用Atmel公司高密度非易失性存儲技術(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單片機實物圖2.1.2 AT89S52的特點 AT89S52的主要特點：（1）8k字節(jié)Flash；（2）256字節(jié)RAM；（3）32 位I/O 口線；（4）看門狗定時器；（5）2

13、 個數(shù)據(jù)指針；（6）三個16 位定時器/計數(shù)器；（7）一個6向量2級中斷結(jié)構(gòu)；27基于對單片機的脈搏測量儀的設(shè)計（8）全雙工串行口；（9）片內(nèi)晶振及時鐘電路。另外，AT89S52 可降至0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式。空閑模式下，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具有以下標準功能： 8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM， 32 位I/O 口線，看門狗定時器，2

14、 個數(shù)據(jù)指針，三個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， 片內(nèi)晶振及時鐘電路。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： 基于對單片機的脈搏測量儀的設(shè)計P0 口：P0口是一個8位漏極開路的雙向I/O口。作為輸出口，每位能驅(qū)動8個TTL邏輯電平。對P0端口寫“1”時，引腳用作高阻抗輸入。 當

15、訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時，P0口也被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復用。在這種模式下， P0不具有內(nèi)部上拉電阻。 在flash編程時，P0口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗時，輸出指令字節(jié)。程序校驗時，需要外部上拉電阻。 P1(P1.0P1.7)口：P1 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，P1 輸出緩沖器能驅(qū)動4 個 TTL 邏輯電平。對P1 端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，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4個T

16、TL邏輯電平。對P2 端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，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器或用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行MOVX DPTR）時，P2 口送出高八位地址。在這種應(yīng)用中，P2 口使用很強的內(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)存儲器時，P2口輸出P2鎖存器的內(nèi)容。 在flash編程和校驗時，P2口也接收高8位地址字節(jié)和一些控制信號。 P3(P3.0P3.7)口：P3 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，P3 輸出緩沖器能驅(qū)動4 個 TTL 邏

17、輯電平。對P3 端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，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）使用，如下表所示。 在flash編程和校驗時，P3口也接收一些控制信號。 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/計數(shù)器0 P3.5定時/計數(shù)器1 P3.6外部存儲器寫選通P3.7外部存儲器讀選通RST：復位輸入。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是單片機復位。基于對單片機的脈搏測

18、量儀的設(shè)計ALE/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)。一般情況下，ALE仍以時鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。要注意的是：每當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個ALE脈沖。對FLASH存儲器編程期間，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，該引腳會被微弱拉高，單片機執(zhí)行外部程序時，應(yīng)設(shè)置ALE禁止位無效。PSEN：程序儲存允許（PSEN）輸

19、出是外部程序存儲器的讀選通信號，當AT89S52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，將跳過兩次PSEN信號。EA/VPP：外部訪問允許，欲使CPU僅訪問外部程序存儲器（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，復位時內(nèi)部會鎖存EA端狀態(tài)。如EA端為高電平（接VCC端），CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器的指令。FLASH存儲器編程時，該引腳加上+12V的編程允許電源VPP，當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)部時鐘發(fā)生電路的輸入

20、端。XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。中斷源：AT89S52 有6個中斷源。兩個外部中斷（INT0 和INT1），三個定時中斷（定時器0、1、2）和一個串行中斷5。 2.2 傳感器的選擇本次設(shè)計選用的傳感器由紅外發(fā)光二極管和光敏三極管組成。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6。圖2-3 透射式光電傳感器基于對單片機的脈搏測量儀的設(shè)計2.2.1 紅外發(fā)光二極管簡介 紅外線發(fā)光二極管由紅外輻射效率高的材料

21、（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、870nm、880nm、840nm、980nm。輻射強度（POWER）與輸入電流（If）成正比，輻射強度與發(fā)射距離成反比6。圖2-4 紅外發(fā)光二極管2.2.2 光敏三極管簡介光敏三極管又稱光電三極管，采用半導體制作工藝制成的具有NPN或PNP結(jié)構(gòu)的半導體管，它是一種光電轉(zhuǎn)換器件?；驹硎枪庹盏絇N結(jié)上時，吸收光能并轉(zhuǎn)換為電能。當光敏三極管加上反

22、向電壓時，管子中的反向電流隨著光照強度的改變而改變，光照強度越大，反向電流越大7?；趯纹瑱C的脈搏測量儀的設(shè)計圖2-5 光敏三極管2.3 驅(qū)動芯片的選擇本設(shè)計采用74系列中的74LS245作為數(shù)碼管驅(qū)動器，集成芯片74LS04作為數(shù)碼管反相器。2.3.1 74LS245簡介74LS245是我們常用的芯片，用來驅(qū)動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8051單片機的P0口總線負載達到或超過P0最大負載能力時，必須接入74LS245等總線驅(qū)動器。當片選端/CE低電平有效時，DIR=“0”，信號由 B

23、 向 A 傳輸；（接收）DIR=“1”，信號由 A 向 B 傳輸；（發(fā)送）當CE為高電平時，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74LS245的三態(tài)控制端1G和2G接地，P2口與驅(qū)動器輸入線對應(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/RD和/PSEN相與后接DIR，使得RD且PSEN有效時，74LS245輸入（P0.1D1），其它時間處于輸出（P0.1D1）8。圖2-6 74LS245引腳圖2.3.2 74LS04簡介 74LS04是6非門（反相器），它的工作電壓是5V，內(nèi)部含有6個CMOS反相器，74LS04的作用就是反相把1變成0。

24、集成芯片74LS04的引腳圖如圖2-7所示?；趯纹瑱C的脈搏測量儀的設(shè)計圖2-7 74LS04引腳圖2.4 顯示器的選擇本設(shè)計采用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abcdefg這7個發(fā)光二極管的負極連接在一起并接地，它們的7個正極接到7段譯碼驅(qū)動電路74LS245的相對應(yīng)的驅(qū)動段上；本設(shè)計采用共陽顯示電路，即把abcdefg的7個發(fā)光二極管的正極連接在一起并接到5V電源上，其余的7個負極接到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，否則會燒壞七段譯碼管。限流電阻的選取是

25、：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，為計算方便，通常選2V，發(fā)光二極管的工作電流選取在1020mA9?；趯纹瑱C的脈搏測量儀的設(shè)計圖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字形的編碼，由八段數(shù)碼管實現(xiàn)字符的顯示。表2-2列出了字符“0”至字符“9”的對應(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

26、 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 0xB0基于對單片機的脈搏測量儀的設(shè)計第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1 設(shè)計原理根據(jù)系統(tǒng)總體的設(shè)計方案，本設(shè)計的工作原理為：電源電路為單片機以及其他模塊提供標準5V電源；晶振模塊為單片機提供時鐘標準，使系統(tǒng)各部分能協(xié)調(diào)工作；復位電路模塊為單片機提供復位功能；單片機作為主控制器，根據(jù)輸入信號對

27、系統(tǒng)進行相應(yīng)的控制；紅外發(fā)射和接收模塊用來檢測脈搏信號；信號變換模塊用來把紅外接收頭接收到的脈搏信號進行放大和濾波，以便單片機進行處理；顯示模塊用來顯示具體的脈搏測量結(jié)果，它會記錄脈搏一分鐘的跳動次數(shù)；發(fā)光二極管可以通過發(fā)光的形式顯示脈搏的跳動。下面給出各個部分的硬件電路設(shè)計方案。3.2 外圍電路本設(shè)計選用單片機AT89S52作為核心控制器件，結(jié)合電源電路、晶振電路、復位電路、紅外發(fā)射和接收電路、信號放大和整形電路和脈搏顯示電路等外圍輔助電路，可以實現(xiàn)基本的脈搏測量并顯示的功能。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

28、原理圖基于對單片機的脈搏測量儀的設(shè)計該穩(wěn)壓電源電路利用晶體管作為調(diào)整元件和負載串聯(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、精度高、電路實現(xiàn)簡單且價格低廉，可以實現(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)一個電容器。3.2.2 復位電路 單片

29、機在啟動時都需要復位，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系列單片機的復位信號是從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)復位。單片機系統(tǒng)的復位方式有：手動按鈕復位和上電復位。不管是單片機剛接上電源還是斷電后或發(fā)生故障后均要進行復位的操作。通常采用手動復位和上電自動復位的組合，在通電瞬間，電容C通過電阻R充電，RST端出現(xiàn)正脈沖，用于復位。復位電路如圖3-2所示。圖3-2 復位電路原理圖基于對單片機的脈搏測量儀的設(shè)計3.2.3

30、晶振電路單片機是一種時序電路，必須提供脈沖才能正常工作。MCS-51系列單片機內(nèi)部都有一個時鐘振蕩電路，只需外接晶振源，就可以產(chǎn)生一定頻率的時鐘信號送到單片機的內(nèi)部各個單元，決定單片機的工作速度。XTAL1和XTAL2腳分別構(gòu)成單片機片內(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；兩個振蕩電容C1、C2是分別接在晶振的兩個腳和對地的電容，本設(shè)計分別選用12.0MHz的標準石英晶振和兩個22pF的電容。晶振電路如圖3-3所示。圖3-3 晶振電

31、路原理圖3.2.4 脈搏信號采集放大電路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、壓阻式脈搏傳感器以及應(yīng)變片式脈搏傳感器。本設(shè)計采用了光電法，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，且可非侵入的檢測病人各種癥狀信息，具有結(jié)構(gòu)簡單、無損傷、精度高、可重復好等優(yōu)點12?；趯纹瑱C的脈搏測量儀的設(shè)計脈搏主要由人體動脈舒張和收縮產(chǎn)生的，在人體指尖組織中的動脈成分含量高，而且指尖厚度相對其他人體組織而言比較薄，透過手指后檢測到的光強相對較大，因此測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

32、液組織和血液組織，其中非血液組織的光吸收量時恒定的，而在血液中，靜脈血的搏動相對于動脈血時十分微弱的，可以忽略。因此可認為光透過手指后的變化僅由動脈血的充盈而引起的，那么在恒定波長的光源照射下，通過檢測透過手指的光強可以間接測量到人體的脈搏信號13。脈搏傳感器出來的電壓信號較弱，一般在毫伏級，需要對其進行放大。所以設(shè)計信號放大電路，將脈搏傳感器出來的信號進行放大，使之成為一個幅值適當?shù)男盘枺阌诤罄m(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、低通放大電路、二級放大電路和整形電路。圖3-4 脈搏信號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P3

33、.1、P3.3、P3.4送來的信號為低電平時，74LS04導通，對應(yīng)位選通。P0.0到P0.7送來低電平時，對應(yīng)段選通。分別顯示數(shù)字0到9?；趯纹瑱C的脈搏測量儀的設(shè)計圖3-5 顯示電路原理圖基于對單片機的脈搏測量儀的設(shè)計第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計本次設(shè)計采用C語言程序編程。程序的主要思路是利用單片機的計數(shù)器，統(tǒng)計兩次脈沖之間的時間，即可得出一次心跳的時間，然后便可以得出一分鐘的脈搏數(shù)。由于單片機的精確度非常高，所以該方法精度較高。上電后，首先進行整機初始化處理，其中初始化包含了對定時器的選用、優(yōu)先級的設(shè)定和初始值的設(shè)置。整機初始化完成之后，檢測脈搏信號，如果檢測到脈搏，則會對脈搏信號進行處理?；?/p>

34、于AT89S52單片機脈搏測量儀的程序流程圖如圖4-1所示。軟件程序部分見附錄B。開始初始化有脈搏？脈搏計數(shù)加1YN圖4-1 基于AT89S52單片機脈搏測量儀程序流程圖基于對單片機的脈搏測量儀的設(shè)計第五章 軟件調(diào)試及仿真本次設(shè)計軟件調(diào)試工具采用Keil Software公司出品的51系列兼容單片機C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)Keil uVision2， Keil C51標準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。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Proteus ISIS是一款操作

35、簡單便捷的電子系統(tǒng)原理設(shè)計和仿真平臺軟件，它運行于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 運行Keil uVision2軟件點擊Project點擊New Project，如圖5-1所示。圖5-1 工程的創(chuàng)建5.1.2 單片機的選擇 本次設(shè)計選用的單片機是AT89S52，如圖5-2所示?；趯纹瑱C的脈搏測量儀的設(shè)計圖5-2 單片機的選擇5.1.3 程序的編譯 （1） 程序代碼的編寫通過C語言對本次設(shè)計進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文件基于對單片機的脈搏測量儀的設(shè)計點擊Proj

36、ect 點擊Options for Tardet 設(shè)置晶振為12.0MHz 點擊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)仿真測試將編譯生成的基于單片機的脈搏測量儀設(shè)計模擬仿真hex文件寫入AT89S52單片機中，進行仿真測試，顯示結(jié)果正常。（1）脈搏跳動次數(shù)為71時仿真結(jié)果如圖5-5所示。基于對單片機的脈搏測量儀的設(shè)計圖5-5 脈搏次數(shù)為71時仿真圖（2）脈搏跳動次數(shù)為105時仿真結(jié)果如圖5-6所示。圖5-6 脈搏次數(shù)為105時仿真圖基于對單片機的脈搏測量儀的設(shè)計第六章 結(jié)論本設(shè)計基于單片機技術(shù)，利用美國愛特梅爾（Atmel）公司的

37、AT89S52單片機作為主控芯片、采用紅外發(fā)射與接收二極管充當脈搏傳感器、八段數(shù)碼管作為顯示器，結(jié)合電源電路、晶振振蕩電路、復位電路等外圍輔助電路，并采用C語言對程序進行編譯。通過硬件和軟件相結(jié)合的方式完成了脈搏測量儀系統(tǒng)的設(shè)計，從而實現(xiàn)了AT89S52單片機通過脈搏傳感器，把采集到的脈搏信息通過數(shù)碼管顯示出來。脈搏測量儀系統(tǒng)可以廣泛應(yīng)用于醫(yī)學領(lǐng)域和商業(yè)領(lǐng)域。該系統(tǒng)操作簡單、自動化程度高、可擴展性強，具有較好的適用性和推廣價值?；趯纹瑱C的脈搏測量儀的設(shè)計參考文獻1 楊居義.單片機課程設(shè)計指導M.北京: 清華大學出版社，2009,9:258-263.2 方組祥.關(guān)于測量人體脈搏的研究J.傳感

38、技術(shù)學報,2007,20(5):72-79.3 李朝青單片機原理及接口技術(shù)M北京：北京航空航天大學出版社，2005:112-1404 湯山俊夫.數(shù)字電路設(shè)計M.北京：科學出版社，2006:34-38.5 韓志軍，沈晉源，王振波.單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計M.北京：機械工業(yè)出版社,2005:123-138.6 張建民.傳感器與檢測技術(shù)M.北京:機械工業(yè)出版社,1996:138-142.7 康光華.單片機典型外圍器件及應(yīng)用實例M.北京:人民郵電出版社,2003:22-36.8 韓文波.光電式脈搏波檢測系統(tǒng)J.長春光學精密機械學院學報，1999,22(4):122-125.9 程光，趙崇侃.指動脈搏波光電傳感器的研制J.南京醫(yī)學院學報，1991,11(4):329-332.10馬義德.微型計算機原理及應(yīng)用M.北京：高等教育出版社，2004:54-65.11趙茂泰.智能儀器原理及應(yīng)用M.北京：電子工業(yè)出版社，2004.7:166-169.12郁道銀，談恒英.工程光學M.北京：機械工業(yè)出版社，1998.11:89-96.13李平，劉明.