單片機脈搏測量儀畢業論文(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 電路LM324 是四運放集成電路，它采用14 ，除電源共用外，四組運放相互獨立。，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 。 由于LM324 四運放電路具有電源電壓范圍寬，靜態功耗小，可單電源使用，價格低廉等優點，因此被廣泛應用在各種電路中。 放大電路按人體脈搏在運動后跳動次數達200次/分鐘的計算來設計低通放大器。R2C6組成低通濾波器以進一步濾除殘留的干擾，截止頻率由R2C6決定，運放U2B將信號放大，放大倍數由R23和R27的比值決定。 低通放大電路根據一階有源濾波電路的傳遞函數，可得：放大倍數為：截止頻率為：按人體的脈搏跳動為200次/ Hz考慮，低頻特性是令人滿意的。經過低通放大后輸出的信號是疊加有噪聲的脈動正弦波。 波形整形電路，U2C是一個電壓比較器，C1R29構成一個微分器，U2A和CR32組成單穩態多諧振蕩器，其脈寬由CR32決定。該比較器的閥值電壓可用R31調節在正弦波的幅值范圍內，但是對R31的調節要求并不嚴格，因為U2C的輸出信號（）經C1R29的微分后總是將正、負相間的尖脈沖（）加到單穩態多諧振蕩器U2A的反向輸入端，不會造成很大的觸發誤差。當有輸入信號時，U2A在比較器輸入信號的每個后沿到來時輸出高電平，使C7通過R32充電。大約持續20ms之后，因C7充電電流減小而使U2A同相輸入端的電位降低到低于反相輸入端的電位（尖脈沖已過去很久），于是U2A改變狀態并再次輸出低電平。這長的脈沖是與脈搏同步的，并由紅色發光二極管DS3的閃亮指示出來。即發光二極管作脈搏測量狀態顯示，脈搏每跳動一次發光二極管就亮一次。同時，該脈沖電平通過R24送到單片機/INTO腳，進行對心率的計算和顯示。 波形整形電路經過比較器U2C的輸出波形：經過微分器的輸出波形：單片機接收到的信號： ，本部分運用了ATMEL公司的89C51單片機作為核心元件，在這里運用單片機能更快更準確地對數據進行運算，而且可以根據實際情況進行編程，所用外圍元件少，輕巧省電，故障率低。來自傳感和整形輸出電路的脈沖電平輸入單片機89C51的/INTO腳，單片機設為負跳變中斷觸發模式，故每次脈沖下降沿到達時觸發單片機產生中斷并進行計時，來一個脈沖脈搏次數就加一；定時器中斷主要完成一分鐘的定時功能。單片機對一分鐘內的脈沖次數進行累加，通過P0、P2口把測量過程和結果送到數碼管顯示出來[9]。 單片機處理電路 顯示電路本設計的顯示采用LED數碼管動態掃描來顯示。兩個4位的共陽極LED數碼管組成8位顯示，其中0、1兩位顯示測量中的時間，4兩位顯示測量中的脈搏次數，7兩位用來顯示上次測量的數據。單片機的P0口控制顯示字型，P2口控制顯示字位。 顯示電路 LED 的綜述在單片機的應用系統中，為了便于人們觀察和監視單片機的運行情況，常常需要用顯示器顯示運行的中間結果、狀態等信息，因此顯示器也是不可缺少的外部設備之一。顯示器的種類很多，從液晶顯示、發光二極管顯示到CRT 顯示器，都可以與微機配接。在單片機應用系統中常用的顯示器主要有發光二極管數碼顯示器，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、壽命長等優點。但顯示內容有限，不能顯示圖形，因而其應用有局限性[11]。 LED 的結構LED數碼管顯示器是由發光的二極管顯示字段組成的。在單片機應用系統中使用最多的就是七段LED數碼管，有共陰極和共陽極兩種。七段LED數碼管顯示器有8個發光二極管，其中從a~g管腳輸入顯示代碼，可顯示不同的數字或字符，Dp顯示小數點。共陰極LED數碼管顯示器的公共端為發光二極管陰極，通常接地，當發光二極管的陽極為高電平時，發光二極管點亮。共陽極的LED數碼管顯示器的公共端為發光二極管的陽極，通常接+5V電源，當發光二極管的陰極為低電平時，發光二極管點亮。本設計中采用的是4位七段共陽極數碼管顯示器，一共具有12個引腳，4個位選端，8個字選端。，4是位選端；a~g、Dp是字選端。 4位數碼管引腳分布圖 4位共陽極數碼管結構圖 LED數碼管的顯示方法靜態顯示方式是指當顯示器顯示某一字符時，發光二極管的位選始終被選中。在這種顯示方式下，每一個LED數碼管顯示器都需要一個8位的輸出口進行控制。由于單片機本身提供的I/O口有限，實際使用中，通常通過擴展I/O口的形式解決輸出口數量不足的問題。靜態顯示主要的優點是顯示穩定，在發光二極管導通電流一定的情況下顯示器的亮度大，系統運行過程中，在需要更新顯示內容時，CPU才去執行顯示更新子程序，這樣既節約了CPU的時間，又提高了CPU的工作效率。其不足之處是占用硬件資源較多，每個LED數碼管需要獨占8條輸出線。隨著顯示器位數的增加，需要的I/O口線也將增加。動態顯示方式是指一位一位地輪流點亮每位顯示器（稱為掃描），即每個數碼管的位選被輪流選中，多個數碼管公用一組段選，段選數據僅對位選選中的數碼管有效。對于每一位顯示器來說，每隔一段時間點亮一次。顯示器的亮度既與導通電流有關，也與點亮時間和間隔時間的比例有關。通過調整電流和時間參數，可以既保證亮度，又保證顯示。若顯示器的位數不大于8位，則顯示器的公共端只需一個8位I/O口進行動態掃描（稱為掃描口），控制每位顯示器所顯示的字形也需一個8位口（稱為段碼輸出）。通過比較，我們可以發現LED動態顯示更加適合本設計，所以就采用此方法。 脈搏測量儀電路原理圖圖 電路原理圖第4章 軟件系統 主程序流程：系統主程序控制單片機系統按預定的操作方式運行, 它是單片機系統程序的框架。系統上電后,對系統進行初始化。初始化程序主要完成對單片機內專用寄存器、定時器工作方式及各端口的工作狀態的設定。系統初始化之后, 進行定時器中斷、外部中斷、顯示等工作，不同的外部硬件控制不同的子程序[12]。圖 主程序流程圖 定時器中斷程序流程：定時器中斷服務程序由一分鐘計時、按鍵檢測、有無測試信號判斷等部分組成。當定時器中斷開始執行后，對一分鐘開始計時，1s計時到之后繼續檢測下1s，直到60s到了再停止并保存測得的脈搏次數。同時可以對按鍵進行檢測，只要復位測試值就可以重新開始測試。主要完成一分鐘的定時功能和保存測得的脈搏次數。圖 定時器中斷程序流程圖 INT中斷程序流程：外部中斷服務程序完成對外部信號的測量和計算。外部中斷采用邊沿觸發的方式，當處于測量狀態的時候，來一個脈沖脈搏次數就加一，由單片機內部定時器控制一分鐘，累加得出一分鐘內的脈搏次數。圖 INT中斷程序流程圖 顯示程序流程：顯示程序包括顯示上次的脈搏次數、本次測量中的時間和脈搏的次數。從中斷程序中取得結果后，先顯示上次的脈搏次數，經過10ms的延時后再顯示測試中的脈搏次數，再經過10ms的延時顯示測試中的時間。圖 顯示程序流程圖 軟件說明本程序采用C語言，程序的可讀性非常好。程序中對前一次測量的脈搏數據進行了自動保存，并且用數碼顯示。程序在執行過程若發現有干擾則忽略該干擾而不顯示，進一步減少讀入數據的誤差。第五章 抗干擾措施及使用方法為了提高測量儀的精確度，系統首先要解決的是硬件方面的干擾問題。光電式脈搏測量儀的測量過程中，前端測量到的脈搏信號十分微弱，容易受到外界環境干擾，其中主要的干擾源有測量環境光干擾、電磁干擾、測量運動噪聲。 在光電式脈搏傳感器中，光敏器件接收到的光信號不僅包含脈搏信息的透射光的信號，而且包含測量環境下的背景光信號，由于動脈波動引起的光強變化比背景光的變化微弱得多，因此在測量過程當中要保持測量背景光的恒定，減少背景光的干擾[13]。 測量環境下的背景光包含環境光和在測量過程中引起的二次反射光。為了減少環境光對脈搏信號測量的影響，同時考慮到傳感器使用的方便性，采用密封的指套式包裝方式，整個外殼采用不透光的介質和顏色，盡量減小外界環境光的影響，為了避免測量過程中的二次反射光的影響，在指套式傳感器的內層表面涂上一層吸光材料，這樣能有效減少二次反射光的干擾。 加上指套式外殼后的脈搏傳感器測量到的脈搏波形比較平滑。這是因為加指套式的脈搏傳感器中環境光在測量過程中基本不受外界環境光的影響，而且能夠有效減少二次反射光，使照射到手指上的光波長單一，所以得到的脈搏信號較為穩定，沒有明顯的重疊雜波信號，能夠很好的體現出脈搏波形的特征。 通過光電轉換得到的包含脈搏信息的電信號一般比較微弱，容易受到外界電磁信號的干擾，在傳統的光電式脈搏傳感器電路中，由于光敏器件和放大電路是分離的，那么在信號的傳遞過程就很容易受到外界電磁干擾，通常在