基于c51單片機(jī)的脈搏測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì)(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 83。14 謝 辭 16 參考文獻(xiàn) 17 附 錄 18 桂林電子科技大學(xué)課程設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 1 頁(yè) 共 26 頁(yè) 引 言 脈搏波所呈現(xiàn)出來(lái)的形態(tài)、強(qiáng)度、速率和節(jié)律等方面的綜合信息，能反映出人體心血管系統(tǒng)中許多生理疾病的血流特征。本系統(tǒng)采用 STC89S51 單片機(jī)為核心而制作的一種實(shí)用型脈搏測(cè)量?jī)x。采用 HK2020A 集成化脈搏傳感器作為傳感器對(duì)人體的脈搏心率警醒數(shù)據(jù)采集。得到的信號(hào)送入 STC89S51 單片機(jī)進(jìn)行處理。單片機(jī)將采集到的脈搏心率在數(shù)碼管上實(shí)時(shí)顯示出來(lái)，同時(shí)還設(shè)置了脈搏測(cè)量?jī)x的上下限報(bào)警電路。本文首先描述本設(shè)計(jì)的整體思路，然后介紹各個(gè)部分設(shè)計(jì)中的細(xì)節(jié)問(wèn)題，最后提出一些完善本設(shè)計(jì)的改 進(jìn)意見。 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(lái)都受到中外醫(yī)學(xué)界的重視。幾乎世界上所有的民族都用過(guò)“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(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)脈搏波采集和處理具有很高的醫(yī)學(xué)價(jià)值和應(yīng)用前景。 1 系統(tǒng)方案選擇與論證 任務(wù) 基于 C51 單片機(jī)的脈搏測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì) 要求 （ 1）通過(guò)脈搏傳感器采樣脈搏信號(hào)，設(shè)計(jì)脈搏波檢測(cè)電路，通過(guò)數(shù)碼管 來(lái) 顯示脈搏次數(shù)。 （ 2）將脈沖波送入單片機(jī)，采用單片機(jī)構(gòu)成脈搏檢測(cè)儀，要求實(shí)時(shí)脈搏 次數(shù) 對(duì) 超限時(shí)用蜂鳴器報(bào)警。 系統(tǒng)基本方案 根據(jù)題目的要求系統(tǒng)模塊可以基本劃分為：脈搏傳感器部分、單片機(jī)處理電路部分及顯示電路部分。為實(shí)現(xiàn)各模塊的功能，分別做了幾種不同的設(shè)計(jì)方案病進(jìn)行了論證 各 個(gè) 部分電路的方案選擇及論證 （ 1）脈搏傳感器部分 傳感器又稱為換能器、變換器等。脈搏傳感器是脈搏檢測(cè)系統(tǒng)中重要的組成部分，桂林電子科技大學(xué)課程設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 2 頁(yè) 共 26 頁(yè) 脈搏傳感器電路 STC89C51單片機(jī)處理電路 數(shù)碼管 顯示電路 蜂鳴器 報(bào)警電路 震蕩電路 復(fù)位電路 其基本功能是將切脈壓力和橈動(dòng)脈搏動(dòng)壓力這樣一些物理量 (非電量 )轉(zhuǎn)換成為便于測(cè)量的電量。脈搏傳感器的精度、靈 敏度、抗干擾能力及安裝方式?jīng)Q定了脈搏測(cè)量精度，因此其選型對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)具有決定性的作用。 本設(shè)計(jì)中，采用 HK2020A 集成化脈搏傳感器， HK2020A 集成化脈搏傳感器采用高度集成化工藝將 力敏元件 (PVDF 壓電膜 )、靈敏度溫度補(bǔ)償元件、感溫元件、信號(hào)調(diào)理電路集成在傳感器內(nèi)。壓電式原理采集信號(hào)，模擬信號(hào)輸出，輸出同步于脈搏波動(dòng)的脈沖信號(hào)，脈搏波動(dòng)一次輸出一正脈沖。該產(chǎn)品可用于脈率檢測(cè)，如運(yùn)動(dòng)、健身器材設(shè)備中的心率測(cè)試。 （ 2）單片機(jī)選擇 51 單片機(jī)是 INTEL 公司生產(chǎn)的。它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，易于開發(fā) 的特點(diǎn)。通用型，有總線擴(kuò)展，有較強(qiáng)的位處理功能，有全雙工異步串行通信口。但是其功能相對(duì)較少，訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)有瓶頸，作電壓范圍窄。 本設(shè)計(jì)中，單片機(jī)只需要對(duì)脈搏信號(hào)的波動(dòng)頻率進(jìn)行測(cè)量、計(jì)算和顯示，對(duì)單片機(jī)的要求不是很高。而對(duì) 51 單片機(jī)，本人比較熟悉，所以，本設(shè)計(jì)中選擇 51單片機(jī)作為信息處理中心。 （ 3）顯示部分 根據(jù)題目要求，設(shè)計(jì)出來(lái)的系統(tǒng)是可以設(shè)定報(bào)警的范圍的。對(duì)顯示部分采用以下方案：采用數(shù)碼管。數(shù)碼管具有功耗小、輕薄短小無(wú)輻射危險(xiǎn)，簡(jiǎn)單方便 等特點(diǎn)。 系統(tǒng)各模塊的最終方案 根據(jù)以上分析，結(jié)合器件和 設(shè)備等因素，確定如下方案： 1. 采用 STC89C51 單片機(jī)作為控制器，分別對(duì)輸入、顯示、信號(hào)的處理 和 控制。 2. 傳感器部分采用光 HK2020A 集成化脈搏傳感器，該器件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng) 。 3. 顯示用數(shù)碼管顯示實(shí)時(shí)脈搏數(shù)和蜂鳴器報(bào)警上下限數(shù)值。 系統(tǒng)的基本框圖如下圖 所示。 圖 設(shè)計(jì)框圖 桂林電子科技大學(xué)課程設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 3 頁(yè) 共 26 頁(yè) 單片機(jī)處理電路 單片機(jī)處理電路如圖 圖 單片機(jī)處理電路 系列單片機(jī)的主要性能特 點(diǎn) STC89C51 系列單片機(jī)是宏晶科技推出的新一代超強(qiáng)抗干擾、高速、低功耗的單片機(jī)，指令代碼與傳統(tǒng) 8051 單片機(jī)完全兼容。 MCS－ 51 的主要特點(diǎn)為： ◆ CPU 為 8位； ◆片內(nèi)帶振蕩器，頻率范圍為 ~12MHz； ◆片內(nèi)帶 128 字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器；（ RAM） ◆片內(nèi)帶 4KB 的 Flash 程序存儲(chǔ)器；（ ROM） ◆程序存儲(chǔ)器的尋址空間為 64KB；（需要擴(kuò)展 ROM） ◆片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的尋址空間為 64KB；（需要擴(kuò)展 RAM） ◆ 128 位（ 16 字節(jié)）用戶位尋址空間；（在 128 個(gè)字節(jié)中） ◆ 18 個(gè)字節(jié)特殊功能寄存器 SFR（ MCS— 52 子系列為 21 個(gè)）； ◆ 4 個(gè) 8 位的并行 I/O 接口： P0、 P P P3； ◆ 2 個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 T0、 T1；（ MCS52子系列為 3個(gè)， T2） ◆ 2 個(gè)優(yōu)先級(jí)別的 5個(gè)中斷源；（高、低 2 個(gè)） STC89C51單片機(jī) 桂林電子科技大學(xué)課程設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 4 頁(yè) 共 26 頁(yè) ◆ 1 個(gè)全雙工的串行 I/O 接口，可多機(jī)通信； ◆片內(nèi)采用單總線結(jié)構(gòu)； ◆有較強(qiáng)的位處理能力； 系列單片機(jī)的基本組成 圖 框圖 圖 DIP 管腳圖 AT89C51 與 51 系列中各種型號(hào)芯片的引腳互相兼容。目前多采用 40 只引腳雙列直桂林電子科技大學(xué)課程設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 5 頁(yè) 共 26 頁(yè) 插，如圖 。 引腳按其功能可分為如下 3 類：【要熟練記住】 ①電源及時(shí)鐘引腳 — － VCC、 VSS； XTAL XTAL2； ②控制引腳 — － /RST VPD 、 /ALE PROG 、 PSEN 、和 /EAVPP ； ③ I/O 口引腳 —— P0、 P P P3，為 4 個(gè) 8 位 I/O 口。 1. 電源引腳 VSS（ 20 腳）：接地， 0V 參考點(diǎn)。 VCC（ 40 腳）： 5V電源。【提供掉電、空閑、正常工作電壓】 圖 2．外接晶體引腳 XTAL1（ 19 腳）：接外部晶體振蕩器的一端。當(dāng)使用芯片內(nèi)部時(shí)鐘時(shí)，此腳用于外接石英晶體振蕩器和微調(diào)電容；當(dāng)使用外部時(shí)鐘時(shí)，對(duì)于 HMOS 單片機(jī)，此引腳接地；對(duì)于 CMOS 單片機(jī)，此引腳作為外部振蕩信號(hào)的輸入端。 XTAL2（ 18 腳）：接外部晶體振蕩器的另一端，當(dāng)使用芯片內(nèi)部時(shí)鐘時(shí)，此腳用于外接石英晶體振蕩器和微調(diào)電容。當(dāng)使用外部時(shí)鐘時(shí)，對(duì)于 HMOS 單片機(jī)，此引腳接外部振蕩源；對(duì)于 CMOS 單片機(jī)，此引腳懸空不接。 桂林電子科技大學(xué)課程設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 6 頁(yè) 共 26 頁(yè) 89C51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(yán)格要求，但其取值對(duì)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， C C2 可在 20pF~100pF 之間選擇。當(dāng)外接晶體振蕩器時(shí)，電容可選30pF177。10pF ；外接陶瓷振蕩器時(shí)，電容可選 40pF177。10pF 。 3. 控制信號(hào)或與其它電源復(fù)用引腳 （ 1） /RST VPD （ 9 腳）：復(fù)位端。當(dāng)輸入的復(fù)位信號(hào)持續(xù) 2 個(gè)以上機(jī)器周期 （ 12個(gè)晶體振蕩周期）高電平即為有效，用于完成單片機(jī)的復(fù)位初始化操作。正常工作時(shí)，此腳電平應(yīng) ≤ 。 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