基于STM32的脈搏測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì)

1、安徽機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢 業(yè) 論 文基于stm32的脈搏測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì)系 別 電氣工程系 專(zhuān) 業(yè) xxxxxxxxxxxxx 班 級(jí) xxxxxxxxxxx 姓 名 xxxxxxxxx 學(xué) 號(hào) xxxxxxxxxxx 指導(dǎo)教師 xxxxxx 2014 2015 學(xué)年第 一 學(xué)期安徽機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院2015屆畢業(yè)生畢業(yè)論文成績(jī)?cè)u(píng)定單姓名xxx專(zhuān)業(yè)xx班級(jí)xxxx課題基于stm32的脈搏測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)分值得分指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)（40分）設(shè)計(jì)方案合理、實(shí)用、經(jīng)濟(jì)、原理分析正確、嚴(yán)密，內(nèi)容完整。10計(jì)算方法正確，計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確，程序設(shè)計(jì)正確簡(jiǎn)潔，工藝合理。5元器件（材料）選擇合理，明細(xì)表規(guī)范。5圖面清晰完整，布

2、局、線條粗細(xì)合理，符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。5文字?jǐn)⑹龊?jiǎn)明扼要，書(shū)寫(xiě)規(guī)范。5按時(shí)獨(dú)立完成，同學(xué)相互關(guān)心，遵守制度，認(rèn)真負(fù)責(zé)。10合計(jì)得分： 指導(dǎo)教師簽名： 日期： 年 月 日評(píng)閱教師評(píng)分（30分）內(nèi)容充實(shí)，有階段性成果，有應(yīng)用價(jià)值。10圖紙、論文如實(shí)反映設(shè)計(jì)成果，有理論分析，又有實(shí)踐過(guò)程。10語(yǔ)句通順，思路清晰，符合邏輯。5圖標(biāo)清晰，文字工整，字符和曲線標(biāo)準(zhǔn)化。5合計(jì)得分： 評(píng)閱教師簽名： 日期： 年 月 日答辯評(píng)分（30分）自述條理明確，重點(diǎn)突出。5基本概念清楚，回答問(wèn)題正確。15專(zhuān)業(yè)知識(shí)運(yùn)用靈活，解決問(wèn)題技術(shù)措施合理。10合計(jì)得分： 答辯組長(zhǎng)簽名： 日期： 年 月 日總得分：等級(jí)系主任簽名：日期： 年

3、 月 日指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)等級(jí)簽名日期安徽機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文指導(dǎo)過(guò)程記錄表題目基于stm32的脈搏測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì)學(xué)生姓名x學(xué) 號(hào)x指導(dǎo)教師xx系 部電氣工程系班 級(jí)x順序號(hào)第 1次學(xué)生完成畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）內(nèi)容情況第一周: 指導(dǎo)老師布置畢業(yè)設(shè)計(jì)課題，要求學(xué)生查閱有關(guān)畢業(yè)設(shè)計(jì)的相關(guān)資料； 學(xué)生簽名： 時(shí)間： 年 月 日教師指導(dǎo)內(nèi)容記錄 教師簽名： 時(shí)間： 年 月 日安徽機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文指導(dǎo)過(guò)程記錄表題目基于stm32的脈搏測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì)學(xué)生姓名x學(xué) 號(hào)x指導(dǎo)教師xx系 部電氣工程系班 級(jí)x順序號(hào)第 2次學(xué)生完成畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）內(nèi)容情況 第二周：主要是把畢業(yè)設(shè)計(jì)方案要確定下來(lái)。和同學(xué)們熟悉實(shí)驗(yàn)室相關(guān)

4、設(shè)備并掌握單片機(jī)結(jié)構(gòu)原理。 學(xué)生簽名： 時(shí)間： 年 月 日教師指導(dǎo)內(nèi)容記錄 教師簽名： 時(shí)間： 年 月 日安徽機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文指導(dǎo)過(guò)程記錄表題目基于stm32的脈搏測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì)學(xué)生姓名x學(xué) 號(hào)x指導(dǎo)教師xx系 部電氣工程系班 級(jí)x順序號(hào)第 3次學(xué)生完成畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）內(nèi)容情況第三周：在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下，完成畢業(yè)設(shè)計(jì)并焊出實(shí)物得出相關(guān)結(jié)論并寫(xiě)報(bào)告； 學(xué)生簽名： 時(shí)間： 年 月 日教師指導(dǎo)內(nèi)容記錄 教師簽名： 時(shí)間： 年 月 日安徽機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文指導(dǎo)過(guò)程記錄表題目基于stm32的脈搏測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì)學(xué)生姓名x學(xué) 號(hào)x指導(dǎo)教師xx系 部電氣工程系班 級(jí)xx順序號(hào)第 4次學(xué)生完成畢業(yè)論文（設(shè)

5、計(jì)）內(nèi)容情況第四周:完成基于基于stm32的脈搏測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì)得出結(jié)論并總結(jié)，把論文的內(nèi)容主體寫(xiě)好。通過(guò)查閱資料和討論確定了正確的書(shū)寫(xiě)內(nèi)容和重點(diǎn)； 學(xué)生簽名： 時(shí)間： 年 月 日教師指導(dǎo)內(nèi)容記錄 教師簽名： 時(shí)間： 年 月 日安徽機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文指導(dǎo)過(guò)程記錄表題目基于stm32的脈搏測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì)學(xué)生姓名x學(xué) 號(hào)x指導(dǎo)教師xx系 部電氣工程系班 級(jí)x順序號(hào)第 5次學(xué)生完成畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）內(nèi)容情況第五周: 主要是把整篇文章進(jìn)行了糾錯(cuò)和改正，對(duì)不足和錯(cuò)誤的地方進(jìn)行修改。也參考了同學(xué)們的論文和資料對(duì)章節(jié)的局部?jī)?nèi)容進(jìn)行了修改。 學(xué)生簽名： 時(shí)間： 年 月 日教師指導(dǎo)內(nèi)容記錄 教師簽名： 時(shí)間： 年 月

6、 日安徽機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文指導(dǎo)過(guò)程記錄表題目基于stm32的脈搏測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì)學(xué)生姓名x學(xué) 號(hào)x指導(dǎo)教師xx系 部電氣工程系班 級(jí)x順序號(hào)第 6次學(xué)生完成畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）內(nèi)容情況第六周：主要是對(duì)整片論文進(jìn)行了最終的確審，排版并打印。并對(duì)這段時(shí)間的學(xué)習(xí)做出總結(jié)。 學(xué)生簽名： 時(shí)間： 年 月 日教師指導(dǎo)內(nèi)容記錄 教師簽名： 時(shí)間： 年 月 日摘 要人們測(cè)量脈搏的傳統(tǒng)方法是使用測(cè)量脈搏的聽(tīng)診器，或者使用吸附在人體上的電極等。這些老式的方法有其自身的局限性，不便于室外場(chǎng)所使用?；诖耍菊撐脑O(shè)計(jì)了一種基于stm32f103vet6主控芯片的脈搏測(cè)量?jī)x，體積小，精度高，使用方便。在采集脈搏使用的介質(zhì)，

7、測(cè)量的部位和測(cè)量的方式有了重大改變。它采用紅外對(duì)管tcrt5000來(lái)進(jìn)行人體的脈搏測(cè)量，檢測(cè)的部位為被檢測(cè)人的任意一個(gè)手指，耳垂等組織較薄的部分。其原理是根據(jù)血液舒張和收縮血液濃度的不同，紅外線傳感器的紅外信號(hào)透過(guò)血液的強(qiáng)度不同，因此可以測(cè)量并計(jì)算每分鐘其血液收縮擴(kuò)張的次數(shù)，通過(guò)示波器能夠很直觀的觀察出來(lái)，并且該測(cè)量?jī)x能夠?qū)崿F(xiàn)保存測(cè)量的數(shù)據(jù)，在回放狀態(tài)時(shí)，能回放所保存的測(cè)量數(shù)據(jù)，如波形等。通過(guò)液晶屏實(shí)現(xiàn)光電脈搏信號(hào)波形動(dòng)態(tài)顯示，其設(shè)計(jì)理念新穎，可實(shí)現(xiàn)性好。關(guān)鍵詞：主控芯片stm32f103vet6 紅外對(duì)管tcrt5000 液晶屏目 錄第一章 緒論4第二章 脈搏測(cè)量?jī)x現(xiàn)狀及意義52.1 脈搏測(cè)

8、量?jī)x現(xiàn)狀52.2 意義6第三章 方案論證73.1 方案選擇73.2 系統(tǒng)框圖8第四章 stm32處理器概述94.1 stm32簡(jiǎn)介94.2stm32的引腳圖94.3stm32的內(nèi)部資源104.4cortex-m3內(nèi)核簡(jiǎn)介10第五章 基本結(jié)構(gòu)模塊125.1 脈搏信號(hào)采集模塊及原理125.2 脈搏信號(hào)放大和整形模塊135.3 顯示模塊及stm32最小板175.4測(cè)量?jī)x整體電路圖195.5 測(cè)量?jī)x實(shí)物圖20第六章 軟件設(shè)計(jì)216.1 stm32開(kāi)發(fā)環(huán)境216.2 mdk370簡(jiǎn)介216.3 jtag仿真器介紹22第七章 功能測(cè)試236.1 脈搏波形測(cè)試236.2 脈搏數(shù)測(cè)試256.3 液晶顯示及波形

9、回放功能測(cè)試266.4 脈搏上下限報(bào)警測(cè)試27結(jié)束語(yǔ)28致謝29參考文獻(xiàn)30第一章 緒論脈搏，臨床科學(xué)的說(shuō)法為心率，是病理研究中非常重要的參數(shù)之一?，F(xiàn)在醫(yī)療監(jiān)測(cè)儀器的基本功能中，就包含心率的測(cè)量。及時(shí)迅速準(zhǔn)確的對(duì)心率進(jìn)行測(cè)量和評(píng)估，是對(duì)個(gè)人的生命體征的一種檢查與監(jiān)測(cè)。隨著科學(xué)的發(fā)展，電子技術(shù)的進(jìn)步，脈搏測(cè)量?jī)x的形態(tài)有了很大的變化，逐步向體積小，操作靈活的方向發(fā)展。目前，用于脈搏監(jiān)測(cè)的儀器為傳統(tǒng)的大型機(jī)。其體型碩大，操作不便。本次設(shè)計(jì)的目標(biāo)，是要通過(guò)紅外傳感器，將信號(hào)傳輸至主控芯片，并由主控芯片計(jì)算脈搏信號(hào)。其間的測(cè)試參數(shù)，全部顯示于液晶顯示屏上。當(dāng)前市場(chǎng)上的脈搏測(cè)量?jī)x器基本上采用的有傳統(tǒng)的聽(tīng)診

10、器，大型的生命體征儀。聽(tīng)診器由于是依靠人體感官進(jìn)行測(cè)量，其精度較低、可靠性差、功能也比較單一、受外界影響很大，而生命體征儀由于測(cè)量的精度高，成本非常高，并且體積較大。第二章 脈搏測(cè)量?jī)x現(xiàn)狀及意義2.1 脈搏測(cè)量?jī)x現(xiàn)狀進(jìn)入到科技迅猛發(fā)展的21世紀(jì)，科學(xué)技術(shù)不斷地被應(yīng)用于實(shí)際的產(chǎn)品生產(chǎn)和生活消費(fèi)中，人們的生活日新月異蒸蒸日上。與此同時(shí)，迅猛的科技發(fā)展、崛起的工業(yè)生產(chǎn)，也造成了許許多多的生活問(wèn)題煩擾著人們。科技極大地促進(jìn)了社會(huì)的發(fā)展變化，使人們的生活節(jié)奏加快，生活環(huán)境不再舒適優(yōu)雅，生活習(xí)慣隨之也發(fā)生了劇烈的變動(dòng)，生活質(zhì)量因此而下降，人體的健康也受到了嚴(yán)重的干擾與破壞。在眾多的危害人類(lèi)健康的疾病當(dāng)中，

11、各色各樣的心血管疾病成為其中的一種。這種疾病的發(fā)病率在逐年提高，發(fā)病群體也在不斷擴(kuò)大，并呈年輕化趨勢(shì)，而且經(jīng)常引起極為嚴(yán)重的病危后果。這種疾病長(zhǎng)期困擾著眾多的患者，市場(chǎng)上也迫切需要解決如此種類(lèi)疾病的解決方案和治療方法。早期的預(yù)防與及早的發(fā)現(xiàn)病情就顯得極為的重要，這促使了很多的此種醫(yī)療儀器產(chǎn)品的研發(fā)與誕生。在當(dāng)今的醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中，通過(guò)使用測(cè)量脈搏跳動(dòng)以獲取病人的身體健康狀況信息的電子醫(yī)療產(chǎn)品，愈來(lái)愈受到人們的歡迎。脈搏作為了解個(gè)人身體活動(dòng)狀況的重要窗口，測(cè)量脈搏信號(hào)的電子醫(yī)療產(chǎn)品顯示了它的優(yōu)勢(shì)之處。這種測(cè)試脈搏信號(hào)的研發(fā)引起了眾多專(zhuān)家教授的普遍關(guān)注，受到了研發(fā)探究者的青睞。除了這些還帶來(lái)了其他利益和

12、好處，此類(lèi)醫(yī)療儀器的研發(fā)與生產(chǎn)，商家可以賺到更多的錢(qián)，產(chǎn)品更加熱賣(mài)，人們的身體健康水準(zhǔn)也隨之提高。在當(dāng)前的國(guó)際醫(yī)療研發(fā)領(lǐng)域中，有許多國(guó)家的醫(yī)生學(xué)者針對(duì)脈搏信號(hào)的采集提出了很多的設(shè)計(jì)思路與研究方法，其中不乏非常高效而精確的測(cè)量?jī)x器及裝置，但由于他們的裝置和儀器都存在這樣或者那樣的缺陷，最終并未把原來(lái)的設(shè)計(jì)思路和解決方案應(yīng)用于大規(guī)模的產(chǎn)品工業(yè)化生產(chǎn)中去，也沒(méi)有應(yīng)用于醫(yī)學(xué)檢測(cè)。比如，有的醫(yī)學(xué)測(cè)量?jī)x器雖然高效而精確，但價(jià)格過(guò)于昂貴，不在普通消費(fèi)者所能承受的范圍內(nèi)?；蛘哂械碾娮俞t(yī)學(xué)測(cè)量產(chǎn)品由于測(cè)量需要比較精確的固定之后，才能采集到準(zhǔn)確的脈搏信號(hào)，操作環(huán)境要求過(guò)于理想，無(wú)法在通常中的條件正確測(cè)量。此外有的

13、儀器裝置由于操作過(guò)程過(guò)于復(fù)雜，本身不具備廣泛推廣的條件，因而無(wú)法推廣成為產(chǎn)品銷(xiāo)售。還有很多的醫(yī)療儀器由于這樣或者那樣的原因，僅僅只存在于理論設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)研究當(dāng)中。在當(dāng)前的市場(chǎng)上，也存在相當(dāng)多的心血管的醫(yī)療測(cè)量?jī)x器，它們各有優(yōu)缺點(diǎn)，但是有的測(cè)量不是相當(dāng)準(zhǔn)確，有的測(cè)量過(guò)程有些繁瑣，有的價(jià)格可能比較昂貴，有的在診斷過(guò)程中可能會(huì)冒有不小的風(fēng)險(xiǎn)，根據(jù)不同的人群和消費(fèi)者，人們也可以各取所需。于是市場(chǎng)上迫切需要一種操作過(guò)程簡(jiǎn)單化、測(cè)量比較準(zhǔn)確有效、價(jià)格合適可以推廣、診斷過(guò)程安全高效、操作環(huán)境最普遍常見(jiàn)的智能脈搏測(cè)量的電子醫(yī)學(xué)測(cè)量?jī)x器。2.2 意義脈搏信號(hào)是人體生理活動(dòng)狀況最重要的信號(hào)之一，能夠反映人體生理活動(dòng)

14、的基本信息，從而反映人體的生理甚至心理健康狀況。脈搏信號(hào)信息的獲取，也為人體其他方面的檢查提供了各種數(shù)據(jù)信息的參考。“望、聞、問(wèn)、切”是我國(guó)古代中醫(yī)的行醫(yī)方法，“把脈”成為了解患者身體狀況的重要途徑，脈搏信號(hào)蘊(yùn)含的豐富的信息為醫(yī)生為患者的診斷和開(kāi)藥提供了重要依據(jù)。通過(guò)采集和獲取人體準(zhǔn)確的脈搏信號(hào)，得到大量的身體狀況信息，我們一般采用市場(chǎng)上已有的各色各樣的傳感器。利用傳感器獲得患者的脈搏信號(hào)和信息，一般對(duì)個(gè)人的身體都不會(huì)造成危害，都是極為安全的。其次在于它操作過(guò)程和步驟的簡(jiǎn)單化，使用起來(lái)會(huì)非常方便，非常受到消費(fèi)者和各位醫(yī)學(xué)專(zhuān)家教授的歡迎。通過(guò)脈搏信號(hào)采集，獲取人體的身體健康信息逐漸成為一種趨勢(shì)，

15、由于脈搏信號(hào)的種種優(yōu)勢(shì)，它的市場(chǎng)應(yīng)用前景非常廣泛，應(yīng)用和使用價(jià)值也極為巨大，在未來(lái)的醫(yī)學(xué)領(lǐng)域當(dāng)中，它也必定是研究探索的熱門(mén)話題。利用當(dāng)今迅速發(fā)展的電子技術(shù)應(yīng)用于脈搏的醫(yī)學(xué)測(cè)量，極大地促進(jìn)了醫(yī)學(xué)醫(yī)療儀器的發(fā)展與生產(chǎn)，隨之而帶動(dòng)的智能脈搏電子測(cè)量?jī)x也會(huì)在醫(yī)療產(chǎn)品市場(chǎng)上具有一席之地，消費(fèi)者和市場(chǎng)空間大門(mén)會(huì)為之而打開(kāi)。本次設(shè)計(jì)所采用的大致方法如下，整個(gè)系統(tǒng)控制將由stm32f103vet6主控芯片構(gòu)成。選用tcrt5000作為紅外線測(cè)試元件，液晶作為顯示器件,各個(gè)檢測(cè)信號(hào)、顯示信號(hào)可由芯片的i/o口進(jìn)行。血液是一種高度不透明液體, 血液中含有大量的血紅細(xì)胞, 這種細(xì)胞具有很強(qiáng)的吸收紅外線的功能。因此,

16、 紅外線在一般組織中的穿透性要比在血液中大幾十倍。當(dāng)人體動(dòng)脈血管隨心臟周期性地收縮和舒張, 動(dòng)脈血管的血液容積隨之發(fā)生變化時(shí), 動(dòng)脈所在部分的人體組織對(duì)于紅外光的透射性就會(huì)發(fā)生變化。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, 因而取手指尖或耳垂作為信號(hào)采集部位，從而更好的實(shí)現(xiàn)測(cè)量功能。第三章 方案論證3.1 方案選擇在本次的方案設(shè)計(jì)當(dāng)中，脈搏信號(hào)的采集和獲取是整個(gè)脈搏測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì)中的重中之重。只有準(zhǔn)確、高效、可靠地采集到個(gè)人的脈搏信號(hào)，整個(gè)設(shè)計(jì)才有成功的可能，整個(gè)設(shè)計(jì)才會(huì)有實(shí)在的意義。由于脈搏的信號(hào)極弱，振動(dòng)幅度非常有限，不易于進(jìn)行采集和獲取，會(huì)給收集脈搏信號(hào)者帶來(lái)不小的麻煩。在脈搏信

17、號(hào)本身極弱的同時(shí)，它還很容易收到其他生理信號(hào)的干擾，對(duì)于每一個(gè)生物體來(lái)說(shuō)，其各個(gè)部分的生理信號(hào)都是相互干擾、相互影響的。再者，每個(gè)生物體的情緒的不同，喜怒哀樂(lè)的變化，也會(huì)造成生理信號(hào)的改變，在這種情況下，脈搏信號(hào)就會(huì)受到噪聲的干擾，只有選擇一個(gè)恰當(dāng)?shù)拿}搏測(cè)量傳感器，才能夠獲得準(zhǔn)確、高效、可靠的脈搏信號(hào)。脈搏信號(hào)的頻率是很低的，1分鐘的次數(shù)大致如下，且對(duì)于不同的個(gè)體也是有差別的：男性的是60到100次，女性的是70到90次，小孩的大概是90次。在本設(shè)計(jì)中我選用了光電傳感器。光電傳感器是將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)進(jìn)行測(cè)量。在脈搏測(cè)量中，我們可以通過(guò)紅外線照射人體時(shí)由于脈搏的跳動(dòng)，透光度不同而產(chǎn)生不同的電

18、流，而獲取脈搏跳動(dòng)的信號(hào)。用光電傳感器測(cè)量時(shí)，我就可以不用考慮脈搏的振動(dòng)幅度過(guò)小，而且受到的干擾也較小。一般光電傳感器的應(yīng)用也有兩種，耳脈測(cè)量和指脈測(cè)量。耳脈的特點(diǎn)是光電信號(hào)較弱，并且在不同的溫度、不同的季節(jié)中，測(cè)量結(jié)果也不相同，因此會(huì)造成測(cè)量的數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，但測(cè)量環(huán)境較為清潔。而指脈測(cè)量由于汗腺發(fā)汗會(huì)使測(cè)量?jī)x器變臟，致使測(cè)量不準(zhǔn)確，需要經(jīng)常清洗。從整體上來(lái)考慮，指脈的光電信號(hào)較強(qiáng)，且操作簡(jiǎn)單易行，所以選擇使用指脈測(cè)量。指脈光電傳感器也分為兩種，分為透射型的和反射性的兩種：（1）透射型：圖3-1透射型光電傳感器如圖3-1是透射型光電傳感器，透射型指脈光電傳感器是由上端的發(fā)光二極管發(fā)出紅外光，紅外

19、線通射過(guò)手指，手指內(nèi)的血液濃度由于脈搏的跳動(dòng)而發(fā)生變化，投射過(guò)的紅外線強(qiáng)度發(fā)生變化，產(chǎn)生不同的光電信號(hào)。（2）反射型： 圖3-2 反射型光電傳感器如圖3-2是反射型光電傳感器，反射型是指發(fā)光二極管和光敏三極管在同一水平端上，發(fā)光二極管發(fā)射出紅外線，由于脈搏跳動(dòng)而使血液濃度發(fā)生變化，由于血液可以選擇性吸收紅外光致使光敏三極管接受率發(fā)生變化，由于血液循環(huán)流動(dòng)，脈搏周期跳動(dòng)，所以其變化也呈周期性，所以本次設(shè)計(jì)我采用反射式。3.2系統(tǒng)框圖整個(gè)電路的各個(gè)部分框圖如下圖所示： 圖 3-3 脈搏測(cè)量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖第四章 stm32處理器概述4.1 stm32簡(jiǎn)介stm32f103xx增強(qiáng)型系列使用高性能的a

20、rm/cortex-m3/32位的risc內(nèi)核，工作頻率為72mhz，內(nèi)置高速存儲(chǔ)器(高達(dá)128k字節(jié)的閃存和20k字節(jié)的sram)，豐富的增強(qiáng)i/o端口和聯(lián)接到兩條apb總線的外設(shè)。所有型號(hào)的器件都包含2個(gè)12位的adc 、3個(gè)通用16位定時(shí)器和一個(gè)pwm定時(shí)器，還包含標(biāo)準(zhǔn)和先進(jìn)的通信接口：多達(dá)2個(gè)i2c和spi、3個(gè)usart、一個(gè)usb和一個(gè)can。 stm32f103xx增強(qiáng)型系列工作于-40至+105 的溫度范圍，供電電壓2.0v至3.6v，一系列的省電模式保證低功耗應(yīng)用的要求。 完整的stm32f103xx增強(qiáng)型系列產(chǎn)品包括從36腳至100腳的五種不同封裝形式；根據(jù)不同的封裝形式，

21、器件中的外設(shè)配置不盡相同。這些豐富的外設(shè)配置，使得stm32f103xx增強(qiáng)型微控制器適合于多種應(yīng)用場(chǎng)合： 電機(jī)驅(qū)動(dòng)和應(yīng)用控制 ； 醫(yī)療和手持設(shè)備 ； pc外設(shè)和gps平臺(tái)； 工業(yè)應(yīng)用：可編程控制器、變頻器、打印機(jī)和掃描儀 ； 警報(bào)系統(tǒng)，視頻對(duì)講，和暖氣通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng) ；4.2 stm32的引腳圖圖4-1 stm32f103xx增強(qiáng)型管腳圖4.3 stm32的內(nèi)部資源stm32有豐富的內(nèi)部資源，如下所示：realview mdk（miertocontroller development kit）基于arm微控制器的專(zhuān)業(yè)嵌入式開(kāi)發(fā)工具；內(nèi)置閃存存儲(chǔ)器；內(nèi)置sram； 嵌套的向量式中斷控制器(nvi

22、c)；外部中斷/事件控制器(exti)； 時(shí)鐘和啟動(dòng)； 自舉模式； dma ；rtc(實(shí)時(shí)時(shí)鐘)和后備寄存器 ；窗口看門(mén)狗； i2c總線 ；通用同步/異步接受發(fā)送器(usart)； 串行外設(shè)接口(spi)； 控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(can) ；通用串行總線(usb)； 通用輸入輸出接口(gpio)； adc(模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器) ；溫度傳感器； 串行線jtag調(diào)試口(swj-dp)。4.4 cortex-m3內(nèi)核簡(jiǎn)介cortex-m3內(nèi)核包含一個(gè)適用于傳統(tǒng)thumb和新型thumb-2指令的譯碼器、一個(gè)支持硬件乘法和硬件除法的先進(jìn)alu、控制邏輯和用于連接處理器其他部件的接口。cortex-m3處理器是

23、首款基于armv7-m架構(gòu)的arm處理器。中央cortex-m3內(nèi)核使用3級(jí)流水線哈佛架構(gòu)，運(yùn)用分支預(yù)測(cè)、單周期乘法和硬件除法功能實(shí)現(xiàn)了出色的效率（1.25dmips/mhz）。cortex-m3處理器是一個(gè)32位處理器，帶有32位寬的數(shù)據(jù)路徑、寄存器庫(kù)和基于傳統(tǒng)arm7處理器的系統(tǒng)只支持訪問(wèn)對(duì)齊的數(shù)據(jù)，沿著對(duì)齊的字邊界即可對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行訪問(wèn)和存儲(chǔ)。cortex-m3處理器采用非對(duì)齊數(shù)據(jù)訪問(wèn)方式，使非對(duì)齊數(shù)據(jù)可以在單核訪問(wèn)中進(jìn)行傳輸。cortex-m3處理器是專(zhuān)為那些對(duì)成本和功耗非常敏感但同時(shí)對(duì)性能要求又相當(dāng)高的應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。憑借縮小的內(nèi)核尺寸和出色的中斷延遲性能、集成的系統(tǒng)部件、靈活的配置、簡(jiǎn)單

24、的高級(jí)編程和強(qiáng)大的軟件系統(tǒng)，cortex-m3處理器將成為從復(fù)雜的芯片系統(tǒng)到低端微控制器等各種系統(tǒng)的理想解決方案。圖4-2 cortex-m3處理器與arm7作比較。圖4-2 cortex-m3與arm7相比較第五章 基本結(jié)構(gòu)模塊5.1 脈搏信號(hào)采集模塊及原理信號(hào)采集模塊會(huì)用到tcrt5000光電傳感器兩個(gè)，一個(gè)作為發(fā)射端，一個(gè)作為接收端。tcrt5000傳感器的工作原理與一般的紅外傳感器一樣,一傳一感.tcrt5000具有一個(gè)紅外發(fā)射管和一個(gè)紅外接收管。當(dāng)發(fā)射管的紅外信號(hào)經(jīng)反射被接收管接收后,接收管的電阻會(huì)發(fā)生變化,在電路上一般以電壓的變化形式體現(xiàn)出來(lái)。圖為tcrt5000外形圖。圖5-1

25、tcrt5000外形圖下圖為脈搏信號(hào)采集模塊的電路原理圖圖5-2 脈搏信號(hào)采集模塊電路脈搏信號(hào)采集電路中，如圖5-2所示，u1為紅外信號(hào)發(fā)射端，u2為紅外顯示接收端。同時(shí)，u2在接收紅外信號(hào)的時(shí)候，并將紅外信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。其過(guò)程如下：u1發(fā)射紅外信號(hào)，在u1和u2之間，為測(cè)量物體（手指，耳垂等）。當(dāng)紅外線穿過(guò)未充血的測(cè)量物體時(shí)，穿透的紅外信號(hào)強(qiáng)，u2能夠接收信號(hào)。當(dāng)測(cè)量物體充血，穿透的紅外信號(hào)弱，u2無(wú)法接收到足夠強(qiáng)的信號(hào)。在u2的引腳上方的電壓不為0。正電源會(huì)在引腳處產(chǎn)生電壓，電信號(hào)會(huì)產(chǎn)生，進(jìn)入下一模塊。5.2 脈搏信號(hào)放大和整形模塊由于人體的脈搏通常為50200次/分鐘，對(duì)應(yīng)的頻率范圍在

26、0.83hz3.33hz之間，因此經(jīng)紅外檢測(cè)采集到并轉(zhuǎn)換得到的電信號(hào)頻率就非常低。為了防止信號(hào)因外界高頻信號(hào)干擾而使檢測(cè)結(jié)果有誤，信號(hào)就必須先進(jìn)行低通濾波，以便濾出絕大部分的高頻干擾。而且脈搏儀所使用的地點(diǎn)不能保證是陰暗的室內(nèi)，所以要考慮到強(qiáng)光對(duì)其測(cè)量的干擾。此外，低頻信號(hào)需要經(jīng)過(guò)多倍放大和整形，才能被主控模塊所接受和處理。信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊會(huì)使用到lm741，lm358運(yùn)算放大器。主要參數(shù)和特性如下：lm358 內(nèi)部包括有兩個(gè)獨(dú)立的、高增益、內(nèi)部頻率補(bǔ)償?shù)碾p運(yùn)算放大器，適合于電源電壓范圍很寬的單電源使用，也適用于雙電源工作模式，在推薦的工作條件下，電源電流與電源電壓無(wú)關(guān)。它的使用范圍包括傳感放大器

27、、直流增益模塊和其他所有可用單電源供電的使用運(yùn)算放大器的場(chǎng)合。特性(features): 內(nèi)部頻率補(bǔ)償 直流電壓增益高(約100db) 單位增益頻帶寬(約1mhz) 電源電壓范圍寬：?jiǎn)坞娫?330v) 雙電源(1.5 15v) 低功耗電流，適合于電池供電 低輸入偏流 低輸入失調(diào)電壓和失調(diào)電流 共模輸入電壓范圍寬，包括接地 差模輸入電壓范圍寬，等于電源電壓范圍 輸出電壓擺幅大(0 至vcc-1.5v)圖5-3 lm358引腳功能說(shuō)明lm741（單運(yùn)放）是高增益運(yùn)算放大器，用于軍事，工業(yè)和商業(yè)應(yīng)用.這類(lèi)單片硅集成電路器件提供輸出短路保護(hù)和閉鎖自由運(yùn)作。這些類(lèi)型還具有廣泛的共同模式，差模信號(hào)范圍和低

28、失調(diào)電壓調(diào)零能力與使用適當(dāng)?shù)碾娢?。lm741芯片引腳和工作說(shuō)明：1和5為偏置(調(diào)零端)2為正向輸入端3為反向輸入端4接地6輸出7接電源8空腳信號(hào)采集模塊產(chǎn)生的電信號(hào)，傳輸?shù)叫盘?hào)放大整形模塊，其放大整形過(guò)程如下：如圖5-4，電信號(hào)經(jīng)過(guò)lm741的放大，放大倍數(shù)為r5/r3=100。但在放大的過(guò)程中，必然會(huì)有低頻干擾信號(hào)，需要去除低頻信號(hào)，由6號(hào)引腳輸出后，經(jīng)過(guò)整形的信號(hào)進(jìn)入二級(jí)放大電路，如圖5-5所示，經(jīng)過(guò)c4的整形，電信號(hào)的低頻干擾基本上已經(jīng)去除完畢，可以通過(guò)示波器觀察可知，已經(jīng)達(dá)到了預(yù)期設(shè)計(jì)效果。圖5-4 第一級(jí)放大整形電路圖5-5 第二級(jí)放大整形電路在信號(hào)放大整形電路中，信號(hào)已經(jīng)放大。但是

29、考慮到高頻信號(hào)干擾的問(wèn)題，因此需要設(shè)計(jì)一個(gè)高頻濾波電路。其電路圖如下：圖5-6 高頻濾波電路在此電路中，c7，c8為0.47uf的瓷片電容。并聯(lián)電容的特性就是通低頻，阻高頻。經(jīng)過(guò)這兩個(gè)瓷片電容的過(guò)濾，高頻干擾將會(huì)被濾除。這樣就保證了在電信號(hào)的小干擾。對(duì)于最后測(cè)量脈搏的結(jié)果準(zhǔn)確，起到了重要的作用。在此電路中，r14為lm358的反饋電阻。通過(guò)調(diào)整電位器r14，可以改變輸出電壓的大小，改變信號(hào)的放大倍數(shù)，這也是設(shè)計(jì)最后調(diào)試的階段的重要器件。 信號(hào)從lm358的1引腳輸出后，即將進(jìn)入主控模塊，如圖5-7所示：圖5-7 信號(hào)倒向及指示電路由于采集模塊中，當(dāng)紅外線無(wú)法透過(guò)被測(cè)物體時(shí)，信號(hào)經(jīng)過(guò)放大整理至l

30、m358中，會(huì)有一個(gè)高電平。因?yàn)榇诉^(guò)程非常迅速，對(duì)于主控模塊來(lái)說(shuō)，更適合于捕捉低電平信號(hào)。因此需要進(jìn)行電平的倒向處理，經(jīng)過(guò)q1（即三極管）將電平倒向。在設(shè)計(jì)中我在主控模塊和電平之間放置一個(gè)發(fā)光二極管，這樣做的目的是有利于每次低電平信號(hào)進(jìn)入時(shí)，發(fā)光二極管就會(huì)發(fā)光，表示已經(jīng)檢測(cè)到有脈搏的變化，在視覺(jué)上顯得更加直觀人性化，方便觀察。同時(shí)，將此信號(hào)輸入主控模塊，引入到下一個(gè)模塊中去。5.3顯示模塊及stm32最小板由于本次設(shè)計(jì)初衷是要把此脈搏儀制作的更加人性化，操作簡(jiǎn)單，控制界面友好。因此我選用了野火開(kāi)發(fā)板自帶的液晶屏來(lái)做顯示，該液晶可以很方便的實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)中數(shù)據(jù)記錄的顯示和所需要的光電脈搏信號(hào)波形動(dòng)態(tài)顯

31、示和波形的回放功能，顯示的內(nèi)容可以通過(guò)按鍵來(lái)切換包括，模式選擇界面，測(cè)量界面。這樣就做到了儀器操作起來(lái)更加的簡(jiǎn)易化，更加的人性化，如圖5-8所示： 圖5-8 液晶實(shí)物圖 圖5-9 stm32最小板實(shí)物圖5.4 測(cè)量?jī)x整體電路圖圖5-10 設(shè)計(jì)原理圖5.5 測(cè)量?jī)x實(shí)物圖圖5-11 實(shí)物圖第六章 軟件設(shè)計(jì)6.1 stm32開(kāi)發(fā)環(huán)境stm32自問(wèn)世至今，采用過(guò)如下軟件，皆有利弊。iariar是stm32開(kāi)發(fā)使用最多的軟件平臺(tái)。iar官方提供iarforarm兩種類(lèi)型的版本供免費(fèi)評(píng)估： 32k學(xué)習(xí)版，只能支持編譯32k目標(biāo)代碼，等效無(wú)時(shí)間限制 ；30天評(píng)估版，無(wú)編譯代碼限制。mdk自從keil被arm

32、公司收購(gòu)以后，它在keil中集成了arm自己的編譯器，改名為mdk。ride該軟件支持gcc編譯器開(kāi)發(fā)stm32產(chǎn)品。該套開(kāi)發(fā)板使用keilmdk370開(kāi)發(fā)軟件，該軟件使用簡(jiǎn)單，keil是眾多單片機(jī)應(yīng)用開(kāi)發(fā)的優(yōu)秀軟件之一，它集編輯編譯仿真于一體，支持匯編，plm語(yǔ)言和c語(yǔ)言的程序設(shè)計(jì)，界面清晰，易學(xué)易懂，我在這里選用的是keilmdk370，6.2節(jié)著重介紹。6.2 mdk370簡(jiǎn)介real view mdk（miertocontroller development kit）是arm公司最先推出的基于arm微控制器的專(zhuān)業(yè)嵌入式開(kāi)發(fā)工具。它采用了arm的最新技術(shù)編工具rvct，集成了享譽(yù)全球的

33、vision ide，因此特別易于使用，同時(shí)具備非常高的性能。它適合不同層次的開(kāi)發(fā)者使用，包括專(zhuān)業(yè)的應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)工程師和嵌入式軟件開(kāi)發(fā)的入門(mén)者。mdk包括符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的real view編譯工具、測(cè)試器以及實(shí)時(shí)內(nèi)核等組件，支持所有基于arm的設(shè)備，能幫助工程師按照計(jì)劃完成項(xiàng)目。mdk提供啟動(dòng)代碼生成向?qū)岣唛_(kāi)發(fā)效率；mdk提供強(qiáng)大的設(shè)備模擬器縮短開(kāi)發(fā)周期：目標(biāo)設(shè)備的所有組件都可仿真，代碼可在整個(gè)設(shè)備上運(yùn)行。完全的目標(biāo)硬件仿真，完整的目標(biāo)，高效指令集仿真，中斷仿真，片內(nèi)外圍設(shè)備有adc, dac, ebi, timers ，uart,can，i2c,包含外部信號(hào)和i/o。充足的仿真信息，包含在設(shè)

34、備數(shù)據(jù)庫(kù)里。mdk提供高效的性能開(kāi)發(fā)工具；mdk支持最新的cortex-m3處理器： cortex-m3處理器是arm公司推出的最新的針對(duì)微控制應(yīng)用的內(nèi)核，提供業(yè)界領(lǐng)先的高性能和低成本解決方案，將成為mcu應(yīng)用的熱點(diǎn)和主流。但是目前能支持cortex-m3構(gòu)架的開(kāi)發(fā)工具很少，包括sdt，ads1.2等多數(shù)開(kāi)發(fā)工具都不支持。mdk是目前性價(jià)比最高的支持cortex-m3處理器的開(kāi)發(fā)工具。mdk集成了flash編程模塊；mdk提供業(yè)界最好的 vision ide易學(xué)易懂。6.3 jtag仿真器介紹j-link是支持仿真arm內(nèi)核芯片的jtag仿真器。配合iar ewarm，ads，keil，win

35、arm，realview等集成開(kāi)發(fā)環(huán)境支持所有arm7/arm9內(nèi)核芯片的仿真，通過(guò)rdi接口和各集成開(kāi)發(fā)環(huán)境無(wú)縫連接，操作方便、連接方便、簡(jiǎn)單易學(xué)，是學(xué)習(xí)開(kāi)發(fā)arm最好最實(shí)用的開(kāi)發(fā)工具。dq電子推出的j-linkv7仿真器采用原版固件，參照原版原理圖，經(jīng)過(guò)dq團(tuán)隊(duì)的長(zhǎng)時(shí)間精工制作，板型合理，元件布局美觀大方，走線嚴(yán)謹(jǐn)精致，并且每一個(gè)產(chǎn)品都經(jīng)過(guò)功能和老化測(cè)試，功能完全與原版一致，支持在線升級(jí)。j-link arm主要特點(diǎn)：iar ewarm集成開(kāi)發(fā)環(huán)境無(wú)縫連接的jtag仿真器。 支持所有arm7/arm9內(nèi)核的芯片，以及cortexm3，包括thumb模式。支持ads,iar,keil,win

36、arm,realview等幾乎所有的開(kāi)發(fā)環(huán)境。下載速度高達(dá)arm7:600kb/s，arm9:550kb/s，通過(guò) dcc 最高可達(dá) 800 kb/s*最高jtag速度 12mhz。目標(biāo)板電壓范圍1.2v3.3v。 自動(dòng)速度識(shí)別功能。監(jiān)測(cè)所有jtag信號(hào)和目標(biāo)板電壓。 完全即插即用。 使用usb電源（可接通j12跳線給目標(biāo)板供電，出廠時(shí)未接通）。 帶usb連接線和20芯jtag連接排線。 支持多jtag器件串行連接。 標(biāo)準(zhǔn)20芯jtag仿真插頭。 帶j-link tcp/ip server，允許通過(guò)tcp/ip網(wǎng)絡(luò)使用j-link 支持的內(nèi)核： arm7tdmi（rev 1）； arm7tdm

37、i（rev 3）； arm7tdmi-s（rev 4）； arm720t ； cortexm3。第六章 功能測(cè)試6.1 脈搏波形測(cè)試打開(kāi)示波器電源，同時(shí)接通電腦的usb接口給stm32最小板和脈搏測(cè)量?jī)x上電，將j-link仿真器插在stm32最小板上，編譯下載程序，檢查無(wú)誤后將測(cè)量?jī)x的管腳用杜邦線連接固定到最小板上。把手指放入封閉的指套中，用示波器的探頭檢測(cè)測(cè)試點(diǎn)1，調(diào)節(jié)并觀察示波器，發(fā)現(xiàn)波形十分雜亂伴有大量的雜波，不符合要求。再用示波器的探頭檢測(cè)測(cè)試點(diǎn)2，調(diào)節(jié)并觀察示波器，發(fā)現(xiàn)測(cè)得的波形十分完，符合預(yù)期的要求，如圖6-1所示：圖6-1 脈搏波形圖用示波器的探頭檢測(cè)測(cè)試點(diǎn)3，觀察并調(diào)節(jié)示波器，

38、發(fā)現(xiàn)示波器上出現(xiàn)了經(jīng)過(guò)整形后的脈搏波形，波形隨著脈搏的跳動(dòng)而發(fā)生周期性的變化，符合預(yù)期的設(shè)計(jì)要求，如圖6-2所示：圖6-2 整形后的脈搏波形6.2 脈搏數(shù)測(cè)試將手指放入封閉指套中，調(diào)節(jié)并觀察示波器是否有波形出現(xiàn)，同時(shí)觀察液晶屏顯示的脈搏數(shù)在一分鐘內(nèi)的次數(shù)，如圖6-3所示：圖6-3 脈搏數(shù)顯示6.3 液晶顯示及波形回放功能測(cè)試將手指放入封閉指套中，觀察示波器是否有波形出現(xiàn)，同時(shí)觀察液晶屏的脈搏波形顯示，可看到波形會(huì)隨著脈搏的跳動(dòng)而不斷被刷新而跳動(dòng)，確認(rèn)無(wú)誤后，按下最小板上的按鈕切換到波形回放界面，觀察波形可知，在液晶屏上顯示的波形和用示波器測(cè)出的波形是近似一樣的，符合預(yù)期的設(shè)計(jì)要求，如圖6-4所

39、示：圖6-4 波形顯示及回放顯示6.4 脈搏上下限報(bào)警測(cè)試此部分的電路設(shè)計(jì)為報(bào)警電路，其設(shè)計(jì)目的主要在于能夠作為個(gè)人身體狀況的指示信號(hào)，引起人們對(duì)于自身測(cè)量健康結(jié)果的關(guān)注。根據(jù)健康知識(shí)的常識(shí)能夠知道，人體的正常脈搏跳動(dòng)在每分鐘六十次到一百二十次之間。當(dāng)經(jīng)過(guò)測(cè)量之后，若人體的脈搏頻率在每分鐘超過(guò)一百二十次時(shí)，液晶屏上會(huì)給予相應(yīng)的顯示，在程序中設(shè)定的脈搏上限為150，下限為50，當(dāng)脈搏跳動(dòng)的過(guò)快或者過(guò)慢，就會(huì)觸發(fā)報(bào)警功能，指示燈變亮，當(dāng)脈搏恢復(fù)正常時(shí)燈就會(huì)熄滅，如圖6-5所示：圖6-5 報(bào)警功能測(cè)試結(jié)束語(yǔ)通過(guò)這一暑假的努力，基于stm32的脈搏測(cè)量?jī)x終于是出爐了，期間我查閱了大量的資料，也從中掌握了不少的知識(shí)點(diǎn)。脈搏測(cè)量?jī)x的設(shè)計(jì)方案多種多樣，本次的設(shè)計(jì)思路是經(jīng)過(guò)各種方案的優(yōu)劣對(duì)比，進(jìn)行了認(rèn)真的分析與思考，并且考慮到在實(shí)際中的應(yīng)用問(wèn)題，選擇了一種相對(duì)比較合理的設(shè)計(jì)方案。在本次設(shè)計(jì)中最關(guān)鍵的問(wèn)題是傳感器的選擇與傳感器輸出的微弱信號(hào)提取問(wèn)題, 在剛開(kāi)始做的時(shí)候，由于傳感器選擇的不對(duì)，測(cè)試的脈搏波形出不來(lái)，后來(lái)經(jīng)過(guò)查找相關(guān)資料和在實(shí)驗(yàn)室老師的指導(dǎo)提示下，進(jìn)過(guò)多次的實(shí)驗(yàn)，最終選擇了型號(hào)為tcrt5000的紅外傳感器。在調(diào)試過(guò)程中我發(fā)現(xiàn)手指的放置位置也有講究，最初是將手指放在傳感器的中間，