電子裝置與系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)報(bào)告

1、電子裝置與系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)學(xué)院：信息電子學(xué)院_班級(jí)：08電子信息工程學(xué)號(hào)：E08610308_姓名： _陳建能指導(dǎo)老師：陳科沈軍民 _日期：20110704_目錄1、 .課程設(shè)計(jì)目的32、 .課程設(shè)計(jì)工具及題目32.1、 .課程設(shè)計(jì)工具32.2、.課程設(shè)計(jì)題目 33、課程設(shè)計(jì)內(nèi)容、 步驟及電路原理圖 33.1、課程設(shè)計(jì)內(nèi)容 .33.2、課程設(shè)計(jì)步驟 .33.3、整個(gè)系統(tǒng)的電路原理圖 .44、課程設(shè)計(jì)各模塊工作原理 54.1、紅外心率計(jì)模塊 .54.1.1、負(fù)電源變換電路 54.1.2、血液波動(dòng)檢測(cè)電路 .64.1.3、放大、整形、濾波電路 .74.2、.PIC單片機(jī)檢測(cè)并顯示模塊84.2.1、

2、定時(shí)器初始化及中斷函數(shù) 84.2.2、數(shù)脈沖個(gè)數(shù)程序 、數(shù)碼管顯示程序 .104.2.4、延時(shí)子程序4.2.5、ds18b20溫度采集程序 . .115、課程設(shè)計(jì)心得.146參考文獻(xiàn). .157、附錄：源程序代碼及注釋 . 16課程設(shè)計(jì)目的： 單片機(jī)具有體積小、 功能強(qiáng)、 成本低、應(yīng)用面廣等優(yōu)點(diǎn)， 可以說， 智能控制與自動(dòng)控制的核心就是單片機(jī)。 目前，一個(gè)學(xué)習(xí)與應(yīng)用單片機(jī)的高潮在 全社會(huì)大規(guī)模地興起。 學(xué)習(xí)單片機(jī)的最有效方法就是理論與實(shí)踐并重。 系統(tǒng)地運(yùn) 用已學(xué)的理論知識(shí)解決實(shí)際問題的能力和查閱資料的能力。 培養(yǎng)一定的自學(xué)能力 和獨(dú)立分析問題、解決問題的能力，能通過獨(dú)立思考、

3、查閱工具書、參考文獻(xiàn)， 尋找解決方案；課程設(shè)計(jì)工具及題目：1、課程設(shè)計(jì)工具：PC機(jī)、PIC單片機(jī)最小系統(tǒng)、紅外心率計(jì)模塊2、課程設(shè)計(jì)題目：基于PIC單片機(jī)的脈搏檢測(cè)課程設(shè)計(jì)內(nèi)容、步驟及電路原理圖1、 學(xué)習(xí)PCB畫圖，選好課題，即脈搏檢測(cè)。購買元器件材料，焊接 PIC 最小系統(tǒng)版，搭建心率計(jì)模塊，然后由心率計(jì)模塊產(chǎn)生方波，用PIC單片機(jī)數(shù)出 一分鐘的脈沖個(gè)數(shù)，然后在數(shù)碼管上顯示出來，即為脈搏。2、首先根據(jù)最小系統(tǒng)版的原理圖，搭建好電路，調(diào)試下載線是否可以下載， 復(fù)位開關(guān)是否可以工作。調(diào)試成功之后，開始搭建心率計(jì)模塊，搭建好心率計(jì)模 塊之后，開始檢測(cè)是否可以產(chǎn)生方波，用手指按在傳感器上，然后用示波

4、器觀察 是否出現(xiàn)方波脈沖。調(diào)試成功之后，就編寫相應(yīng)的程序，燒寫進(jìn)單片機(jī)中，然后 就可以檢測(cè)相應(yīng)的脈搏了。3、紅外心率計(jì)模塊電路圖+12VF4200kF300k6n+12IC23帀R63kIC3R3kF52山+_4|0-10V一級(jí)放大2F72丄A x-A+ _4|0-10V4、PIC單片機(jī)最小系統(tǒng)原理圖VttT 1111 111I呱 iZTnTr _ 二囉 TTHHELuF7JPGtP6CF冊(cè)液1禍 V1N4148濾波 R2 R3 I I 30k 30k I D-r-TZhH10k+121田732+ A3二級(jí)放大F939047?1+C0.4喬+C3-L0.4不L!0VF13k整形mG丄.開D1O

5、即WN1WWWWSB)JI1 nnHDDISOSCl 曲Ml in 膽JIO ui般幗KEJ眼HS訓(xùn)HD燉卜購fcLL111J?.各功能模塊的工作原理：1、紅外心率計(jì)模塊單元電路的工作原理負(fù)電源變換電路負(fù)電源變換電路的作用是把+12V直流電變成-10V左右的直流電壓，-10V電 壓與+12V作為運(yùn)算放大器的電源。負(fù)電源變換電路如圖2所示，其中IC(CD4069 為六非門集成電路，它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖 3(a)所示。負(fù)電源變換電路工作原理：通電的瞬間，假設(shè)A點(diǎn)是低電位，則B點(diǎn)是高電 位，C點(diǎn)是低電位，D點(diǎn)是高電位。B點(diǎn)的高電位通過Ri9給C充電，當(dāng)F點(diǎn)的電 壓高于ICi(CD4049的電平轉(zhuǎn)換電壓

6、時(shí)，B點(diǎn)輸出低電位，C點(diǎn)(C一端)輸出 高電位，由于電容兩端的電壓不能突變，所以 C7兩端的電壓通過R9放電。當(dāng)F 點(diǎn)電壓低于ICi的轉(zhuǎn)換電壓時(shí)，B點(diǎn)輸出高電位，此高電位通過 Ri9對(duì)C充電，如 此循環(huán)。C點(diǎn)得到方波，經(jīng)過后面四個(gè)反相器反相、擴(kuò)流后，在 D點(diǎn)得到方波。當(dāng)D點(diǎn)是高電平的時(shí)候，Vi導(dǎo)通G被充電，大約充到11V左右，當(dāng)D點(diǎn)變成 低電平的時(shí)候，由于C8兩端電壓不能突變，G點(diǎn)電壓被拉到-11V左右，此時(shí)V2 導(dǎo)通，C9反方向進(jìn)行充電，使E點(diǎn)電壓達(dá)到-10V左右。由于帶負(fù)載的能力不強(qiáng)， 當(dāng)帶上負(fù)載后，E點(diǎn)電壓大約降到9V左右。圖2電源電路(a)(b) LM741CD40491k圖3集成電路

7、的結(jié)構(gòu)圖血液波動(dòng)檢測(cè)電路血液波動(dòng)檢測(cè)電路首先通過紅外光電傳感器把血液中波動(dòng)的成分檢測(cè)出來,然后通過電容器耦合到放大器的輸入端。如圖 4所示。圖4血液波動(dòng)檢測(cè)電路TCRT500紅外光電傳感器的檢測(cè)方法：首先用數(shù)字萬用表的二極管檔位正向壓降測(cè)試控制端發(fā)射管（淺藍(lán)色）的正、 負(fù)極，將紅黑表筆分別接發(fā)射管的兩個(gè)引腳，正反各測(cè)一次，表頭一次顯示“ 1.05 （0.9-1.1 ）”，一次顯示溢出值“ -1”，則顯示1.05V的那次正確，紅表筆接的是 正極，黑表筆接的是負(fù)極。若兩次都顯示“ 1”，說明發(fā)射管內(nèi)部開路，若兩次都 顯示“0”發(fā)射管內(nèi)不短路。然后再判斷接收管的 C E極和光電轉(zhuǎn)換效率，方法 如下：

8、將發(fā)射管的正負(fù)極分別插入數(shù)字萬用表 hFE檔NPN型的C、E插孔，再將模 擬萬用表打到RX 1kQ檔。紅黑表筆分別接接收管的兩個(gè)引腳，若表針不動(dòng)，則 紅黑表筆對(duì)調(diào)，若表針向右偏轉(zhuǎn)到 15kQ左右，則黑表筆所接管腳為 C,紅表筆 所接管腳為E。此時(shí)，再用手指或白紙貼近兩管上方，表針繼續(xù)向右偏轉(zhuǎn)至Q以內(nèi)，說明該紅外光電斷續(xù)器的光電轉(zhuǎn)換效率高16151413121110912345678V+8765+ 12V血液波動(dòng)檢測(cè)電路工作原理：TCRT5000是集紅外線發(fā)射管、接收管為一體 的器件，工作時(shí)把探頭貼在手指上，力度要適中。紅外線發(fā)射管發(fā)出的紅外線穿 過動(dòng)脈血管經(jīng)手指指骨反射回來，反射回來的信號(hào)強(qiáng)度

9、隨著血液流動(dòng)的變化而變 化，接收管把反射回來的光信號(hào)變成微弱的電信號(hào)，并通過 C耦合到放大器。放大、整形、濾波電路放大、整形、濾波電路是把傳感起檢測(cè)到的微弱電信號(hào)進(jìn)行放大、整形、濾波,最后輸出反映心跳頻率的方波，如圖5所示。其中LM741為高精度單運(yùn)放電路，它們的引腳功能如圖 3 (b)所示。IC2、心、IC4都為LM741圖5信號(hào)放大、整形電路因?yàn)閭鞲衅魉蛠淼男盘?hào)幅度只有 25毫伏，要放大到10V左右才能作為計(jì) 數(shù)器的輸入脈沖。因此放大倍數(shù)設(shè)計(jì)在 4000倍左右。兩級(jí)放大器都接成反相比 例放大器的電路，經(jīng)過兩級(jí)放大、反相后的波形是跟輸入波形同相、 且放大了的 波形。放大后的波形是一個(gè)交流信號(hào)

10、。其中A、A2的供電方式是正負(fù)電源供電，電源為+12V -10V。A、A與周圍元件組成二級(jí)放大電路，放大倍數(shù) Auf為：R4 R8Auf 48 = 66 66 ： 4000R 3 R 6由于放大后的波形是一個(gè)交流信號(hào)，而計(jì)數(shù)器需要的是單方向的直流脈沖信號(hào)。/disable global and enable TMR0 interrupt所以經(jīng)過V3檢波后變成單方向的直流脈沖信號(hào)，并把檢波后的信號(hào)送到RC兩階濾波電路，濾波電路的作用是濾除放大后的干擾信號(hào)。F9、V4組成傳感器工作指示電路，當(dāng)傳感器接收到心跳信號(hào)時(shí)，V4就會(huì)按心跳的強(qiáng)度而改變亮度，因此V4正常工作時(shí)是按心跳的頻率閃爍。直流脈沖信號(hào)

11、濾波后送入A3的同相輸入端，反相輸入端接一個(gè)固定的電平，A是作為一個(gè)電壓比較器來工作的， 是單電源供 電。當(dāng)AB的3腳電壓高于2腳電壓的時(shí)候，6腳輸出高電平；當(dāng)A的3腳電壓低 于2腳電壓的時(shí)候，6腳輸出低電平，所以AB輸出一個(gè)反應(yīng)心跳頻率的方波信號(hào)。2、 PIC 單片機(jī)檢測(cè)并顯示模塊定時(shí)器， 定時(shí) 1s 實(shí)現(xiàn) 60秒的計(jì)時(shí)功能， 用于檢測(cè)的時(shí)間， 并在數(shù)碼管上 顯示出來。相應(yīng)的初始化程序?yàn)椋簐oid time1_rtc_init(void)INTCON = 0 x20;INTCON2 = 0 x84;/TMR0 high priorityRCONbits.IPEN = 1;/enable pr

12、iority levelsTMR0H = 100;/clear timerTMR0L = 0;/clear timerT0CON = 0 x85;/set up timer0 - prescaler 1:64INTCONbits.GIEH = 1; /enable interrupts定時(shí)器的中斷函數(shù)為：#pragma code InterruptVectorHigh = 0 x08 voidInterruptVectorHigh (void)asmgoto InterruptHandlerHigh /jump to interrupt routine_endasm#pragma code#p

13、ragma interrupt InterruptHandlerHigh void InterruptHandlerHigh ()if(INTCONbits.TMR0IF)/check for TMR0 overflowINTCONbits.TMR0IF = 0;/clear interrupt flagsecond+; /indicate timeout if(second = 60)second = 0;result = 1;/ if(result != 1)/ led = led;由 RB0 采集脈搏的方波，計(jì)數(shù)方波個(gè)數(shù)，并在 60 秒后顯示在數(shù)碼管上#define pulse PORT

14、Bbits.RB0采用上升沿觸發(fā)來實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)功能， 從而實(shí)現(xiàn)了計(jì)數(shù)方波的個(gè)數(shù)的功能。if(INTCONbits.INT0IF = 1)INTCONbits.INT0IF = 0;delay_ms(100);fre+;位選和段選的數(shù)值和數(shù)碼管的顯示程序如下：const unsigned table10=0 x3F,0 x06,0 x5B,0 x4F,0 x66,0 x6D,0 x7D,0 x07,0 x7F,0 x6F;const unsigned bit_set4=0 xFE,0 xFD, 0 xFB, 0 xF7;void display(int time)PORTC = tabletime

15、% 10;PORTD = bit_set3;delay_ms(20);PORTC = table(time / 10) % 10;PORTD = bit_set2; delay_ms(20);PORTC = tabletime / 100;PORTD = bit_set1;delay_ms(20);顯示帶小數(shù)位的，代碼如下：void display1(int time)PORTC = tabletime % 10;PORTD = bit_set3; delay_ms(10);PORTC = table1(time / 10 )% 10;PORTD = bit_set2; delay_ms(10

16、);PORTC = table(time)/ 100;PORTD = bit_set1; delay_ms(10);延時(shí)子程序如下：void delay_ms(unsigned int time)int n;for(;time0;time-)for(n = 0; n 0)i-;ds=1;char tempreadbit(void) /int i;char dat;TRISB = 1;ds=0;i+; /i+ds=1;i+;i+;TRISB = 3;dat=ds;i=8;while(i0)i-;return (dat);char tempread(void) /char i,j,dat;dat=

17、0;for(i=1;i=8;i+)j=tempreadbit();dat=(j1); /讀 1 位函數(shù)起延時(shí)作用讀 1 個(gè)字節(jié)讀出的數(shù)據(jù)最低位在最前面，這樣剛好一個(gè)字節(jié)在DAT里向 18B20 寫一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)i=4; while(i0)i-;return(dat);void tempwritebyte(char dat) /int i;char j;char testb;for(j=1;j1;if(testb) / 寫 1TRISB = 1;ds=0;i+;i+;ds=1; i=8;while(i0)i-; elseTRISB = 1; ds=0; / i=8;while(i0)i-; ds=

18、1; i+;i+;void tempchange(void) /DS18B20 開始獲取溫度并轉(zhuǎn)換dsreset(); delay_ms(1); tempwritebyte(0 xcc); / tempwritebyte(0 x44); / 寫跳過讀ROM旨令寫溫度轉(zhuǎn)換指令int get_temp() / char a,b;讀取寄存器中存儲(chǔ)的溫度數(shù)據(jù)dsreset(); delay_ms(1); tempwritebyte(0 xcc); tempwritebyte(0 xbe); a=tempread(); / b=tempread(); / temp=b;temp=8; / temp=te

19、mp|a;f_temp=temp*0.0625; /讀低 8 位讀高 8 位兩個(gè)字節(jié)組合為 1 個(gè)字溫度在寄存器中為 12 位 分辨率位 0.0625temp=f_temp*10+0.5; /乘以 10表示小數(shù)點(diǎn)后面只取 1 位，加 0.5 是四舍五入f_temp=f_temp+0.05;return temp; /temp 是整型 M 2008.06課程設(shè)計(jì)心得參考文獻(xiàn)1郭天祥。新概念51單片機(jī)C語言教程M 2009.121孫安青。PIC單片機(jī)使用C語言程序設(shè)計(jì)與典型實(shí)例附錄：源程序代碼及注釋#include #define pulse PORTBbits.RB0#define ds POR

20、TBbits.RB1void delay_ms(unsigned int time);constunsignedchartable10=0 x3F,0 x06,0 x5B,0 x4F,0 x66,0 x6D,0 x7D,0 x07,0 x7F,0 x6F;constunsignedchartable110=0 xBF,0 x86,0 xDB,0 xCF,0 xE6,0 xED,0 xFD,0 x87,0 xFF,0 xEF;const unsigned bit_set4=0 xFE,0 xFD, 0 xFB, 0 xF7;void time1_rtc_init(void);void timer

21、1_rtc_isr(void);void InterruptHandlerHigh (void);void display(int time);void display1(int time);void main(void);int second, flag, fre, result, temp, count;float f_temp;void dsreset(void) /18B20int i;TRISB = 0 xf1;ds=0;i=103;while(i0)i-;ds=1;i=4;while(i0)i-;復(fù)位，初始化函數(shù)char tempreadbit(void) / int i;char

22、 dat;TRISB = 0 xf1; ds=0;i+; /i+ ds=1;i+;i+;TRISB = 0 xf3; dat=ds; i=8;while(i0)i-; return (dat);讀 1 位函數(shù)起延時(shí)作用char tempread(void) /char i,j,dat;dat=0;for(i=1;i=8;i+)j=tempreadbit();dat=(j1); /讀 1 個(gè)字節(jié)讀出的數(shù)據(jù)最低位在最前面，這樣剛好一個(gè)字節(jié)在DAT里向 18B20 寫一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù) return(dat);void tempwritebyte(char dat) /int i;char j;char testb;for(j=1;j1; if(testb) / TRISB = 0 xf1; ds=0; i+;i+; ds=1; i=8;while(i0)i-; elseTRISB = 0 xf1; ds=0; / i=8;while(i0)i-; ds=1; i+;i+;void tempchange(void) /DS18B20 開始獲取溫度并轉(zhuǎn)換dsreset(); delay_ms(1); tempwritebyte(0 xcc); / tempwritebyte(0 x44); / int get_temp() /char a,b;