基于AT89S52單片機(jī)的脈搏測(cè)量器設(shè)計(jì)

1、 目錄第一章 引言5第二章 系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)52.1 框圖設(shè)計(jì)52.2 +5V電源電路設(shè)計(jì)62.3 單片機(jī)AT89S52功能介紹62.3.1 AT89S52主要功能列舉如下72.3.2 AT89S52各引腳功能介紹72.3.3 AT89S52結(jié)構(gòu)框圖92.4 單片機(jī)復(fù)位電路設(shè)計(jì)102.5 單片機(jī)晶振電路設(shè)計(jì)112.6 紅外發(fā)射和接收電路的設(shè)計(jì)122.6.1 紅外通信原理122.6.2 紅外發(fā)射接收電路圖132.7 7SEG-MPX4-CC與單片機(jī)接口電路142.8 半導(dǎo)體發(fā)光二極管工作原理、特性及應(yīng)用16第三章 硬件設(shè)計(jì)173.1 電路原理圖173.2 原件清單18第四章 軟件設(shè)計(jì)194.1 程序

2、流程圖194.2 程序清單204.3系統(tǒng)Proteus仿真圖234.3.1 顯示初始頁面234.3.2 一分鐘脈搏跳動(dòng)顯示23結(jié)論24 基于AT89S52單片機(jī)的脈搏測(cè)量器設(shè)計(jì) 摘要：脈搏指動(dòng)脈的搏動(dòng)。正常成年人的脈搏大概在60100次每分，而老年人的脈搏偏低，女性和兒童的脈搏則偏高。正常人脈律規(guī)則，有竇性心律不齊者的脈律可隨呼吸改變。吸氣時(shí)增快;呼氣時(shí)減慢。心臟搏動(dòng)所引起的壓力變化使主動(dòng)脈管壁發(fā)生振動(dòng)，沿著動(dòng)脈管壁向外周傳遞，即成脈搏。通常所稱的脈搏系指在手腕橈側(cè)捫到的脈搏。脈搏反映血液循環(huán)系統(tǒng)的功能狀態(tài)。通過檢查脈搏的速率、節(jié)律、緊張度、強(qiáng)弱、波形和動(dòng)脈壁的情況，可以判斷病變部位及相對(duì)應(yīng)的

3、病征。所以人們?cè)谛幕呕虬l(fā)燒時(shí)，總要數(shù)一數(shù)自己的脈搏，而在家庭急救中，準(zhǔn)確測(cè)量脈搏對(duì)普通人來說常常不易做到。本課題中基于單片機(jī)AT89S52設(shè)計(jì)的脈搏測(cè)量器性能可靠、測(cè)量準(zhǔn)確、操作簡(jiǎn)單，具有一定的實(shí)用性。第一章 引言 在我國傳統(tǒng)中醫(yī)學(xué)的診斷中，“望、聞、問、切”是最基本的四個(gè)方面。而在其中，切，也就是脈診，占有非常重要的地位。通過脈診，醫(yī)生可以對(duì)患者的身體狀況有一個(gè)大概的了解，進(jìn)而對(duì)癥下藥。 而現(xiàn)今，醫(yī)院的護(hù)士每天都要給住院的病人把脈記錄病人每分鐘脈搏數(shù)，方法是用手按在病人腕部的動(dòng)脈上，根據(jù)脈搏的跳動(dòng)進(jìn)行計(jì)數(shù)。為了節(jié)省時(shí)間，一般不會(huì)作1分鐘的測(cè)量，通常是測(cè)量10秒鐘時(shí)間內(nèi)心跳的數(shù)，再把結(jié)果乘以6

4、即得到每分鐘的心跳數(shù)，即使這樣做還是比較費(fèi)時(shí)，而且精度也不高。本設(shè)計(jì)是一種用AT89S52單片機(jī)制作的脈搏測(cè)量?jī)x，只要人把手指放在傳感器內(nèi)2秒鐘就可以精確測(cè)量出每分鐘脈搏數(shù)，測(cè)量結(jié)果用三位數(shù)字顯示。第二章 系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)2.1 框圖設(shè)計(jì) 基于AT89S52單片機(jī)的脈搏測(cè)量器由電源模塊、復(fù)位電路、晶振電路、AT89S52單片機(jī)、脈搏感應(yīng)電路、脈搏處理電路、脈搏次數(shù)顯示電路以及脈搏顯示發(fā)光二極管等組成。系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖如下所示。電源電路脈搏感應(yīng)電路S2單片機(jī)復(fù)位電路信號(hào)處理電路脈搏顯示電路晶振電路脈搏跳動(dòng)電路 圖2.1 基于AT89S52單片機(jī)脈搏測(cè)量器系統(tǒng)框圖 2.2 +5V電源電路設(shè)計(jì)我們利用780

5、5穩(wěn)壓器設(shè)計(jì)+5V電源電路。7805是我們最常用到的穩(wěn)壓芯片了，它的使用方便，用很簡(jiǎn)單的電路即可以輸入一個(gè)直流穩(wěn)壓電源,它的輸出電壓為5V。它有很多的系列如ka7805，ads7805，cw7805等，性能有微小的差別,最常用是lm7805,下圖為其結(jié)構(gòu)見圖： 圖2.2 7805引腳圖圖中1接整流器輸出的+電壓，2為公共地(也就是負(fù)極)，3就是我們需要的正5V輸出電壓了 220V交流電源供電： 圖2.3 +5V電源設(shè)計(jì)圖其中，C1、C2分別為輸入端和輸出端濾波電容，RL為負(fù)載電阻。 2.3 單片機(jī)AT89S52功能介紹 單片機(jī)AT89S52為 ATMEL 所生產(chǎn)的一種低功耗、高性能CMOS8位

6、微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Falsh存儲(chǔ)器。2.3.1 AT89S52主要功能列舉如下1、內(nèi)部程序存儲(chǔ)器（ROM）為 8KB2、內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）為 256字節(jié)3、全雙工UART串行通道4、擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash5、32 個(gè)可編程I/O 口線6、8 個(gè)中斷向量源7、三個(gè) 16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器8、三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器9、晶片內(nèi)部具時(shí)鐘振蕩器（傳統(tǒng)最高工作頻率可至 12MHz）2.3.2 AT89S52各引腳功能介紹 圖2.4 AT89S52引腳圖 VCC：AT89S52電源正端輸入，接+5V。 VSS：電源地端。 XTAL1：?jiǎn)纹瑱C(jī)芯片系統(tǒng)時(shí)鐘的反相放大器輸入端。

7、 XTAL2：?jiǎn)纹瑱C(jī)芯片系統(tǒng)時(shí)鐘的反相放大器輸出端。 RESET：?jiǎn)纹瑱C(jī)AT89S52的重置引腳，復(fù)位輸入，高電平有效。 EA/Vpp：當(dāng)EA保持低電平時(shí)，使用外部程序存儲(chǔ)器。當(dāng)EA保持高電平時(shí)，則使用內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。 ALE/PROG： 當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)用來鎖存地址的地位字節(jié)。 PSEN：是外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。 PORT0（P0.0P0.7）：端口0是一個(gè)8位寬的開路汲極（Open Drain）雙向輸出入端口，共有8個(gè)位，P0.0表示位0，P0.1表示位1，依此類推。 PORT1（P1.0P1.7）：端口1是具有內(nèi)部提升電路的雙向I/O端口，其輸出緩沖器可以推動(dòng)4個(gè)LS TTL負(fù)載，

8、同樣地若將端口1的輸出設(shè)為高電平，便是由此端口來輸入數(shù)據(jù)。 PORT2（P2.0P2.7）：端口2也是具有內(nèi)部提升電路的雙向I/O端口，每一個(gè)引腳可以推動(dòng)4個(gè)LS的TTL負(fù)載，若將端口2的輸出設(shè)為高電平時(shí)，此端口便能當(dāng)成輸入端口來使用。 PORT3（P3.0P3.7）： 端口3管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門電流。 其各個(gè)管腳功能分配如下：P3.0：RXD（串行通信輸入口）；P3.1：TXD（串行通信輸出口）；P3.2：INT0（外部中斷0輸入）；P3.3：INT1（外部中斷1輸入）；P3.4：T0（計(jì)時(shí)器0外部輸入）；P3.5：T1（計(jì)時(shí)器1外部輸入）；P3.6

9、：WR(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的輸入信號(hào)）；P3.7：RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的讀取信號(hào)）； RST： 復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。2.3.3 AT89S52結(jié)構(gòu)框圖 圖2.5 AT89S52結(jié)構(gòu)框圖2.4 單片機(jī)復(fù)位電路設(shè)計(jì)在單片機(jī)系統(tǒng)中，系統(tǒng)上電啟動(dòng)的時(shí)候復(fù)位一次，當(dāng)按鍵按下的時(shí)候系統(tǒng)再次復(fù)位，如果釋放后再按下，系統(tǒng)還會(huì)復(fù)位。所以可以通過按鍵的斷開和閉合在運(yùn)行的系統(tǒng)中控制其復(fù)位。時(shí)鐘電路工作后，在REST管腳上加兩個(gè)機(jī)器周期的高電平，芯片內(nèi)部開始進(jìn)行初始復(fù)位。下圖為復(fù)位電路圖： 圖2.6 復(fù)位電路 2.5 單片機(jī)晶振電路設(shè)計(jì)單片機(jī)系統(tǒng)里都有晶振，在單片機(jī)系統(tǒng)里

10、晶振作用非常大，全程叫晶體振蕩器，他結(jié)合單片機(jī)內(nèi)部電路產(chǎn)生單片機(jī)所需的時(shí)鐘頻率，單片機(jī)晶振提供的時(shí)鐘頻率越高，那么單片機(jī)運(yùn)行速度就越快，單片接的一切指令的執(zhí)行都是建立在單片機(jī)晶振提供的時(shí)鐘頻率。在數(shù)字電路中，晶振的作用是為一個(gè)時(shí)序控制提供一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)刻。數(shù)字電路是根據(jù)具體電路來設(shè)計(jì)的，其能在某個(gè)時(shí)刻完成某項(xiàng)特定的任務(wù)，假如沒有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)刻來控制時(shí)序的話，那么整個(gè)數(shù)字電路就不知道在什么時(shí)刻該做什么，也就處于癱瘓狀態(tài)。在本單片機(jī)系統(tǒng)中，晶振的作用便是為系統(tǒng)提供基本的時(shí)鐘信號(hào)，來保證系統(tǒng)各個(gè)部分保持同步。下圖為晶振電路圖： 圖2.7 晶振電路圖2.6 紅外發(fā)射和接收電路的設(shè)計(jì)2.6.1 紅外通信原理紅

11、外通信技術(shù)是一種無線連接技術(shù)，目前在世界范圍內(nèi)被硬件和軟件平臺(tái)所支持。紅外通信技術(shù)是通過數(shù)據(jù)電脈沖和紅外光脈沖之間的相互轉(zhuǎn)換來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)收發(fā)的，其目的主要是為了取代點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的線纜連接。簡(jiǎn)而言之，紅外通信的實(shí)質(zhì)也就是對(duì)二進(jìn)制的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行調(diào)制與解調(diào)，從而達(dá)到對(duì)數(shù)字信號(hào)的傳輸。其基本原理圖如下所示：紅外發(fā)射電路單片機(jī) 輸出調(diào)制發(fā)送單片機(jī) 紅外接收電路 解碼接收解調(diào) 圖2.8 紅外發(fā)射接收原理圖2.6.2 紅外發(fā)射接收電路圖 紅外發(fā)射電路主要是接收單片機(jī)輸出的調(diào)制信號(hào)，并將其發(fā)送到紅外接收電路。紅外發(fā)射電路主要由發(fā)光二極管組成，常用的發(fā)光二極管發(fā)射的波長(zhǎng)在940nm左右，其發(fā)出的是紅外線，而不是可見光。

12、 圖2.9 紅外發(fā)射電路 紅外接收電路主要是接收紅外發(fā)射電路發(fā)射的調(diào)制信號(hào)，并將調(diào)制信號(hào)發(fā)送到單片機(jī)進(jìn)行解調(diào)。接收電路主要由光敏二極管組成，工作時(shí)需要給光敏二極管加反向偏轉(zhuǎn)電壓，保證其獲得較高的靈敏度正常工作。 圖2.10 紅外接收電路2.7 7SEG-MPX4-CC與單片機(jī)接口電路 7SEG-MPX4-CC 四個(gè)共陰二極管顯示器 1234 是陰公共端，其管腳圖如下所示： 圖2.11 7SEG-MPX4-CC管腳圖 這種類型的顯示器，在它的內(nèi)部中，除各個(gè)公共端外，是把各個(gè)顯示器的同名端并聯(lián)起來的。比如說，四位一體的LED顯示器，是每個(gè)腳的同名端并接，所以仍是有8個(gè)引腳，再加上4個(gè)公共端，就是有

13、12個(gè)引腳，同理，八位一體顯示器就是8個(gè)同名引腳加8個(gè)公共端，就是16個(gè)引腳。若想數(shù)碼管正常顯示，需要通過驅(qū)動(dòng)電路來驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管的各個(gè)段碼，從而正常顯示出需要的數(shù)據(jù)。數(shù)碼管有兩種不同的驅(qū)動(dòng)方式，分別為靜態(tài)驅(qū)動(dòng)和動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)也稱直流驅(qū)動(dòng)，其優(yōu)點(diǎn)是編程簡(jiǎn)單，顯示亮度高。動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)是指通過分時(shí)輪流控制各個(gè)數(shù)碼管輪流顯示。 其與單片機(jī)的接口電路圖如下： 圖2.12 7SEG-MPX4-CC與單片機(jī)接口電路圖2.8 半導(dǎo)體發(fā)光二極管工作原理、特性及應(yīng)用 發(fā)光二極管通常稱為L(zhǎng)ED，是一種容易裝配到電子電路中的微型燈泡，但它們并不是普通的白熾燈，它們沒有燈絲，也不會(huì)發(fā)燙。它們之所以能夠發(fā)光，是由于半導(dǎo)體材

14、料內(nèi)部電子運(yùn)動(dòng)造成。發(fā)光二極管的核心是PN結(jié)，因此它同樣具有一般PN結(jié)的特性，包括正向?qū)?、反向截止、擊穿和發(fā)光特性。 目前，發(fā)光二極管用途廣泛，能完成數(shù)十種不同的工作，而且，在各種設(shè)備中都能找到他們的身影。本設(shè)計(jì)中主要用到了它的發(fā)光特性，其原理是：在正向電壓下電子由N區(qū)流入P區(qū)，空穴由P區(qū)流入N區(qū)。導(dǎo)致進(jìn)入對(duì)方去的少數(shù)載流子與多數(shù)載流子復(fù)合而發(fā)光。原理如圖： 圖2.13 半導(dǎo)體發(fā)光二極管工作原理圖 第三章 硬件設(shè)計(jì)3.1 電路原理圖工作原理：電源電路為單片機(jī)以及其他模塊提供標(biāo)準(zhǔn)5V電源；復(fù)位電路模塊為單片機(jī)系統(tǒng)提供復(fù)位功能；晶振模塊為單片機(jī)提供時(shí)鐘標(biāo)準(zhǔn)，使系統(tǒng)各部分能協(xié)調(diào)工作；單片機(jī)作為主制

15、約器，根據(jù)輸入信號(hào)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的制約；紅外發(fā)射和接收模塊用來檢測(cè)脈搏信號(hào)；信號(hào)變換模塊用來把紅外接收頭接收的脈搏信號(hào)進(jìn)行放大和濾波，以便單片機(jī)進(jìn)行處理；顯示模塊用來顯示具體的脈搏測(cè)量結(jié)果，它會(huì)記錄脈搏一分鐘跳動(dòng)的次數(shù)；發(fā)光二極管可以通過發(fā)光的形式顯示脈搏的跳動(dòng)。綜合上述分析，設(shè)計(jì)出基于AT89S52單片機(jī)的脈搏測(cè)量器，其原理圖如下： 圖3.1 脈搏測(cè)量器設(shè)計(jì)圖傳感器由脈沖發(fā)生器組成，測(cè)量原理如下：將手指放在脈沖發(fā)生器之間，血管中血液的流量隨著心臟的跳動(dòng)變化，由于人體脈搏跳動(dòng)并且用脈沖發(fā)生器接受靜脈血管強(qiáng)度變化，此變化和心跳的節(jié)拍相對(duì)應(yīng)，因此脈沖電流也跟著心跳的節(jié)拍改變，使得脈沖發(fā)生器輸出與心

16、跳節(jié)拍相對(duì)應(yīng)的脈沖信號(hào)。3.2 原件清單基于AT89S52單片機(jī)的脈搏測(cè)量器的清單如下表所示： 表3.1 基于AT89S52單片機(jī)的脈搏測(cè)量器設(shè)計(jì)原件清單表 原件名稱型號(hào)數(shù)量(個(gè))用途單片機(jī)AT89S521控制核心晶振12MHz1晶振電路電容30pF2按鍵1復(fù)位電路電解電容10uF/10V1電阻10K1電源+5V/0.5A1電源電路紅外發(fā)射頭PH3031脈搏信號(hào)檢測(cè)電路紅外接收頭PH3021電阻1001電阻22K1電阻5001脈搏顯示發(fā)光二極管1集成塊CD40691脈搏信號(hào)放大和濾波電路電容1uF1電解電容100uF/10V1電解電容22uF/10V1電解電容47uF/10V1電解電容47K1

17、脈搏計(jì)數(shù)顯示電路電阻10K2電阻1M1電阻22K1電阻470K1電阻100K1電阻5008數(shù)碼管共陽極3位集成塊74LS041集成塊74LS2451 第四章 軟件設(shè)計(jì)4.1 程序流程圖基于AT89S52單片機(jī)脈搏測(cè)量器的程序流程圖如下。其中初始化包含了對(duì)定時(shí)器的選用、優(yōu)先級(jí)的設(shè)定和初始值的設(shè)置。系統(tǒng)主程序控制單片機(jī)系統(tǒng)按預(yù)定的操作方式運(yùn)行, 它是單片機(jī)系統(tǒng)程序的框架。系統(tǒng)上電后,對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化。初始化程序主要完成對(duì)單片機(jī)內(nèi)專用寄存器、定時(shí)器工作方式及各端口的工作狀態(tài)的設(shè)定。系統(tǒng)初始化之后, 進(jìn)行對(duì)脈搏信號(hào)的檢測(cè)，判斷是否有脈搏信號(hào)，如果有，則將脈搏計(jì)數(shù)器加1，如果沒有則返回重新判斷。具體流程

18、圖如下所示： 開始初始化有脈搏？否是脈搏計(jì)數(shù)加1 圖4.1 基于AT89S52單片機(jī)脈搏測(cè)量器的設(shè)計(jì)程序流程圖4.2 程序清單 該程序用匯編語言編寫，主要有四個(gè)模塊組成，分別為主程序模塊、外部中斷服務(wù)程序模塊、定時(shí)器T0中斷服務(wù)程序模塊、延時(shí)子程序模塊等。主程序模塊主要完成程序的初始化。外部中斷服務(wù)程序模塊由信號(hào)判斷、計(jì)算、合理近似、顯示輸出等部分組成。定時(shí)中斷服務(wù)程序模塊由計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)、無效測(cè)試信號(hào)判斷等部分組成。程序中用變量n對(duì)脈搏脈沖信號(hào)個(gè)數(shù)計(jì)數(shù)。程序源代碼如下：#include <REG52.h>unsigned char i,j,t,m,YSHSHJIAN,YSHHVHON

19、G3；unsigned int n,MBO；unsigned char codeWXUAN3=0xf7,0xef,0xdf； unsigned char codeXSHB10=0x81,0xcf,0x92,0x86,0xcc,0xa4,0xa0,0x8f,0x80,0x84 sbit SHRU=P30；void YSHI(YSHSHJIAN)；main() TMOD=0x01；TH0=0xec；TL0=0x78；IE=0X83；IT0=1； TR0=1； for(； ) if(SHRU=0)YSHI(200);SHRU=1;external0() interrupt 0SHRU=0； if(n

20、=0)MBO=0；elseMBO=12000/n； YSHHVHONG2=MBO%10； MBO=MBO/10;YSHHVHONG1=MBO%10；YSHHVHONG0=MBO/10； n=0；Timer0() interrupt 1TH0=0xec；TL0=0x78；t=WXUANj； P3=P3|0x38；P3=P3&t； t=YSHHVHONGj； t=YSHHVHONGt； P1=t； j+； if(j=3)j=0；n+；if(n=2000) n=0；void YSHI(YSHSHJIAN)for(；YSHSHJIAN>0；YSHSHJIAN-)for(i=0；i<250；i+)； 4.3系統(tǒng)Proteus仿真圖4.3.1 顯示初始頁面 圖4.2 電路圖仿真初始狀態(tài)4.3.2 一分鐘脈搏跳動(dòng)顯示 圖4.2 一分鐘后脈搏跳動(dòng)顯示結(jié)論我的畢業(yè)設(shè)計(jì)課題是基于AT89S52單片機(jī)的脈搏測(cè)量器。我是通過將手指放在脈沖發(fā)生器之間，血管中血液的流量隨著心臟的跳動(dòng)變化，由于人體脈搏跳動(dòng)并且