基于單片機的脈搏計畢業(yè)設(shè)計_說明

1、 . . . 畢業(yè)設(shè)計基于單片機的脈搏計目 錄摘要IABSTRACTII1引言11.1 目的和意義11.2 研究概況與發(fā)展趨勢綜述11.3 本系統(tǒng)主要研究容22. 總體方案論證與設(shè)計22.1主控模塊的選型和論證22.2顯示模塊的選型和論證32.3傳感器的選型和論證32.4時鐘芯片的選型和論證32.5系統(tǒng)整體設(shè)計概述43.系統(tǒng)硬件電路設(shè)計53.1主控模塊53.1.1 STC89C52單片機主要特性53.1.2 STC89C52單片機的中斷系統(tǒng)63.1.3 單片機最小系統(tǒng)設(shè)計63.2 LCD液晶顯示器簡介73.2.1 液晶原理介紹73.2.2液晶模塊簡介83.2.3液晶顯示部分與STC89C52的

2、接口83.3鍵盤模塊設(shè)計93.4蜂鳴器模塊設(shè)計103.5信號采集電路設(shè)計103.5.1 傳感器簡介113.5.2 放大電路113.5.3 整形電路123.5時鐘模塊的設(shè)計123.5.1 DS1302概述123.5.2 DS1302時鐘電路設(shè)計144. 系統(tǒng)軟件設(shè)計154.1系統(tǒng)軟件總體設(shè)計154.2程序設(shè)計原理175系統(tǒng)調(diào)試195.1硬件調(diào)試195.2軟件調(diào)試195.3調(diào)試結(jié)果196.結(jié)論20附錄22系統(tǒng)原理圖22系統(tǒng)PCB圖23系統(tǒng)仿真圖2323 / 28摘要人體脈象中富含有關(guān)心臟、外循環(huán)和神經(jīng)等系統(tǒng)的動態(tài)信息。而脈搏的病理生理性改變常引發(fā)各種心血管事件，脈搏生理性能的改變可以先于疾病臨床癥

3、狀出現(xiàn)，通過對脈搏的檢測可以對如高血壓和糖尿病等引起的血管病變進行評估。同時脈搏測量還為血壓測量，血流測量與其他某些生理檢測技術(shù)提供了一種生理參考信號。本文主要介紹了數(shù)字式脈搏計的具體實現(xiàn)方法，利用紅外傳感器產(chǎn)生脈沖信號，經(jīng)過放大整形后，輸入單片機進行相應(yīng)的控制，從而測量出一分鐘的脈搏跳動次數(shù)，快捷方便。通過觀測脈搏信號，可以對人體的健康進行檢查，通常被用于保健中心和醫(yī)院。系統(tǒng)可以供用戶測量當(dāng)時的脈搏次數(shù)，同時還可以設(shè)定上限次數(shù)和下限次數(shù)，當(dāng)測量的圍超過設(shè)定的圍則驅(qū)動蜂鳴器報警提醒，除此外用戶還可以設(shè)定每天鬧鐘提醒測量，時間可以自行設(shè)定.系統(tǒng)主控芯片采用STC89C52,可以把采集到的脈搏信號

4、顯示在LCD1602上。關(guān)鍵詞：STC89C52；獨立鍵盤；LCD顯示管；紅外傳感器ABSTRACTDynamicinformationrichinhumanpulseoftheheart, insideandoutsidecirculationandnervesystem. Thepathologicalchangesofpulseoftencauseavarietyofcardiovascularevents, changetheperformanceofthepulseofthephysiologicalsymptomsbeforethedisease, throughthedetect

5、ionofthepulsecanbeevaluatedsuchashypertensionanddiabetescausedbyvasculardisease. Atthesametimepulsemeasurementformeasuringbloodpressure, bloodflowmeasurementtechnologyandotherphysiologicaldetectionprovidesaphysiologicalreferencesignal.Thispapermainlyintroducestherealizationmethodofdigitalpulse, puls

6、esignalgeneratedbytheinfraredsensor, afteramplifyingandshapinginput, SCMwithinthecorrespondingcontrol, thussurveyswithinaminuteofthepulsebeatfrequency, fastandconvenient. Throughobservingthepulsesignal, youcancheckthehealthofthebody, usuallyusedforhealthcentresandhospitals.Thesystemcanbeusedformeasu

7、ringthepulsenumberofusers, butalsocansettheupperandlowerlimitthenumberoftimes, whentherangeofthemeasurementrangeoverthesetofdrivebuzzeralarm, inadditionuserscanalsosetthealarmclocktoremindeverymeasurement, timecanbeset.ThemaincontrolchipSTC89C52, thepulsesignalacquisitiontodisplayonLCD1602.Key words

8、:STC89C52；independentkeyboard,；LCDdisplaytube；infraredsensor1 引言1.1 目的和意義脈搏是由心臟搏動而引起, 經(jīng)動脈和血流傳至遠端的橈動脈處, 它攜帶有豐富的人體健康狀況信息。早在公元前7世紀(jì)脈診就成為中醫(yī)的一項獨特診病方法。但自古以來中醫(yī)獨特的診斷方法與治病的療效總是籠罩著一層神秘的面紗。中醫(yī)一直是靠手指獲取脈搏信息，這難免存在許多主觀臆斷因素, 況且這種用手指切脈的技巧很難掌握,因此人們迫切期望盡早實現(xiàn)脈診的科學(xué)化和現(xiàn)代化。隨著傳感器技術(shù)與計算機處理技術(shù)的發(fā)展，人們希望能夠?qū)F(xiàn)代技術(shù)應(yīng)用于中醫(yī)脈象診斷，以便更科學(xué)、更客觀地揭示脈

9、象的實質(zhì)與特征。另一方面從西醫(yī)的角度看,近年來人們發(fā)現(xiàn)一種新的有效的心血管疾病早期無創(chuàng)診斷的方法，即利用脈搏波的變異特性來評價和診斷人體心血管系統(tǒng)的病變。因此,對人體脈搏信號進行無失真的檢測、采集和處理是一項重要的基礎(chǔ)性工作1。本論文的研究主要是基于這方面來進行的，從客觀、物理的角度來詮釋人體脈搏系統(tǒng)。傳統(tǒng)的脈搏測量采用脈診方式，也在我國中醫(yī)診斷疾病發(fā)揮了重要的作用，但因受人主觀性影響使得測量精度不高。隨著時代和科技的發(fā)展，利用人體屬性，通過生物醫(yī)學(xué)傳感器獲取人體生命體征信息并將其轉(zhuǎn)換成易于測量和處理信號，進而測量人體的生命體征信息。本文正是利用光電式脈搏傳感器，通過對手指末端透光度的監(jiān)測,間

10、接檢測出脈搏信號。1.2 研究概況與發(fā)展趨勢綜述脈搏系統(tǒng)和脈搏信息的研究包括兩大方面:一是理論分析與計算(即建模方面)；二是信號檢測與分析。從發(fā)表的文獻來看,國外在前一方面做了大量的研究, 也早于國學(xué)者;而國在后一方面的研究多于國外。對脈搏信號的分析主要包括以下方面:（1）脈搏信號檢測與提取1860，法國的科學(xué)家開發(fā)了一種桿法脈搏測量法，成為現(xiàn)代脈沖測量儀器的原型。一般脈搏探測器由信號檢測，信號預(yù)處理、信號分析三個環(huán)節(jié)組成。從50年代初我國醫(yī)學(xué)界開始用西方的技術(shù)，使用圖形描述脈搏更加形象，便于判斷病情。近年來，已經(jīng)開發(fā)出許多不同功能和原理的脈搏儀器，其中這些一起的是關(guān)鍵的差異是各種傳感器。從測

11、量原理，脈沖傳感器可分為力學(xué)，壓電，光電電容等。（2）脈搏信號處理與特征提取檢測目標(biāo)信號的關(guān)鍵技術(shù)和指標(biāo)是檢測信號的特征提取。在實踐中，目標(biāo)信號總是淹沒在大量的雜波和干擾，雜波或干擾信號和目標(biāo)信號的幅度或功率可能會低得多，這就需要有效的信號處理2。時域分析法：目前的脈搏信號的特征提取方法，大部分是使用時域分析方法，在時間方向上分析波動信號的動態(tài)特性，在主波，脈次波參數(shù)，重搏波的高度，比，時間，角度，面積值的分析，找出部關(guān)系和脈搏的變化特征。包括直觀的形式方法，多因素的識別方法，脈率脈圖法，時域分析的脈沖面積的方法。頻域分析：頻域分析主要是通過快速離散傅里葉變換，脈搏波曲線變換到頻域，得到相應(yīng)的

12、脈搏頻譜曲線，通過光譜特性曲線分析，從相應(yīng)的人體生理和病理信息的提取，實現(xiàn)脈沖分類。從不同的時域分析，對高分辨率的脈沖信號的頻域特性，所以國外的一些學(xué)者自80年代在脈搏信號的頻域分析開始研究學(xué)習(xí)，取得了顯著的效果。從這樣的角度來分析頻率和脈搏信號能量的思想是非常正確的。我們研究了頻率特性和脈沖信號的幾種疾病的差異，從能量的角度來看，推廣使用頻域倒譜分析和同態(tài)反褶積技術(shù)，用于估計人體脈搏系統(tǒng)傳遞函數(shù)的第一時間，分析了脈搏系統(tǒng)的頻率特性。1.3本系統(tǒng)主要研究容本系統(tǒng)設(shè)計制作一個基于單片機的脈搏計。能實現(xiàn)以下幾種功能：（1）鍵盤掃描，通過單片機檢測用戶按下的是哪個按鍵并執(zhí)行相應(yīng)的功能。（2）通過紅外

13、傳感器把信號提取并通過濾波放大把信號整形成方波給單片機計算一分鐘的脈搏次數(shù)。（3）用戶可以設(shè)置脈搏次數(shù)的上限和下限，超過上限或上限單片機會驅(qū)動蜂鳴器發(fā)響。（4）用戶可以設(shè)置鬧鐘時間用來提醒用戶定時測量脈搏次數(shù)。2. 總體方案論證與設(shè)計根據(jù)所要實現(xiàn)的功能劃分，系統(tǒng)一共需要以下幾個模塊：主控模塊、顯示模塊、信號采集電路，以下就針對這幾個模塊的選型和論證進行討論。2.1主控模塊的選型和論證方案一：采用MSP430系列單片機，該單片機是TI公司1996年開始推向市場的一種16位超低功耗的混合信號處理器。其部集成了很多模擬電路、數(shù)字電路和微處理器，提供強大的功能。不過該芯片昂貴不適合一般的設(shè)計開發(fā)。方案

14、二：采用51系列的單片機，該單片機是一個高可靠性，超低價，無法解密，高性能的8位單片機，32個IO口，且STC系列的單片機可以在線編程、調(diào)試，方便地實現(xiàn)程序的下載與整機的調(diào)試3。因此選用方案二中的51系列單片機作為主控芯片。2.2顯示模塊的選型和論證方案一：采用點陣數(shù)碼管顯示，點陣數(shù)碼管是由八行和八列發(fā)光二極管構(gòu)成，適用于顯示文本，如數(shù)字顯示使用太浪費，且價格相對較高，因此不用點陣數(shù)碼管顯示。方案二：采用LED數(shù)碼管動態(tài)掃描LED數(shù)碼管，雖然價格適中，最適合數(shù)字顯示，并動態(tài)掃描方法的使用是與單片機相連，單片機占據(jù)更少的線。但由于數(shù)碼管動態(tài)掃描需要借助74LS164移位寄存器轉(zhuǎn)移，芯片往往是很多

15、在電路調(diào)試的障礙，所以不要用LED數(shù)碼管顯示4。方案三：LCD液晶屏的使用，LCD顯示功能強大，可以顯示大量文本，圖形，顯示多樣性，清晰可見，對于一個LCD1602液晶屏的設(shè)計可以，價格是可以接受的，雖然需要較多接口，但會給調(diào)試帶來方便。所以，LCD1602方案的第三液晶顯示屏作為顯示模塊。2.3傳感器的選型和論證方案一：壓電傳感器是用來提取壓電傳感器的脈沖信號由壓電效應(yīng)的一些介質(zhì)所產(chǎn)生的力。壓電效應(yīng)是指某些電介質(zhì)在一個方向的外力和變形（包括彎曲變形），由于部電荷的極化現(xiàn)象，會在表面產(chǎn)生電荷。這種現(xiàn)象可以從脈搏信號提取。方案二：光電傳感器提取脈搏信號，手指組織可分為皮膚，手指組織肌肉，骨骼和其

16、它非血液組織和血液組織，包括非血液組織的光吸收量是恒定的，而血液的搏動，動脈血與靜脈血很弱，可以忽略，因此，光透過手指的變化后，僅有動脈血充盈引起的，所以在恒定光源的波長照射，通過手指檢測光強度將間接測量人體脈搏信號。壓電傳感器光電傳感器很容易購買，所以本文采用光電傳感器提取人體脈搏信號。2.4時鐘芯片的選型和論證方案一：單片機的定時計數(shù)器提供秒信號，使用程序?qū)崿F(xiàn)時間計數(shù)。雖然這種方法可以減少時鐘芯片的使用，節(jié)約成本，然而，時間誤差較大，在需要精確的時鐘信號的開發(fā)過程是不可行的。方案二：用DS1302時鐘芯片，DS1302的時鐘是一個高性能的實時時鐘電路，功耗低，它可以對年，月，日，星期，時間

17、，分鐘，秒計時，具有閏年補償功能，工作電壓為2.5V至5.5V的。通過三線接口與單片機進行通信，時鐘信號或RAM數(shù)據(jù)可以用于突發(fā)的多字節(jié)傳輸。DS1302部有一個31×8的數(shù)據(jù)存儲器RAM暫存。DS1302是DS1202的升級換代產(chǎn)品，與DS1202兼容，但增加了主電源/雙備份電源引腳，同時提供備用電源充電涓流的能力。其主要特點是使用串行數(shù)據(jù)傳輸，可提供充電功能的可編程的掉電保護電源，并且可以關(guān)閉充電功能。采用普通32.768kHz晶體作為標(biāo)準(zhǔn)時鐘。所以使用DS1302作為一個時鐘模塊。2.5系統(tǒng)整體設(shè)計概述圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖STC89C52、按鍵、LCD1602、光電傳感器、時鐘模

18、塊、運放等構(gòu)成，系統(tǒng)設(shè)有四個按鍵，可以設(shè)置上下限脈搏數(shù)，當(dāng)超過圍的時候單片機會驅(qū)動蜂鳴器發(fā)響，脈搏測量的時候需要人把手輕輕的按在光電傳感器上面，由于人脈搏跳動的時候，血液的透光性不一樣會導(dǎo)致接收器那邊接收的信號強弱不一樣，間接的把人脈搏信號傳回，通過運放對其進行放大、整形后連接到單片機的IO口，單片機利用外部中斷對其進行計數(shù)，最終換算成人一分鐘脈搏的跳動次數(shù)，最終顯示在液晶屏上。除此之外系統(tǒng)還帶一個定時提醒測量的時鐘功能，用戶可以設(shè)定鬧鐘時間。3.系統(tǒng)硬件電路設(shè)計3.1主控模塊主控模塊模塊在整個系統(tǒng)中起著統(tǒng)籌的作用，需要檢測鍵盤等各種參數(shù)，同時驅(qū)動液晶顯示相關(guān)參數(shù)，在這里我們選用了51系列單片

19、機中的STC89C52單片機作為系統(tǒng)的主控芯片。STC89C52有40個引腳，4個8位并行I/O口，1個全雙工異步串行口，同時含5個中斷源，2個優(yōu)先級，2個16位定時/計數(shù)器。STC89C52的存儲器系統(tǒng)由4K的程序存儲器(掩膜ROM)，和128B的數(shù)據(jù)存儲器(RAM)組成3。STC89C52單片機的基本組成框圖見圖3-1。圖3-1STC89C52單片機結(jié)構(gòu)圖 3.1.1 STC89C52單片機主要特性1、一個8位的微處理器（CPU）。2、片數(shù)據(jù)存儲器RAM（128B），可以讀/寫操作的數(shù)據(jù)存儲，如中間結(jié)果，最終結(jié)果要顯示數(shù)據(jù)，用STC89系列單片機提供高達1K的RAM。3、片程序存儲器ROM

20、（4KB），用于存儲程，一些原始數(shù)據(jù)和表格。但也有一些單片機部無ROM/EPROM，如8031，8032，80C31等。目前的發(fā)展趨勢是RAM和ROM芯片集成在一個芯片，便于提高系統(tǒng)抗干擾能力的用戶設(shè)計。STC公司推出的89系列單片機集成16K，32K，64K FLASH存儲器，用戶可以根據(jù)需要選擇。4、四個8位并行I/O接口P0 P3，每個口可以用作輸入，也可以用作輸出。5、個定時器/計數(shù)器，每個定時器/計數(shù)器可設(shè)置和計數(shù)的方式，用來計數(shù)外部事件，可以設(shè)置成定時方式，并可以根據(jù)計數(shù)或定時實現(xiàn)計算機控制的結(jié)果。為了方便的串行通信的設(shè)計，52系列將提供3個16位定時器/計數(shù)器。6、五個中斷源的中

21、斷控制系統(tǒng)。新的已經(jīng)超過了5單片機的中斷源例如STC89E58RD，有9個中斷源。7、一個全雙工UART（通用異步接收發(fā)送器）的串行I/O口，用于單片機之間或單片機與微機之間的串行通信。8、片上振蕩器和時鐘產(chǎn)生電路，但石英晶體和電容需要外接。最高振蕩頻率為12MHz。并且，STC89V58RD最高振蕩頻率可達40MHz，大大提高了指令的執(zhí)行速度3。圖3-2STC89C52單片機管腳圖3.1.2 STC89C52單片機的中斷系統(tǒng)STC89C52系列單片機的中斷系統(tǒng)有5個中斷源，2個優(yōu)先級，可以實現(xiàn)二級中斷服務(wù)嵌套。由片特殊功能寄存器中的中斷允許寄存器IE控制CPU是否響應(yīng)中斷請求；由中斷優(yōu)先級寄

22、存器IP安排各中斷源的優(yōu)先級；同一優(yōu)先級各中斷同時提出中斷請求時，由部的查詢邏輯確定其響應(yīng)次序。在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中，常常會有定時控制需求，如定時輸出、定時檢測、定時掃描等；也經(jīng)常要對外部事件進行計數(shù)。STC89C52單片機集成有兩個可編程的定時/計數(shù)器：T0和T1，它們既可以工作于定時模式，也可以工作于外部事件計數(shù)模式，此外，T1還可以作為串行口的波特率發(fā)生器5。3.1.3 單片機最小系統(tǒng)設(shè)計圖3-3 單片機最小系統(tǒng)電路圖圖3-3為單片機最小系統(tǒng)電路圖，單片機最小系統(tǒng)有單片機、時鐘電路、復(fù)位電路組成，時鐘電路選用了12MHZ的晶振提供時鐘，根據(jù)官網(wǎng)的數(shù)據(jù)手冊，要讓晶振起振還要配備2個30PF的

23、電容，時鐘電路作用為給單片機提供一個時間基準(zhǔn)，其中執(zhí)行一條基本指令需要的時間為一個機器周期，單片機的復(fù)位電路可以對單片機進行復(fù)位，按下復(fù)位按鍵之后可以使單片機進入剛上電的起始狀態(tài)，這里RC電路的作用就是讓單片機有個充電的過程，為了保證復(fù)位成功電容充放電時間要大于2US，選擇了10K和10UF較為常規(guī)的值，充放電時間遠大于2US。圖中10K排阻為P0口的上拉電阻，由于P0口跟其他IO結(jié)構(gòu)不一樣為漏極開路的結(jié)構(gòu)，因此要加上拉電阻才能正常使用5。3.2LCD液晶顯示器簡介由于本設(shè)計中要求顯示界面顯示一些參數(shù)，因此這里選用了LCD1602作為界面顯示，可以把一些相關(guān)的參數(shù)進行顯示。 3.2.1 液晶原

24、理介紹液晶顯示器（LCD）英文稱為液晶顯示器，這是一個液晶來實現(xiàn)顏色控制透射顯示技術(shù)。與CRT顯示器相比，液晶顯示器的優(yōu)勢是非常明顯的。因為控制是控制光與暗的傳輸，當(dāng)顏色變化，液晶是不變的，所以不需要考慮刷新率的問題。顯示界面用于顯示系統(tǒng)狀態(tài)，數(shù)據(jù)采集的電壓數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)是采用1602LCD液晶顯示模塊。液晶由m行n列的顯示單元構(gòu)成，假定液晶顯示64行，每行有128列，每8列對應(yīng)1字節(jié)的8位，其中包括16每行字節(jié)，共16×8128點，64×16的屏幕顯示單元顯示1024字節(jié)RAM區(qū)對應(yīng)的屏幕上，容和相應(yīng)的光與暗的對應(yīng)位置的每一個字節(jié)。從6×8或8×8點陣組

25、成一個字符，這是顯示一個數(shù)對應(yīng)的位置顯示RAM區(qū)的8字節(jié)，并使每個字節(jié)的比特“1”，“0”，其中“1”控制亮，“0”控制暗，”小暗，于是形成了一個字符。但對于字符發(fā)生器的控制器，顯示字符比較簡單，可以讓控制器工作文本模式，根據(jù)列數(shù)設(shè)置光標(biāo)顯示在LCD上，開始在RAM查找相應(yīng)的地址，發(fā)送代碼的字符6。3.2.2液晶模塊簡介LCD1602液晶顯示模塊采用HD44780控制器，HD44780擁有簡單和強大的指令集，可以實現(xiàn)字符運動，閃爍等功能，單片機和CAN通信用LM016L 4位并行傳輸位或4位并行傳輸方式。HD44780控制器是兩個8位寄存器，指令寄存器（IR）和數(shù)據(jù)寄存器（DR）忙標(biāo)志（BF）

26、，顯示數(shù)RAM（驅(qū)動器），字符發(fā)生器（cgorom），字符發(fā)生器存（RAM），地址計數(shù)器。LCD1602液晶模塊的引腳圖如圖3-4所示。圖3-4LCD1602引腳圖液晶寄存器選擇控制如表3-1。表3-1寄存器選擇控制RSR/W操作說明00寫入指令寄存器（清除屏等）01讀busyflag（DB7），以與讀取位址計數(shù)器（DB0DB6）值10寫入數(shù)據(jù)寄存器（顯示各字型等）11從數(shù)據(jù)寄存器讀取數(shù)據(jù)3.2.3液晶顯示部分與STC89C52的接口如圖3-5所示。用STC89C52的P0口作為數(shù)據(jù)線，用P1.2、P1.1、P1.0分別作為LCD的EN、R/W、RS。其中EN是下降沿觸發(fā)的片選信號，R/W讀寫

27、信號，RS為寄存器選擇信號，分為：模塊的顯示模塊的初始化設(shè)計：第一個清屏，然后設(shè)置接口的數(shù)據(jù)位為8位，顯示行數(shù)為1行，5×7點陣字體，然后設(shè)定總體顯示，取消光標(biāo)和字體閃爍，最后設(shè)置一個正向的的增量并且不移位。向LCD發(fā)送緩沖區(qū)字符，在程序中采用2字符數(shù)組，其中一個顯示字符，另一個顯示電壓數(shù)據(jù)，顯示文字或數(shù)據(jù)發(fā)送到相應(yīng)的數(shù)組，完成后統(tǒng)一的顯示。顯示緩沖區(qū)先要顯示的字符或數(shù)據(jù)送到液晶經(jīng)過2.5ms延時，確定是否顯示是不夠的，再加上一個地址將要顯示的字符或數(shù)據(jù)6。圖3-5LCD1602與STC89C52的接口3.3鍵盤模塊設(shè)計本按鍵模塊使用的是多位獨立按鍵，按鍵一端接IO口，一端接地，由于

28、單片機的IO口都有部上拉，因此當(dāng)按鍵沒有按下的時候，IO檢測到的時候高電平，當(dāng)按鍵按下的時候，相當(dāng)于IO短接地，因此這時候單片機檢測到的電平為低電平，通過檢測不同時刻的IO口狀態(tài)就可以判斷按下的是那個按鍵4。鍵盤模塊電路圖如圖3-6所示。圖3-6鍵盤模塊電路圖3.4蜂鳴器模塊設(shè)計本設(shè)計還帶有脈搏超出設(shè)定圍報警的功能，當(dāng)檢測到當(dāng)前的脈搏跳動次數(shù)超出用戶所設(shè)定的上限或者下限的時候，單片機就可以驅(qū)動蜂鳴器發(fā)聲。由于蜂鳴器的工作電流一般比較大，以致于單片機的I/O口是無法直接驅(qū)動的，所以要利用三極管開關(guān)電路來驅(qū)動。本處選用的是8550三極管，它是一個PNP型的三極管，當(dāng)基極給低電平的時候三極管導(dǎo)通，這

29、時候蜂鳴器發(fā)聲，當(dāng)給高電平的時候，三極管關(guān)閉，蜂鳴器不發(fā)聲2。蜂鳴器模塊的電路圖如圖3-7所示。圖3-7蜂鳴器驅(qū)動電路圖3.5信號采集電路設(shè)計這部分電路的功能是由傳感器的脈沖信號轉(zhuǎn)換為電信號，一般為幾十毫伏，必須擴大，以達到所需的電壓形成電路，通常幾伏。對放大后的脈沖信號波形不規(guī)則，所以需要濾波整形，整形電路輸出電壓應(yīng)滿足要求2。選擇電路：放大整形電路圖如圖3-8所示。圖3-8 放大整形電路框圖3.5.1 傳感器簡介傳感器采用了紅外光電轉(zhuǎn)換器，作用是通過紅外光照射人的手指的血脈流動情況，把脈搏跳動轉(zhuǎn)換為電信號，其原理電路如圖3-9所示。圖3-9 傳感器信號調(diào)節(jié)原理電路如圖3-9中，紅外管VD采

30、用ST188。用+5V電源供電，R1取150，R2取33k,當(dāng)人把手指放在發(fā)光二極管和光電二極管之間的時候，光電二極管接收到的信號會隨人脈搏強度的變化而變化。3.5.2 放大電路圖3-10 放大濾波電路圖3-10為脈搏計的放大濾波信號，由于脈搏信號輸出的信號十分微弱，一般在uV級別，除此外輸出的信號一般會伴隨很大的噪聲干擾，因此在這里用LM358搭建起一個放大和濾波電路，其中C4和R8,C5和R7起到的是高通電路，可以隔絕低頻干擾，R4和C3，R2和C2起到的是低通濾波的作用，可以隔絕高頻干擾2。3.5.3 整形電路經(jīng)過放大濾波后的脈搏信號仍是不規(guī)則的脈沖信號，且有低頻干擾，仍不滿足計數(shù)器的要

31、求，必須采用整形電路，這里選用了滯回電壓比較器，如圖3-11所示，其目的是為了提高抗干擾能力。集成運放采用了74HC14，除此外74HC14還接上了一個LED用作指示脈搏跳動的狀態(tài)。圖3-11波形整形電路3.5時鐘模塊的設(shè)計本系統(tǒng)還附帶有一個時鐘模塊，這里除了可以提供時間信息外，用戶還可以設(shè)定鬧鐘，到時間點后可以提醒用戶定時測量脈搏，本處選用串行日歷時鐘芯片DS1302。與采用并行總線與單片機進行數(shù)據(jù)通信的時鐘芯片相比，DS1302與單片機的連線大為減少，極大的節(jié)省了單片機的系統(tǒng)資源，單片機通過讀取DS1302上面的數(shù)據(jù)可以得到實時時間。3.5.1 DS1302概述DS1302的部結(jié)構(gòu)圖如圖3

32、-8所示。圖3-8 DS1302部結(jié)構(gòu)圖DS1302的引腳排列,其中VCC1為后備電源，VCC2為主電源。在主電源關(guān)閉的情況下，也能保持時鐘的連續(xù)運行。DS1302由VCC1或VCC2兩者中的較大者供電。當(dāng)VCC2大于Vcc10.2V時，VCC2 給DS1302供電。當(dāng)VCC2小于VCC1時，DS1302由VCC1供電。X1和X2是振蕩源，外接32.76kHz晶振。RST是復(fù)位/片選線，通過把RST輸入驅(qū)動置高電平來啟動所有的數(shù)據(jù)傳送。圖3-9為DS1302的引腳示意圖。圖3-9 DS1302引腳示意圖VCC，GND-直流電源輸入引腳，當(dāng)在正常圍5V電源裝置可以完全訪問，可以讀取和寫入數(shù)據(jù)。當(dāng)

33、3V電池連接到設(shè)備的VCC低于1.25×VBAT設(shè)備的讀寫，禁止讀寫數(shù)據(jù)，但是計時功能一樣，不受低輸入電壓的影響。當(dāng)電源電壓VCC低于VBAT的下降，則RAM區(qū)計時器將切換到外部電源（標(biāo)稱VBAT VBAT 3.0V直流電源）。-電池輸入引腳VBAT，可以是任意標(biāo)準(zhǔn)3V鋰電池或其他電源。為了使設(shè)備能正常工作，電池電壓必須在2.0 3.5V圍之間。表3-2 DS1302引腳功能表引腳號引腳名稱功能1VCC2主電源2，3X1，X2振蕩源，外接32768HZ晶振4GND地線5RST復(fù)位/片選線6I/O串行數(shù)據(jù)輸入/輸出端（雙向）7SCLK串行數(shù)據(jù)輸入端8VCC1后備電源3.5.2 DS13

34、02時鐘電路設(shè)計實時時鐘芯片DS1302采用串行數(shù)據(jù)傳輸，可為掉電保護電源提供可編程的充電功能，也可以關(guān)閉充電功能，芯片采用32.768Hz晶振。單片機通過時序可以讀出時鐘芯片部的相關(guān)時間信息，DS1302的時鐘電路如圖3-13所示。圖3-13 DS1302時鐘電路4. 系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1系統(tǒng)軟件總體設(shè)計圖4-1系統(tǒng)流程圖主程序流程圖如圖4-1所示，單片機上電后先進行初始化，清楚一些參數(shù)的初值，然后等待用戶按下對應(yīng)的按鍵并進入對應(yīng)的功能，如果是則進入設(shè)置鬧鐘和時間以與脈搏上下限等參數(shù)，每個循環(huán)都會判斷用戶是否按下測量按鍵，按下則開啟定時器測量脈搏信號，在測量過程中時刻判斷用戶是否按下停止按鍵，

35、按下的停止計數(shù)，否則繼續(xù)測量，測量完成后計數(shù)出等效一分鐘的脈搏次數(shù)，并顯示出來,然后判斷是否超過用戶設(shè)定的上限次數(shù)和下限次數(shù)，有則驅(qū)動蜂鳴器報警，沒有則取消報警5。圖4-2 LCD1602初始化子函數(shù)流程圖首先先調(diào)用液晶自定義的字庫，設(shè)置好DDRAM地址后在第一行顯示，根據(jù)程序中的數(shù)據(jù)設(shè)置顯示數(shù)據(jù)的首地址并設(shè)置循環(huán)量，在循環(huán)過程中不斷的取字符代碼直到終止，第二行的顯示過程同一行的顯示過程一樣，兩行顯示完畢后便結(jié)束子程序7。圖4-3 時鐘模塊子函數(shù)流程圖時鐘模塊的流程圖如圖4-3所示，一開始先讓時鐘芯片的復(fù)位引腳置高進而啟動一次數(shù)據(jù)傳送工作，接著寫一位命令字節(jié)，接著給SCLK發(fā)送脈沖信號，一致循

36、環(huán)直到發(fā)送8個命令字節(jié)為止。接著是寫數(shù)據(jù)進時鐘芯片，首先先寫入一位數(shù)據(jù)字節(jié)，然后給SCLK引腳發(fā)送脈沖，一致循環(huán)寫入8次，這樣就可以把數(shù)據(jù)寫入，最終使復(fù)位引腳變低，這樣就可以完成一次時鐘芯片的一次操作8。4.2程序設(shè)計原理軟件部分是做軟件設(shè)計的總體規(guī)劃的任務(wù)分析。從軟件功能的角度可分為兩大類：一是軟件的實現(xiàn)，它可以完成所有實質(zhì)性的功能，如測量，計算，顯示，打印和輸出控制和通信，另一個是監(jiān)控軟件，它的目的是協(xié)調(diào)執(zhí)行模塊和操作作為組織，在軟件系統(tǒng)中軟件的作用調(diào)度。這兩種軟件特性的設(shè)計方法，對算法的執(zhí)行效率的設(shè)計軟件，與硬件密切相關(guān)的，千變?nèi)f化9。軟件需求分析的任務(wù)，應(yīng)將各個模塊一一列出，并為每個執(zhí)

37、行模塊的功能定義和接口定義（輸入輸出定義）。在可執(zhí)行模塊的定義，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)類型也將參與規(guī)劃。該軟件任務(wù)分析的另一部分是如何安排的監(jiān)控軟件和執(zhí)行模塊。系統(tǒng)軟件可分為前臺程序和后臺程序。后臺程序是指主程序和子程序調(diào)用，這種程序?qū)崟r性的要求太高，不是延遲甚至數(shù)百幾十MS，MS也沒關(guān)系，它通常是監(jiān)控程序（鍵盤檢測程序）；對于一些實時性的容，如定時系統(tǒng)和外部中斷（如電力中斷）?？蓪⑷砍绦蚨及才旁谇芭_，后臺程序是“讓系統(tǒng)進入睡眠狀態(tài)，以利于系統(tǒng)節(jié)能和抗干擾5系統(tǒng)調(diào)試5.1硬件調(diào)試基于單片機的脈搏計系統(tǒng)的電路較大，對于焊接方面更是不可輕視，龐大的電路系統(tǒng)中只要出于一處的錯誤，則會對檢測造成很大的不便

38、，而且電路的交線較多，對于各種鋒利的引腳要注意處理，否則會刺破帶有包皮的導(dǎo)線，則會對電路造成短路現(xiàn)象。在本脈搏計的設(shè)計調(diào)試中遇到了很多的問題。回想這些問題只要認(rèn)真多思考都是可以避免的，以下為主要的問題：問題1：最開始的時候以為單片機IO口直接可以驅(qū)動蜂鳴器發(fā)聲，后來調(diào)試的時候久久不能出聲音10。解決：經(jīng)過查找相關(guān)資料，知道揚聲器需要三極管來驅(qū)動，后來把三極管放大器加上系統(tǒng)便可以正常工作。問題2：開始的時候由于沒想到脈搏信號十分微弱大概在uV級別，因此沒有放大足夠的倍數(shù)，單片機最后沒有檢測到脈搏的信號。解決：經(jīng)過查找相關(guān)資料，確定脈搏信號的幅值圍后，增加放大器的放大倍數(shù)就解決問題。5.2軟件調(diào)試

39、基于單片機的脈搏計系統(tǒng)是多功能的數(shù)字型系統(tǒng)，所以對于它的程序也較為復(fù)雜,所以在編寫程序和調(diào)試時出現(xiàn)了相對較多的問題。最后經(jīng)過多次的模塊子程序的修改，一步一步的完成，最終解決了軟件。在軟件的調(diào)試過程中主要遇到的問題如下：問題1：燒入程序后，LCD液晶顯示閃動,而且亮度不均勻。解決：首先對調(diào)用的延時進行逐漸修改，可以解決顯示閃動問題。其次，由于本作品使作動態(tài)掃描方式顯示的數(shù)字，動態(tài)掃描很快，人的肉眼是無法看出10,但是調(diào)用的顯示程序時，如果不在反回時屏蔽掉最后的附值，則會出現(xiàn)很亮的現(xiàn)象，所以在顯示的后面加了屏蔽子令，最后解決了此問題。問題2：當(dāng)用戶按下按鍵的時候，單片機讀取的數(shù)值跟設(shè)定的數(shù)值不對。

40、解決：重新檢查矩陣鍵盤電路的連接，重新建立一個新的對應(yīng)關(guān)系。5.3調(diào)試結(jié)果（1）在測試中遇到LCD液晶為不顯示時,首先使用試測儀對電路進行測試,觀察是否存在漏焊,虛焊,或者元件損壞.經(jīng)過一系列的問題查找后系統(tǒng)最終能正常工作，并完成所有的功能。6.結(jié)論通過這次畢業(yè)設(shè)計，我學(xué)到了不少課本上沒有的知識，也鍛煉了自己的動手能力，將以前學(xué)過的零散的知識串到一起。經(jīng)過我長時間的設(shè)計與調(diào)試，本系統(tǒng)基本能實現(xiàn)基于單片機的脈搏計的所有功能。不足之處有：1.硬件的穩(wěn)定性有待進一步提高2.系統(tǒng)人性化還不足。我的綜合設(shè)計主要涉與硬件和軟件兩方面的容，通過這些我的硬件和軟件開發(fā)能力都獲得了提高。首先硬件方面，基本了解了

41、電子產(chǎn)品的開發(fā)流程和所要做的工作?；菊莆樟薖rotel99SE原理圖的方法，并設(shè)計了一個單片機最小系統(tǒng)。通過開發(fā)板的設(shè)計和硬件搭建的過程，使我對51系單片機的接口有了更深層次的理解，熟悉了一些單片機常用的外圍電路引腳和連接方法，如LCD液晶，鍵盤等。并且我學(xué)會了分析問題解決問題的能力，加深了對所學(xué)理論知識的理解和運用。我的動手能力得到了很大的提高，創(chuàng)新意識得到了鍛煉。參考文獻1 偉.單片機C語言程序設(shè)計實訓(xùn)100例.電子工業(yè).2009年2 吳運昌模擬電子線路基礎(chǔ)：華南理工大學(xué)，2004年3 閻石數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)：高等教育，1997年4 曉麗等數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法：機械工業(yè)，2002年5 馬忠梅等 ARM&Linux嵌入式系統(tǒng)教程：航空航天大學(xué)，2004年6