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文檔簡介
1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上畢業(yè)設(shè)計(jì)-電子血壓計(jì)目 錄專心-專注-專業(yè)基于單片機(jī)的電子血壓計(jì)的設(shè)計(jì)顧斌 (德州學(xué)院機(jī)電系,山東德州 )摘要:隨著現(xiàn)代社會(huì)的快速發(fā)展,人們的生活質(zhì)量的提高,帶來了不健康的飲食與生活規(guī)律,導(dǎo)致了越來越多疾病的出現(xiàn)。其中,“高血壓病”被稱為人類第一無形殺手,可見它的可怕程度。 便攜式家用血壓計(jì),非醫(yī)護(hù)人員也可方便操作。隨著家庭醫(yī)療保健的流行,這種血壓計(jì)的市場得以開發(fā)。在過去,人們測量血壓不得不去醫(yī)院,而如今只要擁有這種血壓計(jì),在家里即可隨時(shí)監(jiān)測血壓,做到早發(fā)現(xiàn)早治療,降低了腦出血.心功能衰竭等猝發(fā)疾病的危害。該血壓計(jì)以NPC1210壓力傳感器測得血壓值,再將血壓數(shù)據(jù)通過
2、ADC0809數(shù)模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào),傳入89C51單片機(jī),然后由單片機(jī)控制,經(jīng)主程序處理數(shù)據(jù)之后,在LED液晶顯示器上把數(shù)據(jù)顯示出來。 關(guān)鍵詞:NPC1210壓力傳感器; 89C51單片機(jī);ADC0809數(shù)模轉(zhuǎn)換器;LED液晶顯示模塊1 引言現(xiàn)如今人們的生活水平提高了,越來越觀注自己的身體健康,血壓是身體康的一項(xiàng)重要指標(biāo)。血壓的高低可直接影響全身各組織器官的血液供給。若血壓過低,可造成組織器官供血不足。相反,血壓過高,增加心臟負(fù)擔(dān),久而久之,導(dǎo)致心衰,同時(shí)血管彈性下降,脆性增加,腦動(dòng)脈破裂,出現(xiàn)腦出血1 。據(jù)2012年全國普查顯示,我國每三個(gè)家庭就會(huì)有一個(gè)高血壓患者;尤其在老年人群中患病可
3、達(dá)12%。因此,研發(fā)便捷家庭使用型血壓計(jì)具有重要意義。在疾病排名冊上,高血壓的危害已居前幾位。對(duì)于老年人群,血壓血壓是一個(gè)重要的健康信號(hào)。高血壓是最常見的心血管疾病,也是最大的流行病之一。高血壓病不僅是危害人體健康的一種慢性病,而且它還是腦中風(fēng)、冠心病、心肌梗死、心力衰竭、腎衰等疾病的禍?zhǔn)?,因此被人們稱為“無形殺手”。高血壓對(duì)人體的損害是全身性的,也是造成死亡的惡魔,直接威脅著人的生命,所以,對(duì)高血壓這個(gè)無形殺手,不可掉以輕心。 預(yù)防高血壓病,首先量測量準(zhǔn)確的血壓。正常的收縮壓為:90-140mmHg(12.0-18.6kpa)舒張壓為:60-90mmHg (8.0-12.0kpa),正常血壓
4、的范圍:正常成人在安靜狀態(tài)時(shí),動(dòng)脈壓為:30-40mmHg (4.0-5.3kpa)我們常用血壓計(jì)測量血壓。測量血壓時(shí),是以血壓和大氣壓作為比較的,用血壓高于大氣壓的數(shù)值表示血壓的高度。常用血壓計(jì)有(1)汞柱式: 玻璃管面標(biāo)有雙刻度; 一側(cè)為0300mmHg,最小分度值為2mmHg;一側(cè)為040kPa,最小分度值為0.5kPa;玻璃管上端蓋以金屬帽與大氣相通,下端和汞槽相通,汞槽內(nèi)有水銀;特點(diǎn): 測得數(shù)值準(zhǔn)確可靠,但較笨重不易攜帶,且玻璃管部分易破裂。(2)表式:又稱彈簧式血壓計(jì)。外形似表,呈圓盤狀,正面盤上標(biāo)有刻度及讀數(shù),盤中央有一指針,以提示血壓數(shù)值。特點(diǎn)攜帶方便,但準(zhǔn)確性不如汞柱式血壓計(jì)
5、(3)電子血壓計(jì) 袖帶內(nèi)有一換能器,有自動(dòng)采樣單片機(jī)控制數(shù)字運(yùn)算,自動(dòng)放氣程序。數(shù)秒鐘內(nèi)可得到收縮壓、舒張壓、脈搏數(shù)值。特點(diǎn)是操作方便,不用聽診器,省略放氣系統(tǒng),排除聽覺不靈敏,噪音干擾等造成的誤差,但準(zhǔn)確性不如汞柱式血壓計(jì)2。 結(jié)構(gòu)如圖1 : 圖1 血壓計(jì)外觀圖傳統(tǒng)的血壓計(jì)操作比較復(fù)雜,而且受環(huán)境的影響較大。在使用時(shí),需要用一個(gè)準(zhǔn)確的汞柱血壓計(jì)一同校核,專業(yè)性較強(qiáng)。為了讓每個(gè)血壓計(jì)使用者更方便的使用與維護(hù)血壓計(jì);我們設(shè)計(jì)了一臺(tái)操作便捷,測量精確,無需維護(hù)的智能型測量血壓的裝置,用來幫助人們急早的發(fā)現(xiàn)高血壓跡象。目前生活中使用的血壓計(jì)大部分是水銀式的。水銀血壓計(jì)每次測量必須由醫(yī)生戴上聽診器進(jìn)行
6、測量,測量過程復(fù)雜,只能是每個(gè)醫(yī)生一次對(duì)一個(gè)人進(jìn)行測量;而且對(duì)不同的醫(yī)生,測量結(jié)果可能不同:對(duì)同一個(gè)人來說,影響血圧因素也非常多,測得結(jié)果在某些情況就不能真實(shí)的反映被測對(duì)象的血壓值。血壓隨年齡的增加而增高,新生兒血壓最低,小兒血壓比成人低,中年以前女性血壓略低于男性,中年以后差別較??;一般白天血壓高于夜間,過度勞累或睡眠不佳時(shí),血壓稍增高;在寒冷環(huán)境中血壓可升高,高溫環(huán)境中血壓可略下降;緊張、恐懼、興奮及疼痛均可導(dǎo)致血壓升高,舒張壓一般無變化。勞動(dòng)、飲食、吸煙和飲酒也可影響血壓值。將脈動(dòng)波的記錄引入動(dòng)態(tài)血壓技術(shù),提供24小時(shí)內(nèi)的每次血壓測量結(jié)果,而且能再現(xiàn)每次測量過程中的波形。在動(dòng)態(tài)血壓檢測中
7、干擾和偽差是不可避免的。目前市場上的大部分動(dòng)態(tài)血壓記錄儀,只記錄每次測量的結(jié)果,醫(yī)生面對(duì)的是一批真?zhèn)坞y辯的數(shù)字。本課題研究設(shè)計(jì)動(dòng)態(tài)血壓記錄儀,使每次測量結(jié)果完全透明,實(shí)時(shí)分析,使醫(yī)生可以對(duì)照原始波形判斷數(shù)據(jù)的真?zhèn)?,有效查找出干擾和偽差引起的誤檢測,恢復(fù)真實(shí)血壓,保證血壓報(bào)告的有效性和可靠性。2 血壓計(jì)總體概述2.1 血壓計(jì)簡介2.1.1 便攜式血壓計(jì)的簡單介紹該產(chǎn)品體積小,重量輕,可方便攜帶。與傳統(tǒng)血壓計(jì)相比,無水銀,避免了因水銀泄露而造成環(huán)境污染的問題。操作簡單易行,適合家庭使用。2.1.2 便攜式血壓計(jì)功能簡介該血壓計(jì)以壓力傳感器測得血壓值,再將血壓數(shù)據(jù)通過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào),傳入
8、單片機(jī),然后由單片機(jī)控制,經(jīng)主程序處理數(shù)據(jù)之后,在液晶顯示器上把數(shù)據(jù)顯示出來。2.1.3 便攜式血壓計(jì)使用注意事項(xiàng)1. 患者取坐位或仰臥位,被測肢體應(yīng)和心臟處于同一水平,上臂自然下垂,坐位時(shí)平第四肋軟骨;臥位平腋中線,平整地將袖帶置于上臂中部,距肘窩下緣2-3cm 2. 需密切觀察血壓者應(yīng)做到四定 定時(shí)間、定部位、定體位、定血壓計(jì),有助于測定血壓的準(zhǔn)確性和對(duì)照的可比性3. 為偏癱、肢體外傷或手術(shù)的患者測血壓應(yīng)測健測肢體4. 排除影響血壓的外界因素 袖帶過寬、過窄;袖帶纏得過緊、過松;肢體位置過高、過低等因素對(duì)血壓值的影響5. 袖帶寬度要合適, 袖帶太窄,須加大力量才能阻斷動(dòng)脈血流,測得數(shù)值偏高
9、;袖帶太寬,大段血管受阻,測得數(shù)值偏低6. 肱動(dòng)脈位置高于心臟水平,測得血壓值偏低;低于心臟水平,測得血壓值偏高 7. 袖帶過松,橡膠帶呈氣球狀,有效測量面積變窄,使血壓測量值偏高;袖帶過緊,使血管在未注氣時(shí)已受壓,使血壓測量值偏低 8. 發(fā)現(xiàn)血壓聽不清或異常,應(yīng)重復(fù)測量;應(yīng)將袖帶內(nèi)氣體驅(qū)盡,稍等片刻再復(fù)測,一般連續(xù)測23次,取其最低值9. 當(dāng)舒張壓的變音和消失音之間有差異時(shí);應(yīng)記錄兩個(gè)讀數(shù),即變音消失音數(shù)值如180/9070mmHg 10. 不要在浴后、吸煙、飲酒、喝咖啡后測血壓3。2.2 血壓計(jì)裝置設(shè)計(jì)方案2.2.1 設(shè)計(jì)要求該種血壓計(jì)是將傳感技術(shù)與單片機(jī)有機(jī)結(jié)合而成的,它的結(jié)構(gòu)應(yīng)該保證完
10、成三項(xiàng)基本流程:1、感應(yīng)血流的壓力,并能夠?qū)⑿盘?hào)轉(zhuǎn)變成壓電信號(hào);2、利用單片機(jī)技術(shù)判斷高壓與低圧;3、在屏幕上顯示測量結(jié)果。對(duì)于傳感器的要求是:高性能低成本的,靈敏度要高,測量范圍倒不需要很大。能根據(jù)血壓變動(dòng)及時(shí)抓住高、低壓,體積小,集成度高,抗干擾能力強(qiáng),可靠性高,價(jià)格低,程序簡單,運(yùn)用靈活,易于實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品化的單片機(jī),使用具有顯示清晰,亮度高.壽命長等優(yōu)點(diǎn)的顯示器,因此我們在此設(shè)計(jì)中采用了LED顯示器。2.2.2 具體設(shè)計(jì)方案本設(shè)計(jì)是基于89C51單片機(jī)的設(shè)計(jì),具體裝置方案如圖2所示:恒流電源ADC0809 A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換LED顯示屏89C51單片機(jī)NPC-1210壓力傳感器電源氣袖圖2 血壓
11、計(jì)各部件連接圖系統(tǒng)工作示意圖:圖3 系統(tǒng)工作圖 接通電源后,我們可以通過鍵盤對(duì)血壓計(jì)的參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。參數(shù)設(shè)置后,系統(tǒng)將會(huì)啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換,轉(zhuǎn)換結(jié)束后將進(jìn)行數(shù)據(jù)處理階段,若未轉(zhuǎn)換完畢將進(jìn)行程序循環(huán)繼續(xù)轉(zhuǎn)換。數(shù)據(jù)處理階段將會(huì)對(duì)轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣,分析出最大值和最小值,將最大、最小值按血壓原理定為收縮壓和舒張壓,經(jīng)由單片機(jī)將其送到LED顯示器進(jìn)行顯示。2.3 血壓計(jì)測量與工作原理2.3.1 血壓測量的工作原理血壓的測量采用傳統(tǒng)的示波法4。當(dāng)袖帶壓力振蕩波的振幅達(dá)到最大時(shí),袖帶的壓力就是動(dòng)脈的平均壓。動(dòng)脈的收縮壓對(duì)應(yīng)于振幅包絡(luò)線的第一個(gè)拐點(diǎn),舒張壓對(duì)應(yīng)于包絡(luò)線的第二個(gè)拐點(diǎn)。收縮壓數(shù)值得確定:通常采用最大
12、的振幅法,氣袖在放氣過程中脈搏波振幅度包絡(luò)線的上升階段中,如果某一個(gè)脈搏波的幅度與Um之比時(shí),對(duì)應(yīng)的氣袖壓力便定義為收縮壓。計(jì)算公式為: (1)舒張壓數(shù)值的確定:與收縮壓不同的是在脈搏波振幅包絡(luò)線的下降段中,如果一個(gè)脈搏波的幅度與之比時(shí),對(duì)應(yīng)的氣袖壓力便定義為舒張壓。計(jì)算公式為: (2)圖4 血壓交直流信號(hào)及收縮壓和舒張壓位置首先找到最大振幅值 Amax 處,往前找到幅值為0. 5Amax的瞬態(tài)位置處,此位置所對(duì)應(yīng)的血壓直流分量的值定為收縮壓,往后找到幅值為0. 8Amax的瞬態(tài)位置處,此位置所對(duì)應(yīng)的血壓直流分量定為舒張壓,將計(jì)算出的收縮壓和舒張壓的值經(jīng)單片機(jī)的控制輸出到LED液晶顯示。2.3
13、.2 血壓計(jì)的工作原理當(dāng)袖帶充氣時(shí),袖帶內(nèi)部便會(huì)產(chǎn)生一定壓力,數(shù)字壓力傳感器NPC-1210感應(yīng)到該壓力時(shí),經(jīng)過放大以及濾波電路后,由單片機(jī)89C51的第1腳讀入,并進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。單片機(jī)在程序的控制下,嚴(yán)格按照NPC-1210壓力傳感器的要求的工作時(shí)序進(jìn)行讀寫控制,讀入信號(hào)后,對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算,然后經(jīng)LED數(shù)碼管液晶顯示模塊進(jìn)行顯示。3 硬件電路的設(shè)計(jì)3.1 MCS-51單片機(jī)的簡介及其電路設(shè)計(jì)3.1.1單片機(jī)的介紹MCS-51系列單片機(jī)是Intel公司生產(chǎn)的產(chǎn)品。MCS-51系列具有8位處理能力的CPU。128byte內(nèi)部數(shù)據(jù)讀寫存儲(chǔ)器,32位雙向輸入/輸出線,1個(gè)全雙工的異步串行口,2
14、個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器,5個(gè)中斷源2級(jí)中斷優(yōu)先級(jí),時(shí)鐘發(fā)生器,可尋址64KB程序存儲(chǔ)器和64KB外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器等部分9。圖5 MCS-51系列單片機(jī)的總體結(jié)構(gòu)OSCCPUROM中斷控制RAM定時(shí)器總線控制4*8 I/O串行口GNDGND1. 微處理器的組成及工作原理微處理器是單片機(jī)中實(shí)現(xiàn)運(yùn)算和控制的部件,由運(yùn)算器和控制器兩部分組成。(一) 運(yùn)算器運(yùn)算器主要實(shí)現(xiàn)對(duì)操作數(shù)的運(yùn)算、邏輯運(yùn)算和位運(yùn)算。運(yùn)算器通常由算術(shù)邏輯運(yùn)算部件、累加器、暫存器、程序狀態(tài)字、十進(jìn)制調(diào)整電路和布爾處理器等組成。(1)算數(shù)邏輯運(yùn)算部件(簡稱ALU),主要完成加、減、乘、除、加1(增量)、減1(減量)、十進(jìn)制調(diào)整等算數(shù)運(yùn)算,
15、也能完成位置、復(fù)位、取反等位操作,還能完成與、或、非等邏輯運(yùn)算,同時(shí)完成數(shù)據(jù)傳送的操作。(2)累加器(簡稱ACC),用于存放算術(shù)邏輯運(yùn)算部件需要運(yùn)算的操作數(shù),或者用于存放算數(shù)邏輯運(yùn)算部件運(yùn)算操作的結(jié)果。(3)暫存器(簡稱TMP),用于暫存算數(shù)邏輯運(yùn)算部件需要運(yùn)算的操作數(shù),使進(jìn)入算數(shù)邏輯運(yùn)算部件的兩個(gè)操作數(shù)能夠被同步地送到ALU的兩個(gè)入口進(jìn)行運(yùn)算。(4)程序狀態(tài)字(簡稱PSW),用于存儲(chǔ)程序運(yùn)行中的各種狀態(tài)信息。程序狀態(tài)字中每一位都可以用來代表某一種狀態(tài),由運(yùn)算器的過程或結(jié)果對(duì)其進(jìn)行設(shè)置和改變。P奇偶標(biāo)志位(D0)-表示累加器中的運(yùn)算結(jié)果中1的個(gè)數(shù)是奇數(shù)還是偶數(shù),結(jié)果中1的個(gè)數(shù)為奇數(shù)時(shí)置1,否則
16、為0.OV溢出標(biāo)志位(D2)-表示運(yùn)算結(jié)果是否溢出,即是否超出累加器可表示的帶符號(hào)數(shù)范圍(-128-+127),有溢出時(shí)OV置1,否則置0.RS1.RS2工作寄存器區(qū)選擇標(biāo)志位(D4.D3)-兩位組合用于指定4個(gè)工作寄存區(qū)之一,00表示1區(qū),01表示2區(qū),10表示3區(qū),11表示區(qū)。F0用戶標(biāo)志位(D5)-用于用戶自定義的狀態(tài)標(biāo)志。AC輔助進(jìn)位標(biāo)志(D6)-進(jìn)行8進(jìn)位數(shù)加減運(yùn)算時(shí),若低4位向高4位有進(jìn)位或借位時(shí),該位置1,否則置0。CY進(jìn)位標(biāo)志(D7)-進(jìn)位算數(shù)運(yùn)算時(shí),最高位有進(jìn)位或借位,該位置1,否則置0。(5)十進(jìn)制調(diào)整電路,用于對(duì)采用BCD碼表示的操作數(shù)在進(jìn)行了二進(jìn)制運(yùn)算后的結(jié)果進(jìn)行調(diào)整,
17、使其運(yùn)算的結(jié)果仍然保持為BCD碼的形式。(6)布爾處理器,用于實(shí)現(xiàn)位操作和邏輯運(yùn)算。位操作和邏輯運(yùn)算都是以位為單位進(jìn)行運(yùn)算的,通過布爾處理器可以進(jìn)行二進(jìn)制位的置位(置1)、復(fù)位(置0)、取反、二進(jìn)制數(shù)的與(邏輯乘)、或(邏輯加)、非(邏輯反)運(yùn)算。2.控制器(1)程序計(jì)數(shù)器PC,用于存放下一條要讀取的指令的程序存儲(chǔ)地址。讀取指令時(shí),PC將其保存的地址輸出到程序存儲(chǔ)器,在選通信號(hào)的控制下,將指定地址單元的內(nèi)容讀出。同時(shí)對(duì)程序計(jì)數(shù)器PC自動(dòng)加1,生成下一個(gè)程序存儲(chǔ)器地址。(2)指令寄器IR,用于存放從程序存儲(chǔ)器中讀出并將該指令送到指令譯碼。(3)指令譯碼器ID,用于對(duì)指令寄存器中的指令進(jìn)行譯碼,產(chǎn)
18、生各種控制信號(hào),控制單片機(jī)的各個(gè)部件正常工作。(4)數(shù)據(jù)指針DPTR,用于存放片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址或I/O端口地址。數(shù)據(jù)指針DPTR是16位的地址寄存器,用于指出片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或I/O端口的地址,并且用戶可以直接訪問,可以作為兩個(gè)8位寄存器被訪問,其中DPL是DPTR的低8位,DPH是DPTR的高8位。(5)堆棧指針SP,用于存放堆棧存儲(chǔ)區(qū)的當(dāng)前單元地址。能夠在堆棧操作時(shí)自動(dòng)進(jìn)行加1和減1的操作,以改變棧頂單元的地址,保證進(jìn)出棧操作的正常進(jìn)行。棧是按后進(jìn)先出的原則進(jìn)行操作的存區(qū),用于保存一些特殊的信息。堆棧存區(qū)設(shè)置在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū),棧頂位置由堆棧指針SP中存放的8位地址指出。進(jìn)棧時(shí)SP內(nèi)容自動(dòng)加1,
19、出棧時(shí)SP內(nèi)容自動(dòng)減1.系統(tǒng)復(fù)位后,SP的值為07H。(6)時(shí)鐘發(fā)生器、定時(shí)控制邏輯、復(fù)位電路,用于產(chǎn)生微處理器工作所需要的時(shí)序信號(hào),并通過時(shí)序信號(hào)的同步,產(chǎn)生系統(tǒng)控制所需要的各類控制信號(hào),以保證系統(tǒng)有序地運(yùn)行。3. 存儲(chǔ)器(1)程序存儲(chǔ)器 程序存儲(chǔ)器的地址通過16位的程序計(jì)數(shù)器PC提供,尋址空間為64KB。在使用片外程序存儲(chǔ)器時(shí),程序計(jì)數(shù)器PC提供的地址經(jīng)P0和P2兩個(gè)8位端口送出,供片外程序存儲(chǔ)器使用。 處理器通過EA 引腳輸入的電平來確定使用片外程序存儲(chǔ)器還是片內(nèi)程序存儲(chǔ)器。當(dāng)EA 引腳輸入的電平為高電平時(shí),系統(tǒng)默認(rèn)使用片內(nèi)程序存儲(chǔ)器,只有當(dāng)使用的地址超出片內(nèi)程序存儲(chǔ)器地址范圍時(shí),才會(huì)轉(zhuǎn)
20、向片外程序存儲(chǔ)器。而當(dāng)EA 引腳輸入的電平為低電平時(shí),無論是否有片內(nèi)程序存儲(chǔ)器,系統(tǒng)都將只使用片外程序存儲(chǔ)器。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(2)包括片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器,采用各自獨(dú)立的編址方式。 片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的地址通過數(shù)據(jù)指針DPTR或寄存器R0、R1,以間接尋址的方式提供16位地址,經(jīng)P0、P2端口送出,實(shí)現(xiàn)64KB的尋址空間。 片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)空間為256B,采用8位地址編碼,通過相應(yīng)的指令直接訪問。片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器可以分為工作寄存區(qū)、位尋址區(qū)、數(shù)據(jù)區(qū)、特殊功能寄存區(qū)等部分。4、輸入輸出控制(1)P0口 P0口是8位的三態(tài)I/O口,具有兩種工作方式:一般輸入/輸出端口方式和地址/數(shù)據(jù)端口方式,
21、在單片機(jī)無外部地址需求的情況下,P0口可作為一般輸入/輸出端口使用。通過控制信號(hào)為0使多路電子開關(guān)MUX接通內(nèi)部鎖存器,鎖存器中的數(shù)據(jù)被輸出到端口的引腳。輸入時(shí),端口引腳的數(shù)據(jù)直接被讀入內(nèi)部數(shù)據(jù)總線,為保證輸入數(shù)據(jù)的可靠,內(nèi)部鎖存器必須置1.在這種工作方式下,端口的引腳必須外接510千歐的上拉電阻,以保證1的正常輸出。(2)P1口 P1口是準(zhǔn)雙向I/O口,它的每一位都可以被定義為輸入或輸出。 輸出時(shí)將數(shù)據(jù)寫入鎖存器,鎖存器的內(nèi)容被直接送出引腳。輸入時(shí),必須先將鎖存器的值置1,使場效應(yīng)管截止,引腳的數(shù)據(jù)直接被讀入內(nèi)部數(shù)據(jù)總線。P1端口的位結(jié)構(gòu)如下圖所示:D Q P1.X 鎖存器CL Q P1.X
22、內(nèi)部總線寫入控制讀引腳讀鎖存 圖6 P1 口位結(jié)構(gòu)UCC內(nèi)部上拉(3)P2口 P2口是準(zhǔn)雙向I/O,具有兩種功能。既可以作為一般的輸入輸出口使用,也可以作為外部存儲(chǔ)器的地址輸出端口使用。 P2口的位結(jié)構(gòu)如下圖所示:D Q P0.X 鎖存器CL Q P2.X內(nèi)部總線寫入控制讀引腳讀鎖存地址/數(shù)據(jù)控制 圖7 P2 口位結(jié)構(gòu)UCC內(nèi)部上拉MUX(4)P3口P3口是準(zhǔn),雙向多功能I/O,既可以作為一般的輸入輸出端口使用,也可以作為特殊功能I/O口使用。P3口的位結(jié)構(gòu)如圖所示:D Q P0.X 鎖存器CL Q P3.X內(nèi)部總線寫入控制讀引腳讀鎖存交替輸出功能 圖8 P3 口位結(jié)構(gòu)UCC內(nèi)部上拉交替輸入功
23、能P3口各位的特殊功能如表所示: P3.0 RXD(串行輸入口)P3.1 TXD(串行輸出口)P3.2 /INT0(外部中斷0)P3.3 /INT1(外部中斷1)P3.4 T0(記時(shí)器0外部輸入)P3.5 T1(記時(shí)器1外部輸入)P3.6 /WR(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通)P3.7 /RD(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通)3.1.2 單片機(jī)電路設(shè)計(jì)1. MCS51單片機(jī)的復(fù)位電路系統(tǒng)復(fù)位是任何微機(jī)系統(tǒng)執(zhí)行的第一步,它能使整個(gè)控制芯片回到默認(rèn)的硬件初始狀態(tài)下。復(fù)位對(duì)單片機(jī)來說,就是回到初始狀態(tài),程序計(jì)數(shù)器賦值0000H,為程序運(yùn)行做好準(zhǔn)備工作。單片機(jī)復(fù)位后程序計(jì)數(shù)器值變?yōu)?000H,即程序?qū)?地址開始執(zhí)行。
24、程序狀態(tài)寄存器PSW清零,自動(dòng)選擇0工作寄存器區(qū)。堆棧指針設(shè)定為07H,定時(shí)器/計(jì)數(shù)器設(shè)定為方式0,并將計(jì)數(shù)器初值置0。中斷全部禁止,各中斷源的優(yōu)先級(jí)均為0,4個(gè)端口的鎖存器全部置1,并處于輸入狀態(tài)10。在單片機(jī)的RST引腳上加上高電平并保持兩個(gè)機(jī)器周期(24個(gè)時(shí)鐘振蕩周期),就可以完成復(fù)位操作。這種復(fù)位電路的工作原理是;通電時(shí),電容兩端相當(dāng)于是短路,于是RST引腳上為高電平,然后電源通過電阻對(duì)電容充電,RST端電壓慢慢下降,經(jīng)過一段時(shí)間,達(dá)到低電平,單片機(jī)開始正常工作。根據(jù)實(shí)際操作的經(jīng)驗(yàn),下圖為復(fù)位電路的電容、電阻參考值分別為C=10uF,R1=1千歐,R2=10千歐。C+5VRSTMCS-
25、51系列R2R1 圖9 單片機(jī)的復(fù)位電路2.單片機(jī)的時(shí)鐘電路:XTAL2(18引腳);單片機(jī)內(nèi)部振蕩電路反相放大器的輸出端。XTAL1(19腳):單片機(jī)內(nèi)部振蕩電路反相放大器的輸入端。由于內(nèi)部振蕩器方式所得的時(shí)鐘信比較穩(wěn)定,因此在實(shí)用電路中使用的比較多。其中,電容器C1、C2起穩(wěn)定振蕩頻率、快速起振的作用,其電容值一般為530pF,典型值為30 pF,晶體振蕩器頻率f(osc)的范圍是1.212MHZ.單片機(jī)以晶體振蕩器的振蕩周期(或外部引入的時(shí)鐘周期)為最小的時(shí)序單位,振蕩頻率二分頻后形成狀態(tài)周期或稱S周期,所以,1個(gè)狀態(tài)周期包含有2個(gè)振蕩周期。將振蕩頻率f(osc)進(jìn)行12分頻后形成機(jī)器周
26、期MC,故1個(gè)機(jī)器周期包含6個(gè)狀態(tài)周期或12個(gè)振蕩周期。執(zhí)行一條指令的時(shí)間叫做指令周期。8051單片機(jī)指令系統(tǒng)中,各條指令的執(zhí)行時(shí)間在14個(gè)機(jī)器周期之間。XTAL1 MCS51XTAL2C1晶振C1圖10 內(nèi)部振蕩方式電路接法3.2 傳感器簡介以及外接電路的設(shè)計(jì)3.2.1 傳感器介紹本次設(shè)計(jì)我選用NPC-1210系列固態(tài)壓力傳感器,因?yàn)樗臏?zhǔn)確度高,且輸出信號(hào)為0100mV 。它的壓力接口和引腳結(jié)構(gòu)提供了優(yōu)良的靈活性,尤其是在壓力連接方向要求嚴(yán)格的應(yīng)用中。NPC1210壓力傳感器是基于美國GE公司NovaSensor先進(jìn)的SenTable壓電電阻技術(shù)。最新硅片微機(jī)械技術(shù)被應(yīng)用于壓阻應(yīng)變片被離子
27、注入在惠斯通橋路結(jié)構(gòu)內(nèi)。NPC1210壓力傳感器具有優(yōu)良的溫度特性,溫度補(bǔ)償范圍為060。它將一個(gè)增益設(shè)置電阻集成在傳感器內(nèi),使傳感器可以互換。 技術(shù)指標(biāo): 類 型:表壓,絕壓,差壓 量 程:10"H2O,01,2,5,15,30,50,100psi 非 線 性:±0.1%非線性 輸 出:0100mV 供電電源:1.5mA 工作溫度:-40125 電氣連接:PC板安裝特點(diǎn):恒流供電,溫度補(bǔ)償(060),滿量程輸出100mV,±0.1%準(zhǔn)確度,可互換性。 典型應(yīng)用:電子血壓計(jì)檢定儀,血壓計(jì)標(biāo)準(zhǔn)器,血壓計(jì)智能標(biāo)準(zhǔn)器,血壓計(jì)校驗(yàn)儀,醫(yī)療器械(呼吸機(jī),監(jiān)護(hù)儀),氣體流量測
28、量,供暖,制冷,過程控制5。圖11 NPC1210壓力傳感器外觀圖NPC1210壓力傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要包括4部分:多路分配器;模/數(shù)轉(zhuǎn)換器;微控控制;模/數(shù)轉(zhuǎn)換器 圖12 NPC1210壓力傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖圖13 傳感器電路原理圖壓力傳感器的工作原理:當(dāng)電源電壓=15V,由于電容器C4對(duì)直流電隔離,在分析電路時(shí)可以忽略將其去除,此支路為開路。電阻R40與電阻R23串聯(lián)分壓,所以5點(diǎn)的電位=3V,根據(jù)理想集成運(yùn)算放大器“虛短”原理,7點(diǎn)電位也為3V。然后經(jīng)過電橋,最后經(jīng)集成運(yùn)放進(jìn)行電壓的放大,由于是單臂橋路變化,最后輸出電壓為Uout=,應(yīng)變片電阻100,120,160三個(gè)取值,其中以120最為
29、常見,這里我們?nèi)?。?jīng)放大電路的放大作用,放大倍數(shù)為,最終結(jié)果為,應(yīng)變片應(yīng)變與電阻改變的關(guān)系為,根據(jù)所選材料取我們可取S為,由于在5V變化,把5V最大值代入得到F的最大值為80N,所以得到量程為0-80N6。3.2.2 傳感器與單片機(jī)連接的電路設(shè)計(jì)NPC1210的外圍引腳共有8個(gè),其中5個(gè)為空腳,工作電壓為正5負(fù)。壓力傳感器腳引與單片機(jī)Vcc引腳相接引入正5v電壓,壓感引腳與單片機(jī)的P1.0引腳相接,將測的的數(shù)字電壓信號(hào)傳入單片機(jī)。GND引腳為壓力傳感器的接地腳7。圖14 NPC1210與單片機(jī)的連接電路原理圖3.3 模數(shù)轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)3.3.1 A/D轉(zhuǎn)換原理本設(shè)計(jì)以MCS-51單片機(jī)為核心部件
30、,內(nèi)與ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行連接,它是一種8位逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器,內(nèi)部具有8通道多路轉(zhuǎn)換開關(guān),可以直接對(duì)8路05V電壓模擬量進(jìn)行轉(zhuǎn)換,精度,速度,價(jià)格適中. ADC0809每采集一次可需要100us,采用中斷方式讀入結(jié)果,經(jīng)A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束后會(huì)自動(dòng)產(chǎn)生EOC 信號(hào),將其與CPU 的外部中斷相接,便可采集到數(shù)據(jù)。ADC0809的工作過程:首先用指令選擇IN0-IN7其中一個(gè)模擬輸入通道,當(dāng)執(zhí)行MOVX DPTR,A時(shí),便會(huì)產(chǎn)生脈沖給START引腳,開始對(duì)選中通道轉(zhuǎn)換。當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束后便會(huì)發(fā)出結(jié)束信號(hào),該信號(hào)可以作為中斷申請(qǐng)信號(hào),當(dāng)讀允許信號(hào)讀到EOC端有高電平,則可以讀出轉(zhuǎn)換的數(shù)字量,利用
31、MOVX A,DPTR把該通道轉(zhuǎn)換結(jié)果讀到累加器A中8。圖15 A/D轉(zhuǎn)換器原理圖3.3.2 ADC0809與MCS51單片機(jī)的連接ADC0809與MCS51單片機(jī)的連接如圖下圖所示ALEP0MCS-51P3 INTO鎖存器D7-D0>=1RDP1.7WRADC0809ENABLESTARTEOC>=1圖16 ADC0809與MCS-51單片機(jī)的連接3.4 液晶顯示模塊電路設(shè)計(jì)3.4.1數(shù)碼管顯示模塊的設(shè)計(jì)LED顯示模塊內(nèi)部采用6位8段數(shù)碼管,只要按地址輸出相應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)據(jù),就可以實(shí)現(xiàn)單片機(jī)對(duì)顯示器的控制。顯示共有6 位,用動(dòng)態(tài)方式顯示。8 位段碼、6 位位碼是由兩片74LS374
32、邏輯元器件進(jìn)行控制輸出。位碼經(jīng)MC1413倒相驅(qū)動(dòng)后,選擇相應(yīng)顯示位11。 圖17 LED內(nèi)部數(shù)碼管及其鍵盤接線圖3.4.2 LED顯示器與單片機(jī)的連接電路設(shè)計(jì)第1腳:VSS為地電源第2腳:V0為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端,接正電源時(shí)對(duì)比度最弱,接地電源時(shí)對(duì)比度最高,對(duì)比度過高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鬼影”,使用時(shí)可以通過一個(gè)10K的電位器調(diào)整對(duì)比度第3腳:VDD接5V正電源第 411腳:D0D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。第12 腳:PS為寄存器選擇,高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時(shí)選擇指令寄存器。第13腳:PR為讀寫信號(hào)線,高電平時(shí)進(jìn)行讀操作,低電平時(shí)進(jìn)行寫操作。當(dāng)RS和RW共同為低電平時(shí)可以寫入指令或者顯示地址,當(dāng)
33、RS為低電平RW為高電平時(shí)可以讀忙信號(hào),當(dāng)RS為高電平RW為低電平時(shí)可以寫入數(shù)據(jù)。第 14腳:E端為使能端,當(dāng)E端由高電平跳變成低電平時(shí),液晶模塊執(zhí)行命令。液晶顯示模塊數(shù)字信號(hào)從單片機(jī)的P0.0-P0.7口引出,分別對(duì)應(yīng)的接液晶顯示模塊DM-162的D0-D7端口,完成數(shù)據(jù)傳輸,液晶顯示模塊的控制引腳RS、PR、E分別接到89C51的P3.5、P3.6、P3.7口,以實(shí)現(xiàn)微處理器對(duì)液晶顯示模塊的控制12。接法如下圖:圖18 液晶顯示模塊電路4 系統(tǒng)流程圖以及程序的設(shè)計(jì)4.1 單片機(jī)主程序流程圖主程序流程13圖19 主程序流程圖4.2 數(shù)據(jù)采集流程圖對(duì)于數(shù)據(jù)采集我用A/D0809芯片來完成, A
34、/D初始化后,便可以將某一通道輸入的07模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的數(shù)字量,然后再其結(jié)果存入存儲(chǔ)器的指定單元中??梢圆捎贸绦虿樵兎绞?,延時(shí)等待方式和中斷方式14。流程圖,如圖204.3 數(shù)據(jù)顯示流程圖在測量過程需要顯示當(dāng)前壓力值、漏氣速率;測量結(jié)束后以動(dòng)態(tài)方式顯示收縮壓、舒張壓及心率;血壓計(jì)校準(zhǔn)時(shí)需顯示當(dāng)前壓力值、漏氣速率15。流程圖如圖21清讀數(shù)據(jù)輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換 數(shù)據(jù)初始化N圖20 數(shù)據(jù)采集流程圖修改顯示位置調(diào)Drcommand數(shù)據(jù)送P1口調(diào)RESETY開始 轉(zhuǎn)換完畢?N數(shù)據(jù)傳完送了?Y RET 圖21 數(shù)據(jù)顯示流程圖 4.4. 電子血壓計(jì)運(yùn)作程序設(shè)計(jì)DAT EQU P1.0;ORG 000
35、0H;LJMP START;ORG 0030H;START: LCALL NPC-1210 ;調(diào)用NPC-1210 LCALL LCD1602 ;調(diào)用LCD1602 SJMP STARTRD18B20:LCALL INITLCALL GETWD REETINIT: CLR EA ;將總中斷關(guān)閉INI10: SETB DAT ;P1.0改為輸入MOV R2,200INI11: CLR DATDJNZ R2,INI11 ;主機(jī)發(fā)復(fù)位脈沖持續(xù)3s×200=600sSETB DAT ; MOV R2,30IN12: DJNZ R2,INI12 ;NPC-1210等待2s×30=60
36、sCLR CORL C,DAT ;NPC-1210數(shù)據(jù)線存在脈沖嗎JC INI10 ;NPC-1210未準(zhǔn)備好,重新初始化MOV R6,80INI13: ORL C,DATJC INI14 ;NPC-1210數(shù)據(jù)線變高,初始化完成DJNZ R6,INI13 ;數(shù)據(jù)線低電平可持續(xù)3s×80=240sSJMP INI10 ;初始化失敗,重新初始化INI14: MOV R2,240IN15: DJNZ R2,INI15 ;NPC-1210應(yīng)答最少2s×240=480sRET WRITE: CLR EAMOV R3,8 ;寫一個(gè)字節(jié)時(shí),循環(huán)8次WR11: SETB DATMOV R
37、4,8RRC A ;寫入位從A中轉(zhuǎn)移到CYCLR DATWR12: DJNZ R4,WR12 ;等待16sMOV DAT, C ;命令字按位依次送給到NPC-1210MOV R4,20WR13: DJNZ R4,WR13 ;使得寫過程將會(huì)持續(xù)60sDJNZ R3,WR11 ;未送完一個(gè)字節(jié)繼續(xù)SETB DATRET ; READ: CLR EAMOVR6,8 ;循環(huán)8次,讀一個(gè)字節(jié)RD11: CLR DATMOV R4,4NOP ;低電平將會(huì)持續(xù)2sSETB DAT ;將口線設(shè)為輸入RD12: DJNZ R4,RD12 ;等待8sMOV C,DAT ;主機(jī)按位依次讀入NPC-1210的數(shù)據(jù)RR
38、C A ;讀取的數(shù)據(jù)移入AMOV R5,30RD13: DJNZ R5,RD13 ;使得讀過程持續(xù)60sDJNZ R6,RD11 ;讀完一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)后,存入A中SETB DATRET 結(jié) 論課題的設(shè)計(jì)不僅增強(qiáng)了自己對(duì)單片機(jī)知識(shí)更深一步的學(xué)習(xí),而且也含有許多其它各科的內(nèi)容(傳感器技術(shù)、模/數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)、醫(yī)學(xué)器械等)。完成這個(gè)課題后我得出如下結(jié)論:一、傳統(tǒng)的血壓計(jì)操作比較復(fù)雜,測量精度較低,而且受環(huán)境的影響較大。在使用時(shí),需要用一個(gè)準(zhǔn)確的汞柱血壓計(jì)一同校核,專業(yè)性較強(qiáng)。為了讓每個(gè)血壓計(jì)使用者更方便的使用與維護(hù)血壓計(jì),我們設(shè)計(jì)了一臺(tái)操作便捷,測量精確,無需維護(hù)的智能型測量血壓的裝置,加入了現(xiàn)如今較為
39、火熱的電子技術(shù):以數(shù)字壓力傳感器NPC1210測得血壓值,再將血壓數(shù)據(jù)通過ADC0809數(shù)模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào),傳入89C51單片機(jī),然后由單片機(jī)控制,經(jīng)主程序處理數(shù)據(jù)之后,在液晶顯示器上把數(shù)據(jù)顯示出來。二、該血壓計(jì)在投入生產(chǎn)中會(huì)比傳統(tǒng)血壓計(jì)的成本價(jià)較高,而且壞后進(jìn)行維修也比傳統(tǒng)血壓計(jì)較為知識(shí)化,維修點(diǎn)較少。三、該血壓計(jì)以后研究的方向:該血壓計(jì)的硬件對(duì)信號(hào)的具體處理、與傳輸并不完善(如單片機(jī)的各個(gè)模塊對(duì)血壓信號(hào)的具體處理、壓力傳感器如何采集信號(hào)、傳送信號(hào)),這是將來的研究方向。 最后,經(jīng)過這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)鍛煉了我對(duì)知識(shí)的運(yùn)用能力以及全面考慮問題的能力。相信通過這次課題將會(huì)對(duì)我以后的學(xué)習(xí)及工作都
40、會(huì)有很大幫助。做這個(gè)設(shè)計(jì)中,我學(xué)會(huì)了很多以前沒學(xué)過的知識(shí),也鞏固了很多以前沒學(xué)好的知識(shí),參考文獻(xiàn)1 王吉云.高血壓患者救診答疑.人民衛(wèi)生出版社,2011.813 2 崔桂華,萬兆強(qiáng),金少華 .高血壓的自我療法 .中國中醫(yī)藥出版社 ,2003. 373 胡大一,鐘南.高血壓知識(shí)問答.科學(xué)出版社 ,2008. 22244 朱鼎良.血壓和血壓測量.人民軍醫(yī)出版社 ,2010. 12145 鐵道部科研編 .電阻應(yīng)變式壓力傳感器.人民鐵道出版社 ,2006. 13156 王忠誠,孫唯真.電子電路及元器件入門教程.電子工業(yè)出版社,2010. 12147 周國祥.微機(jī)原理與接口技術(shù).中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社,
41、2010. 36388 陸志良.貼片數(shù)模轉(zhuǎn)換器件集成電路速查手冊.人民郵電出版社 2008.469 許寶發(fā).新編高級(jí)電工簡明讀本.上??茖W(xué)技術(shù)出版社,2006. 8911210 胡長勝.單片機(jī)原理及應(yīng)用.高等教育出版社,2005.232411 靳桅,鄔芝權(quán),李騏.基于51系列單片機(jī)的LED顯示屏開發(fā)技術(shù).北京航空航天大學(xué)出版社,2011.151912張新德,張?jiān)评?圖說液晶顯示器原理與維修.機(jī)械工業(yè)出版社,2011. 171813范紅剛,魏學(xué)海,任思璟.5單片機(jī)自學(xué)筆記.北京航空航天大學(xué)出版社,2010. 565714 紀(jì)宗南.集成A/D轉(zhuǎn)換器應(yīng)用技術(shù)和實(shí)用線路.中國電力出版社,2009. 3
42、33415 黃子強(qiáng).工業(yè)研究生系列規(guī)劃教材液晶顯示原理.機(jī)械工業(yè)出版社,2008.6768Based on single-chip electronic blood pressure meter designGu Bin(Mechanical and Electronic Engineering Department of Dezhou University, Dezhou Shandong, )Abstract:With the rapid development of modern society, improving the quality of people's lives,
43、bringing unhealthy diets and patterns of life, resulting in the emergence of more and more diseases. Among them, hypertension is known as the first human-invisible killer, seen its terrible. Portable home blood pressure monitors, non-medical professionals can also be easy to operate. With the popularity of home health care, this blood pressure monitor in the market to be developed. In the past, blood pressure measurement had to go to the hospital to have this blood pressure monitor, a
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