基于單片機(jī)的便攜式心率測(cè)試儀的設(shè)計(jì)

本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的便攜式心率測(cè)試儀的設(shè)計(jì)院部名稱：專業(yè)班級(jí)：學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師：職稱：講師PortableHeartRateMeasuringInstrumentBasedonMCUMeasurement&controltechnologyandinstruments隨著生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)的發(fā)展,醫(yī)學(xué)信號(hào)測(cè)量?jī)x器日新月異。生物醫(yī)學(xué)測(cè)量與臨床醫(yī)學(xué)和保健醫(yī)療的聯(lián)系日益緊密。通過對(duì)人體各種生理信號(hào)的檢測(cè),能更好的認(rèn)識(shí)人體的生命現(xiàn)象。脈象包含豐富的人體健康狀況信息,脈診技術(shù)應(yīng)客觀化、定量化。本設(shè)計(jì)利用光電式傳感器,設(shè)計(jì)脈搏信號(hào)獲取的方法。本設(shè)計(jì)主要是基于單片機(jī)的便攜式脈搏測(cè)試儀的具體實(shí)現(xiàn)方法，利用光電傳感器產(chǎn)生脈沖信號(hào)，經(jīng)過放大整形后，輸入單片機(jī)內(nèi)進(jìn)行相應(yīng)的控制，從而測(cè)量出一分鐘內(nèi)的脈搏跳動(dòng)次數(shù)，快捷方便。通過觀測(cè)脈搏信號(hào)，可以對(duì)人體的健康進(jìn)行檢查，通常被用于保健中心和醫(yī)院。本設(shè)計(jì)所設(shè)計(jì)的基于單片機(jī)的便攜式心率測(cè)試儀對(duì)推進(jìn)脈診技術(shù)客觀化的實(shí)現(xiàn)具有積極的促進(jìn)作用。ABSTRACT

Keywords:MCU；TOC\o"1-4"\h\z\u摘要 IAbstract……………………II第1章引言 11.1概述 11.2基于單片機(jī)的心率測(cè)試儀的發(fā)展與應(yīng)用 21.3本設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 3第2章整體方案分析 42.1任務(wù) 42.2要求 42.3設(shè)計(jì)時(shí)要考慮的問題 42.3.1環(huán)境光對(duì)脈搏傳感器測(cè)量的影響 42.3.2電磁干擾對(duì)脈搏傳感器的影響 42.3.3測(cè)量過程中運(yùn)動(dòng)噪聲的影響 52.4系統(tǒng)基本方案 52.4.1脈搏傳感器的選擇 52.4.2單片機(jī)部分的選擇…………72.4.3顯示部分的選擇 72.5整體方案 72.6本章小結(jié)……………………...…..8第3章硬件電路設(shè)計(jì)分析 93.1控制器 93.1.1AT89S51簡(jiǎn)介……………..………………93.1.2AT89S51的特點(diǎn)…..……93.1.3AT89S51的結(jié)構(gòu) 103.2脈搏信號(hào)采集 123.2.1光電傳感器的結(jié)構(gòu)及原理 123.2.2信號(hào)采集電路 133.3信號(hào)放大電路 133.4波形整形電路 143.5單片機(jī)處理電路 153.6顯示電路 163.7報(bào)警電路 173.8本章小結(jié) 17第4章軟件系統(tǒng) 184.1主程序流程 184.2定時(shí)器中斷程序流程 194.3INT中斷程序流程 204.4顯示程序流程 204.5蜂鳴器報(bào)警流程 214.6本章小結(jié) 22結(jié)束語(yǔ) 23參考文獻(xiàn) 25致謝 27附錄 28附錄A整體硬件電路圖 28附錄B程序 29附錄C外文翻譯 34心腦血管疾病是當(dāng)今全球死亡率最高的疾病，是21世紀(jì)人類健康的頭號(hào)殺手。多年來，心率測(cè)試儀在心腦血管疾病的研究和診斷方面發(fā)揮出顯著的作用，它記錄的心臟活動(dòng)時(shí)的生物電信號(hào)，已成為臨床診斷的重要依據(jù)。臨床上使用的心電監(jiān)護(hù)儀雖然功能強(qiáng)大，測(cè)量精度高，但因?yàn)閮r(jià)格高昂，不利于家庭的普及。就算是在醫(yī)院，護(hù)士每天監(jiān)控病人病情而進(jìn)行的心率測(cè)試也是常用手測(cè)。正常人的心率和脈搏跳動(dòng)的次數(shù)是一樣的，因此可以用測(cè)脈搏的方法來測(cè)心率。醫(yī)院的護(hù)士每天都要給住院的病人把脈，并記錄病人每分鐘脈搏數(shù)，從而達(dá)到測(cè)試心率的目的，他們一般的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。隨著科技發(fā)展的不斷提高，生命科學(xué)和信息科學(xué)的結(jié)合越來越緊密，出現(xiàn)了各種新穎的脈搏測(cè)量?jī)x器，特別是電子脈搏儀的出現(xiàn)，使脈搏測(cè)量變得非常方便。從脈搏波中提取人體的生理病理信息作為臨床診斷和治療的依據(jù)，歷來都受到中外醫(yī)學(xué)界的重視。幾乎世界上所有的民族都用過“摸脈”作為診斷疾病的手段。脈搏波所呈現(xiàn)出的形態(tài)(波形)、強(qiáng)度(波幅)、速率(波速)和節(jié)律(周期)等方面的綜合信息，在很大程度上反映出人體心血管系統(tǒng)中許多生理病理的血流特征,因此對(duì)脈搏波采集和處理具有很高的醫(yī)學(xué)價(jià)值和應(yīng)用前景。本系統(tǒng)采用AT89S51單片機(jī)為核心而制作的一種實(shí)用型脈搏測(cè)量?jī)x。采用光電脈搏傳感器作為傳感器對(duì)人體的脈搏進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。得到的信號(hào)送入AT89S51單片機(jī)進(jìn)行處理。單片機(jī)將采集到的脈搏數(shù)在數(shù)碼管上實(shí)時(shí)顯示出來，同時(shí)還設(shè)置了脈搏測(cè)量?jī)x的上下限報(bào)警電路。本設(shè)計(jì)首先描述本設(shè)計(jì)的整體思路，然后介紹各個(gè)部分設(shè)計(jì)中的細(xì)節(jié)問題，最后提出一些完善本設(shè)計(jì)的改進(jìn)意見。便攜式心率測(cè)試儀攜帶方便并且能準(zhǔn)確快速地測(cè)試心率，這是我們?cè)诩抑芯涂梢詼y(cè)試心率從而能檢測(cè)是否患有一些心血管疾病，做到早發(fā)現(xiàn)。他還可以供運(yùn)動(dòng)員使用以檢測(cè)身體狀態(tài)，當(dāng)能護(hù)士使用它可以節(jié)省大量的時(shí)間并大大的提高了測(cè)試心率的準(zhǔn)確性。人體心室周期性的收縮和舒張導(dǎo)致主動(dòng)脈的收縮和舒張，是血流壓力以波的形式從主動(dòng)脈根部開始沿著整個(gè)動(dòng)脈系統(tǒng)傳播，這種波成為脈搏波。從脈搏波中提取人體的心理病理信息作為臨床診斷和治療的依據(jù)，歷來都受到中外醫(yī)學(xué)界的重視。脈搏波所呈現(xiàn)出的形態(tài)(波形)、強(qiáng)度(波幅)、速率(波速)和節(jié)律(周期)等方面的綜合信息，在很大程度上反映出人體心血管系統(tǒng)中許多生理病理的血流特征,因此對(duì)脈搏波采集和處理具有很高的醫(yī)學(xué)價(jià)值和應(yīng)用前景。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，脈搏測(cè)量技術(shù)也越來越先進(jìn)，對(duì)脈搏的測(cè)量精度也越來越高，國(guó)內(nèi)外先后研制了不同類型的脈搏測(cè)量?jī)x，而其中關(guān)鍵是對(duì)脈搏傳感器的研究。而由于脈搏傳感器的不同，現(xiàn)今市場(chǎng)上的脈搏測(cè)試儀的脈率采集主要有三種方法：采用一對(duì)紅色發(fā)光二極管實(shí)現(xiàn)、采用反射式的紅外管實(shí)現(xiàn)和采用壓電陶瓷芯片實(shí)現(xiàn)。近年來國(guó)內(nèi)外致力于開發(fā)無創(chuàng)非接觸式的傳感器，這類傳感器的重要特征是測(cè)量的探測(cè)部分不侵入機(jī)體，不造成機(jī)體創(chuàng)傷，能夠自動(dòng)消除儀表自身系統(tǒng)的誤差，測(cè)量精度高，通常在體外，尤其是在體表間接測(cè)量人體的生理和生化參數(shù)。本設(shè)計(jì)采用的光電式脈搏傳感器是根據(jù)光電容積法制成的脈搏傳感器。它是采用一對(duì)紅色發(fā)光二極管進(jìn)行脈率的采集，而它的測(cè)量位置一般是耳垂或手指。通過對(duì)手指末端透光度的監(jiān)測(cè)，間接檢測(cè)出脈搏信號(hào)。具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、無損傷、精度高、可重復(fù)使用等優(yōu)點(diǎn)。雖然手指上的汗腺較多，指夾常年使用，污染可能會(huì)使測(cè)量靈敏度下降，但只要注意清理，測(cè)量的準(zhǔn)確性還是非常高的；耳脈測(cè)量比較干凈，傳感器使用環(huán)境污染少，容易維護(hù)。但因耳脈較弱，尤其是當(dāng)季節(jié)變化時(shí)，所測(cè)信號(hào)受環(huán)境溫度影響明顯，造成測(cè)量結(jié)果不準(zhǔn)確。脈搏測(cè)量?jī)x的發(fā)展主要向以下幾個(gè)趨勢(shì)發(fā)展：1、自動(dòng)測(cè)量脈搏并且對(duì)所得到的脈搏進(jìn)行自動(dòng)分析目前很多脈搏測(cè)量?jī)x都具有檢測(cè)血氧等其他的功能，但是對(duì)這些信號(hào)的分析和診斷還需要一些有經(jīng)驗(yàn)的醫(yī)生觀察，進(jìn)行分析后才能確認(rèn)結(jié)果，浪費(fèi)大量的人力，且由人為引入的誤差較大。因此，未來脈搏自動(dòng)檢測(cè)的內(nèi)容將更加詳細(xì)，自動(dòng)分析診斷功能也更強(qiáng)大。2、數(shù)字化技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用隨著數(shù)字科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，脈搏測(cè)量?jī)x集成度將更高，更便于攜帶。數(shù)字信號(hào)處理的運(yùn)用將使干擾更小，測(cè)量更為準(zhǔn)確。3、多功能化越來越明顯目前的脈搏測(cè)量?jī)x，一般都具有測(cè)試血氧，心電圖等等功能，單純的脈搏測(cè)量?jī)x已經(jīng)很少見。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，脈搏測(cè)量?jī)x必然可以實(shí)現(xiàn)更多的功能。本設(shè)計(jì)以單片機(jī)為核心，由光電傳感器采集脈搏信號(hào)。經(jīng)過前置放大電路、濾波電路、積分和比較電路后得到與脈搏相關(guān)的脈沖信號(hào)。該脈沖信號(hào)作為中斷信號(hào)交由單片機(jī)進(jìn)行買長(zhǎng)周期的計(jì)算。然后得到每分鐘的脈搏搏動(dòng)次數(shù)（即心率），并在數(shù)碼管上顯示心率。

本設(shè)計(jì)的工作是圍繞著光電傳感器檢測(cè)脈搏波而單片機(jī)進(jìn)行控制進(jìn)行的。本設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)內(nèi)容安排如下：

第一章為引言。簡(jiǎn)要介紹了心率測(cè)試儀設(shè)計(jì)的目的和意義，并對(duì)基于單機(jī)的便攜式心率測(cè)試儀的現(xiàn)狀和應(yīng)用以及未來的發(fā)轉(zhuǎn)走勢(shì)做了簡(jiǎn)單的闡述，指出了本設(shè)計(jì)的主要技術(shù)內(nèi)容，即心率的測(cè)試。

第二章為整體方案的分析。顧名思義第二章是對(duì)整個(gè)方案的詳細(xì)的對(duì)比與選擇并確定最終方案。在確定方案之前我必須先明確本設(shè)計(jì)的任務(wù)與要求，之后是各個(gè)部分的對(duì)比選擇。第三章是本設(shè)計(jì)的核心。在這里給出了整體的硬件電路設(shè)計(jì)思路，并且對(duì)電路的各個(gè)部分進(jìn)行分析與解釋。

第四章敘述程序的編程方案，給出程序的框架結(jié)構(gòu)圖并對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)進(jìn)行總結(jié)，而且對(duì)以后的設(shè)計(jì)工作進(jìn)行了展望?；趩纹瑱C(jī)的便攜式心率測(cè)試儀的設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)以單片機(jī)為核心，由光電傳感器采集脈搏信號(hào)。經(jīng)過前置放大電路、濾波電路、積分和比較電路后得到與脈搏相關(guān)的脈沖信號(hào)。該脈沖信號(hào)作為中斷信號(hào)交由單片機(jī)進(jìn)行買長(zhǎng)周期的計(jì)算。然后得到每分鐘的脈搏搏動(dòng)次數(shù)（即心率），并在數(shù)碼管上顯示心率，并且在超出設(shè)定的正常脈搏跳動(dòng)范圍時(shí)，驅(qū)動(dòng)蜂鳴器報(bào)警。(1)通過脈搏傳感器采樣脈搏信號(hào)，設(shè)計(jì)脈搏波檢測(cè)電路，通過譯碼管來顯數(shù)脈搏次數(shù)。(2)將脈沖波送入單片機(jī)，采用單片機(jī)構(gòu)成脈搏波檢測(cè)儀，要求實(shí)現(xiàn)脈搏波次數(shù)超出設(shè)定時(shí)限時(shí)驅(qū)動(dòng)蜂鳴器報(bào)警。設(shè)計(jì)時(shí)要考慮的問題環(huán)境光對(duì)脈搏傳感器測(cè)量的影響在光電式脈搏傳感器中，光敏器件接收到的光信號(hào)不僅包含脈搏信息的透射光的信號(hào)，而且包含測(cè)量環(huán)境下的背景光信號(hào)，由于動(dòng)脈波動(dòng)引起的光強(qiáng)變化比背景光的變化微弱得多，因此在測(cè)量過程當(dāng)中要保持測(cè)量背景光的恒定，減少背景光的干擾。測(cè)量環(huán)境下的背景光包含環(huán)境光和在測(cè)量過程中引起的二次反射光。為了減少環(huán)境光對(duì)脈搏信號(hào)測(cè)量的影響，同時(shí)考慮到傳感器使用的方便性，采用密封的指套式包裝方式，整個(gè)外殼采用不透光的介質(zhì)和顏色，盡量減小外界環(huán)境光的影響，為了避免測(cè)量過程中的二次反射光的影響，在指套式傳感器的內(nèi)層表面涂上一層吸光材料，這樣能有效減少二次反射光的干擾。加上指套式外殼后的脈搏傳感器測(cè)量到的脈搏波形比較平滑。這是因?yàn)榧又柑资降拿}搏傳感器中環(huán)境光在測(cè)量過程中基本不受外界環(huán)境光的影響，而且能夠有效減少二次反射光，使照射到手指上的光波長(zhǎng)單一，所以得到的脈搏信號(hào)較為穩(wěn)定，沒有明顯的重疊雜波信號(hào)，能夠很好的體現(xiàn)出脈搏波形的特征。電磁干擾對(duì)脈搏傳感器的影響通過光電轉(zhuǎn)換得到的包含脈搏信息的電信號(hào)一般比較微弱，容易受到外界電磁信號(hào)的干擾，在傳統(tǒng)的光電式脈搏傳感器電路中，由于光敏器件和放大電路是分離的，那么在信號(hào)的傳遞過程就很容易受到外界電磁干擾，通常在一級(jí)放大電路采用電磁屏蔽的方式來消除電磁干擾。本系統(tǒng)采用了新型的光敏器件，在芯片內(nèi)部集成光敏器和一級(jí)放大電路，有效地抑制了外界電磁信號(hào)對(duì)原始脈搏信號(hào)的干擾。工頻干擾是電路中最常見的干擾，脈搏信號(hào)變化緩慢，特別容易受到工頻信號(hào)的干擾，因此對(duì)工頻信號(hào)干擾的抑制是保證脈搏信號(hào)測(cè)量精度的主要措施之一。通常脈搏信號(hào)的頻率范圍在0.3－30Hz之間，小于工頻50Hz，因此通過低通濾波器可以有效濾除工頻干擾，這在信號(hào)調(diào)理電路中容易實(shí)現(xiàn)；同時(shí)可以在控制電路中對(duì)光源進(jìn)行脈沖調(diào)制，這樣不但能夠降低系統(tǒng)的功耗，而且能夠在一定程度上減小外界的電磁干擾，在脈搏信號(hào)數(shù)據(jù)采集后，可以通過數(shù)據(jù)處理法方法進(jìn)一步濾除工頻信號(hào)的干擾。2.3.3測(cè)量過程中運(yùn)動(dòng)噪聲的影響測(cè)量過程中，通常情況下手指和光電式脈搏傳感器可能產(chǎn)生相對(duì)的運(yùn)動(dòng)，這樣會(huì)使脈搏的測(cè)量產(chǎn)生誤差，可以通過兩個(gè)方面減少運(yùn)動(dòng)噪聲誤差：一是改善指套式傳感器的機(jī)械運(yùn)動(dòng)性，比如說使指套能夠更緊的套在手指上，不易松動(dòng)；二是從脈搏處理的角度，通過算法來減少誤差。對(duì)于本設(shè)計(jì)的傳感器的設(shè)計(jì)來說，采用的是第一個(gè)途徑。根據(jù)題目的要求系統(tǒng)模塊可以基本劃分為：脈搏傳感器部分、單片機(jī)處理電路部分、顯示電路部分和報(bào)警電路。為實(shí)現(xiàn)各模塊的功能，分別做了幾種不同的設(shè)計(jì)方案并進(jìn)行了論證。脈搏傳感器的選擇傳感器又稱為換能器、變換器等。脈搏傳感器是脈搏檢測(cè)系統(tǒng)中重要的組成部分。(1)光電式傳感器血液是高度不透明的液體，光照在一般組織中的穿透性要比血液中大幾十倍，據(jù)此特點(diǎn)，采用光電效應(yīng)手指脈搏傳感器來拾取脈搏信號(hào)。反向偏壓的光敏二極管，它的反向電流具有隨光照強(qiáng)度增加而增加的光電效應(yīng)特性，在一定光強(qiáng)范圍內(nèi)，光敏二極管的反向電流與光強(qiáng)呈線性關(guān)系。指端血管的容積和透光度隨心搏改變時(shí)，將使光電三極管極管收到不同的光強(qiáng)，并由此產(chǎn)生的光電流均隨之作相應(yīng)變化。常用檢測(cè)脈搏的光電傳感器分為紅外對(duì)管和紅外放射管。采用紅外對(duì)管。將對(duì)管夾于手指端部，通過手指的血液濃度會(huì)隨著心臟的跳動(dòng)發(fā)生變化，紅外對(duì)管對(duì)應(yīng)的信號(hào)便會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化，采集此信號(hào)經(jīng)過放大，濾波，比較等處理便可以得到理想的信號(hào)。采用反射式的紅外管。現(xiàn)在市場(chǎng)上的心率計(jì)普遍采用這種傳感器來采集信號(hào)，因?yàn)榇思t外管接收和發(fā)射都在手指的同一側(cè)，因此便不用考慮每個(gè)人手指情況不同所造成的麻煩。接收的是血液漫反射回來的光，此信號(hào)可以精確地測(cè)得血管內(nèi)容積變化。光電式傳感器具有靈敏度高，易于操作,響應(yīng)速度快，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。雖然外部光源的變化對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響較大，但我們進(jìn)行測(cè)量的地方一般都是在室內(nèi)，有穩(wěn)定的光源，所以在正常的操作過程中只要稍微注意下光源的問題就可以了。(2)壓電式傳感器目前常用的是一次性心電電極,它是用印刷方法制得的Ag/Agcl傳感器。這種傳感器采用接扣與敏感區(qū)分離的方法,能明顯的減少由于人體運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的干擾。電極的好壞對(duì)采集到的心電信號(hào)質(zhì)量起著至關(guān)重要的作用,采用的電極應(yīng)有貼力強(qiáng),能緊附在人體表面,柔軟、吸汗、極化電壓低、導(dǎo)電性良好等特點(diǎn)。當(dāng)選用電極傳感器時(shí),需要3個(gè)電極分別置于左右手和左腿,構(gòu)成標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)聯(lián)。臨床上為了統(tǒng)一和便于比較所獲得的脈搏信號(hào),在檢測(cè)脈搏信號(hào)時(shí),對(duì)電極的位置,引線與放大器的連接方式都有嚴(yán)格的統(tǒng)一規(guī)定。目前市場(chǎng)上有一種采用新型高分子壓電材料聚偏氟乙烯研制的壓電傳感器,其靈敏度高,頻帶范圍好,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,便于使用。當(dāng)手指前端受到輕微的壓力時(shí)，可以感覺到手指前端在血壓的作用下有一張一弛的感覺，將這個(gè)信號(hào)用傳感器提取出來，轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，通過指脈的波形檢測(cè)，就可以獲得人體的脈搏信號(hào)。壓電式傳感器有著結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)時(shí)性好，工作頻帶寬，應(yīng)用電路簡(jiǎn)單等諸多優(yōu)點(diǎn)，并且價(jià)格低廉。但壓電式傳感器直接與人體相接觸，容易因?yàn)槿梭w肌肉的顫動(dòng)等而產(chǎn)生干擾。而肌肉的顫動(dòng)不是人能主動(dòng)控制的，所以說這部分的誤差很難控制。并且使用壓電式傳感器測(cè)脈搏還容易受到外界其他信號(hào)的干擾。(3)集成傳感器當(dāng)前,市面上有很多類型的集成心電傳感器,其靈敏度高,集成度高,直接就可以反映出心率的變化,且已包含了濾波等抗干擾電路,波形經(jīng)過放大可以直接處理使用。缺點(diǎn)是價(jià)格非常昂貴，一般均在五百元以上，就本次設(shè)計(jì)來說，考慮到經(jīng)費(fèi)以及鍛煉自己的目的，不選擇使用該型傳感器。綜合考慮種種情況，結(jié)合本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求以及經(jīng)費(fèi)的考慮，本設(shè)計(jì)采用光電式傳感器。單片機(jī)的選擇AT89S51是一種低功耗、高性能的CMOS8位微控制器，具有8K的系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器。使用Atmel公司的高密度非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造，與工業(yè)80S51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上的Flash允許程序存儲(chǔ)在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89S51在眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。顯示部分的選擇根據(jù)題目要求，設(shè)計(jì)出來的系統(tǒng)是可以設(shè)定報(bào)警的范圍的。在單片機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng)中，為了便于人們觀察和監(jiān)視單片機(jī)的運(yùn)行情況，常常需要用顯示器顯示運(yùn)行的中間結(jié)果、狀態(tài)等信息，因此顯示器也是不可缺少的外部設(shè)備之一。顯示器的種類很多，從液晶顯示、發(fā)光二極管顯示到CRT顯示器，都可以與微機(jī)配接。在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中常用的顯示器主要有發(fā)光二極管數(shù)碼顯示器，簡(jiǎn)稱LED顯示器。LED顯示器具有耗電省、成本低廉、配置簡(jiǎn)單靈活、安裝方便、耐振動(dòng)、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。但與LCD相比顯示內(nèi)容有限，不能顯示圖形，因而其應(yīng)用有局限性。LED數(shù)碼管顯示器是由發(fā)光的二極管顯示字段組成的。在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中使用最多的就是七段LED數(shù)碼管，有共陰極和共陽(yáng)極兩種。七段LED數(shù)碼管顯示器有8個(gè)發(fā)光二極管，其中從a~g管腳輸入顯示代碼，可顯示不同的數(shù)字或字符，Dp顯示小數(shù)點(diǎn)。共陰極LED數(shù)碼管顯示器的公共端為發(fā)光二極管陰極，通常接地，當(dāng)發(fā)光二極管的陽(yáng)極為高電平時(shí)，發(fā)光二極管點(diǎn)亮。共陽(yáng)極的LED數(shù)碼管顯示器的公共端為發(fā)光二極管的陽(yáng)極，通常接+5V電源，當(dāng)發(fā)光二極管的陰極為低電平時(shí)，發(fā)光二極管點(diǎn)亮。通過比較，我們可以發(fā)現(xiàn)LED動(dòng)態(tài)顯示更加適合本設(shè)計(jì)，所以就采用此方法。對(duì)脈搏的檢測(cè)的基本原理：隨著心臟的搏動(dòng)，人體組織半透明度隨之改變。當(dāng)血液送到人體組織時(shí)，組織的半透明度減?。划?dāng)血液流回心臟，組織的半透明度增大。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。因此，本設(shè)計(jì)所設(shè)計(jì)的基于單片機(jī)的便攜式脈搏測(cè)量?jī)x將紅外發(fā)光二極管產(chǎn)生的紅外線照射到人體的上述部位，并用裝在該部位另一側(cè)或旁邊的紅外光電管來檢測(cè)機(jī)體組織的透明程度并把它轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。由于此信號(hào)的頻率與人體每分鐘的脈搏次數(shù)成正比，故只要把它轉(zhuǎn)換成脈沖并進(jìn)行整形、計(jì)數(shù)和顯示，就能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)檢測(cè)脈搏次數(shù)的目的，再通過報(bào)警電路可實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能。本設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)硬件框圖如圖2.1所示。圖2.1硬件框圖本章主要介紹了常見的用于脈搏檢測(cè)的三種傳感器，并對(duì)這三種感器的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了比較。本設(shè)計(jì)采用的單片機(jī)芯片的型號(hào)是AT89S51，在本章主要介紹了它的一些特點(diǎn)。最后，給出了最終的設(shè)計(jì)方案和硬件框圖。3.1控制器經(jīng)過第2章的敘述已經(jīng)確定了完成本設(shè)計(jì)所需要的主要元器件，所以本章開始講述基于單片機(jī)的便攜式心率測(cè)試儀的設(shè)計(jì)的硬件電路的設(shè)計(jì)。在這里，單片機(jī)要實(shí)現(xiàn)對(duì)脈搏信號(hào)的處理。為了能夠在不到10s的時(shí)間內(nèi)，測(cè)量出一分鐘的脈搏，可以使用單片機(jī)的定時(shí)器來實(shí)現(xiàn)。在檢測(cè)到第一個(gè)脈沖到達(dá)時(shí)，開啟定時(shí)器，然后在下一個(gè)脈沖到達(dá)時(shí)，關(guān)閉計(jì)時(shí)器，如此就可以求得一次心跳所需要的時(shí)間，然后由該周期就可以得到一分鐘的脈搏數(shù)?？紤]到單片機(jī)要實(shí)現(xiàn)以上功能，選擇使用AT89S51來構(gòu)成電路。AT89S51AT89S51是一種低功耗、高性能的CMOS8位微控制器，具有8K的系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器。使用Atmel公司的高密度非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造，與工業(yè)80S51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上的Flash允許程序存儲(chǔ)在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89S51在眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。AT89S51的特點(diǎn)：1、兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及80S51引腳結(jié)構(gòu)2、4k字節(jié)可重擦寫Flash閃速存儲(chǔ)器3、128bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)4、32個(gè)外部雙向輸入/輸出(I/O)口5、5個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)、2層中斷嵌套中斷6、2個(gè)全雙工串行通信口7、片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路8、2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器9、6個(gè)中斷源10、看門狗(WDT)電路11、全靜態(tài)工作：0Hz-33MHz12、三級(jí)程序存儲(chǔ)器保密鎖定13、可編程串行通道14、低功耗空閑和掉電模式AT89S51的結(jié)構(gòu)此次設(shè)計(jì)所使用的AT89S51的封裝形式是PDIP。DIP管腳圖如圖3.1所示。圖3.1DIP管腳圖AT89S51與51系列中各種型號(hào)芯片的引腳互相兼容。目前多采用40只引腳雙列直插，如圖3.1所示。引腳按其功能可分為如下3類：1、電源及時(shí)鐘引腳——VCC、VSS；XTAL1、XTAL2；2、控制引腳——、、、和；3、I/O口引腳——P0、P1、P2、P3，為4個(gè)8位I/O口。1、電源及時(shí)鐘引腳(1)電源引腳VCC：5V電壓。GND：接地。(2)外接晶體引腳XTAL1：接外部晶體振蕩器的一端。當(dāng)使用芯片內(nèi)部時(shí)鐘時(shí)，此腳用于外接石英晶體振蕩器和微調(diào)電容；當(dāng)使用外部時(shí)鐘時(shí)，對(duì)于HMOS單片機(jī)，此引腳接地；對(duì)于CMOS單片機(jī)，此引腳作為外部振蕩信號(hào)的輸入端。XTAL2：接外部晶體振蕩器的另一端，當(dāng)使用芯片內(nèi)部時(shí)鐘時(shí)，此腳用于外接石英晶體振蕩器和微調(diào)電容。當(dāng)使用外部時(shí)鐘時(shí)，對(duì)于HMOS單片機(jī)，此引腳接外部振蕩源；對(duì)于CMOS單片機(jī)，此引腳懸空不接。89S51晶體振蕩器頻率可在6MHZ～40MHZ之間選擇，常選6MHz或12MHz的石英晶體。電容的值沒有嚴(yán)格要求，但其取值對(duì)振蕩器的頻率輸出的穩(wěn)定性、大小、振蕩電路起振速度稍有影響，C1、C2可在20pF~100pF之間選擇。當(dāng)外接晶體振蕩器時(shí)，電容可選30pF±10pF；外接陶瓷振蕩器時(shí)，電容可選40pF±10pF。2、控制引腳：復(fù)位端。當(dāng)輸入的復(fù)位信號(hào)持續(xù)2個(gè)以上機(jī)器周期(個(gè)晶體振蕩周期）高電平即為有效，用于完成單片機(jī)的復(fù)位初始化操作。正常工作時(shí)，此腳電平應(yīng)≤0.5V。在VCC發(fā)生故障、降低到電平規(guī)定值掉電期間，此引腳可接備用電源VPD（電源范圍5V±0.5V），由VPD向內(nèi)部RAM供電，以保持內(nèi)部RAM中的數(shù)據(jù)。：地址鎖存使能。ALE（AddressLatchEnable）；PROG（Program）為CPU訪問外部程序存儲(chǔ)器或外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器提供地址鎖存信號(hào)，將低8位地址鎖存在片外的地址鎖存器中。引腳第二功能，對(duì)片內(nèi)Flash編程，為編程脈沖輸入端。：（ProgrammerSavingENable），外部程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)。在讀外部程序存儲(chǔ)器時(shí)有效（低電平），以實(shí)現(xiàn)外部程序存儲(chǔ)器單元的讀操作。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、訪問內(nèi)部程序存儲(chǔ)器時(shí)無效。：（EnableAddress/VoltagePulseofProgramming），訪問程序存儲(chǔ)控制信號(hào)。當(dāng)＝“0”時(shí)，表示讀外部程序存儲(chǔ)器。只讀取外部的程序存儲(chǔ)器中的內(nèi)容，讀取的地址范圍為0000H～FFFFH（64KB），片內(nèi)的4KBFlash程序存儲(chǔ)器不起作用。當(dāng)＝“1”時(shí)，表示對(duì)程序存儲(chǔ)器的讀操作是從內(nèi)部程序存儲(chǔ)器開始，并可延至外部程序存儲(chǔ)器。在PC值不超出0FFFH（即不超出片內(nèi)4KBFlash存儲(chǔ)器的地址范圍）時(shí)，單片機(jī)讀片內(nèi)程序存儲(chǔ)器（4KB）中的程序，但當(dāng)PC值超出0FFFH（即超出片內(nèi)4KBFlash地址范圍）時(shí)，將自動(dòng)轉(zhuǎn)向讀取片外60KB（1000H-FFFFH）程序存儲(chǔ)器空間中的程序。對(duì)于EPROM（或FLASH）型單片機(jī)，在EPROM編程期間，此引腳需加12.75V或21V的編程電壓。3、I/O口引腳P0口：P0口是一組8位漏極開路型雙向I/O口，也即地址／數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為輸出口用時(shí)，每位能吸收電流的方式驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL邏輯門電路，對(duì)端口寫“1”可作為高阻抗轉(zhuǎn)入端用。Pl口：P1是—個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)(吸收或輸出電流)4個(gè)TTL邏輯門電路。對(duì)端口寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口。作輸入口使用時(shí)，因內(nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流。P2口：P2是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流)4個(gè)TTL邏輯門電路。對(duì)端口寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口，作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流。P3口：①可以作為輸入/輸出口，外接輸入/輸出設(shè)備。②作為第二功能使用，每一位功能定義如表3.1所示。表3.1P3口的第二功能端口引腳第二功能P3.0RXD(串行輸入口)P3.1TXD（串行輸出口）P3.2INT0(外中斷0)P3.3INT1（外中斷1）P3.4T0（定時(shí)/計(jì)數(shù)器0）P3.5T1（定時(shí)/計(jì)數(shù)器1）P3.6WR(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通)P3.7RD(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通)脈搏信號(hào)采集3.2.1光電傳感器的結(jié)構(gòu)及原理傳感器由發(fā)光二級(jí)管和光敏二極管組成，其工作原理是：發(fā)光二極管發(fā)出的光透射過手指，經(jīng)過手指組織的血液吸收和衰減，由光敏二極管接收。由于手指動(dòng)脈血在血液循環(huán)過程中呈周期性的脈動(dòng)變化，所以它對(duì)光的吸收和衰減也是周期性脈動(dòng)的，于是光敏二極管輸出信號(hào)的變化也就反映了動(dòng)脈血的脈動(dòng)變化。3.2.2信號(hào)采集電路圖3.3是脈搏信號(hào)的采集電路，U3是紅外發(fā)射接收裝置，C8、C9串聯(lián)組成的雙極性耦合電容把它隔斷。C8、C9加到線性放大輸入端。圖3.3信號(hào)采集電路3.3信號(hào)放大本設(shè)計(jì)采用的放大器是LM324。LM324是四運(yùn)放集成電路，它采用14腳雙列直插塑料封裝.它的內(nèi)部包含四組形式完全相同的運(yùn)算放大器，除電源共用外，四組運(yùn)放相互獨(dú)立。由于LM324四運(yùn)放電路具有電源電壓范圍寬，靜態(tài)功耗小，可單電源使用，價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用在各種電路中。由于通過光電式脈搏傳感器檢測(cè)到的脈搏波的信號(hào)非常微弱，所以在單片機(jī)接受處理前需要進(jìn)行信號(hào)的放大處理。按人體截止頻率為：按人體的脈搏跳動(dòng)為200次/分鐘時(shí)的頻率是3.3Hz考慮，低頻特性是令人滿意的。經(jīng)過低通放大后輸出的信號(hào)是疊加有噪聲的脈動(dòng)正弦波。波形整形電路當(dāng)有輸入信號(hào)時(shí)，U2A在比較器輸入信號(hào)的每個(gè)后沿到來時(shí)輸出高電平，使C7通過R32充電。大約持續(xù)20ms之后，因C7充電電流減小而使U2A同相輸入端的電位降低到低于反相輸入端的電位（尖脈沖已過去很久），于是U2A改變狀態(tài)并再次輸出低電平。這長(zhǎng)的脈沖是與脈搏同步的，并由紅色發(fā)光二極管DS3的閃亮指示出來。即發(fā)光二極管作脈搏測(cè)量狀態(tài)顯示，脈搏每跳動(dòng)一次發(fā)光二極管就亮一次。同時(shí)，該脈沖電平通過R24送到單片機(jī)/INTO腳，進(jìn)行對(duì)心率的計(jì)算和顯示。圖3.5整形電路單片機(jī)處理電路本部分運(yùn)用了ATMEL公司的89S51單片機(jī)作為核心元件，在這里運(yùn)用單片機(jī)能更快更準(zhǔn)確地對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算，而且可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行編程，所用外圍元件少，輕巧省電，故障率低。單片機(jī)外圍電路包括復(fù)位電路和振蕩電路。本設(shè)計(jì)采用自激蕩方式，使內(nèi)部振蕩器按照石英晶振的頻率振蕩產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)。石英晶振選擇頻率為11.0592MHz，電容選擇30pf如圖3.6中振蕩電路所示。經(jīng)計(jì)算得單片機(jī)工作機(jī)器周期為：。時(shí)鐘電路工作后，在REST管腳上加兩個(gè)機(jī)器周期（12個(gè)晶振周期）以上的高電平，芯片內(nèi)部開始進(jìn)行初始復(fù)位。接到P0口的單排電阻是上拉電阻。來自傳感和整形輸出電路的脈沖電平輸入單片機(jī)89S51的INTO腳，單片機(jī)設(shè)為負(fù)跳變中斷觸發(fā)模式，故每次脈沖下降沿到達(dá)時(shí)觸發(fā)單片機(jī)產(chǎn)生中斷并進(jìn)行計(jì)時(shí)，來一個(gè)脈沖脈搏次數(shù)就加一；定時(shí)器中斷主要完成一分鐘的定時(shí)功能。單片機(jī)對(duì)一分鐘內(nèi)的脈沖次數(shù)進(jìn)行累加，通過P0、P2口把測(cè)量過程和結(jié)果送到數(shù)碼管顯示出來。本設(shè)計(jì)的顯示采用LED數(shù)碼管動(dòng)態(tài)掃描來顯示。兩個(gè)3位的共陽(yáng)極LED數(shù)碼管組成8位顯示，其中0、1兩位顯示測(cè)量中的時(shí)間，3、4兩位顯示測(cè)量中的脈搏次數(shù)，6、7兩位用來顯示上次測(cè)量的數(shù)據(jù)。單片機(jī)的P0口控制顯示字型，P2控制顯示字位。顯示電路如圖3.7所示。圖3.7顯示電路根據(jù)圖3.8報(bào)警電路本章是本設(shè)計(jì)的核心。在這里給出了整體的硬件電路設(shè)計(jì)思路，并且對(duì)電路的各個(gè)部分進(jìn)行分析與解釋。主要介紹了AT89S51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與引腳功能、光電傳感器采集脈搏波原理和LED等的原理。4.1主程序流程YNYNYN初始化是否有外部中斷？YNYNYN初始化是否有外部中斷？啟動(dòng)計(jì)數(shù)器開始變量加1計(jì)數(shù)器清零等待計(jì)數(shù)器是否溢出？檢測(cè)到外部中斷？關(guān)閉計(jì)數(shù)器計(jì)算結(jié)果結(jié)束圖4.1主程序流程圖系統(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)行定時(shí)器中斷、外部中斷、顯示等工作，不同的外部硬件控制不同的子程序。定時(shí)器中斷程序流程定時(shí)器中斷程序流程如圖4.2所示。圖4.2定時(shí)器中斷程序流程定時(shí)器中斷服務(wù)程序由一分鐘計(jì)時(shí)、按鍵檢測(cè)、有無測(cè)試信號(hào)判斷等部分組成。當(dāng)定時(shí)器中斷開始執(zhí)行后，對(duì)一分鐘開始計(jì)時(shí)，1s計(jì)時(shí)到之后繼續(xù)檢測(cè)下1s，直到60s到了再停止并保存測(cè)得的脈搏次數(shù)。同時(shí)可以對(duì)按鍵進(jìn)行檢測(cè)，只要復(fù)位測(cè)試值就可以重新開始測(cè)試。主要完成一分鐘的定時(shí)功能和保存測(cè)得的脈搏次數(shù)。INT中斷程序流程INT中斷程序流程如圖4.3所示。圖4.3INT中斷程序流程外部中斷服務(wù)程序完成對(duì)外部信號(hào)的測(cè)量和計(jì)算。外部中斷采用邊沿觸發(fā)的方式，當(dāng)處于測(cè)量狀態(tài)的時(shí)候，來一個(gè)脈沖脈搏次數(shù)就加一，由單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)器控制一分鐘，累加得出一分鐘內(nèi)的脈搏次數(shù)。沒有處于檢測(cè)狀態(tài)時(shí)，按下按鍵檢測(cè)開始，進(jìn)行脈搏數(shù)的累加。顯示程序流程顯示程序包括顯示上次的脈搏次數(shù)、本次測(cè)量中的時(shí)間和脈搏的次數(shù)。從中斷程序中取得結(jié)果后，先顯示上次的脈搏次數(shù)，經(jīng)過10ms的延時(shí)后再顯示測(cè)試中的脈搏次數(shù)，再經(jīng)過10ms的延時(shí)顯示測(cè)試中的時(shí)間。本設(shè)計(jì)的顯示采用LED數(shù)碼管動(dòng)態(tài)掃描來顯示。兩個(gè)4位的共陽(yáng)極LED數(shù)碼管組成8位顯示，其中0、1兩位顯示測(cè)量中的時(shí)間，3、4兩位顯示測(cè)量中的脈搏次數(shù)，6、7兩位用來顯示上次測(cè)量的數(shù)據(jù)。單片機(jī)的P0口控制顯示字型，P2口控制顯示字。顯示程序流程如圖4.4所示。圖4.4顯示程序流程圖4.5蜂鳴器報(bào)警流程根據(jù)對(duì)報(bào)警電路的分析，可通過對(duì)P1.6的置位來控制蜂鳴器發(fā)出聲音和關(guān)閉。當(dāng)P1.6管腳為低電平時(shí)，與非門輸出高電平，三極管導(dǎo)通，這樣蜂鳴器的電路形成回路，發(fā)出聲音；當(dāng)P1.6管腳為高電平時(shí)，與非門輸出低電平，三極管截止，這樣蜂鳴器中無法形成電流回路，蜂鳴器不出聲。根據(jù)醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)，圖4.5蜂鳴器報(bào)警流程圖4.6本章小結(jié)本章節(jié)主要是程序的編寫，要想系統(tǒng)能正常的工作，除了要有合理的硬件之外還要有一個(gè)合理的軟件系統(tǒng)。軟件程序采用C語(yǔ)言編寫，可讀性非常好。的誤差。本設(shè)計(jì)主要是51單片機(jī)在脈搏測(cè)試系統(tǒng)中的應(yīng)用。重點(diǎn)介紹了單片機(jī)的最小系統(tǒng)，通過單片機(jī)最小系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了脈搏的測(cè)量系統(tǒng)，由光電傳感器采集到脈沖信號(hào)，經(jīng)過信號(hào)的放大、濾波和整形電路將輸出的信號(hào)通過單片機(jī)的外部中斷獲取并最終在數(shù)碼管上顯示。而且本設(shè)計(jì)所設(shè)計(jì)的便攜式心率測(cè)試儀還有報(bào)警功能，在脈搏次數(shù)超出設(shè)定值時(shí)報(bào)警電路會(huì)驅(qū)動(dòng)蜂鳴器鳴叫。利用單片機(jī)自身的定時(shí)中斷、外部中斷、計(jì)數(shù)等功能，不僅能顯示出此次脈搏測(cè)量的次數(shù)，還能自動(dòng)儲(chǔ)存這個(gè)數(shù)據(jù)。本次所設(shè)計(jì)的測(cè)量?jī)x系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、功能穩(wěn)定、使用方便，應(yīng)用廣泛，具有實(shí)際意義。由于時(shí)間比較短，同時(shí)本人掌握的知識(shí)有限，本次設(shè)計(jì)雖已完成，但其中有很多不足，如程序不夠簡(jiǎn)練，論文說明書不夠好，光電傳感器靈敏度不夠高，數(shù)碼管顯示部分不夠完美等，同時(shí)此次設(shè)計(jì)的測(cè)量?jī)x功能比較單一，沒有如語(yǔ)音系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)讀出脈搏次數(shù)等人性化功能，且在設(shè)計(jì)過程中使用的運(yùn)放數(shù)量也較多，加大了電源管理的復(fù)雜度。然而科技的進(jìn)步勢(shì)必會(huì)使測(cè)量?jī)x的功能日益強(qiáng)大和完善，其應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒉粩鄶U(kuò)大，將會(huì)給我們的生活帶來更多的方便和精彩。為了更好的進(jìn)行電脈搏測(cè)量?jī)x的設(shè)計(jì)，在近一個(gè)學(xué)期的時(shí)間里，認(rèn)真收集有關(guān)資料，并做相關(guān)的整理和閱讀，為這次的設(shè)計(jì)做好充分的準(zhǔn)備。通過此次的設(shè)計(jì)，使我知道了無論做什么事都應(yīng)該事先做好充分的準(zhǔn)備，不應(yīng)該盲目的只為了完成任務(wù)而被動(dòng)的學(xué)習(xí)；通過此次的設(shè)計(jì)，使我了解了脈搏測(cè)量?jī)x在國(guó)內(nèi)外發(fā)展之迅速、應(yīng)用領(lǐng)域之廣、市場(chǎng)前景之大；通過此次的設(shè)計(jì)，使我對(duì)硬件設(shè)計(jì)和各模塊的功能有了更深的了解，同時(shí)提高了動(dòng)手能力；通過次次的設(shè)計(jì)，使我體會(huì)到堅(jiān)持不懈的毅力對(duì)完成一件事情起著巨大的作用。李靜老師對(duì)我李靜老師）（美）MarkD.Birnbaum.電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化基礎(chǔ)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社.2005：32-39.OzawaYukioKasamakiYuji.Transmissionandnon-transimissionportableECGinhomecaremedicine.RinshoByori[J].Tokyo.2006.Apr.AcceleratedC++.PracticalProgrammingbyExamplePearsonEduction4-1，2006，812-34.本論文是在李靜老師的悉心指導(dǎo)下完成的。從開始進(jìn)入課題到論文的順利完成，她都始終給予我耐心的指導(dǎo)和不懈的支持。李靜老師認(rèn)真的教學(xué)態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神，以及對(duì)學(xué)生無微不至的關(guān)愛，都深深地感染和激勵(lì)著我。在大學(xué)期間，有幸得到李靜老師的指點(diǎn)，使我受益終生。感謝劉鑫磊和王亮同學(xué)，在畢業(yè)設(shè)計(jì)期間，和我共同探討，提出很多寶貴意見和建議。感謝答辯組的老師在中期答辯以及成果演示的過程中，對(duì)我的設(shè)計(jì)的不足之處給予提醒，對(duì)設(shè)計(jì)的步驟和規(guī)范方面給我以正確的引導(dǎo)，使我能夠很快進(jìn)入狀態(tài)，圓滿完成設(shè)計(jì)任務(wù)。在此還要感謝測(cè)控08-1班的全體同學(xué)，在短暫的大學(xué)四年生活中，我們彼此間建立了深厚的友誼，祝愿我們大家庭中的每一位成員事業(yè)有成，一帆風(fēng)順。最后，還要感謝父母對(duì)我多年的教導(dǎo)和養(yǎng)育之恩，他們每天的支持和厚愛是我努力學(xué)習(xí)的動(dòng)力，我將以優(yōu)異的成績(jī)作為獻(xiàn)給他們最好的禮物。附錄A整體硬件電路圖脈搏測(cè)量?jī)x的信號(hào)采集、處理、顯示的程序#include<reg51.h>#defineuint8unsignedchar#defineuint16unsignedint#defineTIMER0_HIGHT0xDC //設(shè)置定時(shí)器0工作方式1自動(dòng)裝載初值，定時(shí)10ms，F(xiàn)osc=11.059200MHZ#defineTIMER0_LOW0x00sbitkeyin=P3^1; //按鍵輸入bitstarttest; //啟動(dòng)測(cè)脈搏標(biāo)志uint16cnt10ms; //10ms計(jì)數(shù)器uint8cnt1s; //1秒計(jì)數(shù)器uint8Pulsecnt; //脈搏次數(shù),計(jì)數(shù)器uint8Pulsenum; //上次測(cè)試脈搏的次數(shù)uint8codeDispCode[]={0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90};//共陽(yáng)數(shù)碼管段碼表voidInit_Extint(void);voidTimerInitProc();voidinitvar();voidInit_System(void);voidDisplay(uint8chose_dat,uint8dat);voidShowDisp(uint8tPulsenum,uint8tPulsecnt,uint8tcnt1s);voidDelayMs(uint8Ms);voidmain(){ Init_System(); //初始化 while(1) { ShowDisp(Pulsenum,Pulsecnt,cnt1s); //顯示 }}/*********************************************************************函數(shù)名:Exti0_interrupt*函數(shù)功能:/INT0引腳下降沿進(jìn)入中斷*入口參數(shù):無*返回:無*******************************************************************************/voidExt0_interrupt(void)interrupt0{ if(starttest==1) //處在測(cè)試狀態(tài) { Pulsecnt++; //來一次中斷脈搏計(jì)數(shù)器加1 }}/********************************************************************函數(shù)功能：定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0中斷處理入口參數(shù)：null返回：null備注：null********************************************************************/voidTimer0IntProc()interrupt1{ TH0=TIMER0_HIGHT; //設(shè)置定時(shí)器0高字節(jié)初值 TL0=TIMER0_LOW; //設(shè)置定時(shí)器0低字節(jié)初值 if(++cnt10ms==100) //1s計(jì)時(shí)到 { cnt10ms=0; if(starttest==1) //處在測(cè)試狀態(tài) { if(++cnt1s==60) //一分鐘時(shí)間到 { starttest=0; //一次檢測(cè)完畢,等待下一次檢測(cè) Pulsenum=Pulsecnt; //保存測(cè)得脈搏值 } } } if(keyin==0) //檢測(cè)按鍵 { if(starttest==1) //處在測(cè)試狀態(tài) { cnt10ms=0; //復(fù)位測(cè)試值,重新開始測(cè)試 cnt1s=0; Pulsecnt=0; } else //不在測(cè)試狀態(tài),開始新的一次測(cè)試 { starttest=1; cnt10ms=0; } }}/////////////////////////EndofTimer0IntProc////////////////////////voidInit_Extint(void){IT0=1;//外部中斷1設(shè)置為下降沿觸發(fā)IE0=0;//標(biāo)志位清0EX0=1;//允許外部中斷1}/********************************************************************函數(shù)功能：定時(shí)器/計(jì)數(shù)器初始化入口參數(shù)：null返回：null備注：null********************************************************************/voidTimerInitProc(){ TMOD&=0xF0; TMOD|=0x01; //設(shè)置定時(shí)器0，方式1:16位定時(shí)器 TH0=TIMER0_HIGHT; //設(shè)置定時(shí)器0高字節(jié)初值 TL0=TIMER0_LOW; //設(shè)置定時(shí)器0低字節(jié)初值 TR0=1; //啟動(dòng)定時(shí)器0ET0=1; //開定時(shí)器0中斷 EA=1; //開總中斷}/////////////////////////EndofTimerInitProc////////////////////////voidinitvar(){ starttest=0; cnt10ms=0; cnt1s=0; Pulsecnt=0; Pulsenum=0;}voidInit_System(void){Init_Extint();TimerInitProc(); initvar();}/*******************************************************************************函數(shù)名:Display(ucharchose_dat,uchardat)*函數(shù)功能:數(shù)碼管顯示*入口參數(shù):chose_dat數(shù)碼管顯示字位，dat顯示字型*返回:無*******************************************************************************/voidDisplay(uint8chose_dat,uint8dat){P0=dat;//送顯示字型 P2=~(0x01<<chose_dat);//送顯示字位DelayMs(1);//延時(shí)1MS P2=0xFF;//關(guān)閉顯示}voidShowDisp(uint8tPulsenum,uint8tPulsecnt,uint8tcnt1s){ Display(6,DispCode[tPulsenum%10]);//顯示上次測(cè)量的脈搏 tPulsenum=tPulsenum/10; Display(7,DispCode[tPulsenum%10]); Display(3,DispCode[tPulsecnt%10]);//顯示測(cè)試中的脈搏 tPulsecnt=tPulsecnt/10; Display(4,DispCode[tPulsecnt%10]); Display(0,DispCode[tcnt1s%10]);//顯示測(cè)試中的時(shí)間 tcnt1s=tcnt1s/10; Display(1,DispCode[tcnt1s%10]);}/********************************************************************函數(shù)功能：延時(shí)ms入口參數(shù)：MS返回：null備注：null********************************************************************/voidDelayMs(uint8Ms){unsignedchari,j;do{for(i=5;i>0;i--)for(j=98;j>0;j--);}while(--Ms); //Testfor12M}///////////////////////////EndofDelayMs////////////////////////////附錄C:外文翻譯TheAT89S51isalow-power,high-performanceCMOS8-bitmicrocontrollerwith4KbytesofIn-SystemProgrammableFlashmemory.ThedeviceismanufacturedusingAtmel’shigh-densitynonvolatilememorytechnologyandiscompatiblewiththeindus-try-standard80C51instructionsetandpinout.Theon-chipFlashallowstheprogrammemorytobereprogrammedin-systemorbyaconventionalnonvolatilememorypro-grammer.Bycombiningaversatile8-bitCPUwithIn-SystemProgrammableFlashonamonolithicchip,theAtmelAT89S51isapowerfulmicrocontrollerwhichprovidesahighly-flexibleandcost-effectivesolutiontomanyembeddedcontrolapplications.TheAT89S51providesthefollowingstandardfeatures:4KbytesofFlash,128bytesofRAM,32I/Olines,Watchdogtimer,twodatapointers,two16-bittimer/counters,afive-vectortwo-levelinterruptarchitecture,afullduplexserialport,on-chiposcillator,andclockcircuitry.Inaddition,theAT89S51isdesignedwithstaticlogicforoperationdowntozerofrequencyandsupportstwosoftwareselectablepowersavingmodes.TheIdleModestopstheCPUwhileallowingtheRAM,timer/counters,serialport,andinterruptsystemtocontinuefunctioning.ThePower-downmodesavestheRAMcon-tentsbutfreezestheoscillator,disablingallotherchipfunctionsuntilthenextexternalinterruptorhardwarereset.Port0isan8-bitopendrainbi-directionalI/Oport.Asanoutputport,eachpincansinkeightTTLinputs.When1sarewrittentoport0pins,thepinscanbeusedashigh-impedanceinputs.Port0canalsobeconfiguredtobethemultiplexedlow-orderaddress/databusduringaccessestoexternalprogramanddatamemory.Inthismode,P0hasinternalpull-ups.Port0alsoreceivesthecodebytesduringFlashprogrammingandoutputsthecodebytesdur-ingprogramverification.Externalpull-upsarerequiredduringprogramverification.Port1isan8-bitbi-directionalI/Oportwithinternalpull-ups.ThePort1outputbufferscansink/sourcefourTTLinputs.When1sarewrittentoPort1pins,theyarepulledhighbytheinter-nalpull-upsandcanbeusedasinputs.Asinputs,Port1pinsthatareexternallybeingpulledlowwillsourcecurrent(IIL)becauseoftheinternalpull-ups.Port1alsoreceivesthelow-orderaddressbytesduringFlashprogrammingandverification.Port2isan8-bitbi-directionalI/Oportwithinternalpull-ups.ThePort2outputbufferscansink/sourcefourTTLinputs.When1sarewrittentoPort2pins,theyarepulledhighbytheinter-nalpull-upsandcanbeusedasinputs.Asinputs,Port2pinsthatareexternallybeingpulledlowwillsourcecurrent(IIL)becauseoftheinternalpull-ups.Port2emitsthehigh-orderaddressbyteduringfetchesfromexternalprogrammemoryanddur-ingaccessestoexternaldatamemorythatuse16-bitaddresses(MOVX@DPTR).Inthisapplication,Port2usesstrong