畢業(yè)設計-電子血壓計

畢業(yè)設計-電子血壓計目錄1引言………………………….12血壓計總體概述…………….32.1血壓計簡介…………..32.1.1便攜式血壓計的簡單介紹…………………..32.1.2便攜式血壓計功能簡介……………………..32.1.3便攜式血壓計使用考前須知…………………32.2血壓計裝置設計方案………………..42.3血壓計測量與工作原理……………..52.3.1血壓測量的工作原理………..52.3.2血壓計的工作原理…………..63硬件電路的設計…………..63.1MCS-51單片機的簡介及其電路設計……………….6單片機的介紹………………….63.1.2單片機電路設計…………….113.2傳感器簡介以及外接電路的設計………………….133.2.1傳感器介紹………………….133.2.2傳感器與單片機連接的電路設計………….153.3模數(shù)轉(zhuǎn)換器的設計………………….153.3.1A/D轉(zhuǎn)換原理………………..153.3.2ADC0809與MCS—51單片機的連接………..163.4液晶顯示模塊電路設計…………….173.4.1數(shù)碼管顯示模塊的設計…………………….173.4.2LED顯示器與單片機的連接電路設計……..174系統(tǒng)流程圖以及程序的設計……………..184.1單片機主程序流程圖……………….184.2數(shù)據(jù)采集流程圖…………………….18數(shù)據(jù)顯示流程圖…………………….194.4.電子血壓計運作程序設計………..19結(jié)論………………………….21參考文獻……………………..22謝辭…………………………..23基于單片機的電子血壓計的設計顧斌〔德州學院機電系，山東德州253023〕摘要：隨著現(xiàn)代社會的快速開展，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，非醫(yī)護人員也可方便操作。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，在家里即可隨時監(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。該血壓計以NPC1210壓力傳感器測得血壓值，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，傳入89C51單片機，然后由單片機控制，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。關鍵詞：NPC1210壓力傳感器;89C51單片機;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重要指標。血壓的上下可直接影響全身各組織器官的血液供應。假設血壓過低，可造成組織器官供血缺乏。相反，血壓過高，增加心臟負擔，久而久之，導致心衰，同時血管彈性下降，脆性增加，腦動脈破裂，出現(xiàn)腦出血[1]。據(jù)2012年全國普查顯示，我國每三個家庭就會有一個高血壓患者；尤其在老年人群中患病可達12%。因此，研發(fā)便捷家庭使用型血壓計具有重要意義。在疾病排名冊上，高血壓的危害已居前幾位。對于老年人群，血壓血壓是一個重要的健康信號。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、冠心病、心肌梗死、心力衰竭、腎衰等疾病的禍首，因此被人們稱為“無形殺手”。高血壓對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，對高血壓這個無形殺手，不可掉以輕心。預防高血壓病，首先量測量準確的血壓?！澄覀兂Ｓ醚獕河嫓y量血壓。測量血壓時，是以血壓和大氣壓作為比擬的，用血壓高于大氣壓的數(shù)值表示血壓的高度。常用血壓計有〔1〕汞柱式:玻璃管面標有雙刻度；一側(cè)為0~300mmHg,最小分度值為2mmHg；一側(cè)為0~40kPa,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：測得數(shù)值準確可靠，但較笨重不易攜帶，且玻璃管局部易破裂?！?〕表式：又稱彈簧式血壓計。外形似表,呈圓盤狀，正面盤上標有刻度及讀數(shù)，盤中央有一指針,以提示血壓數(shù)值。特點攜帶方便，但準確性不如汞柱式血壓計〔3〕電子血壓計袖帶內(nèi)有一換能器，有自動采樣單片機控制數(shù)字運算，自動放氣程序。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，但準確性不如汞柱式血壓計[2]。結(jié)構(gòu)如圖1：圖1圖1血壓計外觀圖傳統(tǒng)的血壓計操作比擬復雜，而且受環(huán)境的影響較大。在使用時，需要用一個準確的汞柱血壓計一同校核，專業(yè)性較強。為了讓每個血壓計使用者更方便的使用與維護血壓計；我們設計了一臺操作便捷，測量精確，無需維護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大局部是水銀式的。水銀血壓計每次測量必須由醫(yī)生戴上聽診器進行測量，測量過程復雜，只能是每個醫(yī)生一次對一個人進行測量;而且對不同的醫(yī)生，測量結(jié)果可能不同:對同一個人來說，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的反映被測對象的血壓值。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，中年以后差異較??；一般白天血壓高于夜間，過度勞累或睡眠不佳時，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、興奮及疼痛均可導致血壓升高，舒張壓一般無變化。勞動、飲食、吸煙和飲酒也可影響血壓值。將脈動波的記錄引入動態(tài)血壓技術(shù)，提供24小時內(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。在動態(tài)血壓檢測中干擾和偽差是不可防止的。目前市場上的大局部動態(tài)血壓記錄儀，只記錄每次測量的結(jié)果，醫(yī)生面對的是一批真?zhèn)坞y辯的數(shù)字。本課題研究設計動態(tài)血壓記錄儀，使每次測量結(jié)果完全透明，實時分析，使醫(yī)生可以對照原始波形判斷數(shù)據(jù)的真?zhèn)?，有效查找出干擾和偽差引起的誤檢測，恢復真實血壓，保證血壓報告的有效性和可靠性。2血壓計總體概述2.1血壓計簡介2便攜式血壓計的簡單介紹該產(chǎn)品體積小，重量輕，可方便攜帶。與傳統(tǒng)血壓計相比，無水銀，防止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便攜式血壓計功能簡介該血壓計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，傳入單片機，然后由單片機控制，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便攜式血壓計使用考前須知1.患者取坐位或仰臥位，被測肢體應和心臟處于同一水平，上臂自然下垂，坐位時平第四肋軟骨；臥位平腋中線，平整地將袖帶置于上臂中部，距肘窩下緣2-3cm2.需密切觀察血壓者應做到四定定時間、定部位、定體位、定血壓計，有助于測定血壓的準確性和對照的可比性3.為偏癱、肢體外傷或手術(shù)的患者測血壓應測健測肢體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、過低等因素對血壓值的影響5.袖帶寬度要適宜，袖帶太窄，須加大力量才能阻斷動脈血流，測得數(shù)值偏高;袖帶太寬，大段血管受阻，測得數(shù)值偏低6.肱動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，應重復測量;應將袖帶內(nèi)氣體驅(qū)盡，稍等片刻再復測，一般連續(xù)測2~3次，取其最低值9.當舒張壓的變音和消失音之間有差異時;應記錄兩個讀數(shù)，即變音~消失音數(shù)值如180/90~70mmHg10.不要在浴后、吸煙、飲酒、喝咖啡后測血壓[3]。2.2血壓計裝置設計方案2設計要求該種血壓計是將傳感技術(shù)與單片機有機結(jié)合而成的，它的結(jié)構(gòu)應該保證完成三項根本流程：1、感應血流的壓力，并能夠?qū)⑿盘栟D(zhuǎn)變成壓電信號；2、利用單片機技術(shù)判斷高壓與低圧；3、在屏幕上顯示測量結(jié)果。對于傳感器的要求是：高性能低本錢的，靈敏度要高，測量范圍倒不需要很大。能根據(jù)血壓變動及時抓住高、低壓，體積小，集成度高，抗干擾能力強，可靠性高，價格低，程序簡單，運用靈活，易于實現(xiàn)產(chǎn)品化的單片機，使用具有顯示清晰，亮度高.壽命長等優(yōu)點的顯示器，因此我們在此設計中采用了LED顯示器。2具體設計方案本設計是基于89C51單片機的設計，具體裝置方案如圖2所示：恒流電源恒流電源ADC0809ADC0809A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換LED顯示屏89C51單LED顯示屏89C51單片機NPC-1210壓力傳感器電源氣袖電源氣袖圖2血壓計各部件連接圖圖2血壓計各部件連接圖系統(tǒng)工作示意圖：圖3系統(tǒng)工作圖圖3系統(tǒng)工作圖接通電源后，我們可以通過鍵盤對血壓計的參數(shù)進行設計。參數(shù)設置后，系統(tǒng)將會啟動A/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換結(jié)束后將進行數(shù)據(jù)處理階段，假設未轉(zhuǎn)換完畢將進行程序循環(huán)繼續(xù)轉(zhuǎn)換。數(shù)據(jù)處理階段將會對轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)進行采樣，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)由單片機將其送到LED顯示器進行顯示。2.3血壓計測量與工作原理2血壓測量的工作原理血壓的測量采用傳統(tǒng)的示波法[4]。當袖帶壓力振蕩波的振幅到達最大時，袖帶的壓力就是動脈的平均壓。動脈的收縮壓對應于振幅包絡線的第一個拐點，舒張壓對應于包絡線的第二個拐點。收縮壓數(shù)值得確定：通常采用最大的振幅法，氣袖在放氣過程中脈搏波振幅度包絡線的上升階段中，如果某一個脈搏波的幅度與Um之比時，對應的氣袖壓力便定義為收縮壓。計算公式為：〔1〕舒張壓數(shù)值確實定：與收縮壓不同的是在脈搏波振幅包絡線的下降段中，如果一個脈搏波的幅度與之比時，對應的氣袖壓力便定義為舒張壓。計算公式為：〔2〕圖4血壓交直流信號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，此位置所對應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，此位置所對應的血壓直流分量定為舒張壓,將計算出的收縮壓和舒張壓的值經(jīng)單片機的控制輸出到LED液晶顯示。2血壓計的工作原理當袖帶充氣時，袖帶內(nèi)部便會產(chǎn)生一定壓力，數(shù)字壓力傳感器NPC-1210感應到該壓力時，經(jīng)過放大以及濾波電路后，由單片機89C51的第1腳讀入，并進行A/D轉(zhuǎn)換。單片機在程序的控制下，嚴格按照NPC-1210壓力傳感器的要求的工作時序進行讀寫控制，讀入信號后，對數(shù)字信號進行運算，然后經(jīng)LED數(shù)碼管液晶顯示模塊進行顯示。3硬件電路的設計MCS-51單片機的簡介及其電路設計.1單片機的介紹MCS-51系列單片機是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)讀寫存儲器，32位雙向輸入/輸出線，1個全雙工的異步串行口，2個16位定時器/計數(shù)器，5個中斷源2級中斷優(yōu)先級，時鐘發(fā)生器，可尋址64KB程序存儲器和64KB外部數(shù)據(jù)存儲器等局部[9]。圖5MCS-51系列單片機的總體結(jié)構(gòu)OSCCPUROM中斷控制RAM定時器總線控制4*8I/O串行口圖5MCS-51系列單片機的總體結(jié)構(gòu)OSCCPUROM中斷控制RAM定時器總線控制4*8I/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中實現(xiàn)運算和控制的部件，由運算器和控制器兩局部組成。運算器運算器主要實現(xiàn)對操作數(shù)的運算、邏輯運算和位運算。運算器通常由算術(shù)邏輯運算部件、累加器、暫存器、程序狀態(tài)字、十進制調(diào)整電路和布爾處理器等組成?！?〕算數(shù)邏輯運算部件〔簡稱ALU〕，主要完成加、減、乘、除、加1〔增量〕、減1〔減量〕、十進制調(diào)整等算數(shù)運算，也能完成位置、復位、取反等位操作，還能完成與、或、非等邏輯運算，同時完成數(shù)據(jù)傳送的操作?！?〕累加器〔簡稱ACC〕，用于存放算術(shù)邏輯運算部件需要運算的操作數(shù)，或者用于存放算數(shù)邏輯運算部件運算操作的結(jié)果?！?〕暫存器〔簡稱TMP〕，用于暫存算數(shù)邏輯運算部件需要運算的操作數(shù)，使進入算數(shù)邏輯運算部件的兩個操作數(shù)能夠被同步地送到ALU的兩個入口進行運算?！?〕程序狀態(tài)字〔簡稱PSW〕，用于存儲程序運行中的各種狀態(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)，由運算器的過程或結(jié)果對其進行設置和改變。P奇偶標志位〔D0〕--表示累加器中的運算結(jié)果中1的個數(shù)是奇數(shù)還是偶數(shù)，結(jié)果中1的個數(shù)為奇數(shù)時置1，否那么為0.OV溢出標志位〔D2〕--表示運算結(jié)果是否溢出，即是否超出累加器可表示的帶符號數(shù)范圍〔-128--+127〕,有溢出時OV置1，否那么置0.RS1.RS2工作存放器區(qū)選擇標志位〔D4.D3〕--兩位組合用于指定4個工作存放區(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用戶標志位〔D5〕--用于用戶自定義的狀態(tài)標志。AC輔助進位標志〔D6〕--進行8進位數(shù)加減運算時，假設低4位向高4位有進位或借位時，該位置1，否那么置0。CY進位標志〔D7〕--進位算數(shù)運算時，最高位有進位或借位，該位置1，否那么置0?！?〕十進制調(diào)整電路，用于對采用BCD碼表示的操作數(shù)在進行了二進制運算后的結(jié)果進行調(diào)整，使其運算的結(jié)果仍然保持為BCD碼的形式?！?〕布爾處理器，用于實現(xiàn)位操作和邏輯運算。位操作和邏輯運算都是以位為單位進行運算的，通過布爾處理器可以進行二進制位的置位〔置1〕、復位〔置0〕、取反、二進制數(shù)的與〔邏輯乘〕、或〔邏輯加〕、非〔邏輯反〕運算。2.控制器〔1〕程序計數(shù)器PC，用于存放下一條要讀取的指令的程序存儲地址。讀取指令時，PC將其保存的地址輸出到程序存儲器，在選通信號的控制下，將指定地址單元的內(nèi)容讀出。同時對程序計數(shù)器PC自動加1，生成下一個程序存儲器地址?！?〕指令寄器IR，用于存放從程序存儲器中讀出并將該指令送到指令譯碼?！?〕指令譯碼器ID，用于對指令存放器中的指令進行譯碼，產(chǎn)生各種控制信號，控制單片機的各個部件正常工作?！?〕數(shù)據(jù)指針DPTR，用于存放片外數(shù)據(jù)存儲器地址或I/O端口地址。數(shù)據(jù)指針DPTR是16位的地址存放器，用于指出片外數(shù)據(jù)存儲器或I/O端口的地址，并且用戶可以直接訪問，可以作為兩個8位存放器被訪問，其中DPL是DPTR的低8位，DPH是DPTR的高8位?！?〕堆棧指針SP，用于存放堆棧存儲區(qū)的當前單元地址。能夠在堆棧操作時自動進行加1和減1的操作，以改變棧頂單元的地址，保證進出棧操作的正常進行。棧是按后進先出的原那么進行操作的存區(qū)，用于保存一些特殊的信息。堆棧存區(qū)設置在數(shù)據(jù)存儲區(qū)，棧頂位置由堆棧指針SP中存放的8位地址指出。進棧時SP內(nèi)容自動加1，出棧時SP內(nèi)容自動減1.系統(tǒng)復位后，SP的值為07H?！?〕時鐘發(fā)生器、定時控制邏輯、復位電路，用于產(chǎn)生微處理器工作所需要的時序信號，并通過時序信號的同步，產(chǎn)生系統(tǒng)控制所需要的各類控制信號，以保證系統(tǒng)有序地運行。3.存儲器〔1〕程序存儲器程序存儲器的地址通過16位的程序計數(shù)器PC提供，尋址空間為64KB。在使用片外程序存儲器時，程序計數(shù)器PC提供的地址經(jīng)P0和P2兩個8位端口送出，供片外程序存儲器使用。處理器通過EA引腳輸入的電平來確定使用片外程序存儲器還是片內(nèi)程序存儲器。當EA引腳輸入的電平為高電平時，系統(tǒng)默認使用片內(nèi)程序存儲器，只有當使用的地址超出片內(nèi)程序存儲器地址范圍時，才會轉(zhuǎn)向片外程序存儲器。而當EA引腳輸入的電平為低電平時，無論是否有片內(nèi)程序存儲器，系統(tǒng)都將只使用片外程序存儲器。數(shù)據(jù)存儲器〔2〕包括片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器和片外數(shù)據(jù)存儲器，采用各自獨立的編址方式。片外數(shù)據(jù)存儲器的地址通過數(shù)據(jù)指針DPTR或存放器R0、R1，以間接尋址的方式提供16位地址，經(jīng)P0、P2端口送出，實現(xiàn)64KB的尋址空間。片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器的存儲空間為256B，采用8位地址編碼，通過相應的指令直接訪問。片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器可以分為工作存放區(qū)、位尋址區(qū)、數(shù)據(jù)區(qū)、特殊功能存放區(qū)等局部。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，在單片機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。通過控制信號為0使多路電子開關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，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5—10千歐的上拉電阻，以保證1的正常輸出。(2)P1口P1口是準雙向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，必須先將鎖存器的值置1，使場效應管截止，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)如下列圖所示：DQDQ鎖存器CLQ內(nèi)部總線寫入控制讀引腳讀鎖存圖6P1口位結(jié)構(gòu)UCC內(nèi)部上拉(3)P2口P2口是準雙向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器的地址輸出端口使用。P2口的位結(jié)構(gòu)如下列圖所示：DQDQ鎖存器CLQ內(nèi)部總線寫入控制讀引腳讀鎖存地址/數(shù)據(jù)控制圖7P2口位結(jié)構(gòu)UCC內(nèi)部上拉MUX(4)P3口P3口是準，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)如下圖：DQDQ鎖存器CLQ內(nèi)部總線寫入控制讀引腳讀鎖存交替輸出功能圖8P3口位結(jié)構(gòu)UCC內(nèi)部上拉交替輸入功能P3口各位的特殊功能如表所示：P3.0RXD〔串行輸入口〕P3.1TXD〔串行輸出口〕P3.2/INT0〔外部中斷0〕P3.3/INT1〔外部中斷1〕P3.4T0〔記時器0外部輸入〕P3.5T1〔記時器1外部輸入〕P3.6/WR〔外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通〕P3.7/RD〔外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通〕3.1.2單片機電路設計1.MCS—51單片機的復位電路系統(tǒng)復位是任何微機系統(tǒng)執(zhí)行的第一步，它能使整個控制芯片回到默認的硬件初始狀態(tài)下。復位對單片機來說，就是回到初始狀態(tài)，程序計數(shù)器賦值0000H,為程序運行做好準備工作。單片機復位后程序計數(shù)器值變?yōu)?000H，即程序?qū)?地址開始執(zhí)行。程序狀態(tài)存放器PSW清零，自動選擇0工作存放器區(qū)。堆棧指針設定為07H，定時器/計數(shù)器設定為方式0，并將計數(shù)器初值置0。中斷全部禁止，各中斷源的優(yōu)先級均為0,4個端口的鎖存器全部置1，并處于輸入狀態(tài)[10]。在單片機的RST引腳上加上高電平并保持兩個機器周期〔24個時鐘振蕩周期〕，就可以完成復位操作。這種復位電路的工作原理是;通電時，電容兩端相當于是短路，于是RST引腳上為高電平，然后電源通過電阻對電容充電，RST端電壓慢慢下降，經(jīng)過一段時間，到達低電平，單片機開始正常工作。根據(jù)實際操作的經(jīng)驗，下列圖為復位電路的電容、電阻參考值分別為C=10uF,R1=1千歐,R2=10千歐。C+5VRSTMCS-51系列C+5VRSTMCS-51系列R2R1R2R1圖9單片機的復位電路2.單片機的時鐘電路：XTAL2(18引腳);單片機內(nèi)部振蕩電路反相放大器的輸出端。XTAL1(19腳)：單片機內(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鐘信比擬穩(wěn)定，因此在實用電路中使用的比擬多。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5——12MHZ.單片機以晶體振蕩器的振蕩周期〔或外部引入的時鐘周期〕為最小的時序單位，振蕩頻率二分頻后形成狀態(tài)周期或稱S周期，所以，1個狀態(tài)周期包含有2個振蕩周期。將振蕩頻率f〔osc〕進行12分頻后形成機器周期MC,故1個機器周期包含6個狀態(tài)周期或12個振蕩周期。執(zhí)行一條指令的時間叫做指令周期。8051單片機指令系統(tǒng)中，各條指令的執(zhí)行時間在1—4個機器周期之間。XTAL1MCS—51XTAL1MCS—51XTAL2C1C1晶振晶振C1C1圖圖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計3.2.1傳感器介紹本次設計我選用NPC-1210系列固態(tài)壓力傳感器，因為它的準確度高，且輸出信號為0～100mV。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格的應用中。NPC1210壓力傳感器是基于美國GE公司NovaSensor先進的SenTable壓電電阻技術(shù)。最新硅片微機械技術(shù)被應用于壓阻應變片被離子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，溫度補償范圍為0~60℃技術(shù)指標：類型：表壓，絕壓，差壓量程：10"H2O，0～1，2，5，15，30，50，100psi非線性：±0.1%非線性輸出：0～100mV供電電源：1.5mA工作溫度：-40℃~電氣連接：PC板安裝特點：恒流供電，溫度補償〔0~60℃〕，滿量程輸出100mV，±0.1%準確度，可互換性典型應用：電子血壓計檢定儀，血壓計標準器，血壓計智能標準器，血壓計校驗儀，醫(yī)療器械〔呼吸機，監(jiān)護儀〕，氣體流量測量，供暖，制冷，過程控制[5]。圖11圖11NPC1210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局部：①多路分配器；②模/數(shù)轉(zhuǎn)換器；③微控控制；④模/數(shù)轉(zhuǎn)換器圖12NPC1210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：當電源電壓=15V，由于電容器C4對直流電隔離，在分析電路時可以忽略將其去除，此支路為開路。電阻R40與電阻R23串聯(lián)分壓，所以5點的電位=3V，根據(jù)理想集成運算放大器“虛短”原理，7點電位也為3V。然后經(jīng)過電橋，最后經(jīng)集成運放進行電壓的放大，由于是單臂橋路變化，最后輸出電壓為Uout=，應變片電阻100，120，160三個取值，其中以120最為常見，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,應變片應變與電阻改變的關系為，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0-80N[6]。3.2.2傳感器與單片機連接的電路設計NPC1210的外圍引腳共有8個，其中5個為空腳，工作電壓為正5負。壓力傳感器腳引與單片機Vcc引腳相接引入正5v電壓，壓感引腳與引腳相接，將測的的數(shù)字電壓信號傳入單片機。GND引腳為壓力傳感器的接地腳[7]。圖圖14NPC1210與單片機的連接電路原理圖3.3模數(shù)轉(zhuǎn)換器的設計3.3.1本設計以MCS-51單片機為核心部件，內(nèi)與ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換器進行連接，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，可以直接對8路0~5V電壓模擬量進行轉(zhuǎn)換,精度，速度，價格適中.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)束后會自動產(chǎn)生EOC信號，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其中一個模擬輸入通道，當執(zhí)行MOVX@DPTR,A時，便會產(chǎn)生脈沖給START引腳，開始對選中通道轉(zhuǎn)換。當轉(zhuǎn)換結(jié)束后便會發(fā)出結(jié)束信號，該信號可以作為中斷申請信號，當讀允許信號讀到EOC端有高電平，那么可以讀出轉(zhuǎn)換的數(shù)字量，利用MOVXA,@DPTR把該通道轉(zhuǎn)換結(jié)果讀到累加器A中[8]。圖圖15A3.3.2ADC0809與MCS—51單片機的連接ADC0809與MCS—51單片機的連接如圖下列圖所示ALEALEP0MCS-51P3INTO鎖存器D7-D0>=1RDWRADC0809ENABLESTARTEOC>=1圖16ADC0809與MCS-51單片機的連接3.4液晶顯示模塊電路設計3.4.1LED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的二進制數(shù)據(jù)，就可以實現(xiàn)單片機對顯示器的控制。顯示共有6位，用動態(tài)方式顯示。8位段碼、6位位碼是由兩片74LS374邏輯元器件進行控制輸出。位碼經(jīng)MC1413倒相驅(qū)動后，選擇相應顯示位[11]。圖圖17LED內(nèi)部數(shù)碼管及其鍵盤接線圖3.4.2LED顯示器與單片機的連接電路設計第1腳：VSS為地電源第2腳：V0為液晶顯示器比照度調(diào)整端,接正電源時比照度最弱,接地電源時比照度最高,比照度過高時會產(chǎn)生“鬼影”,使用時可以通過一個10K的電位器調(diào)整比照度第3腳：VDD接5V正電源第4～11腳：D0～D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。第12腳：PS為存放器選擇,高電平時選擇數(shù)據(jù)存放器、低電平時選擇指令存放器。第13腳：PR為讀寫信號線,高電平時進行讀操作,低電平時進行寫操作。當RS和RW共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址,當RS為低電平RW為高電平時可以讀忙信號,當RS為高電平RW為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。第14腳：E端為使能端,當E端由高電平跳變成低電平時,液晶模塊執(zhí)行命令。液晶顯示模塊數(shù)字信號從單片機的P0.0-P0.7口引出，分別對應的接液晶顯示模塊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，以實現(xiàn)微處理器對液晶顯示模塊的控制[12]。接法如下列圖：圖18液晶顯示模塊電路4系統(tǒng)流程圖以及程序的設計4.1單片機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)采集流程圖對于數(shù)據(jù)采集我用A/D0809芯片來完成，A/D初始化后，便可以將某一通道輸入的0～7模擬信號轉(zhuǎn)換成對應的數(shù)字量，然后再其結(jié)果存入存儲器的指定單元中?？梢圆捎贸绦虿樵兎绞?，延時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前壓力值、漏氣速率；測量結(jié)束后以動態(tài)方式顯示收縮壓、舒張壓及心率；血壓計校準時需顯示當前壓力值、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清讀數(shù)據(jù)輸出數(shù)據(jù)進行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開始開始轉(zhuǎn)換完畢？轉(zhuǎn)換完畢？N數(shù)據(jù)傳完送了？N數(shù)據(jù)傳完送了？YYRETRET圖圖21數(shù)據(jù)顯示流程圖4.4.電子血壓計運作程序設計;ORG0000H;LJMPSTART;ORG0030H;START:LCALLNPC-1210；調(diào)用NPC-1210LCALLLCD1602；調(diào)用LCD1602SJMPSTARTRD18B20:LCALLINITLCALLGETWDREETINIT:CLREA；將總中斷關閉INI10:SETBDAT；MOVR2,＃200INI11:CLRDATDJNZR2,INI11；主機發(fā)復位脈沖持續(xù)3μs×200=600μsSETBDAT；MOVR2,＃30IN12:DJNZR2,INI12；NPC-1210等待2μs×30=60μsCLRCORLC,DAT；NPC-1210數(shù)據(jù)線存在脈沖嗎JCINI10；NPC-1210未準備好，重新初始化MOVR6,＃80INI13:ORLC,DATJCINI14；NPC-1210數(shù)據(jù)線變高，初始化完成DJNZR6,INI13；數(shù)據(jù)線低電平可持續(xù)3μs×80=240μsSJMPINI10；初始化失敗，重新初始化INI14:MOVR2,＃240IN15:DJNZR2,INI15；NPC-1210應答最少2μs×240=480μsRETWRITE:CLREAMOVR3,＃8；寫一個字節(jié)時，循環(huán)8次WR11:SETBDATMOVR4,＃8RRCA；寫入位從A中轉(zhuǎn)移到CYCLRDATWR12:DJNZR4,WR12；等待16μsMOVDAT,C；命令字按位依次送給到NPC-1210MOVR4,＃20WR13:DJNZR4,WR13；使得寫過程將會持續(xù)60μsDJNZR3,WR11；未送完一個字節(jié)繼續(xù)SETBDATRET；READ:CLREAMOVR6,＃8；循環(huán)8次，讀一個字節(jié)RD11:CLRDATMOVR4,＃4NOP；低電平將會持續(xù)2μsSETBDAT；將口線設為輸入RD12:DJNZR4,RD12；等待8μsMOVC,DAT；主機按位依次讀入NPC-1210的數(shù)據(jù)RRCA；讀取的數(shù)據(jù)移入AMOVR5,＃30RD13:DJNZR5,RD13；使得讀過程持續(xù)60μsDJNZR6,RD11；讀完一個字節(jié)的數(shù)據(jù)后，存入A中SETBDATRET結(jié)論課題的設計不僅增強了自己對單片機知識更深一步的學習，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)學器械等〕。完成這個課題后我得出如下結(jié)論：一、傳統(tǒng)的血壓計操作比擬復雜，測量精度較低，而且受環(huán)境的影響較大。在使用時，需要用一個準確的汞柱血壓計一同校核，專業(yè)性較強。為了讓每個血壓計使用者更方便的使用與維護血壓計，我們設計了一臺操作便捷，測量精確，無需維護的智能型測量血壓的裝置，參加了現(xiàn)如今較為熾熱的電子技術(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，傳入89C51單片機，然后由單片機控制，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、該血壓計在投入生產(chǎn)中會比傳統(tǒng)血壓計的本錢價較高，而且壞后進行維修也比傳統(tǒng)血壓計較為知識化，維修點較少。三、該血壓計以后研究的方向：該血壓計的硬件對信號的具體處理、與傳輸并不完善〔如單片機的各個模塊對血壓信號的具體處理、壓力傳感器如何采集信號、傳送信號〕，這是將來的研究方向。最后，經(jīng)過這次的畢業(yè)設計鍛煉了我對知識的運用能力以及全面考慮問題的能力。相信通過這次課題將會對我以后的學習及工作都會有很大幫助。做這個設計中，我學會了很多以前沒學過的知識，也穩(wěn)固了很多以前沒學好的知識，參考文獻[1]王吉云.高血壓患者救診答疑.人民衛(wèi)生出版社,2011.8～13[2]崔桂華,萬兆強,金少華.高血壓的自我療法.中國中醫(yī)藥出版社,2003.3～7[3]胡大一,鐘南.高血壓知識問答.科學出版社,200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Portablehomebloodpressuremonitors,non-medicalprofessionalscanalsobeeasytooperate.Withthepopularityofhome