基于51單片機的心率計設計與制作

湖南商務職業(yè)技術學院畢業(yè)設計

目錄

1設計背景及內(nèi)容.....................................................................................................1

2設計方案遴選.........................................................................................................1

2.1單片機的選擇..............................................................................................1

2.2顯示模塊的選擇..........................................................................................1

2.3系統(tǒng)框圖設計..............................................................................................2

3產(chǎn)品硬件設計.........................................................................................................2

3.1STC89C52RC單片機核心電路設計.............................................................2

3.2按鍵電路設計..............................................................................................3

3.3LCD1602液晶顯示模塊電路.......................................................................4

4產(chǎn)品軟件設計.........................................................................................................5

4.1主程序流程圖..............................................................................................5

4.2程序開發(fā)軟件環(huán)境......................................................................................6

4.3產(chǎn)品程序清單..............................................................................................6

5產(chǎn)品使用說明.........................................................................................................6

5.1產(chǎn)品裝配圖..................................................................................................6

5.2產(chǎn)品調(diào)試......................................................................................................7

5.3產(chǎn)品使用說明..............................................................................................8

6產(chǎn)品設計技術標準...................................................................................................8

7參考資料...................................................................................................................8

附錄...............................................................................................................................9

附錄1元器件清單...............................................................................................9

附錄2電路...........................................................................................................9

附錄3PCB設計圖............................................................................................11

附錄4產(chǎn)品實物圖...........................................................................................12

附錄5主程序代碼..........................................................................................12

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基于51單片機的心率計設計與制作

1設計背景及內(nèi)容

近年來，我國心血管疾病的病發(fā)率和致死率分別占46%和44%，每五例死亡

中就有兩例死于心血管疾病，并且我國人口老齡化逐年加重，心臟病風險越來

月高。

并且當今社會，熬夜已經(jīng)成為了常態(tài)，而熬夜會導致心臟病幾率上升，人

們醒著時，心臟無時無刻都在工作，只有進入深度睡眠才能得到休息，現(xiàn)在人

們睡眠質(zhì)量越來越低，熬夜次數(shù)越來越多，我覺得，一款簡單、方便、能檢測

心率的產(chǎn)品能幫助許多人更清楚的了解自己的情況，在心臟出現(xiàn)問題的前期起

到提醒作用，避免造成心臟病的發(fā)生。

本產(chǎn)品是一款便攜式數(shù)字人體心率計，是一款采用紅外功能的傳感器，通

過軟件和硬件的協(xié)調(diào)配合來對人體心率信號進行檢測的專業(yè)儀器。將心率計放

在脈搏處，通過按鍵調(diào)節(jié)測量，在超過范圍后，將會自動報警。

2設計方案遴選

2.1單片機的選擇

（1）AT89C51單片機

（2）AT89C52單片機

AT89C52與AT89C51單片機都是比較常用的單片機。高性能、低功耗、功能

豐富且功能性強、成本低，AT89C51單片機外接晶振為24MHz、4k字節(jié)，AT89C52

單片機最高外接晶振為33MHz、8k字節(jié)，且AT89C52比AT89C51單片機多了一

個定時器。綜合考慮兩種單片機的優(yōu)缺點，由于成本相差無幾，因此此次設計

選用性能更高的AT89C52單片機。

2.2顯示模塊的選擇

（1）液晶顯示

1

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LCD1602液晶顯示屏是容性負載，液晶的電阻，液晶顯示的信息量較大、

長壽命、低壓、分辨率高、可顯示范圍大、價格相對稍高但顯示清晰度和直觀

程度都存在絕對優(yōu)勢。

（2）LED動態(tài)顯示

數(shù)碼管動態(tài)顯示是單片機中應用廣泛的顯示方式，且價格便宜，但顯示效

果和效率均偏低，且編程比較復雜。

根據(jù)以上兩種方案相比較，考慮到使用心率計的人群中老人占比較高，而

液晶顯示具有效果更好，操控更簡單等優(yōu)點。所以就選擇液晶顯示屏來作為顯

示模塊的使用。

2.3系統(tǒng)框圖設計

心率計的總體設計主要包括信號的采集電路和放大電路、比較電路、單片

機信號處理電路和液晶顯示電路，處理結果在LCD1602液晶模塊上顯示出

來。系統(tǒng)框圖如圖2-1所示。

圖2-1系統(tǒng)框圖

3產(chǎn)品硬件設計

3.1STC89C52RC單片機核心電路設計

51單片機作為整個系統(tǒng)的核心部位，所以使用性能更強，功能更強，范圍

更廣的STC89C52RC作為本產(chǎn)品的核心部位，原理圖如圖3-1所示。

2

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圖3-1單片機的電路原理圖

3.2按鍵電路設計

鍵盤采用線性鍵盤的設計，引腳通過按鍵接地，有掃描程序控制。分為三

個設置按鍵和一個復位按鍵，設置按鍵分別接到CPU的P30、P31、P32上的，

正常心率范圍設置，以便在超出限制時報警提示。

第一個按鍵：為設置報警的上下限心率。

第二個按鍵：按下可以增加心率上限。

第三個按鍵：按下可以降低心率下限。

第四個按鍵：復位按鍵。

如圖3-2所示。

3

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圖3-2按鍵電路原理圖

3.3LCD1602液晶顯示模塊電路

LCD1602主要是顯示當前測量的心率，單位是心率/分鐘。字符型液晶顯示

網(wǎng)格模塊，是專門用來顯示數(shù)字及字母，還能夠顯示多個國家的語言和一般符

號的點陣形式液晶屏幕。

原理圖如圖3-3所示：

圖3-3顯示器原理圖

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4產(chǎn)品軟件設計

4.1主程序流程圖

主程序工作的大致流程是先進行系統(tǒng)初始化，確定中斷入口地址，確定程

序入口，進行while循環(huán)，然后進入設置階段，可加減報警值或切換模式，然后

開始測量或設置上下限。如圖4-1所示。

圖4-1主程序流程圖

5

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4.2程序軟件開發(fā)環(huán)境

我采用的是用Keil5軟件進行源代碼的編寫，因為Keil5軟件安裝簡單，使

用方便，C語言代碼可以兼容在在Keil5軟件里面進行調(diào)試和編譯，且平時學習

和使用Keil5次數(shù)較多，更加熟練。

4.3產(chǎn)品程序清單

產(chǎn)品程序清單如圖4-2所示。

圖4-2產(chǎn)品程序清單圖

5產(chǎn)品使用說明

5.1產(chǎn)品裝配圖

產(chǎn)品裝配圖如圖5-1所示。

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圖5-1產(chǎn)品裝配圖

5.2產(chǎn)品調(diào)試

整體系統(tǒng)上電調(diào)試前，觀察導線是否脫落，是否過長，是否破損等問題，

各個部分的位置是否正確，當接電時開發(fā)板是否通電。

選擇調(diào)試平臺，將程序帶入軟件進行調(diào)試，如果程序調(diào)試沒有存在問題，

下一步就可以開始驗證系統(tǒng)功能能不能滿足要求，如果功能存在問題，那就要

重新調(diào)試，反復進行調(diào)試，直到所有問題都解決，達到想要效果。

產(chǎn)品調(diào)試圖如圖5-2所示。

圖5-2產(chǎn)品調(diào)試圖

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5.3產(chǎn)品使用說明

本產(chǎn)品是基于STC89C52單片機設計的心率計，當把手指放到紅外對管中

時，兩秒內(nèi)讀出心率，LCD1602液晶顯示當前心率，單位是心率/分鐘。按鍵可

以設置報警的上下限心率，按鍵一設置，按鍵二加，按鍵三減。

（1）使用前檢查產(chǎn)品導線和接口是否完全接好，有沒有脫落的情況，使用

時清除桌面雜物。

（2）使用USB線給板子上電，打開開關后心率計啟動，先進行心率報警值

和上下限的設置，隨后在心率檢測器處檢測，短暫延遲后在LCD1602液晶顯示

屏上顯示檢測數(shù)值，若達到心率報警值則報警燈亮起且蜂鳴器發(fā)聲，若為正常

范圍則相反。

（3）試用結束后收好產(chǎn)品，輕拿輕放，切記不要暴力操作。

6產(chǎn)品設計技術標準

[1]J-STD-001E電氣與電子組件的焊接要求

[2]IPC-A-610D(中文版)，IPC-A-610E電子組件的可接受性要求

[3]IPC-7711/21電子組件和電路板的返工&返修

[4]GB/T11457-2006信息技術軟件工程術語；

[5]GB/T8566-2007信息技術軟件生存周期過程標準；

[6]GB/T8567-2006計算機軟件文檔編制規(guī)范。

7參考資料

[1]智能心率監(jiān)測系統(tǒng)的設計[J].劉宇紅,李月婷,何國鋒,姜成旭.現(xiàn)代電

子技術.2017(20)

[2]基于單片機的智能SMS心率計設計[J].張建民,郭伙令,龍佳樂,李燁.

現(xiàn)代電子技術.2017(06)

[3]一種基于STM32和PPG技術的腕戴式心率計設計[J].劉勁松,朱純午,

楊莉.電子技術應用.2016(10)

[4]基于Web服務的物聯(lián)接入系統(tǒng)設計[J].于洪波,劉鴻飛,方麗英,陳道

新,王普.電子技術應用.2015(07)

8

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[5]基于ZigBee技術的便攜式心率計的設計[J].李戰(zhàn)勝,萬葉麗.電子世

界.2015(13)

[6]便攜式心率監(jiān)測計的設計[J].管芳,黃新,胡鴻志.儀表術.2014(01)

[7]基于單片機的數(shù)字心率計設計[J].黃川.科技資訊.2013(26)

[8]數(shù)字心率計的單片機設計與實現(xiàn)[J].石建飛.自動化技術與應

用.2013(05)

[9]基于AT89C51單片機的心率體溫測量儀設計[J].蘭羽.國外電子測量技

術.2013(03)

[10]基于光電技術的心率測量儀[J].駱文,劉陽,熊俊俏.工業(yè)儀表與自動

化裝置.2012(01)

附錄

附錄1元器件清單

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附錄2電路原理圖

10

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附錄3PCB設計圖

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附錄4產(chǎn)品實物圖

附錄5主程序代碼

#include<reg52.h>

#include<intrins.h>//包含頭文件

#defineuintunsignedint

#defineucharunsignedchar

#defineulongunsignedlong//宏定義

#defineLCD_DATAP0//定義P0口為LCD_DATA

sbitLCD_RS=P2^5;

sbitLCD_RW=P2^6;

sbitLCD_E=P2^7;//定義LCD控制引腳

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sbitXintiao=P3^2;//脈搏檢測輸入端定義

sbitspeaker=P2^4;//蜂鳴器引腳定義

voiddelay5ms(void);//誤差0us

voidLCD_WriteData(ucharLCD_1602_DATA);/********LCD1602數(shù)據(jù)寫入

***********/

voidLCD_WriteCom(ucharLCD_1602_COM);/********LCD1602命令寫

入***********/

voidlcd_1602_word(ucharAdress_Com,ucharNum_Adat,uchar*Adress_Data);

/*1602字符顯示函數(shù)，變量依次為字符顯示首地址，顯示字符長度，所顯示的

字符*/

voidInitLcd();//液晶初始化函數(shù)

voidTim_Init();

ucharXintiao_Change=0;//

uintXintiao_Jishu;

ucharstop;

ucharView_Data[3];

ucharView_L[3];

ucharView_H[3];

ucharXintiao_H=100;//脈搏上限

ucharXintiao_L=40;//脈搏下限

ucharnum[10];

uintnum_OK=0;

ucharXT=0;

ucharKey_Change;

ucharKey_Value;//按鍵鍵值

ucharView_Con;//設置的位（0正常工作，1設置上限，2設置下限）

ucharView_Change;

voidmain()//主函數(shù)

{

InitLcd();

Tim_Init();

lcd_1602_word(0x80,16,"HeartRate:");//初始化顯示

TR0=1;

TR1=1;//打開定時器

while(1)//進入循環(huán)

{

if(Key_Change)//有按鍵按下并已經(jīng)得出鍵值

{

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Key_Change=0;//將按鍵使能變量清零，等待下次按鍵按下

View_Change=1;

switch(Key_Value)//判斷鍵值

{

case1://設置鍵按下

{

View_Con++;//設置的位加

if(View_Con==3)//都設置好后將此變量清零

View_Con=0;

break;//跳出，下同

}

case2://加鍵按下

{

if(View_Con==2)//判斷是設置上限

{

if(Xintiao_H<150)//上限數(shù)值小于150

Xintiao_H++;//上限+

}

if(View_Con==1)//如果是設置下限

{

if(Xintiao_L<Xintiao_H-1)//下限值小于上限-1（下限值

不能超過上限）

Xintiao_L++;//下限值加

}

break;

}

case3://減鍵按下

{

if(View_Con==2)//設置上限

{

if(Xintiao_H>Xintiao_L+1)//上限數(shù)據(jù)大于下限+1（同樣

上限值不能小于下限）

Xintiao_H--;//上限數(shù)據(jù)減

}

if(View_Con==1)//設置下限

{

if(Xintiao_L>30)//下限數(shù)據(jù)大于30時

Xintiao_L--;//下限數(shù)據(jù)減

}

break;

}

}

}

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if(View_Change)//顯示變量

{

View_Change=0;//變量清零

if(stop==0)//心率正常時

{

if(View_Data[0]==0x30)//最高位為0時不顯示

View_Data[0]='';

}

else//心率不正常（計數(shù)超過5000，也就是兩次信

號時間超過5s）不顯示數(shù)據(jù)

{

View_Data[0]='';

View_Data[1]='';

View_Data[2]='';

}

switch(View_Con)

{

case0://正常顯示

{

lcd_1602_word(0x80,16,"HeartRate:");//顯示一行數(shù)據(jù)

lcd_1602_word(0xc0,16,"");//顯示第二行

數(shù)據(jù)

if(num_OK!=0)

lcd_1602_word(0xcd,3,View_Data);//第二行顯示

心率

break;

}

case1://設置下限時顯示

{

lcd_1602_word(0x80,16,"HeartRate:");//第一行顯示心

率

lcd_1602_word(0x8d,3,View_Data);

View_L[0]=Xintiao_L/100+0x30;//將下限數(shù)據(jù)拆字

View_L[1]=Xintiao_L%100/10+0x30;

View_L[2]=Xintiao_L%10+0x30;

if(View_L[0]==0x30)//最高位為0時，不

顯示

View_L[0]='';

lcd_1602_word(0xC0,16,"WarningL:");//第二行顯示下

限數(shù)據(jù)

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lcd_1602_word(0xCd,3,View_L);

break;

}

case2://設置上限時顯示（同上）

{

lcd_1602_word(0x80,16,"HeartRate:");

lcd_1602_word(0x8d,3,View_Data);

View_H[0]=Xintiao_H/100+0x30;

View_H[1]=Xintiao_H%100/10+0x30;

View_H[2]=Xintiao_H%10+0x30;

if(View_H[0]==0x30)

View_H[0]='';

lcd_1602_word(0xC0,16,"WarningH:");

lcd_1602_word(0xCd,3,View_H);

break;

}

}

}

}

}

voidTime1()interrupt3//定時器1服務函數(shù)

{

staticucharKey_Con,Xintiao_Con;

uchari,j;

ucharzancun;

bitflag_break;

TH1=0xd8;//10ms

TL1=0xf0;//重新賦初值

switch(Key_Con)//無按鍵按下時此值為0

{

case0://每10ms掃描此處

{

if((P1&0x07)!=0x07)//掃描按鍵是否有按下

{

Key_Con++;//有按下此值加1，值為1

}

break;

}

case1://10ms后二次進入中斷后掃描此處（Key_Con

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為1）

{

if((P1&0x07)!=0x07)//第二次進入中斷時，按鍵仍然是按下（起到按

鍵延時去抖的作用）

{

Key_Con++;//變量加1，值為2

switch(P1&0x07)//判斷是哪個按鍵按下

{

case0x06:Key_Value=1;break;//判斷好按鍵后將鍵值賦

值給變量Key_Value

case0x05:Key_Value=2;break;

case0x03:Key_Value=3;break;

}

}

else//如果10ms時沒有檢測到按鍵按下

（按下時間過短）

{

Key_Con=0;//變量清零，重新檢測按鍵

}

break;

}

case2://20ms后檢測按鍵

{

if((P1&0x07)==0x07)//檢測按鍵是否還是按下狀態(tài)

{

Key_Change=1;//有按鍵按下使能變量，（此變

量為1時才會處理鍵值數(shù)據(jù)）

Key_Con=0;//變量清零，等待下次有按鍵按

下

}

break;

}

}

switch(Xintiao_Con)//此處與上面按鍵的檢測類似

{

case0://默認Xintiao_Con是為0的

{

if(!Xintiao)//每10ms（上面的定時器）檢測一次脈搏是否有信號

{

Xintiao_Con++;//如果有信號，變量加一，程序就會往下走了

}

break;

}

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case1:

{

if(!Xintiao)//每過10ms檢測一下信號是否還存在

{

Xintiao_Con++;//存在就加一

}

else

{

Xintiao_Con=0;//如果不存在了，檢測時間很短，說明檢測到的

不是脈搏信號，可能是其他干擾，將變量清零，跳出此次檢測

}

break;

}

case2:

{

if(!Xintiao)

{

Xintiao_Con++;//存在就加一

}

else

{

Xintiao_Con=0;//如果不存在了，檢測時間很短，說明檢測到的

不是脈搏信號，可能是其他干擾，將變量清零，跳出此次檢測

}

break;

}

case3:

{

if(!Xintiao)

{

Xintiao_Con++;//存在就加一

}

else

{

Xintiao_Con=0;//如果不存在了，檢測時間很短，說明檢測到的

不是脈搏信號，可能是其他干擾，將變量清零，跳出此次檢測

}

break;

}

case4:

{

if(Xintiao)//超過30ms一直有信號，判定此次是脈搏信號，執(zhí)行以下

程序

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{

if(Xintiao_Change==1)//心率計原理為檢測兩次脈沖間隔時間計

算心率，變量Xintiao_Change第一次脈沖時為0的，所有走下面的else，第二次

走這里

{

if(60000/Xintiao_Jishu<200)//心跳小于200是

正常心跳，否則認為是干擾，不計

{

num[XT]=(60000/Xintiao_Jishu);//將心跳數(shù)值保存

到數(shù)組num[XT]內(nèi)

XT++;//保存好后將XT值

加1

if(XT>=5)//XT加到5時

{

XT=0;//XT清零

for(i=0;i<5;i++)//for循環(huán)5次（這個for

循環(huán)是為了將5次的數(shù)據(jù)進行冒泡法取平均值）

{//就是將5個數(shù)據(jù)

排序，然后去掉一個最大值和一個最小值，剩下的取平均值，使結果更穩(wěn)定。

flag_break=0;//跳出變量清零，如

果執(zhí)行完下面的for循環(huán)，此變量仍為1，則說明num數(shù)組內(nèi)數(shù)據(jù)已經(jīng)是依次排

列，跳出for循環(huán)。

for(j=0;j<5;j++)//內(nèi)循環(huán)5次

{

if(num[j]>num[j+1])//num[j]的數(shù)據(jù)如

果大于num[j+1]的數(shù)據(jù)

{

zancun=num[j];//將num[j]的數(shù)據(jù)

暫存到zancun變量

num[j]=num[j+1];//將num[j+1]的數(shù)

據(jù)保存到num[j]內(nèi)

num[j+1]=zancun;//將zancun的數(shù)據(jù)

保存到num[j+1]內(nèi)，完成num[j]和num[j+1]的數(shù)據(jù)位置調(diào)換

flag_break=1;//只要進入當前的

if函數(shù)里就說明num數(shù)組內(nèi)的數(shù)據(jù)還沒有完成依次排列，此變量置1，繼續(xù)在for

循環(huán)內(nèi)執(zhí)行。

}

}

if(flag_break==0)break;//如果數(shù)據(jù)已經(jīng)或經(jīng)

過調(diào)換已經(jīng)是依次排列了，那么跳出變量置1

}

num_OK=(num[1]+num[2]+num[3])/3;//將最大值和

最小值去掉，中間三個值相加，除以3得到平均值

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if((num_OK>=Xintiao_H)||(num_OK<=Xintiao_L))//

心率不在范圍內(nèi)報警

speaker=0;//蜂鳴器響

else

speaker=1;//不響

}

View_Data[0]=num_OK/100+0x30;//計算心跳

并拆字顯示：心跳計時是以10ms為單位，兩次心跳中間計數(shù)如果是100次，也

就是100*10ms=1000ms=1s

View_Data[1]=num_OK%100/10+0x30;//那么計算

出的一分鐘（60s）心跳數(shù)就是：60*1000/（100*10ms）=60次其中60是一

分鐘60s，1000是一秒有1000ms，100是計數(shù)值，10是一次計數(shù)對應的時間是

10ms

View_Data[2]=num_OK%10+0x30;//計算出的

心跳數(shù)/100得到心跳的百位，%100是取余的，就是除以100的余數(shù)，再除以10

就得到十位了，以此類推

//數(shù)字后的單

個數(shù)據(jù)+0x30的目的是得到對應數(shù)字的液晶顯示碼，數(shù)字0對應的液晶顯示碼是

0x30，1是0x30+1，以此類推

}

if(num_OK>200)

{

View_Data[0]='-';

View_Data[1]='-';

View_Data[2]='-';

speaker=1;//不響

}

View_Change=1;//計算出心率后啟動顯示

Xintiao_Jishu=0;//心跳計數(shù)清零

Xintiao_Change=0;//計算出心率后該變量清零，準備下次

檢測心率

stop=0;//計算出心率后stop邈

}

else//第一次脈沖時Xintiao_Change為0

{

Xintiao_Jishu=0;//脈沖計時變量清零，開始計時

Xintiao_Change=1;//Xintiao_Change置1，準備第二次檢測到

脈沖時計算心率

}

Xintiao_Con=0;//清零，準備檢測下一次脈沖

break;

}

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湖南商務職業(yè)技術學院畢業(yè)設計

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