毕业设计（论文）-基于AT89S52单片机的脉搏测量器设计.doc

皖西学院本科毕业论文（设计）皖西学院2011-2012年 第25页 目录关键词3第一章 引言5第二章 系统模块设计52.1 框图设计52.2 +5v电源电路设计62.3 单片机at89s52功能介绍62.3.1 at89s52主要功能列举如下72.3.2 at89s52各引脚功能介绍72.3.3 at89s52结构框图92.4 单片机复位电路设计102.5 单片机晶振电路设计112.6 红外发射和接收电路的设计122.6.1 红外通信原理122.6.2 红外发射接收电路图132.7 7seg-mpx4-cc与单片机接口电路142.8 半导体发光二极管工作原理、特性及应用16第三章 硬件设计173.1 电路原理图173.2 原件清单18第四章 软件设计194.1 程序流程图194.2 程序清单204.3系统proteus仿真图234.3.1 显示初始页面234.3.2 一分钟脉搏跳动显示23结论24致谢25参考文献25 基于at89s52单片机的脉搏测量器设计 摘要：脉搏指动脉的搏动。正常成年人的脉搏大概在60100次每分，而老年人的脉搏偏低，女性和儿童的脉搏则偏高。正常人脉律规则，有窦性心律不齐者的脉律可随呼吸改变。吸气时增快;呼气时减慢。心脏搏动所引起的压力变化使主动脉管壁发生振动，沿着动脉管壁向外周传递，即成脉搏。通常所称的脉搏系指在手腕桡侧扪到的脉搏。脉搏反映血液循环系统的功能状态。通过检查脉搏的速率、节律、紧张度、强弱、波形和动脉壁的情况，可以判断病变部位及相对应的病征。所以人们在心慌或发烧时，总要数一数自己的脉搏，而在家庭急救中，准确测量脉搏对普通人来说常常不易做到。本课题中基于单片机at89s52设计的脉搏测量器性能可靠、测量准确、操作简单，具有一定的实用性。关键词：at89s52、单片机、脉搏测量器abstract:pulse finger artery pulse. normal adult pulse in about 60- 100 times per minute, while the elderly pulse is low, women and children of the pulse is high. normal human rule, a sinus arrhythmia of the pulse rate with changes in respiration. inhale exhale down faster. cardiac pulsation pressure caused by changes in the aortic wall to vibrate, along the arterial wall periphery transmission, namely into pulse. often referred to as the pulse refers to the radial side of the children of ammon to pulse. pulse reflect the blood circulatory system function state. by checking the pulse rate, rhythm, stress, strength, waveform and arterial wall, can determine the site of lesion and the corresponding symptoms. so people are nervous or have a fever, always count your pulse, and in a family emergency, accurate measurement of pulse for ordinary people often not easy to do. in this paper based on the at89s52 mcu design of pulse measurement device has reliable performance, accurate measurement, simple operation, has a certain practicality.key words: scm, at89s52, pulse measurement device 第一章 引言 在我国传统中医学的诊断中，“望、闻、问、切”是最基本的四个方面。而在其中，切，也就是脉诊，占有非常重要的地位。通过脉诊，医生可以对患者的身体状况有一个大概的了解，进而对症下药。 而现今，医院的护士每天都要给住院的病人把脉记录病人每分钟脉搏数，方法是用手按在病人腕部的动脉上，根据脉搏的跳动进行计数。为了节省时间，一般不会作1分钟的测量，通常是测量10秒钟时间内心跳的数，再把结果乘以6即得到每分钟的心跳数，即使这样做还是比较费时，而且精度也不高。本设计是一种用at89s52单片机制作的脉搏测量仪，只要人把手指放在传感器内2秒钟就可以精确测量出每分钟脉搏数，测量结果用三位数字显示。第二章 系统模块设计2.1 框图设计 基于at89s52单片机的脉搏测量器由电源模块、复位电路、晶振电路、at89s52单片机、脉搏感应电路、脉搏处理电路、脉搏次数显示电路以及脉搏显示发光二极管等组成。系统设计框图如下所示。电源电路脉搏感应电路s2单片机复位电路信号处理电路脉搏显示电路晶振电路脉搏跳动电路 图2.1 基于at89s52单片机脉搏测量器系统框图 2.2 +5v电源电路设计我们利用7805稳压器设计+5v电源电路。7805是我们最常用到的稳压芯片了，它的使用方便，用很简单的电路即可以输入一个直流稳压电源,它的输出电压为5v。它有很多的系列如ka7805，ads7805，cw7805等，性能有微小的差别,最常用是lm7805,下图为其结构见图： 图2.2 7805引脚图图中1接整流器输出的+电压，2为公共地(也就是负极)，3就是我们需要的正5v输出电压了 220v交流电源供电： 图2.3 +5v电源设计图其中，c1、c2分别为输入端和输出端滤波电容，rl为负载电阻。 2.3 单片机at89s52功能介绍 单片机at89s52为 atmel 所生产的一种低功耗、高性能cmos8位微控制器，具有8k在系统可编程falsh存储器。2.3.1 at89s52主要功能列举如下1、内部程序存储器（rom）为 8kb2、内部数据存储器（ram）为 256字节3、全双工uart串行通道4、拥有灵巧的8位cpu和在系统可编程flash5、32 个可编程i/o 口线6、8 个中断向量源7、三个 16 位定时器/计数器8、三级加密程序存储器9、晶片内部具时钟振荡器（传统最高工作频率可至 12mhz）2.3.2 at89s52各引脚功能介绍 图2.4 at89s52引脚图 vcc：at89s52电源正端输入，接+5v。 vss：电源地端。 xtal1：单片机芯片系统时钟的反相放大器输入端。 xtal2：单片机芯片系统时钟的反相放大器输出端。 reset：单片机at89s52的重置引脚，复位输入，高电平有效。 ea/vpp：当ea保持低电平时，使用外部程序存储器。当ea保持高电平时，则使用内部程序存储器。 ale/prog： 当访问外部存储器时用来锁存地址的地位字节。 psen：是外部程序存储器的选通信号。 port0（p0.0p0.7）：端口0是一个8位宽的开路汲极（open drain）双向输出入端口，共有8个位，p0.0表示位0，p0.1表示位1，依此类推。 port1（p1.0p1.7）：端口1是具有内部提升电路的双向i/o端口，其输出缓冲器可以推动4个ls ttl负载，同样地若将端口1的输出设为高电平，便是由此端口来输入数据。 port2（p2.0p2.7）：端口2也是具有内部提升电路的双向i/o端口，每一个引脚可以推动4个ls的ttl负载，若将端口2的输出设为高电平时，此端口便能当成输入端口来使用。 port3（p3.0p3.7）： 端口3管脚是8个带内部上拉电阻的双向i/o口，可接收输出4个ttl门电流。 其各个管脚功能分配如下：p3.0：rxd（串行通信输入口）；p3.1：txd（串行通信输出口）；p3.2：int0（外部中断0输入）；p3.3：int1（外部中断1输入）；p3.4：t0（计时器0外部输入）；p3.5：t1（计时器1外部输入）；p3.6：wr(外部数据存储器的输入信号）；p3.7：rd（外部数据存储器的读取信号）； rst： 复位输入。当振荡器复位器件时，要保持rst脚两个机器周期的高电平时间。2.3.3 at89s52结构框图 图2.5 at89s52结构框图2.4 单片机复位电路设计在单片机系统中，系统上电启动的时候复位一次，当按键按下的时候系统再次复位，如果释放后再按下，系统还会复位。所以可以通过按键的断开和闭合在运行的系统中控制其复位。时钟电路工作后，在rest管脚上加两个机器周期的高电平，芯片内部开始进行初始复位。下图为复位电路图： 图2.6 复位电路 2.5 单片机晶振电路设计单片机系统里都有晶振，在单片机系统里晶振作用非常大，全程叫晶体振荡器，他结合单片机内部电路产生单片机所需的时钟频率，单片机晶振提供的时钟频率越高，那么单片机运行速度就越快，单片接的一切指令的执行都是建立在单片机晶振提供的时钟频率。在数字电路中，晶振的作用是为一个时序控制提供一个标准时刻。数字电路是根据具体电路来设计的，其能在某个时刻完成某项特定的任务，假如没有一个标准时刻来控制时序的话，那么整个数字电路就不知道在什么时刻该做什么，也就处于瘫痪状态。在本单片机系统中，晶振的作用便是为系统提供基本的时钟信号，来保证系统各个部分保持同步。下图为晶振电路图： 图2.7 晶振电路图2.6 红外发射和接收电路的设计2.6.1 红外通信原理红外通信技术是一种无线连接技术，目前在世界范围内被硬件和软件平台所支持。红外通信技术是通过数据电脉冲和红外光脉冲之间的相互转换来实现数据收发的，其目的主要是为了取代点对点的线缆连接。简而言之，红外通信的实质也就是对二进制的数字信号进行调制与解调，从而达到对数字信号的传输。其基本原理图如下所示：红外发射电路单片机 输出调制发送单片机 红外接收电路 解码接收解调 图2.8 红外发射接收原理图2.6.2 红外发射接收电路图 红外发射电路主要是接收单片机输出的调制信号，并将其发送到红外接收电路。红外发射电路主要由发光二极管组成，常用的发光二极管发射的波长在940nm左右，其发出的是红外线，而不是可见光。 图2.9 红外发射电路 红外接收电路主要是接收红外发射电路发射的调制信号，并将调制信号发送到单片机进行解调。接收电路主要由光敏二极管组成，工作时需要给光敏二极管加反向偏转电压，保证其获得较高的灵敏度正常工作。 图2.10 红外接收电路2.7 7seg-mpx4-cc与单片机接口电路 7seg-mpx4-cc 四个共阴二极管显示器 1234 是阴公共端，其管脚图如下所示： 图2.11 7seg-mpx4-cc管脚图 这种类型的显示器，在它的内部中，除各个公共端外，是把各个显示器的同名端并联起来的。比如说，四位一体的led显示器，是每个脚的同名端并接，所以仍是有8个引脚，再加上4个公共端，就是有12个引脚，同理，八位一体显示器就是8个同名引脚加8个公共端，就是16个引脚。若想数码管正常显示，需要通过驱动电路来驱动数码管的各个段码，从而正常显示出需要的数据。数码管有两种不同的驱动方式，分别为静态驱动和动态驱动。静态驱动也称直流驱动，其优点是编程简单，显示亮度高。动态驱动是指通过分时轮流控制各个数码管轮流显示。 其与单片机的接口电路图如下： 图2.12 7seg-mpx4-cc与单片机接口电路图2.8 半导体发光二极管工作原理、特性及应用 发光二极管通常称为led，是一种容易装配到电子电路中的微型灯泡，但它们并不是普通的白炽灯，它们没有灯丝，也不会发烫。它们之所以能够发光，是由于半导体材料内部电子运动造成。发光二极管的核心是pn结，因此它同样具有一般pn结的特性，包括正向导通、反向截止、击穿和发光特性。 目前，发光二极管用途广泛，能完成数十种不同的工作，而且，在各种设备中都能找到他们的身影。本设计中主要用到了它的发光特性，其原理是：在正向电压下电子由n区流入p区，空穴由p区流入n区。导致进入对方去的少数载流子与多数载流子复合而发光。原理如图： 图2.13 半导体发光二极管工作原理图 第三章 硬件设计3.1 电路原理图工作原理：电源电路为单片机以及其他模块提供标准5v电源；复位电路模块为单片机系统提供复位功能；晶振模块为单片机提供时钟标准，使系统各部分能协调工作；单片机作为主制约器，根据输入信号对系统进行相应的制约；红外发射和接收模块用来检测脉搏信号；信号变换模块用来把红外接收头接收的脉搏信号进行放大和滤波，以便单片机进行处理；显示模块用来显示具体的脉搏测量结果，它会记录脉搏一分钟跳动的次数；发光二极管可以通过发光的形式显示脉搏的跳动。综合上述分析，设计出基于at89s52单片机的脉搏测量器，其原理图如下： 图3.1 脉搏测量器设计图传感器由脉冲发生器组成，测量原理如下：将手指放在脉冲发生器之间，血管中血液的流量随着心脏的跳动变化，由于人体脉搏跳动并且用脉冲发生器接受静脉血管强度变化，此变化和心跳的节拍相对应，因此脉冲电流也跟着心跳的节拍改变，使得脉冲发生器输出与心跳节拍相对应的脉冲信号。3.2 原件清单基于at89s52单片机的脉搏测量器的清单如下表所示： 表3.1 基于at89s52单片机的脉搏测量器设计原件清单表 原件名称型号数量(个)用途单片机at89s521控制核心晶振12mhz1晶振电路电容30pf2按键1复位电路电解电容10uf/10v1电阻10k1电源+5v/0.5a1电源电路红外发射头ph3031脉搏信号检测电路红外接收头ph3021电阻1001电阻22k1电阻5001脉搏显示发光二极管1集成块cd40691脉搏信号放大和滤波电路电容1uf1电解电容100uf/10v1电解电容22uf/10v1电解电容47uf/10v1电解电容47k1脉搏计数显示电路电阻10k2电阻1m1电阻22k1电阻470k1电阻100k1电阻5008数码管共阳极3位集成块74ls041集成块74ls2451 第四章 软件设计4.1 程序流程图基于at89s52单片机脉搏测量器的程序流程图如下。其中初始化包含了对定时器的选用、优先级的设定和初始值的设置。系统主程序控制单片机系统按预定的操作方式运行, 它是单片机系统程序的框架。系统上电后,对系统进行初始化。初始化程序主要完成对单片机内专用寄存器、定时器工作方式及各端口的工作状态的设定。系统初始化之后, 进行对脉搏信号的检测，判断是否有脉搏信号，如果有，则将脉搏计数器加1，如果没有则返回重新判断。具体流程图如下所示： 开始初始化有脉搏？否是脉搏计数加1 图4.1 基于at89s52单片机脉搏测量器的设计程序流程图4.2 程序清单 该程序用汇编语言编写，主要有四个模块组成，分别为主程序模块、外部中断服务程序模块、定时器t0中断服务程序模块、延时子程序模块等。主程序模块主要完成程序的初始化。外部中断服务程序模块由信号判断、计算、合理近似、显示输出等部分组成。定时中断服务程序模块由计时、计数、无效测试信号判断等部分组成。程序中用变量n对脉搏脉冲信号个数计数。程序源代码如下：#include unsigned char i,j,t,m,yshshjian,yshhvhong3；unsigned int n,mbo；unsigned char codewxuan3=0xf7,0xef,0xdf； unsigned char codexshb10=0x81,0xcf,0x92,0x86,0xcc,0xa4,0xa0,0x8f,0x80,0x84 sbit shru=p30；void yshi(yshshjian)；main() tmod=0x01；th0=0xec；tl0=0x78；ie=0x83；it0=1； tr0=1； for(； ) if(shru=0)yshi(200);shru=1;external0() interrupt 0shru=0； if(n=0)mbo=0；elsembo=12000/n； yshhvhong2=mbo%10； mbo=mbo/10;yshhvhong1=mbo%10；yshhvhong0=mbo/10； n=0；timer0() interrupt 1th0=0xec；tl0=0x78；t=wxuanj； p3=p3|0x38；p3=p3&t； t=yshhvhongj； t=yshhvhongt； p1=t； j+； if(j=3)j=0；n+；if(n=2000) n=0；void yshi(yshshjian)for(；yshshjian0；yshshjian-)for(i=0；i250；i+)； 4.3系统proteus仿真图4.3.1 显示初始页面 图4.2 电路图仿真初始状态4.3.2 一分钟脉搏跳动显示 图4.2 一分钟后脉搏跳动显示结论我的毕业设计课题是基于at89s52单片机的脉搏测量器。我是通过将手指放在脉冲发生器之间，血管中血液的流量随着心脏的跳动变化，由于人体脉搏跳动并且用脉冲发生器接受静脉血管强度变化，此变化和心跳的节拍相对应，因此脉冲电流也跟着心跳的节拍改变，使得脉冲发生器输出与心跳节拍相对应的脉冲信号，然后通过计算一分钟内所产生的脉冲信号来测量脉搏。 在设计过程中也遇到了不少问题。开始的时候我用的是multisim仿真软件，但是仿真过程中我发现里面没有at89s52单片机，经过上网了解才知道multisim不是针对单片机的仿真软件，里面只有有限的几个单片机。所以我不得不重新选择仿真软件。最后决定选择了针对单片机的仿真软件proteus，但是安装过后不能用，让我郁闷不已，我通过百度知道是我安装步骤错了，最后在学习了安装步骤过后才安装成功。这次测量课程设计所需要的知识有很多在书本上是找不到的，而且这些知道并不是像以前一样由老师系统的详细的教授。所以，我花费了大量时间查阅资料。虽然在网上找东西相对方便一点，但信息量更大也更为嘈杂，所以更要花很多时间整理。当然，还遇到了其它问题，但经过胡老师的帮助和自己查找资料，已经全部解决。虽然这次毕业设计我遇到了很多困难，但是在克服困难的同时让我学到了很多东西，也让我明白了一个道理，上课时学到的东西还不算是我们真正的东西，只有在实践过程中才能算是真正的掌握。通过这次毕业设计，让我对所学的知识有了进一步了解和巩固，同时让自己的独立设计能力进行了一次全面的检验和提升。在设计过程中学到了很多知识，积累了宝贵的设计经验，设计能力有了很大提高，能承担一些基本的设计工作；同时，通过这次毕业设计，也发现自己还存在不少的知识缺陷，必须时刻保持的心态，不断地努力学习，来充实自己的生活。致谢 在这次毕业设计的过程中，我的指导老师胡永刚老师给予了我很大的支持和帮助，提供了相关资料，对我的毕设计作品给予了指导和支持。在我在外实习期间，仍坚持不断每周给我打电话，督促我早日完成毕业设计。真因为胡老师的关心和帮助，使我此次毕业设计能够顺利如期圆满的完成。在此，向