心音采集与显示课程设计报告讲解

1、、彳甫渕濮/普电子课程设计报告题目基于51单片机的心音采集系统学院生物医学工程学院专业牛物医学工程（仪器）年级11级姓名班福香学号11161057指导老师谢勤岚一、设计背景1二、设计目的2三、设计思路2四、系统框图3五、系统主控模块原理4六、软件设计7七、结果仿真12八、报告总结13九、参考文献14、设计背景随着社会的发展，生活水平提高了，同时生活压力也不断地加 重。然而各种心血管疾病发病率也越来越高， 收入水平的提高也使得 人们对保健的需求和质量的需求和要求也越来越高。近几年来越来越 多的医疗仪器被研发。心音能反应出心脏的生理情况，因此可以通过心音来诊断一个人 的心脏十分健康，心音是由心脏搏

2、动工程中各瓣膜的开闭以及心肌和 血液运动所产生的震动形成的。它含有关于心脏各个部分如心房、心 室、大血管、心血管及各个瓣膜功能状态的大量病理信息，是临床评 估心脏功能状态的最基本方法，是心脏及大血管机械运动状况的反 映。它是人体最重要的生理信号之一， 是临床评估心血管系统功能状 态的一种基本方法，是心脏及大血管机械运动状况的反映。 在一些心 血管疾病尚未发展到足以产生病理形态学改变及临床症状以前，心音中出现的杂音和畸变是重要的诊断信息， 可以通过对这些病理特征进 行分析而提前对疾病进行预防。现如今，对于心音信号的采集和处理的相关研究，很多都以在理 论上做的很好，甚至已经接近完美，可是由于心音信

3、号微弱，噪声大， 所以在实际中对于心音的检测带来较多困难， 实际的设计与检测技术 还是远不及理论上那么好。因此需要跟多的学员对其进行学习与研 究，使得医疗仪器更加的完善和精确。、设计目的(1 )培养生医仪器设计的专业素养及动手能力;(2) 熟练掌握keil和LABVIEW 软件的使用;(3) 掌握A/D转换与单片机的接口方法；(4) 了解信号采集与显示装置的设计步骤；(5) 了解单片机如何进行数据采集；(6) 了解信号采集与显示装置的设计步骤；(7) 基于51单片机设计一个心音采集装置。二、设计思路采集系统首先要解决的是如何将心音信号转化为电信号，进行数字处理，由于心音的频率较低 20Hz60

4、0Hz,在人耳所能听到的低频 段，因此首先要选用一个声音传感器，从人体采集心音信号。对传感 器的选取原则是：灵敏度高，抗干扰能力强，除了要提取微弱的心音 信号外，还要求它不受人声、工频等信号的干扰。由于心音和脉搏传 感器输出的信号微弱并夹杂着噪声干扰，所以完成了信号的初步采集 之后，就要将信号经前置放大、滤波、后置放大、A/D转换和进一步处理。而在本学期的课程设计内容中，我们要做的重点工作就是在已 有的硬件电路基础上，以 AT89C51单片机为核心，完成系统主控电路的设计。而这一部分内容主要是将前期处理后的心音信号经过A/D 转换器传给单片机控制存储、输出，最后通过串口通信输出到PC机,直接显

5、示出来。四、系统框图PC显示机串口通信电路单片机DA/转换电路14心音采集系统的整体设计框图C51单片机，主要的芯片型号是*ccPO O .ADOP0.1 ADIPD.2 ADJP03 AD3P0.4 AD4P0.5 -AD5P0.6 .ADfiP0.7 .AD?EX_LVDP4iALE P4.5NA P4.4P2.7A15P2.fi AUP2.5 A13P2.4 A12P2.3A11P2.2A10P2.1 A9PtO AS五、系统主控模块原理1、CPU的选择本次设计我们采用的是12C5A32S2。引脚图如下:CLtCOLTZ P1.CPl.lECI Pl 2CCP0P1 3SS CCP1 P

6、l.4 MOSIP1.5 xnso pi 6 SCLKP1 7R4.7 RSTRXDP3 0TXDP3.1ETD P3.2Inti psjCLkOUTO P3.4 CLKOUT1 P3.5WRP3.6RDP3/XTAL2YTAL1GND芯片功能介绍:P0.0 P0.7(39 32): P0 口是一个漏极开路型准双向I/O 口。在 访问外部存储器时它是分时多路转换的地址(低8位)和数据总线，在 访问期间激活了内部的上拉电阻。在EPROM!程时，它接收指令字节， 而在验证程序时，则输出指令字节。验证时，要求外接上拉电阻。P1.0 P1.7(1-8) : P1 口是带内部上拉电阻的8位双向I/O 口

7、。在EPRO编程和程序验证时，它接收低 8位地址。P2.0 P2.7(21-28) : P2 口是一个带内部上拉电阻的 8位双向I/O 口。在访问外部存储器时，它送出高8位地址。在对EFRO编程和程序验 证期间，它接收高8位地址。P3.0 P3.7(10-17) : P3 口是一个带内部上拉电阻的 8位双向I/O 口。在12C5A32S2上的ADC模块具有十位精度，8个输入通道(对应 P1.0P1.7 口)，最高采样率可达250KHZ参考电压源为Vcc，如果 Vcc电压不稳定，会影响ADC转换结果精度，可外接稳定参考电压。2、A/D转换模块ADC是一个将模拟信号转变为数字信号的电子元件。通常的

8、 模数转换器是将一个输入电压信号转换为一个输出的数字信号。由于数字信号本身不具有实际意义，仅仅表示一个相对大小。故任何一个 模数转换器都需要一个参考模拟量作为转换的标准，比较常见的参考 标准为最大的可转换信号大小。而输出的数字量则表示输入信号相对于参考信号的大小。在本次设计的中我们主要的任务是将采集的心音 信号转化成数字信号并用软件显示其波形和大小。输入电压与ADC转换结果的关系如下：V 亠 *1024=AD RESVref-Vin :输入电压Vref:参考电压（在STC51系统上是5V）AD_RES:ADC转换结果ADC的软件处理流程图：3、串口通信模块串口通信是指外设和计算机间，通过数据信

9、号线、地线、控制线等，按位进行传输数据的一种通讯方式。 我们的串口主要是用于数据的交换传输。对串口通信的设置有以下几个关键参数：波特率，数 据位，停止位，校验方式，。通信两端的参数设置要严格一致才可以 实验数据传输。一般设置成8位数据位，1位停止位，无校验。 关于波特率的计算：在我们使用的单片机中方式0和方式2的波特率是固定的，而方式1和方式3的波特率是可变的。方式0的波特率=fosc/12方式2的波特率=s mod64f osc方式I和方式3的波特率 方式1和方式3的移位时钟脉冲由定时器T1的溢出率决定，故波特宰由定时器T1的溢出率与SMOD值同时决定，即：Vn方式1和方式3的波特率=石一*

10、1024= AD_ RESVref计数初值=空smofosc384*波特率六、软件设计在本次课程设计中，要求实现的功能是：(1) 将从示波器输出的模拟信号转换成能够在Labview软件中 观察到的波形。(2) 实现采集心音信号，并能够在Labview软件中观察到的波形。(3) 实现串口的基本参数设定，如波特率、缓存区大小，奇偶 校验位、数据数和是否包含结束比特等；(4) 实现计算机与PC之间的数据传输。本程序中，波特率选用 9600, 8bit数据比特，不进行奇偶校验，1bit停止比特，每次通信 的间隔为0.5s。ADC程序设流程图：串口通信框图:nI_|SERHLInstr JJ11 rIi

11、 i i im!E國3fl1Bytes at Port*oNone*|.23fl源代码:#in elude #in elude vintrin s.h#defi ne FOSC 11059200#defi ne BAUD 9600typedef un sig ned charBY TE;typedef un sig ned intWORD;sfr ADC_CONTR = 0xBC;sfr ADC_RES0xBD;sfr ADC_L0W2 0xBE;sfr P1ASF= 0x9D;#defi ne ADC_POWER 0x80#defi ne ADC_FLAG 0x10#defi ne ADC_

12、START 0x08#defi ne ADC_SPEEDLL 0x00#defi ne ADC_SPEEDL 0x20#defi ne ADC_SPEEDH 0x40#defi ne ADC_SPEEDHH 0x60void In itUart();void Sen dData(B YTE dat);void Delay(WORD n);void In itADC();BYTE ch = 0;void mai n()In itUart();In itADC();IE = 0xa0;while (1);void adc_isr() in terrupt 5 using 1ADC_CONTR &=

13、 ! ADC_FLAG;Sen dData(ADC_RES);Sen dData(ADC_LOW2);if (+ch 7) ch = 0;ADC_CONTR = ADC_POWER | ADC_SPEEDLL | ADC_START | ch;void In itADC()P1ASF = Oxff;ADC_RES=0;ADC_CONTR = ADC_POWE FADC_SPEEDL ADC_START ch;Dela y(2)；void Ini tUart()SCON = 0x5a;TMOD = 0x20;TH1 = TL1 =0xfd -(FOSC/12/32/BAUD);TR1 = 1;i

14、ivoid Sen dData(B YTE dat)while (!TI);TI = 0;SBUF=dat;void Delay(WORD n)WORD x;while(n-)x = 5000; while(x-);七、结果仿真2V测试的时候我们输入的是：10HZ的频率 输入电压为:八、报告总结这一次的设计实验是基于上学期我们的硬件课程设计继续做的，然而本学期着重于学习软件的设计多一些， 我们需要完成信号的采集以及在上位机上显示出来。因此我们选择用51单片机结合LabVIEW来实现，因此我和组员采取的是分工合作的方式。这样一 来就可以使得我们各自的学习目的明确，二来减少了工作量。在这过程中也遇到各种问题和困难，在学习 LabVIEW的时候， 因为全得自学难免会有很多不懂，所以只有在网上找教学视频学习， 找图书查找资料，甚至死皮赖脸让同学教。所以到了最后对于自己有 所收获还是很开心的一件事。我和组员一起共同的努力最终还是得到 结果，这次的实验设计为了避免像上学期那样的彼此依赖，我们的分工合作使得我们独自解决问题的能力也有所提高，同时体会到团队合作精神的重要性，也养成了自觉踏实学习的好习惯。当然这些学习的精神与合作精神将会对我们受用一生。同时当然通过这件事我想实现怎样的结果，