[毕业设计论文]--脉搏测量仪毕业设计论文

1、编号：毕业设计（论文）说明书题 目：人体脉搏测量仪设计 院（系：电子工程学院专 业：测控技术与仪器学生姓名：学 号：指导教师单位：姓 名：职称：教授题目类型：理论研究 步验研究工程设计冋工程技术研究 序件开发2009年 5 月15日摘要本课题是人体脉搏测量仪的设计。由于脉搏信号的特殊性，在设计时必须要 注意实现测量的准确。该系统的重点就在于要求实现测量的简便化和精确化。系 统要在小于十秒的时间内，测量出人体一分钟的脉搏，并且保证误差在2次以内。 本系统以89s51单片机作为中心，通过使用单片机来实现系统最核心的计算脉搏 功能。在信号的而端处理上，使用压电陶瓷片采集人体脉搏信号，然后经过ad62

2、0 放大，施密特触发器整形，低通滤波器滤波等一系列操作，将脉搏信号转换为同 频率的脉冲信号输入到单片机内，并利用单片机对其进行计数。计数的方法是利 用单片机的计时器，计算一次心跳的时间，然后由该周期计算出频率，继而就可 以求出一分钟的脉搏数。按照理论来说，只要有一次心跳信号就可以。但是要考 虑到计算的精确性，可以设定为测量五次心跳信号，然后再求脉搏就可以使结果 比较精确。计数结杲将最终送至液晶屏1602来进行显示。虽然压电陶瓷片的性 能并非很好，在信号的釆集上不能实现非常精确的釆集，但是它的价格低廉，并 口在经过系统的信号调理电路后，也能比较满意的实现我们所要实现的fi标。整 个系统耗电低，体

3、积小，具有便携性与精确性。经过多次调试和实验，木系统基 本实现了设计所耍求的指标。关键词：脉搏测量；压电陶瓷片；液晶显示屏；单片机abstractthis topic is a design of body pulse measuring instrument. because of the specificity of the pulse signal, the design must pay attention to achieve an accurate measurement.the point of this design is the simple and precise of t

4、he measurement.we need to measure the pulse of the human body in one minute in less than 10 seconds of time,and to ensure that the error in less than 2 times.the whole system is center on single-chip microcomputer 89s51,using the signle-chip to achieve the system core function of counting pulse.in t

5、he front-end of the signal, we use piezoelectric ceramics to collect the signal of the human body pulse.and then,after after amplification of the ad620, shaping of the 555, filtering of the low-pass filter frequency,and this signal will be input to the single-ship.the single-ship will count to this.

6、the method of counting is using the timer of the single-ship,and then use the cycle,get the frequency,by the frequency,we can get the number of the one-minute pulse. in accordance with the theory,as long as there is one heart signal,the fianl result can be got.but taking into account the accuracy of

7、 the calculation,we can set measuse five times for the finall result.by this ,we can make the result more precise.the final result of the count will display in the 1602 lcd screen.although the performance of the piezoelectric ceramics is not very goodjn the signal collection.it carf t do it very pre

8、cise.but its price is very low,and after the signal conditioning circuit of the system?the signal can be quite satisfactory to achieve our objectives.the entire system works with low power consumption.small size,with the portability and accuracy.after repeated testing and experiments,this system can

9、 achieve the basic requirements of this design.key words:pulsc mcasurcment; piezoelectric ceramics; lcd;single-ship目录引言11设计任务及要求31.1设计任务31.2设计要求31.3设计时所遇到的问题32系统总体设计32. 1方案论证32.2总体设计框图43系统硬件设计53. 1脉搏信号采集53. 1. 1传感器的选择53. 1. 2三种方案的优缺点比较63. 1. 3压电陶瓷片介绍73. 2信号调理单元73. 2. 1 一级放大电路83.2.2二阶滤波器电路103. 2. 3二级

10、放大电路123.3整形电路143.4电源滤波电路163.5单片机电路163. 6显zf系纟充184系统软件设计194.1软件部分设计194. 1. 1主程序模块204. 1. 2液晶驱动模块214. 2软件开发环境215测试方案及结果215.1测试方案215.2模拟测试结果215.2实际测试结果226 结束语22谢辞24参考文献25附录26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，占有非常重耍的地位。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。脉搏信号可以直接反应出患者心脏 的部分状况，我国传统中医学认为，通过脉诊可

11、以了解到患者脏腑气血的盛衰， 可以探测到病因，病位，预测疗效等。从近代医学的角度来看，人体循环系统承担着协调全身齐组织的能量代谢， 输送氧气、营养物质，运走代谢废物等重要的工作，还承担运送抗体、激素等物 质以协调整体的动态平衡。从整体的角度对疾病进行综合分析，显然循环系统的 信息将占很重耍的比重；从整个循环系统来看梯动脉介于大动脉与小动脉z间， 由于心脏的舒缩、内脏血容量的变化、血管端点阻抗、管道内脉波的反射、血液 的粘滞性、血管壁的粘弹性等因素使脉象携带着有关心脏运动、内脏循环、外周 循环等丰富的心血管系统及整体的动态信息。因此脉诊的临床意义很大，它的机 理是急待于我们进行研究的。鉴于脉诊的

12、重耍性，人们对于脉搏测量一直非常关注，早在1860年vicrordt 创建了第一台杠杆式脉搏描记仪，国内20世纪50年代初朱颜将脉搏仪引用到屮 医脉诊的客观化研究方面。此后随着机械及电子技术的发展，国内外在研制中医 脉象仪方面进展很快，尤其是70年代中期，国内天津、上海、广州、江西等地 相继成立了跨学科的脉彖研究协作组，多学科共同合作促使屮医脉象研究工作进 入了一个新的境界。脉搏测量仪的发展主耍向以卜几个趋势发展：(1) 自动测量脉搏并且对所得到的脉搏进行自动分析。冃前很多脉搏测量仪都具有检测血氧等其他的功能，但是对这些信号的分析 和诊断还需耍一些有经验的医生观察，进行分析后才能确认结果，浪费

13、大量的人 力，且由人为引入的误差较大。因此，未来脉搏自动检测的内容将更加详细，自 动分析诊断功能也更强大。(2) 数字化技术等先进技术的应用。随着数字科学技术的发展，脉搏测量仪集成度将更高，更便于携带。数字信 号处理的运用将使干扰更小，测量更为准确。(3) 多功能化越来越明显口前的脉搏测量仪，一般都具有测试血氧，心电图等等功能，单纯的脉搏测 量仪已经很少见。随着电子技术的发展，脉搏测量仪必然可以实现更多的功能。木设计所使用的系统利用压电陶瓷片将脉博转换为电压信号，经过信号调理 后利用at89s51单片机进行信号采集和处理，在短时间内，测量出人体一分钟的 脉搏数，并将心率进行实时显示，便于携带。

14、达到了方便、快速、准确地测量心 率的目的。这样的脉搏测量系统性能良好，结构简单，性价比高，输出显示稳定, 比较适应大众化，适合家庭进行门我检查以及医院护士进行每日的临床记录。1设计任务及要求1.1设计任务本课题要求利用传感器对人体脉搏信号进行采集，设计相应的信号调理电 路，然后利用通过对脉搏信号进行测量，來进行实时显示测量结果。1.2设计要求(1) 、完成一次测量时间：10s；(2) 、脉搏测量精度:w±2次/分钟;(3) 、能够实时显示测量结果。1.3设计时要考虑的问题由于人体的脉搏信号具有频率低、幅度小干扰大，不稳定度低，随机性强等 特点，使得对脉搏信号的采集放大电路的设计提出了

15、很严格的要求，尤其是抗干 扰变为十分重要，需要设计低通滤波器进行滤波。选择放人器时需要从増益、频 率响应，输入阻抗，共模抑制比，噪声，漂移等几个方面加以综合考虑。(1) 抗干扰 工频50iiz干扰及其各次谐波使用频率为501iz的市电的电了仪器设备会对检测系统会产生较大的干扰， 其幅值大约是脉搏信号峰峰值的50%,是主耍的干扰源 肌电干扰肌肉的收缩会产生微伏级的电势，其幅值大约是脉搏信号峰峰值的10%, 维持时间大约是50ms,频带范围可以在oiizlooooiizo 由于呼吸引起的基线漂移和ecg幅度变化呼吸引起的基线漂移可以看成是一个以呼吸的频率加入ecg信号的窦性成 分(正弦曲线)，这个

16、正弦成分的幅度和频率是变化的。呼吸所引起的ecg信号 的幅度的变化可以达到15%。基线漂移的频率是从0. 150. 3iizo(2) 低噪声、低漂移在脉搏信号放大器小，由于增益较高，噪声和漂移是两个较重要的参数。脉 搏信号放大器运行过程中的噪声主要表现为电子线路的固有热噪声和散粒噪声， 这些都屈于口噪声，其幅值为止态分仏 为了获得一定信噪比的输出信号，对放 大器的低噪声性能有严格耍求。另外，温度变化会造成零点漂移，漂移现象限制 了放大器的输入范围，使得微弱的缓变信号无法被放人。而脉搏信号具有很低的 频率成分，为了能止常测量，必须采取措施來限制放大器的漂移。所以放大器应 选用低漂移，高输入阻抗并

17、且具有高共模抑制比的集成运放电路。2系统总体设计2.1方案论证脉搏测量仪要实现对脉搏信号的检测，并且能够对脉搏信号进行处理，并进 而求得脉搏数來显示。考虑到系统的实现，有两种方案可以实现。方案一：使用纯硕件电路來实现。整个系统的框图如下图图2. 1所示图2.1纯硬件脉搏测量仪框图方案二：使用单片机电路来实现。通过信号调理电路，将脉搏信号转换为数 字信号，然后利用单片机來实现脉搏测量功能。使用该方案其框图如下图图2. 2 所示。图2. 2单片机脉搏测量仪框图通过比较以上两种方案。方案一由于使用纯硬件方式，系统稳定度比较高。 但是功能有限，灵活度较低，也不能很好的实现锻炼自己的目的。而单片机方案

18、有较大的活动空间，不但能实现所要求的功能而能在很大的程度上扩展功能， 而且述可以方便的对系统进行升级，所以我们采用后一种方案。2. 2总体设计框图脉搏测量仪系统总框图，如图2. 3所示。系统由五个部分组成：信号采集单 元，信号调理单元，信号整形单元，单片机单元，显示单元。具屮信号采集单元 主耍是选用合适的传感器将脉搏的压力信号转换为电信号，一般传感器输出的电 压都在几毫伏左右。信号调理单元主要包括信号的低通滤波，以及实现信号的放 大，经过信号调理单元，几毫伏的脉搏信号的电压被放大为4v-5v左右。信号整 形单元则将模拟信号转化成数字信号，将脉搏信号转换为同频率的脉冲。单片机 单元通过计时器求出

19、一次脉搏的时间，并进而得出脉搏数，然后将该数据送到显 示单元进行显示。显示单元选择数码管或者液晶屏，对数据进行实时显示。图2. 3系统总体框图3系统硬件设计系统的硬件框图如图2.3所示，包括五个部分组成。下面将分别介绍该五 个单元。3.1脉搏信号的采集该单元要将脉搏跳动的压力信号转换为电信号，因此需要使用传感器來实 现。3. 1. 1传感器的选择 压电式传感器口前常用的是一次性心电电极，它是用印刷方法制得的ag/ agcl传感器。这 种传感器采用接扣与敏感区分离的方法，能明显的减少由于人体运动产生的干 扰。电极的好坏对采集到的心电信号质量起着至关重要的作用，采用的电极应有 贴力强，能紧附在人体

20、表面，柔软、吸汗、极化电压低、导电性良好等特点。当选 用电极传感器吋，需要3个电极分别置于左右手和左腿,构成标准导联。临床上为 了统一和便于比较所获得的脉搏信号，在检测脉搏信号时，对电极的位置，引线与 放大器的连接方式都有严格的统一规定。目前市场上有一种采用新型高分子压屯材料聚偏氟乙烯研制的压电传感器, 其灵敏度高，频带范围好，结构简单，便于使用。当手指前端受到轻微的压力时， 可以感觉到手指前端在血压的作用下有一张一弛的感觉，将这个信号用传感器提 取出来，转变为电信号，通过指脉的波形检测，就可以获得人体的脉搏信号。 光电式传感器血液是高度不透明的液体，光照在一般组织屮的穿透性要比血液屮大几 倍

21、，据此特点，采用光电效应手指脉搏传感器來拾取脉搏信号。反向偏压的光墩 二极管，它的反向电流具有随光照强度增加而增加的光电效应特性，在一定光强 范围内，光敏二极管的反向电流与光强呈线性关系。指端血管的容积和透光度随 心搏改变时，将使光电三极管极管收到不同的光强，并由此产生的光电流均随z 作相应变化。常用检测脉搏的光电传感器分为红外对管和红外放射管。采用红外对管。将对管夹于手指端部，通过手指的血液浓度会随着心脏的跳 动发生变化，红外对管对应的信号便会发生相应的变化，采集此信号经过放大， 滤波，比较等处理便可以得到理想的信号。采用反射式的红外管。现在市场上的心率计普遍采用这种传感器来采集信 号，因为

22、此红外管接收和发射都在手指的同一侧，因此便不用考虑每个人手指情 况不同所造成的麻烦。接收的是血液漫反射m来的光，此信号可以精确地测得血 管内容积变化。 集成传感器当前，市面上有很多类型的集成心电传感器，其灵皱度高，集成度高,直接就 可以反映出心率的变化,ii己包含了滤波等抗干扰电路，波形经过放大可以直接 处理使用。缺点是价格非常昂贵，一般均在五百元以上，就本次设计来说，考虑 到经费以及锻炼门己的目的，不选择使用该型传感器。3.1.2三种方案的优缺点比较光电式：优点：灵嫩度高，易于操作，响应速度快，结构简单。缺点：1、外部光源的变化对测量结果的影响较大；2、需耍购买专门的医用光电传感器，价格较贵

23、且不易购买；3、对这样的器件接触很少，对其进行调试时可能会出现较大困难。压电式：优点：结构简单，实时性好，工作频带宽，应用电路简单，且价格低廉。缺点：直接与人体相接触，容易因为人体肌肉的颤动等而产生干扰。并且容 易受到外界其他信号的干扰。（3）集成式：优点:集成度高，包含了滤波，放大电路，可以直接输出信号，便于操作，有效 的减少了各种干扰。缺点：降低了木任务的难度，如果采用该传感器，只需将其直接接上单片机即 可实现功能，且价格非常昂贵。考虑到种种情况，结合本系统的设计要求以及经费的考虑，最终选择压电式 陶瓷片。该传感器价格较低，而且输出电压变化较为明显，可以实现我们的实验目的。3. 1. 3压

24、电陶瓷片介绍压电陶瓷片的外观和电路符号如下图3. 2所示。压电片包括三个部分，镀银 层，压电陶瓷，以及铜片。外部压力作用于铜片时，压电陶瓷就可以感受压力而 产生电信号，并最终通过镀银层将该信号输出。在使用时，压电陶瓷片要通过导 线与电路板连接，注意在焊接压电陶瓷片时，时间不能太长以免烫坏压电陶瓷片 的镀银层。图3.1压电陶瓷片的符号及外观由于压电陶瓷片的资料比较少，为了确定使用该传感器能够实现木次设计的 目的，先要对其进行实验，來确定它的输出电压是否符合要求。使用实验室耘码來测试，其结果如卜表表3. 1所示。表3.1压电陶瓷片输出电压测试表压力(n)输出电压(mv)0.1964.410.392

25、4.550.5884.770.7844.800.984.851.1765.051.3725.351.5685.54由于只需要4mv-5mv左右的电压输出，就口j以实现设计要求。由本次试验, 口j以得知压电陶瓷片可以实现我们所要达到的目标。3. 2信号调理单元信号调理电路包括对信号的放大和滤波两个部分。曲于传感器输出的屯压比 较小，在几毫伏左右，且频率较低，需要低噪声，低漂移，高输入阻抗的放人器, 所以选择使用仪农放人器。肌屯干扰可能会导致放人器的静态工作点偏移，其至 使放大器达到饱和，所以第一级放大器的放大倍数不能a高。因此还需要另一个放大器。此外，为了滤去高频信号和市电的干扰，还需耍设计一个

26、低通滤波器。这部分电路的框图如卜图图3. 2所示。图3.2 信号调理单元框图下面，将分别介绍三个部分。3. 2. 1 一级放大电路一级放大电路是整个系统设计的重点，脉搏测量仪要求在脉搏信号频率范围 内，不失真的放大所采集的微弱信号，这要求所用的放大器必须具有低噪声，低漂 移，低失调参数，高共模抑制比，高输入阻抗，线形度小等特点。为了达到上述耍求，并联型双运放放大电路能满足其耍求图3. 3 并联型双运放放大电路而两个运放为同向比例放大器，输入阻抗很高,它对共模信号有很高的抑制 比。由于rx连接于这两个放大器的求和点z间，当一个差分电压加到医用放大器 的输入端时，整个输入的电压都呈现在rx两端。由

27、于rx两端的电压等于v2-v1, 所以流过rx的电流等于(v2-vl)/rx,因此输入信号将通过放大器获得增益并且 得到放大。这种电路的优点在于：a, 高共模抑制比;b, 通常只需改变电阻rx大小可改变增益。以上电路需耍三个运放，在调试的时候会比较复杂。现在的很多仪表放大器 的内部电路与这个电路相同，而且仪表放大器都有成品可以买到，只需调整外界 电阻就可以调整放大器的放大倍数，准确而ii方便。以卜是几种常用的集成仪表放大器，其主耍参数如表3. 2表3. 2三种集成医用放大器参数器件输入失调电输入偏登电流输入失调电流输入噪声ad62050uv1 .ona().5na13ina128125 nv5

28、.on a5.on a1()opa131lmv5opa5opa21脉搏信号是在强噪声下的微弱信号，它对前置放人器的共模抑制比，输入阻 抗，输入噪声，输入失调电压有较严格的耍求，由表3.2知ad620是最为理想 的。ad620参数如下表表3. 3所示。表3.3 ad620参数表项目规格备注增益范帀1 1000只需一个电阻就可 以设定电源供应范围2.3v 18v低耗电量最大供应电流=l3ma可用电池供电，方便运用于便携式器材精确度高40ppm的最大非线性度； 最大偏置电压为50w ；最大漂移电压0. 6w/°c低讯号lkhz时低输入噪声9nv/fe使用场合ecg量测量与用以器材、压力测量

29、v/i转换 资料拾取系统等ad620的芯片引脚如下图图3. 4所示i1f1f1i1cmjtpuiref图3. 4 ad620芯片引脚图其中増益为g-叫rx由于肌电干扰可能造成前置放大器静态工作点的偏移，甚至截至饱和，所以 丽置放大器的增益不能太大。所以设计时考虑两级放大，第一级采用ad620,外接由于脉搏信号的频率在1. 33iiz左右，止常情况下不会出现高于2i1z的信号, 因此需要设计一个低通滤波器，用来滤去高频信号。在这个系统屮最大的干扰就 是来自市电的50i1z干扰信号，考虑到有些病人在患病时可能会出现较高的脉搏, 因此在设计滤波器的截止频率在4iiz左右，这样不但能保证不滤去脉搏信号

30、，而 且能很好的将干扰滤去。(1 )方案选择：无源滤波器采用rc低通滤波器。其电路如图3. 6所示，特点是电路简单，阻带衰减太 慢，选择性较差。其幅频特性如图3. 7所示。vi图3. 6 阶无源滤波图3.7 阶无源滤波器幅频特性二阶低通滤波器采用二阶有源滤波器，通带内幅频特性曲线比较平坦，而ii二阶也可以达到 较陡的衰减的特性。由于主要的干扰出现在50iiz左右，所以在截止频率较低时, 采用二阶滤波器即可达到很好的滤波效杲。二阶有源滤波器的电路图如下图3.8 所示。其幅频特性如图3. 9所示。ci图3.8二阶有源滤波器(2)参数确定电容c的容量宜在微法数量级以下，电阻器的阻值一般应在几百千欧以

31、内。我们现在设定 c1 二c2二0. 33uf, rl=r2=100ko根据fc =12rc可以计算出，该滤波器的截止频率为4. 8hzo符合所耍达到的指标。同时， 为了更好的实现效果，也可以使用一些稍大的电阻，如110k等。(3)方案确定由于使用二阶有源滤波器能够很好的实现系统的滤波口的，所以选择使用方 案，即二阶有源滤波器。其电路原理图如图3. 10所示。tceiifrnj00.ba131nnknnk2tl085寸11jr图3. 10二阶滤波器3. 2. 3第二级放大电路第二级放大采用同相放大器，其电路图为virprf图3. 11同相放大器电路英闭环电压增益ri 二 liero 二 0rp

32、=ri/rp输入电阻输出电阻平衡电阻其中，m为运放本身同相端对地的共模输入电阻，一般为10*欧姆。同相放大器具有输入阻抗高，输出阻抗很低的特点，广泛用于而置放大级。 若r卜0, rl=-（开路），则为电压跟随器，与晶体管电压跟随器（射极输出器） 相比，集成运放的电压跟随器的输入阻抗更高，几乎不从信号源吸取电流；输出 阻抗更小，可视作电压源，是较理想的阻抗变换器。在设计时，选用的运放为tl082,该运放具有较小的输入偏置电压和偏移电 流，输出设有短路保护，输入级有较高的输入阻抗，完全可以达到设计要求。同 时,设定 rf二 100k, r1 二 1k,由avf二1+単可以得到第二级的放大倍数为10

33、1倍，可以实现系统所要达到的放大参数。二级放大电路的电路图如图3. 12所示。3.3整形电路由于单片机只能检测到数字信号，因此，经过信号调理电路后得到的模拟信 号必须转换为数字信号。这里有两个方案可以选择。方案一：使用三极管进行整形.图3.13三极管整形电路方案二：使用施密特触发器來实现整形。只要使用一个施密特触发器，就可以实现对于信号的整流作用。由于三极管的调试较为复朵，且工作性能不如施密特触发器稳定，所以我们 选用施密特触发器。现在的施密特触发器一般分为由555芯片构成和用ttl电路 构成两种。使用由555芯片构成的施密特触发器，结构简单，使用方便，因此选 用555芯片來完成该项任务。由5

34、55芯片构成的施密特触发器如下图图3. 14所示。图3. 14555施密特触发器电路图使用施密特触发器后，其输入输出波形的变化如卜图图3. 15所示。图3. 15施密特触发器工作波形由于vcc=5v,所以，当输入电压大于2/3vcc，也就是3. 33v吋，电路就可 以输出高电平，然后一直持续到1 /3vcc,也就是1.67v吋，电路开始输出低电 平。在前面的电路中，脉搏信号被转化为5v左右的信号，经过实验验证，脉搏 信号在木级可以被转化为能被单片机识别的数字信号。图3. 16整形电路3.4电源滤波电路由于脉搏信号非常小，很容易收到外部干扰，因此设计电源滤波电路。使用该滤波电路，能够将电源屮的高

35、低频杂波滤去。电路如下图图3. 17所示。1vcc11ikl1十c3 47ufiledc1j1r110,1con.113r-1+c4c247uf5、1410,1h图3. 17电源滤波电路3.5单片机电路在这里，单片机要实现对脉搏信号的处理。为了能够在不到10s的吋间内， 测量出一分钟的脉搏，可以使用单片机的定时器來实现。在检测到第一个脉冲到 达吋，开启定时器，然后在下一个脉冲到达吋，关闭计吋器，如此就可以求得一 次心跳所需要的时间，然后由该周期就可以得到一分钟的脉搏数。考虑到单片机要实现以上功能，选择使用at89s51来构成电路。at89s51是 一个低功耗，高性能cmos 8位单片机，片内含

36、4k bytes isp (in-system programmable)的口j反复擦写1000次的flash只读程序存储器，器件采用atmel 公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准mcs-51指令系统及80c51引 脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和isp flash存储单元，功能强大的 微型计算机的at89s51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。at89s51具有如下特点:40个引脚,4k bytes flash片内程序存储器，128 bytes的随机存取数据存储器(ram), 32个外部双向输入/输出(i/o) 口, 5个 中断优先级2层中断嵌套中断，2个1

37、6位可编程定时计数器,2个全双工审行通 信口，看门狗(wdt)电路，片内时钟振荡器。此外,at89s51设计和配置了振荡频率可为0hz并可通过软件设置省电模式。 空闲模式厂cpu暂停工作，而ram定时计数器，串行口，外中断系统可继续工 作，掉电模式冻结振荡器而保存ram的数据，停止芯片其它功能直至外屮断激活 或便件复位。同时该芯片还具有pdip、tqfp和plcc等三种封装形式，以适应不 同产品的需求。该单片机主要特性： 8031 cpu 与 mcs-51 兼容 4k字节可编程flash存储器(寿命:1000写/擦循环)全静态工作：0hz-24khz三级程序存储器保密锁定 128*8位内部ra

38、m 32条可编程i/o线两个16位定时器/计数器 6个中断源可编程串行通道低功耗的闲置和掉电模式片内振荡器和时钟电路经过整形的信号由单片机的into 口输入，使用单片机的外部中断0。单片 机的p0 口作为数据口，与显示屏相接，来输出单片机所计算的脉搏值。单片机 的p2.5, p2. 6, p2. 7 口接到液晶屏的控制端,来控制单片机工作。设置定时/计 数器1屏蔽，定时/计数器0工作方式为16位计数器，并对中断做出定义。当低频信号的下降沿到来时，中断触发。记录这个周期内计数器记录的时钟 周期数。当系统时钟为12m时，周期t与时钟周期数s的关系是t = sxw6当t>0. 065535s时

39、，计数器记录的时钟周期数会溢出，这时，需要记录计 数器溢出次数c,然后再将计数器清零，重新记录。设定单片机在检测到5次心跳信号后再计算时间，然后求5次的平均数来计 算一次心跳的周期，那么可以得知，一次心跳的周期t为(c*65535 + s)*10d5这时的t即是以秒为单位的。求出t之后，一分钟的脉搏数f就可以很容易的得到60单片机电路如f图图3. 18所示。图3. 18单片机电路3. 6显乔系统显示系统既可以选择使用led,也可以选择使用lcd。就本系统的功能来说, 使用ledb经可以实现功能，不过考虑到使用lcd,可以输出英文字符，从而使 得显示系统能够更加美观，同时也能更好的达到提高自己的

40、目的，所以最后选择 使用液晶屏lcd。由于本次设计所要显示的内容不多，并不需要太大的液晶屏来显示。所以选 择使用1602来进行显示。1602液晶每次可以显示2行16个字符，总共32个字符，而且可以显示所有的ascii码，包括标点，数字，英文大小写等，因此，使 用该液晶屏可以很好的实现显示功能。1602显示屏的主要技术指标如表3. 4所示。表3. 41602液品显示屏的主要技术指标lcd1620显示容量：16x2个字符芯片工作电压：4. 5-5. 5v工作电流：2. 0ma(5v)最佳工作电压：5v字符尺寸：2. 95x4. 35 (wxh) mm1602液晶显示屏共有16个引脚，其各个引脚的功

41、能如下表，表3. 5中所示。表3.51602液晶显示屏的各个引脚功能编号符号引脚说明编号符号引脚说明1vss电源地9d2datai/o2vdd电源止极10d3datai/o3vl液品显示偏压信号11d4datai/o4rs数据命令选择端(h/l)12d5datai/o5r/w读写数据端(h/l)13d6datai/o6e使能信号14d7datai/o7d0datai/o15bla背光源止极81)1datai/o16blk背光源负极使用1602,所设计的显示电路部分如下图图3. 19所示。图3. 19液品显小电路4系统软件设计4.1软件设计软件部分包括两个模块，一个是主程序模块，而另一个则是液晶

42、屏的驱动模块。卜面将分别介绍这两个模块。4. 1. 1主程序模块本程序的主要思路是，利用单片机的计数器，统计两次脉冲之间的时间，即 可得出心跳一次的时间，然后便可以得出一分钟的脉搏数。由于单片机的精确度 非常高，所以该方法精度较高，本程序的流程图如卜图图4.1所示。图4. 1主程序流程图4. 1. 2液晶驱动模块选用1602液晶屏，在液晶屏的第一行将显示出字符“your pulse is： 在第二行显示出脉搏数。其数据口为p0 口。sbit rs=p2'5;/ii数据,l指令sbit rw=p2 飞;/ii读,l写sbit e=p2"7;/片使能信号，控制其工作。ttdcfi

43、nclcd_data p0/数据口其驱动程序见附录。4. 2软件开发环境单片机应用系统设计与一般电了系统设计的差别在于，它既要构成硬件逻辑 电路，也要设计相应的支持软件。keil c51是美国keil software公司出品的 51系列兼容单片机c语言软件开发系统，该系统全windows界面口库函数丰富, 调试功能强大、生成代码率很高。因此，木课题软件的软件调试选用该开环境来 完成。5测试方案和测试结果。5.1测试方案系统整体功能实现后，就要对其进行测试。设计使用一个夹了，将传感器夹 在人的手腕处，这样能够减少i大i此身体抖动而产生的干扰。5. 2模拟测试结果首先，使用信号源输入与脉搏信号相

44、仿的信号，来测试整个系统的工作情况。 我们设定输入信号幅度为5niv,偏置为2. 5mv,则模拟测试结果如下表所示。表5.1模拟测试结杲表频率(hz)理论值实际值0. 530300%160600%1.590900%1.81081080%21201200%31801800%3.21921920%4210可见，在3iiz以前，系统的测试结果非常准确，但是在z后，由于滤波器的 作用，结杲无法显示。由此可以得知，系统的测频和滤波作用都实现了预期的效 果。5.3实际测试结果。单片机上电后会首先对液晶进行初始化，然后直到检测完脉搏，才会出现显 示内容。因此需要大概几秒的时间。我们选择了三位同学来测试本系统

45、，其结果 记录在卜面的表中。其实际值由统计一分钟脉搏数得出。其测试结果如卜表所示。表5. 2实际测试结果记录表项 目次数测试结 果实际值误差测 试 者第一次72787. 7%第二次719. 0%第三次825. 1%第四次771.3%测 试 者第一次756810. 3%第二次737. 4%第一:次663. 0%第四次654. 4%测 试 者第次7872& 3%第二次765.6%第三次754. 2%第四次720%由上表可以看出，由于传感器的粗糙，在测量时，仍然存在着较大的谋差， 个别值的误差还比较大，不过结合模拟测试结果，可以看出，木设计基木上实现 了对脉搏的测量。同时也知道，该设计仍有很

46、多的不足之处，需要进行改进设计。 6结束语参考文献1 黄冰覃伟年黄知超.微机原理及应用m.重庆.重庆大学出版社.2003.2 康华光.电子技术基础数字部分（第四版）m北京高等教育出版 社.1998. 7.3 康华光电子技术基础模拟部分（第四版）m.北京高等教育出版 社.1998. 8.4 康华光单片机典型外围器件及应用实例m.北京人民邮电出版 社.2003.5 马忠梅单片机的c语咅应用程序设计m.北京北京航空航天大学出版 社.2003.6 张建民.传感器与检测技术m.北京机械工业出版社.1996.7 赵茂泰智能仪器原理及应用m.北京电子工业出版社.2004. 7.8 强锡富传感器m.北京机械工

47、业出版社.2001. 5.9 （美）mark d. birnbaum 电子设计自动化基础m.北京.机械工业出版 社.2005.10 kara sadik kemaloglu semra kribras samil. low-cost compact ecg with graphic lcd and phonocardiogram system design. j med syst. kayseri. 2006. jun.11 ozawa yukio kasamaki yuji. transmission and non-transimission portable ecg in home ca

48、re medicine. rinsho byori. tokyo. 2006. apr.附录1原理图附图1原理图au?droste星口rtnn一耶os rs -ssssssss*flu dn附录3主程序#includc <rcg52.h>include ”lcd_1602.c”定义周期测频法测式的周期数，这个值越人，结果越精确，但也需要更多的时间。#define tf_times 3频率暂存字unsigned long g_ftmp;unsigned long g_ftmp_all;单周期信号结束标志（）未测试完成1初始化2测试完成unsigned int g_flag;定时器to溢出次数统计unsigned long g_t0count;每分钟心跳次数unsigned int g_countminu;unsigned char code string 1=myour pulse is:"v