基于AT89C52的电子脉搏计的设计

1、2016年3月10日本科毕业论文（设计）题 目基于AT89C52的电子脉搏计的设计姓 名学 号专业年级指导教师职 称湖北大学知行学院本科毕业论文 目录 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark8 o Current Document 绪论1 HYPERLINK l bookmark10 o Current Document 第一章简述2 HYPERLINK l bookmark12 o Current Document 1.1电子脉搏计的设计背景2 HYPERLINK l bookmark14 o Current Document 1.2脉搏计的研究现状及其应用3

2、HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 第二章总体方案设计4 HYPERLINK l bookmark18 o Current Document 2.1总体方案设计概述4 HYPERLINK l bookmark20 o Current Document 2.1电路控制板块的选取4 HYPERLINK l bookmark22 o Current Document 2.2脉搏显示器的选取42.3光电传感器的选取验证 5 HYPERLINK l bookmark26 o Current Document 第三章脉搏计硬件及电路制作6 HYPERLINK

3、 l bookmark28 o Current Document 51单片机主单元控制模块6AT89C52单片机简介 6 HYPERLINK l bookmark30 o Current Document LCD液晶显示器介绍 7 HYPERLINK l bookmark32 o Current Document 液晶原理介绍7 HYPERLINK l bookmark34 o Current Document 3.2.2显示模块简介7LCD 与 AT89C52的连接8 HYPERLINK l bookmark36 o Current Document 3.3信号传导电路9 HYPERLINK

4、 l bookmark38 o Current Document 传感器设计 10 HYPERLINK l bookmark42 o Current Document 滤波电路设计 10 HYPERLINK l bookmark44 o Current Document 放大整形电路设计 11 HYPERLINK l bookmark46 o Current Document 3.4时钟及初始化电路设计 12 HYPERLINK l bookmark48 o Current Document 3.5 电路总体设计 13 HYPERLINK l bookmark50 o Current Docu

5、ment 第四章 运载软件设计 15 HYPERLINK l bookmark52 o Current Document 4.1软件部分规划设计 15 HYPERLINK l bookmark54 o Current Document 4.2程序设计原理 15 HYPERLINK l bookmark56 o Current Document 4.2.1液晶显示器逻辑 15 HYPERLINK l bookmark58 o Current Document 单片机及按键逻辑 17 HYPERLINK l bookmark60 o Current Document 第五章 脉搏计调试与错误解决

6、18 HYPERLINK l bookmark62 o Current Document 5.1脉搏计通电18 HYPERLINK l bookmark64 o Current Document 5.2脉搏误差实际测量 19 HYPERLINK l bookmark66 o Current Document 5.3测量误差分析20 HYPERLINK l bookmark68 o Current Document 结论21 HYPERLINK l bookmark70 o Current Document 参考文献22 HYPERLINK l bookmark72 o Current Docu

7、ment 致谢23 HYPERLINK l bookmark74 o Current Document 附录程序24基于AT89C52单片机的电子脉搏计的设计目前，现代的医学电子仪器已不仅仅是单纯的医学电子测量仪器硬件系统，而是基于电子技术、计算机技术、数字信号处理技术的生理量检测和分析系统。以往专门测量心率值的仪器较少，能提供心率变异指标的仪器更是寥寥无几。人们为了知道自己的运动或劳动强度是否超负荷，尤其是老年人或运动员等，他们都得赶到医院而不能实时测量和预知。而心电仪的出现，使心电图机进入家庭变成了可能。因此，一种性能优良，带有自动监测、报警等功 能，适合在家庭和社区条件下使用，同时适用于

8、有隐性疾患的亚健康人群及各种作业环境下的劳动者，在其心率变异时，能及时发出警示的安全监护器，而又符合我国人均收入水平不高这一国情的心率监测系统的研制显得尤其重要。由此，脉搏计随之诞生。脉搏计是用来测量一个人心脏跳动次数的电子仪器，也是心电图的主要组成部分。它是用来测量频率较低的小信号。多年来，脉搏计对人类疾病的研究和诊断方面发挥出显著的作用，它们所记录的心脏活动时的生物电信号，已成为临床诊断的重要依据。本课题设计了一种基于 51单片机的脉搏测量仪。系统以AT89C52单片机为核心，以光电传 感器利用单片机系统内部定时器来计算时间，由光电传感器感应产生信号，单片机通过对信号累加得到脉搏跳动次数，

9、时间由定时器定时而得。系统运行中可以通过观察指示灯闪烁， 若均匀闪烁说明测量值准确。 系统停止运行时，LCD液晶显示器能够显示总的脉搏数和时间。 经测试，系统若能工作正常，则达到设计要求。【关键词】 脉搏计；AT89C52单片机；光电传感器；LCD液晶显示器The design which based on AT89C52 single-chip processorAbstractAt present, the modern medical electronic instrument is not only a pure medical electronic measureme nt in s

10、trume nt hardware system, but based on the electro nic tech no logy, computer tech no logy, digital sig nal process ing tech no logy of biological detect ion and an alysis system. Previous special instruments that measure the heart rate value is less, can provide the heart rate variation index of th

11、e instrument is very few. People in order to know whether their sport or the intensity of labor is overloaded, especially the elderly or athletes, etc., they have arrived at the hospital and not real-time measureme nts and to predict. And the emerge nee of heart all possible make the electrocardiogr

12、am mach ine into the family. As a result, a kind of excelle nt performa nee, with automatic monitoring, alarm, and other functions, suitable for family and community under the conditions of use, also applies to the recessive disease and healthy people and various labourers worki ng environment, whe

13、n the heart rate variati on, timely warni ng the safety mon itor, and con forms to Chin as per capita in come level is not high the developme nt of the situati on of the heart rate monitoring system is especially important. As a result, the pulse meter. Pulse meter is used to measure a pers onal nu

14、mber of electr onic in strume nt, the beati ng of the heart is also a main part of the electrocardiogram (ecg). It is used to measure the small sig nal in the freque ncy is low. Over the years, the pulse meter research and diag no sis of huma n diseases play a sig ni fica nt role, the biological ele

15、ctrical sig nals they record the heart activity, has become the importa nt basis of cli ni cal diag no sis.This topic has designed a kind of pulse measuring instrument based on 51 single chip microcomputer. System with AT89C52 sin gle-chip computer as the core, with photoelectric sen sor system inte

16、rnal microc on troller timer to measure time, gen erated by the photoelectric sen sor sensing signal, the microcontroller pulse frequency is obtained by the signal accumulation and time by the timer timing. Indicator lights flashing can be observed in the operation of the system, if even flicker mea

17、surements accurately. When the system stops running, can display the total number and pulse time. If after the test, the system can work normally, meet the design requireme nt【Key words pulsimeter ； AT89C52 single chip microcomputer ； photoelectric sensorLCD liquid crystal displa湖北大学知行学院本科毕业论文 绪论伴随着

18、现代科学的发展，科学家在对脉搏测量方面的技术研究也是越来越深入，伴随着脉搏测量的精细度和准确度的提高，国内外均研制了许多不同种类的测量仪器。早先用于体育方面的脉搏测试重点集中于对接触式传感器的研究，利用接触式传感器所研制的手指血 脉、耳脉等测量仪拥有其不同的优缺点。随着后期科学技术的进步， 光电传感器的应用开始普及。光电式脉搏传感器是根据光电容积法原理而制作成的脉搏传感器，通过对手指端血液透光度的监测，间接得检测到脉搏信号。其特点为构造简单、没有额外损伤、精确度高、可 重复利用等。利用光电式脉搏传感器所设计的脉搏测量仪已经广泛应用在临床医学等各个方 面并取得明显疗效。本次设计利用单片机，光电传

19、感器，LCD液晶显示器，通过合理电路设计，将人体脉搏信息由模拟信号转化为可视的数字信号，并且操作方便，精准度高，功耗低，便于携带。第一章简述1.1电子脉搏计的设计背景脉搏（Pulse）为人体表面可感受到的动脉搏动。人体全身的血液循环系统由心脏、血液、血管以及部分细胞组织所组成，人体碳氧循环，养分及废物的运送均由它完成。血液通过心脏的左心室收缩恢复而挤压进入主动脉，通过血管传递到全身各个分支动脉。动脉是由肌肉与极具弹性的结缔组织所形成血管。每当血液进入动脉时，血管管径随着动脉压力变大而扩张，在人体皮肤浅层次的动脉就能够感受到此扩张，这就是所谓的脉搏。自春秋时期开始， 我国的老中医就开始实行了一种

20、名为脉诊的诊治手段。随着时间的流逝，这一技术也广为流传。然而，这种方法只能通过手指去测探人体脉搏的跳动，很容易收到外界许多的因素感染。因此，人们希望能够找到一种方法，来实现这一古老技术的精准与快捷。现如今，随着传感器技术的成熟以及普及，古老的中医脉诊已经能够与现代科学所交融，在对脉象诊断方面， 能够更加直接，科学得得出诊治结论。在脉诊中，所谓的脉搏振动是由心脏跳动所引起的间接性波动。心率，顾名思义即为心脏的跳动频率，也可以视为心脏跳动速度的快慢。通过全国人口健康调查发现，正常成年人的心率一般维持在 60至110次每分钟，而其中女性朋友的速率会稍微快一些，同样3岁以下的幼儿心脏跳动平均也维持在1

21、00次每分钟左右的水平。心脏通过每次心室的压缩和排出，从而对全身的血液进行一种周期性的输送。随着每次血液的流动，人体血管也伴随着周期性的扩张，这种扩张所带来的就是我们口中所说的脉搏。脉搏的跳动次数以及每次心脏输送的血液量，都是人体健康指标中的重要项。即使是同样的人群， 心率也都是各有不同的。 在同样条件下，女性一般会比男性的稍快 10到15次左右。不同的年龄也会影响心率的快慢，其中最快的是婴儿时期，有时可以高达每分钟 130次左右。随着生活节奏的加快，生活的压力 也随之增大。近年来，人们普遍的体检结果中，心率的检测指数范围变化愈来愈快，而心率与脉搏直接挂钩。由此可见，脉搏在一定程度上可以展现人

22、体健康状况，反映出人体潜在不利因素，因此，脉搏的测量尤为重要。而在脉搏测量中，脉搏次数又是决定因素。所以，脉搏测量的精准以及快速，成为脉搏测量发展的重要方向。1.2脉搏计的研究现状及其应用在为临床诊断和治疗提供生理信息依据中，脉搏所测量的人体生理病态信息一直以来都收到中外医学界的广泛关注。 通过摸脉作为诊断疾病的手段， 几乎被世界上所有国家都使用过。 在脉搏测量中所呈现出的脉搏波形，波动幅度，跳动速率和脉搏周期多方面的综合信息，在很大程度上可以反映出人体内部血液循环系统中的生理以及病理特征，因此在脉搏采集和处理方便，具有很高的研究前景和医用价值。但人体的生物信号在外界过多的噪声干扰下显得尤为微

23、弱，脉搏跳动信号更是微弱的非电生理信号，必须经过采集，放大和后续的滤波处理之后才能满足测量的需求。随着传感器以及计算机的迅速发展，传统测量的方法已经逐渐由现代的精密科学仪器所代替。而在脉搏测量方面， 随着科学技术的发展， 任何仪器的在其测量的灵敏与精确度方 面都大大提高。曾经在医院被广泛使用的电子血压计，虽然也可以完成对脉搏的测量，但是每次测量中都必须通过手中的橡胶气囊完成一个加压和减压的过程。患者加减压过程中感到不适，脉搏检测的精确度低成为这种仪器致命的缺点。近年来国内外致力于开发无创非接触式的传感器，这类传感器的重要特征是测量的时候无需侵入人体体表组织，不会给患者造成创伤，能够为仪器自身的

24、系统误差修零，同时测量精度高。通常在体外，尤其是在体表就可以测量人体生理变化以及一些参数值，其中尤以光电传感器为测量媒介的仪器最为突出。光电传感脉搏计通过检测手指中血液透光性的周期变化，间接转化为脉搏信号。又经电路以及芯片处理，将读数显示在显示器上。光电脉搏计的检测速度快，精确度高，且其体积小，更方便与人们的使用。第二早总体方案的设计2.1总体方案设计概述本次系统总体设计组成部分分为 AT89C5单片机，电路按键，显示端的LCD液晶显示屏， 测量端的光电传感器，时钟计算模块，运放等。系统设有两个，分别为电路开关以及电路复 位。在进行脉搏测量的时候， 只需要人把手指微微按在光电传感器上面。在人体

25、脉搏跳动的时候，血液的透光性会随着跳动而呈现周期性改变，导致接收器所接受信号也随之变化。通过这种信号的变化，间接的将人体脉搏信号转化为电信号传送至电路，在滤波整形电路对信号处理过后，被放大的信号最终传送至单片机的管口，利用内部中断系统对其计数，并结合时钟电路产生的值， 换算出人体在一分钟内的脉搏次数，最终显示在液晶屏上。 电路运行的流程如下所示：脉搏信号采集t电路过滤放大t单片机处理输出t显示器接收显示2.2电路控制板块的选取51单片机起初是指能对因特尔公司的8031指令系统作出协调调动的单片机统称。用户利用8031单片机的各个管口，实现与电脑端信息指令的互动、传输。51单片机在单片机类型中属

26、于基础入门型。由于其建构简单的特性，所以被许多厂商广泛采用在各个仪器上。51单片机是一个可靠性高，超低价，无法解密，高性能的8位单片机，拥有32个10 口。本次设计中采用的 AT89C51/52型的单片机可以在设计中进行系统编程和调试，使得实现程 序的下载与整机的调试更为方便。51系列中较为基础的单片机如图 1.1 所示:転旧用E!3J TVl E |工？：前I c Kl.:：Tj CPX Tfl e 肌匚L!匚PM丽c l找；订cHklM tl.llj r3 M.O3 l*flL I3 HI. 2a ro.4n亦3 K)l(3 M IJt5 17. 7 P2.fi3帕*图1.1基础单片机结构

27、/管脚图2.3脉搏显示器的选取采用8位的LED数码管，虽然LED数码管价格低廉，在数字显示方便也最为清晰，在与单片机协作中，采用动态扫描法进行，所需要的单片机管脚资源少。但是在进行动态扫描中,需要借助额外的移位寄存器才能帮助数码管进行数字的依次显示，该芯片会使电路设计复杂化，不易于整体电路的调试，所以不建议采用数码管作为电路的显示器。万案二:采用普通的LCD液晶显示屏。随着近年显示技术的发展，液晶显示的技术越来越成熟。 一块小小的液晶显示屏可以显示大量的文字以及图形，显示效果清晰明亮，而且价格也还能接受，需要的借口线较多，但会给调试带来诸多方便。所以选择方案二中的 LCD1602液显示屏作为显

28、示模块。2.4光电方案（1）：利用压电传感器来测量人体的脉搏信号，压电传感器在受到外部压力之后，电介质产生压电效应。由于压电效应，会导致其内部电荷的移动，使得内部电极极化，从而产生电信号。 通过此原理间接提取出人的脉搏信号。方案（2）：利用光电传感器采集人体脉搏信号。人的手指由外部皮肤，内部骨骼以及包裹骨骼的肌肉和血液组织构成，其中非血液组织对于光源的吸收以及反射是不变的，而在血液中，静脉血管的血液搏动是相当微弱的，基本可以忽略，因此当有固定光源照射下，人体血液透光性会 跟随心脏血液压缩而呈现周期性变化，而心脏血液的压缩变化周期即为脉搏周期。因此，可通过检测透光性的变化信号，间接检测到人体脉搏

29、信号。 光电传感器具有体积小，成本低的特性，因此，这里选用光电传感器，如下图1.2所示：图1.2光电传感器第三早脉搏计硬件及电路制作3.1 51单片机主单元控制模块主单元控制模块在整个系统中起着独一无二的作用，需要检测键盘等各种参数,同时加载液晶显示相关参数,在这里我们选用 AT89C52单片机作为此次设计的核心芯片，它是51单片机系列中的基础入门级，但同时也是应用较为广泛的产品。51系列单片机的前身是由因特尔公司开发的。再后来该公司将此单片机技术出售给了众多制造厂商，于是市面上出现了数量款式繁多的以51单片机为核心的电子产品。由于采用得都是Intel公司研制的核心芯片，使得大多数产品都能很好

30、的兼容51指令，同时在基于51的扩展上，后续衍生的产品其结构与指令内容大多都基本一致。3.1.1 AT89C52单片机简介1、兼容MCS51指令系统；2、可以反复擦写设计的 8KBROM3、32个双向I/O 口；4、256x8bit的内部内存；5、用有3个位数为16的编程定时器（计数器）；6、具有频率范围在 0至24兆赫兹的内部时钟电路；7、2个串行中断，可编程 UART串行通道；8、总中断源数为八个，其中可用的外部中断源为两个；9、2个用于读写的中断I/O , 3级加密位；10、掉电方式保存内存中的内容；11、 具有塑料双列直插式、塑料方块平面式、 薄塑封四角扁平式及特殊芯片引脚封装式等不

31、同的封装形式，适应多样产品；12、单片机管脚比较少，易焊接，管脚如图 1.3所示;234567331的189辽”RESETRDWRTXDALEXPPSEH3$T7X33X211017图1.3 AT89C52单片机管脚图在单片机控制中，用于计数方面最为重要的就是单片机的中断系统。本次使用单片机的中断系统中的中断向量共有 6个。其中两个外中断分别为管脚12(TO和管脚13(T1)，3个定时器中断，一个串行口中断。这些中断源可以在不同寄存器IE版本下设置位数，或者依靠清零的方式来达到中断的不用运行方式。同样的，这些中断源也可以通过 IE中的总位EA从而达到所有中断源的控制。 定时器0和定时器1位于T

32、F0和TF1端口在定时器运行时仪器 内部周期S5PZ状态置位，会在下一个运行周期时才查询到该中断标志。而定时器2则会在同时期仪器内部周期 S5PZ的状态置位，并在该周期内同时查询到中断标志。LCD液晶显示器简介由于本设计中所显示的参数为字母以及数字图形，因此选用LCD中的LCD1602显示屏作为显示输出，该显示屏可将字母，数字，图形等都清晰显示。3.2.1液晶原理介绍液晶显示器(LCD)，它一种是利用液晶控制透光度来实现色彩显示的显示屏。其构造上通 过将液晶盒置放与双层平行的玻璃板指之间，下层的玻璃板块上放置用作背景的薄膜晶体 管，上层的玻璃板块上放置具有显示效果的彩色滤光片，通过电压与信号改

33、变内部液晶分子的转动方向，使得液晶板各像素点产生偏振光对从而达到显示的目的。3.2.2液晶模块简介本系统显示部分用的是LCD1602液晶模块，为16列X 2行的单字符液晶显示模块。次液晶模块内置HD44780控制器，hd44780控制器的优点是结构简单切功能强大，可以在屏幕上 显示字符间的闪烁或移动的特效。在液晶显示方面，通常可将显示内分分为线段，字符型，文字三个方面。在线段显示方面，由于液晶屏内部的点阵通常为AX B型。假设一个液晶显示屏的像素点分布为32行X 64列,当要显示线段时，通常是将线段分割为若干个整体，其中每个整体可视为一个字节，每个字节对应着点阵中的横向的 8个像素列，那么每行

34、由于有64个点即可显示8个字节。那么此时，液晶显示屏上32X 8的字符单元素则与显示内存区中的字节所对应，要在屏幕上显示何种线段，则有RAM进行分配即可。在字符型数据显示方面，由于次液晶模块内部自带的控制器，使得方便于用文本方式进行字体控制，仅需要找到 LCD上字节显示在对应 RAM区的位置，设置好用于显示的虚拟光标， 然后在传送字符的代码就可以了。在文字显示方面，文字显示实际上为多个字符并在一起显示的图形，需要事先查找资料找到对应的汉字点阵码。通常设置每个文字占用的字节为32B,通过找到LCD上每个行列号在显示RAM中对应的地址，依次赋值上虚拟光标， 然后给光标送上文字的第一个字节，光标的位

35、数加1，送上文字第二个字节，跳转至第二行，同列送上第三个字节，再加1,送上第四个字节以此类推，直至文字的32个字节全部输入完毕，即可在液晶屏上观测到一个完整的文字了。图1.4 LCD1602引脚图使用原理：1-3号管脚为电源以及接地接口， 4-6号管脚分别与单片机寄存指令接口相接，负责逻辑 指令传递，7-14管脚为8位双向数据端，与单片级 8位输出管脚相连，负责接受输入信号 15-16号为空脚或背灯电源。LCD 与 AT89C52的连接如图1.5所示，单片机的P0为数据线，分配单片机的P1.0端口、P1.1端口、P1.2端口与液晶屏的寄存器选择端、信号读写端、EN端相连接。EN为液晶屏的使能端

36、，要想液晶屏能够进行显示，只有此端口的电平程度由高水平降至低水平。本次显示模块的设计逻辑如下：第一部为显示模块的初始化，首先清楚屏幕上的任何数据，然后将接口数据位设置为8位，并且调整显示行数为 1行。接着像液晶屏的显示内存区输送字符数据，程序每次运行时只采用两个字符，一个用作屏幕的显示， 另一个用来显示电压。 只有当每次显示所需的数据 都被送至一个数组时，液晶屏上才能显示字符。为了保证每次显示的完整以及准确性，通过设置程序的内部延迟，让LCD内部控制器在此时间内判断每次显示所需数据个数是否足够，不够则让程序再传输下一个字符的数据。此时的显示数据尚在 LCD的显示缓冲区域中，等到LCD检测此字符

37、完整后，便可在屏幕上显示出来。LCD臨nc scLPioX p疔LCDEK 丽九 恥 P13?L4P3J即：WP3&XKE-)P3】肃口VCC 右回甌0 (.1D1J501 何：昨 (ADJJKL5 A)n4 :ADt 豁 (AD：Ki (AD?0 Etvpp-p? d?亍图1.5管脚连接图3.3信号传导电路此部分电路的功能是将由传感器检测到信号单片机可处理的电信号。传感器所检测到的信号一般为几十毫伏，不足以达到电路处理所需的要求，必须通过一定的方法对信号进行放大处理，使得放大后的信号电压达到电路处理的水平值。随着信号的放大，参杂在其中的噪声信号会干扰所需的脉冲信号，此时需要经过整形滤波电路，

38、剔除夹杂的噪声信号， 并使得脉冲信号变得规律，方便后续单片机的处理。本次所设计放大整形电路框图如图1.6所示。光电传感器T 有源滤波电路T集成放大电路T 闭合整形电路图1.6放大整形电路图331传感器设计传感器采用的是红外光检测传感器，其原理是每当红外光照射人体血液时，血液的透光性随着脉搏跳动而呈现周期性变化，通过对这种变化的收集，间接的将生理上的脉搏信号转化为物理上的电信号，传感器原理图如图1.7所示。2CKrriss图1.7传感器信号调节原理电路使用原理：当光线投射过手指表层组织时，经过皮下浅层组织的血液吸收和衰减，被光敏二极管所检测到。由于手指内部血液循环过程与脉搏搏动的周期成正比，所以

39、它对光波的吸收和衰减也是呈现周期性变化的，于是光敏二极管所检测到信号的变化也间接反映了脉搏搏动的变化。3.3.2滤波电路设计图1.8为本次脉搏计所用的电阻滤波电路。通常使用的滤波电路可分为无源滤波和有源滤波两大类型。其中源滤波电路主要分为三大类：复式滤波电路、电容滤波电路、 电感滤波电路。而有源滤波电路最广泛的使用形式为有源RC滤波电路，即为电子滤波器。用来评测电路滤波效率的是电路的脉动系数，系数越小，则次滤波电路效果越好。本次采用的是电阻滤波电路，由两个相同的（10K）R-C和额外的（24K）R-C组成。当R越大时，电阻上的直流压会增大，所以次级选用10K电阻，此电路适合用于负载流较小的场合

40、。由于传感器所输出的信号仅为微伏，不但达不到电路后续所需最低要求，并且输出的信号通常伴有许多额外的噪声，因此后续将用LM358单片机搭建起一个相连的放大整形电路。通过电路后，即可将电路中杂波信号筛除，将微小的脉搏信号输送至后续放大电路。3.3.3放大整形电路设计1R10voc辛Z RI1JjjO1OTT：OUT1IN-2IN亠GNDMl图1.9放大整形原理图原理介绍：经过滤波电路处理后的脉搏信号仍是无规律的波动信号，且有不少的低频杂乱信号，仍然不满足单片机对信号处理的要求，必须采用放大整形电路对信号进行放大和进一步筛选。如图所示，本次放大整形电路核心采用的是LM358单片机，LM358单片机核

41、心部分拥有一对独立的双运放放大器，它对与信号放大的高增益，并且能对其进行内部补偿的特征，使得此单片机适用于电压范围较宽的独立电源使用或者双电源模式下工作。它的使用范围包括运算放大器、直流放大模块和供单电源使用的独立运算放大场合。除此外LM358单片机还外接了一个LED发光管，用来指示脉搏跳动的状态下的脉搏测量进程。3.4时钟及初始化电路设计时钟与初始化电路如图图2.0时钟与初始化电路原理介绍：图中上半部分为此电路的复位初始化设计，由按键复位和上电复位两部分组成。S1为复位开关，按下后，相对应的复位电容处于放电状态，单片机RST端也随之被拉到高电平水平，此时由于电容充电，会保持一段时间的高电位来

42、使单片机复位。由于复位开关为单独供电电路，因此加上10K电阻防止烧毁。图中下半部分为时钟电路，主要的时钟电路分为内部方式时钟电路和外接时钟电路两大 类，本次电路则选取了内部方式时钟电路。在时钟电路中，单片机19管脚和18管脚两端连接时钟的石英晶体振荡器和C5 C6两个微电容，由此构成振荡电路。电路中电容取30pF,晶体Y1的振荡频率为1.2兆至12兆赫兹之间，频率越高，则工作周期越短，单片机计数速 度越快。因此本次选用 12兆赫兹，经计算单片机工作周期为1us。晶体振荡器产生的信号由单片机的18号管脚端传送到时钟电路，它可以将该振荡信号分为两个频段，由此产生的 一个两相信号T1、T2用于单片机

43、处理。T1信号在此运行时段前半周期有效，T2信号则在此运行时段的后半期有效。单片机就是以两信号的时钟和为运作周期协调其余电路工作。3.5电路总体设计电路总体连接如图 2.1所示4量謬f图2.1电路整体原理图电路原理简介：单片机的八个引脚分别与LED数码管的八段段码显示控制端相连接，构成了片选控制。单片机的 P1.1 p1.2 p1.3 引脚分别接到LED管位选控制，当程序控制单片机进 行完数据传送后，LCD上的数值便会由初始值改变为检测到的测量值，而次测量值即为人体的脉搏数。总体电路框图用ST188传感器模拟采集到的信号,经过滤波、放大电路，一路送入单片机，经过 AT89C52单片机与时钟电路

44、的处理后送LED显示每分钟的脉搏数。电路原理图设置完成后，将所创建的文件添加到PCB工程中，点击软件的工程tCompilePCB Project t System,便可知道原理是否有错误，如图2.2所示：0詁覺嘶阿旨应弘E F Q|Nd Vanin口rw|E lia Stw#.JL*crsrJ Xr*L UiPkg E lii tauWiiTRIlilWrtliLl Z*lll口曲！耳甘b-ul图2.2若检测信息未出现红色，则说明该电路设计正常，图中黄色代表部分线段命名不详细，不影响PCB设计。接下来点击设计 tUp Data PCB,在出现的界面点击生效更改t执行更改，便可查看到原理图各器件

45、是否有错误，若绿色则代表合格，如图2.3所示：口. iUrs* n*1： .JHR: Fa-!-1 ! .F.-；- . 1.-:. A.-l - -. !y-.|-. :：訂滤”十R 匸“”严11 F/m I.V-|.- |-.ni! .1:.卜d: : 靑砧 网DMkWQ*占 bee* Q H=-日 WE L VlUi 工ftWrHDJ IBill 憎备血 VCQfg 3mPm !*!.-E.丄 IriLftwam 啦耳阴 Jj3*Edl 吃訓WXHOilMrWjPCB_PraiiR|FCEwp 3TIW5：T*PMW,Ml* + *M,*+lru*Ml*-lru* +吃開hfiDK VF

46、TZBI PtilftK *i-i.5rJrii-i.5r各 $ JJ占-Sr2KEI 已i&xQ F4 ITpPCRi RSiDm主车至.| HiTJSt Ifl!E*EJ MH图2.3当所有检测都合格后，PCB中已经将各器件导入，剩下来的就是对器件位置的合理分配了, 分配完成后的PCB制图如图2.4所示：)101 SPIQQlgl-+13b6a 工31003cmST0 aoa 4 e 053614a1SO图2.4 PCB图nN-MiluOIBH H& in第四章 运载软件设计4.1软件部分规划设计在硬件方面设计规划完成之后，剩余的核心部分就是运行的软件程序了软件任务分析环节是为软件设计做一

47、个总体规划。本次设计任务软件的功能属于执行类软件，它被用来完成各种实质性的运作任务，如测量时间，显示数据，打印文件，接收发送 信号等等。执行类软件代码应简洁明了，冗余率低，方便后续修改。软件任务分析时，应将各电路运行程序的功能单独指出， 并为每个区域的运行的功能模块进 行功能上的定义和接口定义。 在各功能模块执行定义时， 所要运行的数据类型和结构也要一 同规划。软件任务分析的另一方面就是对程序功能的分配。整个软件系统可分为前端和后端处理程序。后端程序是通过主程序及其调用的子程序的统称，这种程序一般在前端程序快速执行完毕后才开始执行，类似与数学计算中最后的一部分公式。 前端程序则用来处理最开始

48、接受的信号，基本负责整个电路中的数据字符运算，RAM控制。因此，在设计程序时，前端程序设计额外需要重视。4.2程序设计原理421液晶显示器逻辑液晶显示器程序流程如图2.5 所示图2.5当电路主板通电后，单片机先将液晶初始化，若自动初始化成功，则直接进入菜单界面，同时LCD显示器上显示 Heart Rate OOO/min。若未初始化成功，则需按下复位按钮,进行手动初始化。初始化成功后如图2.6所示图2.6初始化成功 其初始化代码如下：void in it_1602()write_com(0 x38);write_com(0 x0c); write_com(0 x06); delay_u in

49、t(1000);write_stri ng(1,0, Heart Rate );write_stri ng(2,0,000/min);LCD显示代码如下；/*用于LCD上显示特定字符数据 */void write zifu(uchar add,uchar han g,uchar date)if(ha ng=1) write_com(0 x80+add);elsewrite_com(0 x80+0 x40+add); write_data(date);/* 用于LCD上显示十进制的两位数 */void write sfm3(uchar add,uchar hang,uint date)if(ha

50、 ng=1)write_com(0 x80+add);elsewrite_com(0 x80+0 x40+add); write_data(0 x30+date/100%10); write_data(0 x30+date/10%10); write_data(0 x30+date%10);4.2.2单片机及按键逻辑单片机主控电路逻辑如图2.7所示：图2.7LCD液晶显示器初始化完成后，就是等待用户将手指放在光电传感器测试并进入其相 对应的逻辑程序之中。当用户按下按键之后，按下的次数则分别对应图中右部分所示内 容。当用户手指放在传感器上一定时间后，单片机通过定时15s测量人体脉搏次数，然后再换

51、算出1分钟内的真实脉搏次数显示在液晶屏幕上。最初电路通电后，液晶显示器 初始化完毕，就将开始调用单片。第五章脉搏计调试与错误解决5.1脉搏计通电将器件焊接成功后，将脉搏计接上5V电压，此时液晶显示器并未点亮，如图2.8 :图2.8经万用表检测和目测电路板后，发现是AT89C52单片机35-40号端脚串联以及LCD液晶显示器VDD端错误焊接导致。在将电路板祛锡之后，重新焊接，并用贴片隔开后，再次通电，液 晶显示器正常点亮，如图 2.9所示：图2.95.2脉搏误差实际测量将程序刻录到单片机之后，系统正常运行，并初始化成功，此时LCD显示如图3.0 :图3.0此时心率显示初始值为OOO/min ,

52、LED红灯亮起，符合程序设定初始值。将手指放在光敏二极管开始进行脉搏测量，如程序设定，当手指放在光敏二极管上时，LED红灯熄灭，开始测量脉搏信号。此时LED间隔闪亮5次，代表已经检测到脉搏信号， 但最后LCD显示脉搏却异 常，如图3.1所示：图3.1经过思考后，在查看代码时发现是将对液晶显示数值的程序代码输入错误导致， 同时由于 过多按下了复位开关，导致液晶显示错误。再更改并重新给脉搏计通电测量后， 测量的实际 效果如图3.2 :5.3测量误差分析图3.2在四个不同时间段，通过按压手腕处感受脉搏和用脉搏计测量脉搏后，所得到的脉搏数如下所示:实际脉搏数测量脉搏数测量脉搏数787578777882

53、8078818269696867687577757774测量脉搏数测量脉搏数通过测量所得次数，带入均方差公式后所得值为0.42，故次脉搏计精确度基本符合。结论通过对本次毕业设计的制作，我了解到了不少平时课堂上未曾接触过的内容，也锻炼了自己的动手能力，将以前学过的零散的知识衔接到了一起。硬件方面，基本了解了电子产品的开发流程和所要做的工作。再次熟悉了Atilum Designer原理图的方法，并设计了一个单片机最小系统。通过开发板的设计和硬件搭建的过程，使我对51系单片机的接口有了更深层次的理解，熟悉了一些单片机常用的外围电路引脚和连接方法，女口LCD液晶，键盘等。本次作品设计的电子脉搏计，主要

54、用来测量人体平均脉搏次数。由于产品精致小巧， 且不需要外接家庭电源， 仅需一个随身电源或者电池供电即可使用，占用的空间位置少， 不需要特意到医院排队检查，这对于大部分中老年人尤为方便。不过本次设计的作品同样也有不足之处：当光线不足的时候，光电传感器检测血液透光性的性能会降低，影响脉搏计灵敏度，使得测量脉搏次数误差较大；复位按键电容充电时间过长，若连续按下复位按键， 有可能导致LCD显示数值呈现多次循环。总之，通过本次毕业设计， 我可以体会到市场大多科学仪器制造与设计的艰难，我会在今后的工作之中多多学习， 利用工作学到的先进技术和知识，对制作的电子脉搏计进行后续的改进。参考文献高光天传感器与信号

55、调理器件应用技术M.科技出版社吴建平传感器原理及应用M.机械工业出版社康华光电子技术基础数字部分M.高等教育出版社谷树忠原理图，PCB设计与仿真M电子工业出版社潘银松电子电路CADM.重庆大学出版社胡宴如模拟电子技术M.高等教育出版社陈凯液晶显示万年历、时间、星期及温度M.湖南理工学院李庆亮C语言程序设计实用教程M.机械工业出版社金韦正单线数字温度传感器的原理及应用M.电子技术应用郝晓剑杨述平张连红仪器电路设计与应用M.电子工业出版社胡向东刘京城传感技术M.重庆大学出版社阎石数字电子基础M.高等教育出版社程咏梅夏雅琴尚岚人体脉搏波信号检测系统M.北京生物医学工程致谢在这次课程设计的过程中， 我

56、的指导老师王春波老师给予了我很大的帮助，提供了相关的资料，对我的课程设计作品给予了指导和支持。使我顺利圆满的完成了此次课称设计设计。在此，向王春波老师表示衷心的感谢！古人云：预则立，不预则废。祖先曾经教导我们：一年之计在于春，一日之计在于晨。作为即将走向社会的我们又何尝不是如此？ 一个没有规划的人生，就像一场没有球门的足球赛，满场乱踢；一个没有规划的人生，就像一叶在茫茫大海上漫无目标的小舟，随波飘荡。在我们即将走向社会的时候， 我们必须对自己的职业生涯进行规划。罗素曾说：选择职业就是选择你自己的将来。 因此我们要针对社会需要， 结合自身的情况及早做好相应准备，为我们走向社会打下坚实的基础。俗话

57、说：磨刀不误砍柴功。为适应社会需要，促进自我发展， 我们除了学好本专业外，还应辅修相关专业知识，积极参加社会实践活动，培养工作能力， 努力提高综合素质，同时努力培养特长，形成自身竞争优势。最后，再次感谢学院给了我们机会，以及计算机系的各位老师和许多同学在各个方面给予了我很多的帮助和支持，让我坚持到了最后，谢谢你们！附录程序:#i nclude /#defi ne uchar un sig ned char / #defi ne uint un sig ned int #in elude vintrin s.h调用单片机头文件无符号字符型宏定义 /无符号整型宏定义变量范围0255变量范围0655

58、35sbit dq = P1A5;sbit beep = PU4; / bit flag_300ms ;18b20 IO 口的定义蜂鸣器IO 口定义uchar code table_ nu m=0123456789abcdefg;L:指令寄存器L:指令寄存器sbit rs=P1A0；II寄存器选择信号H:数据寄存器sbit rw=P1Al； II寄存器选择信号 H:数据寄存器 sbit e =P1A2;II片选信号下降沿触发un sig ned char i=0,timeco un t=0,displayOK=0,rate=0,aa=0;unsigned int time6=0;*1ms延时函*void delay_1ms( uint q)uint i,j;for(i=0;iq;i+)for(j=0;j110;j+);I* 名称:delay_uint()*功能：小延时。*输入:无*输出：无*I*void delay_ uint(uint q)while(q-);I* 名称:write_com(uchar com)*功能：1602 命令函数*输入:输入的命令值*输出：无* void write_com(uchar com) e=0;rs=0;rw=0;PO=com