基于单片机的脉搏测量器设计Word格式.docx
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5、[J].北京生物医学工程.2006
25卷
完成期限2021-7-7
指导教师
专业负责人
2021年6月28日
第1章绪论1
第2章系统结构及要紧元器件2
系统结构2
元器件清单3
单片机AT89S52功能介绍4
半导体发光二极管工作原理、特性及应用6
第3章硬件设计8
单片机复位电路设计8
单片机晶振电路设计8
红外发射和接收电路的设计9
7SEG-MPX4-CC与单片机接口电路11
电路原理图12
第4章软件设计13
程序流程图13
程序清单13
第5章系统仿真及调试16
系统Proteus仿真图16
结论18
参考文献19
第1章绪论
脉搏携带有丰硕的人体健康状况的信息,自公元三世纪我国最先的脉学专著《脉经》问世以来,脉学理论取得不断的进展和提高。
在中医四诊(望、闻、问、切)中,脉诊占有超级重要的位置。
脉诊是我国传统医学中最具特色的一项诊断方式,其历史悠长,内容丰硕,是中医“整体观念”、“辨证论证”的大体精神的表现与应用。
但是在长期的医疗实践中也暴露出一些缺点。
第一,把脉单凭医外行指感觉分辨脉象的特点,受到感觉、体会和表述的限制,而且不免存在许多主观臆断因素,阻碍了对脉象判定的标准化;
第二,这种用手指把脉的技术很难把握;
再那么,感知的脉象无法记录和保留阻碍了对脉象机理的研究。
脉诊的这种定性化和主观性,大大阻碍了其精度与可行性,成为中医脉诊应用、进展和交流中的制约因素。
为了将传统的中医药学发扬光大,增进脉诊的应用和进展,必需与现代科技相结合,实现更科学、客观的诊断。
医院的护士天天都要给住院的病人把脉记录病人每分钟脉搏数,方式是用手按在病人腕部的动脉上,依照脉搏的跳动进行计数。
为了节省时刻,一样可不能作1分钟的测量,一般是测量10秒钟时刻内心跳的数,再把结果乘以6即取得每分钟的心跳数,即便如此做仍是比较费时,而且精度也不高。
为了提高脉搏测量的精准与速度,多种脉搏测量仪被运用到医学上来,从而开辟了一条全新的医学诊断方式。
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秒钟就能够够精准测量出每分钟脉搏数,测量结果用三位数字显示。
第2章系统结构及要紧元器件
系统结构
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、脉搏处置电路、脉搏次数显示电路和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
复位电路
信号处理电路
AT89S52单片机
脉搏显示电路
脉搏跳动电路
晶振电路
图2-1基于AT89S52单片机脉搏测量器系统框图
元器件清单
基于AT89S52单片机的脉搏测量器的清单如下表所示:
表2-1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
AT89S52
1
控制核心
晶振
12MHz
电容
30pF
2
按键
电解电容
10uF/10V
电阻
10KΩ
电源
+5V/
红外发射头
PH303
脉搏信号检测电路
红外接收头
PH302
100Ω
22KΩ
500Ω
脉搏显示
发光二极管
集成块
CD4069
脉搏信号放大和滤波电路
1uF
100uF/10V
22uF/10V
47uF/10V
47KΩ
脉搏计数显示电路
1MΩ
470KΩ
100KΩ
8
数码管
共阳极
3位
74LS04
74LS245
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位微操纵器,具有8K在系统可编程Flash存储器。
AT89S52要紧功能列举如下
一、内部程序存储器(ROM)为8KB
二、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Flash
五、32个可编程I/O口线
六、8个中断向量源
7、三个16位按时器/计数器
八、三级加密程序存储器
九、晶片内部具时钟振荡器(传统最高工作频率可至12MHz)
AT89S52各引脚功能介绍
图2-2AT89S52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维持低电平常,利用外部程序存储器。
当EA维持高电平常,那么利用内部程序存储器。
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(~):
端口0是一个8位宽的开路汲极(OpenDrain)双向输出入端口,共有8个位,表示位0,表示位1,依此类推。
PORT1(~):
端口1是具有内部提升电路的双向I/O端口,其输出缓冲器能够推动4个LSTTL负载,一样地假设将端口1的输出设为高电平,即是由此端口来输入数据。
PORT2(~):
端口2也是具有内部提升电路的双向I/O端口,每一个引脚能够推动4个LS的TTL负载,假设将端口2的输出设为高电平常,此端口便能当做输入端口来利用。
PORT3(~):
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。
其各个管脚功能分派如下:
:
RXD(串行通信输入口);
TXD(串行通信输出口);
INT0(外部中断0输入);
INT1(外部中断1输入);
T0(计时器0外部输入);
T1(计时器1外部输入);
WR(外部数据存储器的输入信号);
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,要维持RST脚两个机械周期的高电平常刻。
AT89S52结构框图
图2-3AT89S52结构框图
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,但它们并非是一般的白炽灯,它们没有灯丝,也可不能发烫。
它们之因此能够发光,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,因此它一样具有一样PN结的特性,包括正向导通、反向截止、击穿和发光特性。
目前,发光二极管用途普遍,能完成数十种不同的工作,而且,在各类设备中都能找到他们的身影。
本设计中要紧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。
致使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2-4半导体发光二极管工作原理图
第3章硬件设计
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,若是释放后再按下,系统还会复位。
因此能够通过按键的断开和闭合在运行的系统中操纵其复位。
时钟电路工作后,在REST管脚上加两个机械周期的高电平,芯片内部开始进行初始复位。
以下图为复位电路图:
图3-1复位电路
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超级大,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成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操纵提供一个标准时刻。
数字电路是依照具体电路来设计的,其能在某个时刻完成某项特定的任务,假设没有一个标准时刻来操纵时序的话,那么整个数字电路就不明白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,晶振的作用即是为系统提供大体的时钟信号,来保证系统各个部份维持同步。
以下图为晶振电路图:
图3-2晶振电路图
红外发射和接收电路的设计
红外通信原理
红外通信技术是一种无线连接技术,目前活着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彼此转换来实现数据收发的,其目的主若是为了取代点对点的线缆连接。
简而言之,红外通信的实质也确实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。
其大体原理图如下所示:
红外接收电路
红外发射电路
输出调制发送
解码接收解调
图3-3红外发射接收原理图
红外发射接收电路图
红外发射电路主若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。
红外发射电路要紧由发光二极管组成,经常使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3-4红外发射电路
红外接收电路主若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。
接收电路要紧由光敏二极管组成,工作时需要给光敏二极管加反向偏转电压,保证其取得较高的灵敏度正常工作。
图3-5红外接收电路
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3-67SEG-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,是每一个脚的同名端并接,因此仍是有8个引脚,再加上4个公共端,确实是有12个引脚,同理,八位一体显示器确实是8个同名引脚加8个公共端,确实是16个引脚。
假假想数码管正常显示,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,别离为静态驱动和动态驱动。
静态驱动也称直流驱动,其优势是编程简单,显示亮度高。
动态驱动是指通过度时连番操纵各个数码管连番显示。
其与单片机的接口电路图如下:
图3-77SEG-MPX4-CC与单片机接口电路图
电路原理图
工作原理:
电源电路为单片机和其他模块提供标准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,使系统各部份能和谐工作;
单片机作为主制约器,依照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,以便单片机进行处置;
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;
发光二极管能够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3-8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转变,由于人体脉搏跳动而且用脉冲发生器同意静脉血管强度转变,此转变和心跳的节拍相对应,因此脉冲电流也随着心跳的节拍改变,使得脉冲发生器输出与心跳节拍相对应的脉冲信号。
第4章软件设计
程序流程图
基于AT89S52单片机脉搏测量器的程序流程图如下。
其中初始化包括了对按时器的选用、优先级的设定和初始值的设置。
系统主程序操纵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。
初始化程序要紧完成对单片机内专用寄放器、按时器工作方式及各端口的工作状态的设定。
系统初始化以后,进行对脉搏信号的检测,判定是不是有脉搏信号,若是有,那么将脉搏计数器加1,若是没有那么返回从头判定。
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
程序清单
该程序用汇编语言编写,要紧有四个模块组成,别离为主程序模块、外部中断效劳程序模块、按时器T0中断效劳程序模块、延时子程序模块等。
主程序模块要紧完成程序的初始化。
外部中断效劳程序模块由信号判定、计算、合理近似、显示输出等部份组成。
按时中断效劳程序模块由计时、计数、无效测试信号判定等部份组成。
程序顶用变量n对脉搏脉冲信号个数计数。
程序源代码如下:
#include<
>
unsignedchari,j,t,m,YSHSHJIAN,YSHHVHONG[3];
unsignedintn,MBO;
unsignedcharcode
WXUAN[3]={0xf7,0xef,0xdf};
XSHB[10]={0x81,0xcf,0x92,0x86,0xcc,0xa4,0xa0,0x8f,0x80,0x84}
sbitSHRU=P3^0;
voidYSHI(YSHSHJIAN);
main()
{
TMOD=0x01;
TH0=0xec;
TL0=0x78;
IE=0X83;
IT0=1;
TR0=1;
for(;
;
)
{
if(SHRU==0)
{
YSHI(200);
SHRU=1;
}
}
external0()interrupt0
{
SHRU=0;
if(n==0)
MBO=0;
else
MBO=12000/n;
YSHHVHONG[2]=MBO%10;
MBO=MBO/10;
YSHHVHONG[1]=MBO%10;
YSHHVHONG[0]=MBO/10;
n=0;
Timer0()interrupt1
t=WXUAN[j];
P3=P3|0x38;
P3=P3&
t;
t=YSHHVHONG[j];
t=YSHHVHONG[t];
P1=t;
j++;
if(j==3)
j=0;
n++;
if(n==2000)
voidYSHI(YSHSHJIAN)
YSHSHJIAN>
0;
YSHSHJIAN--)
for(i=0;
i<
250;
i++);
第5章系统仿真及调试
系统Proteus仿真图
显示初始页面
图5-1电路图仿真初始状态
一分钟脉搏跳动显示
图5-2一分钟后脉搏跳动显示
结论
单片机近20年的飞速进展,俨然已成为运算机进展和应用的一个重要方面。
另一方面,单片机应用的重要意义还在于,它从全然上改变了传统的操纵系统设计思想和设计方式。
之前必需由模拟电路或数字电路实现的大部份功能,此刻已能用单片机通过软件方式来实现了。
这种软件代替硬件的操纵技术也称为微操纵技术,是传统操纵技术的一次革命。
而51单片机作为单片机的主流,随着集成技术的进展,51系列单片机继承和进展了MCS-51系列的技术特色,有慢慢取而代之之势。
本设计主若是51单片机在脉搏测试系统中的应用。
重点介绍了单片机的最小系统,通过单片机最小系统实现了脉搏的测量系统,由光电传感器搜集到脉冲信号,通过信号的放大、滤波和整形电路将输出的信号通过单片机的外部中断获取并最终在数码管上显示。
利用单片机自身的按时中断、外部中断、计数等功能,不仅能显示出这次脉搏测量的次数,还能自动贮存那个数据。
本次所设计的测量仪系统实现简单、功能稳固、利用方便,应用普遍,具有实际意义。
由于时刻比较短,同时本人把握的知识有限,本次设计虽已完成,但其中有很多不足,如程序不够精练,电路板不够美观,光电传感器灵敏度不够高,数码管显示部份不够完美等,同时这次设计的测量仪功能比较单一,没有如语音系统实现自动读出脉搏次数等人性化功能,且在设计进程中利用的运放数量也较多,加大了电源治理的复杂度。
但是科技的进步必将会使测量仪的功能日趋壮大和完善,其应用领域将不断扩大,将会给咱们的生活带来更多的方便和出色。
为了更好的进行电脉搏测量仪的设计,认真搜集有关资料,并做相关的整理和阅读,为这次的设计做好充分的预备。
通过这次设计,我收成了很多,具体总结如下:
(1)通过这次的设计,使我明白了不管做什么事都应该事前做好充分的预备,不该该盲目的只为了完成任务而被动的学习。
(2)通过这次的设计,使我了解了脉搏测量仪在国内外进展之迅速、应用领域之广、市场前景之大。
(3)通过这次的设计,使我对硬件设计和各模块的功能有了更深的了解,同时提高了动手能力。
(4)通过次次的设计,使我体会到坚持不懈的毅力对完成一件情形起着庞大的作用。
(5)通过这次的设计,使我深刻的体会到团队合作精神的重要性及彼此讨论进程中的乐趣。
参考文献
[1]张毅刚.单片机原理及应用[M].北京:
[2]蔡美琴.MCS-51系列单片机系统及其应用[M].北京:
[3][J].电子技术应用.19981期
[4][J].电子测量技术.20052期
[5][J].北京生物医学工程.200625卷
[6]C语音应用程序设计[M].北京:
北京航空航天大学出版社,2003.
[7][M].西安电子科技大学出版社,1998年9月.第1版
东北石油大学课程设计成绩评判表
课程名称
单片机的控制系统课程设计
题目名称
学生姓名
学号
01
指导教师姓名
李艳辉
邵克勇
职称
教授
序号
评价项目
指标
满分
评分
工作量、工作态度和出勤率
按期圆满的完成了规定的任务,难易程度和工作量符合教学要求,工作努力,遵守纪律,出勤率高,工作作风严谨,善于与他人合作。
20
课程设计质量
课程设计选题合理,计算过程简练准确,分析问题思路清晰,结构严谨,文理通顺,撰写规范,图表完备正确。
45
3
创新
工作中有创新意识,对前人工作有一些改进或有一定应用价值。
5
4
答辩
能正确回答指导教师所提出的问题。
30
总分
评语:
指导教师:
年月日
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- 基于 单片机 脉搏 测量器 设计