89C51电子血压计设计 毕业设计论文Word格式.docx

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从高血压目前的危害来看，高血压病已成为人类的头号隐形杀手病。

高血压病不但是长期危害人体健康的一种慢性病，而且它还是脑中风、冠心病、心肌梗死、心力衰竭、肾衰等疾病的祸首，因此被人们称为“无形杀手”。

高血压对人体的损害是全身性的，也是造成死亡的恶魔，直接威胁着人的生命，所以，对高血压这个无形杀手，不可掉以轻心。

治疗高血压病，首先是要测量准确的血压。

测量血压的仪器称为血压计。

血压计可分为直接式和间接式两种。

两种血压计的工作原理是不相同的，直接式是用压力传感器直接测量压力变化；

间接式的工作原理则是控制从外部施加到被测部位上的压强，并将控制的结果与其相关的柯氏音的产生和消失的信息加以判断。

前者不管对动脉或静脉都可连续测试，而后者只能测量动脉的收缩压和舒张压。

传统的血压计是模拟的血压计。

此类血压计操作比较复杂，测量精度不够，而且受环境影响较大。

且时常需要校准精度，需用一只准确的汞柱血压计或血压表一同校验。

其方法是将听诊器上“Y”形管取下，其两端分别接准确的血压计（血压表）和校验的弹簧表式血压表，第三端接臂带及气阀，这样利用同一压力，观察要校验的血压表与准确的血压计（血压表）的读数是否葙伺，如不同则说明该校验的血压表已不准确，如读数相同，仅零位有偏差时，并不影响实际使用。

如发现血压表指针不能回复零位时，切勿擅自调节螺钉，以免损害表内机芯，此时应将血压表送到生产厂家或指定服务部维修。

因此，此类血压计的使用与维护相对麻烦。

为了让广大血压计使用者更方便的使用与维护血压计，也让更多的人学会使用血压计进行简单的血压测量，我们设计出一台操作便捷，测量精确，无需维护的智能型测量血压的装置，以帮助人们对抗高血压。

本论文也具有比较重要的现实意义。

目前，市场上的使用的血压计大部分仍是水银血压计，也有一些动态血压记录仪。

水银血压计每次测量必须由医生戴上听诊器进行测量，测量过程复杂，只能是每个医生一次对一个人进行测量;

而且对不同的医生，测量结果可能不同:

对同一个人来说，影响血压因素非常多，由于每次测量的时间不可能很长，测得结果在某些情况就不能真实的反映被测对象的血压值。

将脉动波的记录引入动态血压技术，提供24小时内的每次血压测量结果，而且能再现每次测量过程中的波形。

在动态血压检测中干扰和伪差是不可避免的。

目前市场上的大部分动态血压记录仪，只记录每次测量的结果，医生面对的是一批真伪难辩的数字。

本课题研究最终旨在设计出全信息的动态血压记录仪，使每次测量结果完全透明，实时分析结合回顾分析，使医生可以对照原始波形判断数据的真伪，有效甄别出干扰和伪差引起的误检测，恢复真实血压，保证血压报告的有效性和可靠性。

第一章便携式血压计装置总体概述

§

1.1便携式血压计简介

1.1.1便携式血压计的介绍

该产品重量轻，便携，可放入医生护士口袋。

无水银，增强环保性，避免了因水银泄露而造成的污染事故。

操作简单易懂，特别适合家庭使用。

1.1.2便携式血压计功能简介

该血压计以压力传感器测得血压值，再将血压数据通过A/D转换器转换成数字信号，传入单片机，然后由控制核心单片机控制，经主程序处理数据之后，在液晶显示器上把数据显示出来。

1.1.3便携式血压计使用注意事项

1.袖带位置须与心脏高度保持一致，上臂自然下垂，肘和前臂自然地搭在桌子上，手心向上，不要把整个胳膊平伸在高于心脏位置的桌子上，或用垫子将胳膊垫得过高；

2.每天要在固定时间和同样状态下，以相同的姿势测量血压；

3.应该在安静的状态下进行测量，测量前安静休息10～20分钟，深呼吸2～3次；

4.饭后或运动后至少休息一小时再进行测量；

5.不要在浴后、吸烟、饮酒、喝咖啡后测血压；

6.要在没有尿意时测血压。

7.测量时应保持心情舒畅，没有疲劳感，不紧张。

1.2血压计装置设计方案

1.2.1设计总体要求

便携式电子血压计是传感技术和微电脑技术的结合体，它的结构应该能保证完成三项基本任务：

①感应血流的压力；

②判别高压和低压；

③在屏幕上显示测量结果。

感受血流压力离不了传感器，民用电子血压计中所应用的压力传感器必须是高性能低成本的，灵敏度要高，测量范围倒不需要很大。

在各种传感器中有一类是利用压电效应的，还有一种人工合成的被称为PVDF的压电薄膜，它是柔软的塑料。

其次就是能根据血压变动及时抓住高、低压的微处理器。

另外，血压会通过电子血压计的液晶显示屏进行显示。

1.2.2具体设计方案

在这里介绍一下有关血压的基本知识，血压是血液在血管内流动时对血管壁的侧压力。

血压分收缩压和舒张压。

当心室收缩向动脉泵血时，血压升高，其最高值为收缩压。

心室舒张时，血压降低，其最低值为舒张压。

血压通常以上肢肪动脉测得的血压为代表，正常成年人上胶动脉的收缩压为90~140毫米汞柱，舒张压为60~90毫米汞柱。

血压过低或过高都是疾病的征象。

血液在动脉血管中的压力随着心脏的收缩、舒张而不断变化，而人的心脏的收缩频率即心率比较低，一般在30~300bpm，由此血压脉动镶号是相对而言还是属于一种缓慢变化的信号，我的设计是采用外接式的结构，以89C51单片机为核心，由其内部自带的10位8通道A/D转换模块构成的采样模块，，该模块的采样数据由单片机串口经电平转换后送到上位机的串口COMI或COMZ，形成种连续数据采集串行数据传输的方式

本设计是基于89C51单片机的设计，具体装置方案如下图1-1所示：

图1-1便携式血压计设计方案

系统工作示意图：

图1-2血压计系统工作示意图

硬件工作流程图如图1-2所示。

电源开启过后，若有必要修改系统的默认参数，将由键盘输入或PC机对其进行设置。

经过了这个阶段以后，系统将对某些参数和硬件内部的一些寄存器进行初始化工作。

初始化完成之后，将启动A/D转换，等待直至A/D转换结束。

然后将A/D转换结果送入上位机。

待采样的时间达1秒钟后将分析数据结果，求出最大值和最小值，将这些数据处理后即为收缩压和舒张压。

将它们送往LED数码管进行显示。

1.3便携式血压计工作原理

1.3.1血压测量的工作原理

血压有两种,一是收缩压:

是当心脏收缩把血液打到血管所测得的血压,二是舒张压:

是心脏在不收缩所得的压力。

当袖带的压力等于血压时,血液开始可以流通而产生所谓的袖带声,这时候也就是收缩压,必须开始从这里做记录,直到最后当袖带声没有的时候,此点即为舒张压。

根据气袖在减压过程中，其压力振荡波的振幅变化包络线来判定血压的。

目前比较一致的看法是当气袖压力振荡波的振幅最大的时候，气袖的压力是动脉的平均压。

动脉的收缩压对应于振幅包络线的第一个拐点，舒张压对应于包络线的第二个拐点。

收缩压判断的确定：

通常采用最大的振幅法，即在放气过程中脉搏波振幅度包络线的上升段，当某一个脉搏波的幅度

与

Um之比

时，就认为此时对应的气袖压力为收缩压。

（1-1）

舒张压判断的确定：

也是用最大的振幅法来判定，不过是在脉搏波振幅包络线的下降段，当某一个脉搏波的幅度

之比

时，就认为此时对应的气袖压力为舒张压。

（1-2）

血压信号以及收缩舒张压的位置如图1-3所示

图1-3血压交直流信号及收缩压和舒张压位置

先找出最大振幅值Amax,在往前找幅值为0.5Amax的瞬态位置对应血压直流分量即为收缩压,往后找幅值为0.8Amax的瞬态位置对应血压直流分量即为舒张压,将计算出的收缩压和舒张压结果输出至液晶驱动器显示

1.3.2便携式血压计的工作原理

马达在充气时，袖带内部产生压力，数字压力传感器ASDX001感应到该压力值，经过放大以及滤波电路后，由单片机89C51的第1脚读入，并进行A/D转换。

单片机在程序的控制下，严格按照ASDX001压力传感器的要求的工作时序进行读写控制，读入信号后，对数字信号进运算，然后经DM-162液晶显示模块进行显示。

第二章硬件电路的设计

2.1传感器简介以及电路设计

2.1.1传感器简介

ASDX001属于微型结构压力传感器ASDXDO系列。

ASDX系列是Sensym公司检定合格的ICT代表产品的一种增强型品种。

也是工业水平领先的一种SDX系列传感器增强型。

ASDX001传感器的外形尺寸要比SDX稍大，能提供高电平（4.0V测量范围）的输出电压，价格便宜。

ASDX001压力传感器内置专用集成电路（ASIC）经全面CI校准并有温度补偿。

ASDX001压力传感器采用标准DIP封装，可对传感器偏置、灵敏度、温度系数和非线性度进行数字校正。

ASDX001采用了IC兼容性协议，无需额外的元件或电子电路，就可容易地连接最常用的微控制器和微处理器。

所有ASDXDO压力传感器的精度在满量程范围内为。

具有可用单一5

供电电压土作的特性。

传感器的设计和制造均遵循ISO9001标准。

此系列传感器可用于非腐蚀性、非电离的工作流体，如空气和干燥气体。

传感器的输出是一个16进制格式的己校正的压力值，其分辨率为12位。

该压力传感器可用于测量绝对压、差力压和表力压。

范围从1PSI到100PSI，绝压型传感器有一个内部真空参比值（基准值），因此可直接输出一个与绝对压成比例的信号。

差压型装置允许在传感膜片的任一侧施加压力，可用于压力差的测量。

数字压力传感器ASDX001的结构

（1）外部结构：

图2-1ASDX001外部结构图

（2）内部结构

ASDX001的内部结构主要包括4部分：

1多路分配器；

②模/数转换器；

③微控控制；

④模/数转换器。

如图2-2所示：

图2-2ASDX00内部结构图

2.1.2传感器电路设计

ASDX001的外围引脚共有8个，其中5个为空脚。

工作电压为正5负。

由

脚引入正5负电压，

为数据输出脚，将所测量得到的数字电压信号传送到单片机的P1.0脚，ASDX001的地脚为GND脚，接地。

因此，这个电路连接十分简单，只需要将传感器的输出脚Vout连接到AT89C51单片机的1脚上即可。

如图2-3所示：

图2-3ASDX001与单片机的连接电路原理图

2.2AT89C51单片机的简介及其电路设计

2.2.1AT89C51简介

AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压,高性能CMOS8位单片机，片内含4kbytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和128bytes的随机存取数据存储器（RAM）,器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器（CPU）和Flash存储单元，功能强大的AT89C51单片机能应用许多高性价比的场合，可灵活应用于各种控制领域。

AT89C51的封装如图2-4所示：

图2-4AT89C51封装图

2.2.2主要性能参数

（1）主要特性：

·

4K字节可编程闪烁存储器；

寿命：

1000写/擦循环；

数据保留时间：

10年

全静态工作：

0Hz-24Hz

三级程序存储器锁定

128*8位内部RAM

32可编程I/O线

两个16位定时器/计数器

5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

（2）管脚说明：

VCC：

供电电压。

GND：

接地。

P0口：

P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。

当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。

P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。

在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。

P1口：

P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。

P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。

在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。

P2口：

P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。

并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。

这是由于内部上拉的缘故。

P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。

在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。

P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。

P3口：

P3口管脚是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。

当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。

作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。

P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下所示：

口管脚（备选功能）

P3.0RXD（串行输入口）

P3.1TXD（串行输出口）

P3.2/INT0（外部中断0）

P3.3/INT1（外部中断1）

P3.4T0（记时器0外部输入）

P3.5T1（记时器1外部输入）

P3.6/WR（外部数据存储器写选通）

P3.7/RD（外部数据存储器读选通）

P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。

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。

ALE/PROG：

当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。

在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。

在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。

因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。

然而要注意的是：

每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。

如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。

此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。

另外，该引脚被略微拉高。

如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。

/PSEN：

外部程序存储器的选通信号。

在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。

但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。

/EA/VPP：

当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。

注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；

当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。

在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。

XTAL1：

反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。

XTAL2：

来自反向振荡器的输出。

（3）振荡器特性：

XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。

该反向放大器可以配置为片内振荡器。

石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。

如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。

有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。

（4）芯片擦除

整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持ALE管脚处于低电平10ms来完成。

在芯片擦操作中，代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。

此外，AT89C51设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。

在闲置模式下，CPU停止工作。

但RAM，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。

在掉电模式下，保存RAM的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。

2.3单片机电路设计

2.3.1AT89C51的复位电路：

同时在第9脚引出一个22uF的电容和一个2K的电阻接+5V的电源组成一个复位电路。

如图2-5所示：

图2-5AT89C51复位电路原理图

2.3.2AT89C51的时钟电路：

AT89C51的+5V电源由39脚引入，第19脚接地，第17脚和第18脚间由12MHz的晶振及两个20pF的无极性电路组成一个时钟振荡电路。

如图2-6所示：

图2-6AT89C51时钟电路原理图

2.3.3AT89C51与液晶显示模块的电路连接

液晶显示模块所要的数字信号从AT89C51的P0.0-P0.7口引出，分别对应的接DM-162的D0-D7端口，完成数据传输，液晶显示模块的控制引脚RS、PR、E分别接到89C51的P3.5、P3.6、P3.7口，以实现微处理器对液晶显示模块的控制。

如图2-7所示：

图2-7AT89C51与显示模块电路接线原理图

2.4液晶显示模块简介及电路设计

2.4.1液晶显示模块DM-1602简介

液晶显示器以其微功耗、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧的诸多优点,在袖珍式仪表和低功耗应用系统中得到越来越广泛的应用。

这里介绍的字符型液晶模块是一种用5x7点阵图形来显示字符的液晶显示器,根据显示的容量可以分为1行16个字、2行16个字、2行20个字等等

实物图片如图2-8：

图2-8DM-162实物图

1602采用标准的14脚接口,其中:

第1脚：

VSS为地电源

第2脚：

VDD接5V正电源

第3脚：

V0为液晶显示器对比度调整端,接正电源时对比度最弱,接地电源时对比度最高,对比度过高时会产生“鬼影”,使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度

第4脚：

RS为寄存器选择,高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。

第5脚：

RW为读写信号线,高电平时进行读操作,低电平时进行写操作。

当RS和RW共同为低电平时可以写入指令或者显示地址,当RS为低电平RW为高电平时可以读忙信号,当RS为高电平RW为低电平时可以写入数据。

第6脚：

E端为使能端,当E端由高电平跳变成低电平时,液晶模块执行命令。

第7～14脚：

D0～D7为8位双向数据线。

第15～16脚：

空脚

1602液晶模块内部的字符发生存储器（CGROM）已经存储了160个不同的点阵字符图形,如表2-1所示,这些字符有：

阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、和日文假名等,每一个字符都有一个固定的代码,比如大写的英文字母“A”的代码是01000001B（41H）,显示时模块把地址41H中的点阵字符图形显示出来,我们就能看到字母“A”

表2-1CGRM和CGRAM中字符代码与字符图形对应关系

高位

地位

0000

0010

0011

0100

0101

0111

×

CGRAM

（1）

1

è

Q

p

0001

（2）

！

2

A

R

q

001