数字脉搏测量电路的设计与实现(共48页).docx

《数字脉搏测量电路的设计与实现(共48页).docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《数字脉搏测量电路的设计与实现(共48页).docx（48页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、精选优质文档-倾情为你奉上学号：毕业设计题 目：数字脉搏测量电路的设计与实现作 者周惠媛届 别2016院 部物理与电子学院专 业电子科学与技术指导老师黄重庆职 称副教授完成时间2016.05专心-专注-专业摘 要脉搏是反映人体健康状况的重要信息来源，是表明个人身体是否健康的重要窗口，因此通过提取人体脉搏信息的方法，能够及时地发现并防范疾病的发生。所以脉搏测量仪的制作具有一定的现实意义，目前市场上也逐渐出现了各种各样的智能脉搏测量仪产品。本文设计了一种基于单片机的数字脉搏测量仪，可以对人体脉搏频率进行准确地测量，它主要由脉搏信号采集电路、有源滤波电路、放大电路、报警电路、数码显示、键盘输入等模块

2、构成，本文所设计的系统是以AT89C51单片机为核心的，且以红外发光的二极管和光敏三极管作为传感器，能够直接显示人体一分钟的脉搏次数，该脉搏测量仪不仅具有电路简单、测量方便，读数直观和功能灵活等优点，而且成本低廉、可靠性高、并易于操作。关键词： AT89C51单片机；光电传感器；脉搏测量AbstractPulse measuring instrument has been widely used in our daily life. In order to increase its simplicity and accuracy, this subject designs one system

3、 based on single-chip microcomputer and infrared light emitting diode and photo transistor as sensors, and calculates time with using of the inner timer. The sensor produces pulse and the single-chip microcomputer gets the frequency by accumulating the pulses, and the timer obtains the time. The sys

4、tem could display the frequency and time of the pulse during operation. It can also shows the total number when it stops. After testing, the system works well and meets the design requirements.Keywords：Pulse measurement; AT89C51 single-chip microcomputer; photoelectric sensor目 录第一章 绪 论1.1 研究的背景以及目的中

5、华上下五千年，传统中医包含有 “望、闻、问、切”这是最为基础的四个方面。在这其中的“切”就是脉诊，在中医历史上有着极其重要的地位。医生进行脉诊，能对患者的身体情况能有一个大概的了解。所以脉搏信号可以直接的反应患者心脏的一些状况。中国传统中医学认为，通过脉诊就能够很大程度上了解到病患体内的情况，甚至够检测得到病因以及病位，预测治疗效果等。然而，中医是依靠手指的感觉来获取脉搏的一些信息，所以脉诊拥有简便、无创等易被患者接受的特点，但在长期的医疗实践过程中脉枕也暴露出了一些缺陷。第一，切脉仅仅凭借医生手指感觉来辨别脉象，受到感觉、经验和表述的一些限制，或多或少会存在主观因素，从而影响治疗结果。第二，

6、医生用手指把脉的技巧是很难掌握的；最后，医生就算感知到了脉象也是无法记录与保存的这样大大的影响了现在科学对脉象原理的研究。 本文所述的脉搏传感器是在光电容积法的基础上所制成脉搏传感器，通过对被测者手指末端透光度的研究，利用单片机进行有效的控制和采集信号，将人体脉搏测数值自动显示或者打印出光电式脉搏传感器具有结构简洁、没有损伤且精度高、可重复等优点。并且通过光电式脉搏传感器设计的人体脉搏测量仪性能良好，结构简单，有较好的应用和推广价值。综上所述，研究脉搏信号对于人体的心脑血管系统和人体整体的健康水平都拥有良好的反映，所以研制出一种能够对脉搏信号进行采集、分析的脉搏分析仪器具有重要的意义和作用：第

7、一，对于前期的心脑血管疾病的预防、检测和中期病情监护，提供了一个安全、方便、快捷的能够评估心脑血管健康状况的设备和对人体心脑血管系统功能进行精确的监管，这样才能及早发现病情，实时的去把握病情。对于危重病人可用于检查治疗，也能及早发现致命性病变。第二，对普通人则可用于早期的健康评估和病人身体状况的检查。本文所研究的系统具有便与携式、低功耗、成本低等特点，并对脉搏信号采集分析提出了一种新的思路。1.2 数字脉搏器的发展进入到科技迅猛发展的21世纪，科学技术不断地被应用于实际的产品生产和生活消费中，人们的生活日新月异蒸蒸日上。与此同时，迅猛的科技发展、崛起的工业生产，也造成了许许多多的生活问题烦扰着

8、人们。科技极大地促进了社会的发展变化，使人们的生活节奏加快，生活环境不再舒适优雅，生活习惯随之也发生了剧烈的变动，生活质量因此而下降，人体的健康也受到了严重的干扰与破坏。在众多的危害人类健康的疾病当中，各色各样的心血管疾病成为其中的一种。这种疾病的发病率在逐年提高，发病群体也在不断扩大，并呈年轻化趋势，而且经常引起极为严重的病危后果。这种疾病长期困扰着众多的患者，市场上也迫切需要解决如此种类疾病的解决方案和治疗方法。早期的预防与及早的发现病情就显得极为的重要，这促使了很多的此种医疗仪器产品的研发与诞生。在当今的医学领域中，通过使用测量脉搏跳动以获取病人的身体健康状况信息的电子医疗产品，愈来愈受

9、到人们的欢迎。脉搏作为了解个人身体活动状况的重要窗口，测量脉搏信号的电子医疗产品显示了它的优势之处。这种测试脉搏信号的研发引起了众多专家教授的普遍关注，受到了研发探究者的青睐。除了这些还带来了其他利益和好处，此类医疗仪器的研发与生产，商家可以赚到更多的钱，产品更加热卖，人们的身体健康水准也随之提高。在当前的国际医疗研发领域中，有许多国家的医生学者针对脉搏信号的采集提出了很多的设计思路与研究方法，其中不乏非常高效而精确的测量仪器及装置，但由于他们的装置和仪器都存在这样或者那样的缺陷，最终并未把原来的设计思路和解决方案应用于大规模的产品工业化生产中去，也没有应用于医学检测。比如，有的医学测量仪器虽

10、然高效而精确，但价格过于昂贵，不在普通消费者所能承受的范围内。或者有的电子医学测量产品由于测量需要比较精确的固定之后，才能采集到准确的脉搏信号，操作环境要求过于理想，无法在通常中的条件正确测量。此外有的仪器装置由于操作过程过于复杂，本身不具备广泛推广的条件，因而无法推广成为产品销售。还有很多的医疗仪器由于这样或者那样的原因，仅仅只存在于理论设计和实验研究当中。在当前的市场上，也存在相当多的心血管的医疗测量仪器，它们各有优缺点，但是有的测量不是相当准确，有的测量过程有些繁琐，有的价格可能比较昂贵，有的在诊断过程中可能会冒有不小的风险，根据不同的人群和消费者，人们也可以各取所需。于是市场上迫切需要

11、一种操作过程简单化、测量比较准确有效、价格合适可以推广、诊断过程安全高效、操作环境最普遍常见的智能脉搏测量的电子医学测量仪器。1.3 设计要求分数字脉搏测试仪（脉搏计）是一种用来测量人体心脏的跳动频率的有效工具。而心跳频率一般用每一分钟所心脏跳动的次数来显示。因此本设计要求使用应用数字电子技术来实现在一分钟或者半分钟内所测量的脉搏次数，并将测量的结果用数字显示出来。设计要求：（1）测量误差小于等于每分钟2次。（2）正常人脉搏数为（6080）次每分钟，老年人为（100150）次每分钟，如出现心率不齐，要有所指示。（3）用LED数码管显示。（4）确定设计方案，画出组成方框图，简述每部分功能和基本实

12、现方法。（5）进行单元电路分析，选取合适的逻辑部件，采用动态扫描显示。（6）进行必要的计算，以确定主要元件参数值。（7）绘制完整的原理电路图。（8）组装电路并进行试验调试，说明调试步骤和基本原理或进行电路仿真。（9）对设计电路进行讨论，提出改进意见，简要进行误差析。第二章 数字脉搏测量电路系统总设计系统的整体设计对于整个系统的开发有着至关重要的作用，所以系统的整体设计决定了系统的大部分功能以及一些重要的特点，并且对系统之后的一系列开发、升级有着极为重要的影响。现在市场上的脉象采集仪大都是脉象诊断仪器，采集脉图比较精细，但是通常这类仪器仪表价钱昂贵、笨重、且需要有一定医学知识的医生专家才能使用，

13、非常不便于小医院以及一些普通家庭的使用，所以本文设计的仪器有便携式、价格低、低功耗等优点。2.1 工作原理本设计采用的是以单片机AT89C51为控制核心，来实现脉搏测量仪的基本测量功能。脉搏测量仪硬件框图如图2.1所表示：图2.1 脉搏测量系统总框图将手指放在红外线所发射的二极管和接收三极管中间，并伴随着心脏的跳动，血管中血液的流量会发生变换。但由于手指放在光的传递路径中的时候，血管中血液的饱和程度的变化可能将引起光的强度发生程度不同变化，所以和心跳的节拍是相对应，而红外接收三极管的电流也会跟着改变，所以这就会导致红外接收三极管输出不同的脉冲信号。通过对信号经放大、滤波、整形后输出。该输出的脉

14、冲信号可作为单片机的一个外部中断信号。单片机电路对输入的脉冲信号进行一系列的计算处理后会把结果送到数码管显示。2.2 方案选择在本次的方案设计当中，毫无疑问，脉搏信号的采集和获取是整个智能脉搏测量仪设计中的重中之重。只有准确、高效、可靠地采集到个人的脉搏信号，整个设计才有成功的可能，整个设计才会有实在的意义。它是本设计的第一步，也是本次设计的关键一步。在我们采集脉搏信号之前，首先要了解脉搏信号的一些重要特性，只有在了解之后才能更好的选择合理的方案采集信号。脉搏信号具有如下的几个重要特性.它的信号极弱，振动幅度非常有限，不易于我们进行采集和获取，会给收集脉搏信号者带来不小的麻烦。在脉搏信号本身极

15、弱的同时，它还很容易收到其他生理信号的干扰，对于每一个生物体来说，其各个部分的生理信号都是相互干扰、相互影响的，在这种情况下，脉搏信号就会受到噪声的干扰。再者，每个生物体的情绪的不同，喜怒哀乐的变化，也会造成生理信号的改变，致使测量到的信号并不准确可靠。脉搏信号的频率是很低的，1分钟的次数大致如下，且对于不同的个体也是有差别的：男性的是60到100次，女性的是70到90次，小孩的大概是90次。脉搏信号还具有变异性，在此我们要重点注意。从上个特点我们也可以知道，男性、女性和小孩的脉搏跳动次数是不同的。而且对于不同的人来说，脉搏跳动的频率也不尽相同，同理可知，当不同的患者患得相同的疾病时，采集到的

16、脉搏信号的表现可能并不一样，而且对于同一个患者来说，在不同的患病期，他的脉象的表现也是不一样的。在总结完脉搏信号的种种特点之后，我们可以很明确的知道，只有选择一个恰当的脉搏测量传感器，才能够获得准确、高效、可靠的脉搏信号，才能完整而又准确的反映个人的身体活动的生理信息，所设计的脉搏测量仪才能正常且高效地工作。用光电传感器测量时，我们就可以不用考虑脉搏的振动幅度过小，而且受到的干扰也较小。一般光电传感器的应用也有两种，耳脉测量和指脉测量。耳脉的特点是光电信号较弱，并且在不同的温度、不同的季节中，测量结果也不相同，因此会造成测量的数据不准确，但测量环境较为清洁。而指脉测量由于汗腺发汗会使测量仪器变

17、脏，致使测量不准确，需要经常清洗。从整体上来考虑，指脉的光电信号较强，且操作简单易行，所以推荐使用指脉测量。2.3 数字脉搏测量仪的结构组成光电脉搏测量仪就是利用的光电传感器当变换原件，把采集到的能用于检测脉搏跳动的红外光转变成电信号，用电子仪表进行的测量和显示的装置。本文所描述系统的组成包括光电传感器、单片机电路、数码显示、信号处理、电源等部分。(1)光电传感器就是将非电量转换为电量的一种转换的元件，它由红外发射二极管和接收三极管组成，并可以将接收到的红外光按一定的函数关系（一般是线性关系）转换成便于仪器测量的一些物理量(比如电压、电流或者频率等)。(2)信号处理 即处理光电传感器采集到的低

18、频信号的模拟电路(比如放大、滤波、整形等)。(3)单片机电路就是利用单片机自身的定时中断计数功能对一些输入的脉冲电平进行运从而得出心率（包括AT89C51、外部晶振、外部中断等）。(4)数码显示就是把单片机计算得出的结果用8位的LED数码管静态扫描来显示，以便于直接准确无误的来读出数据。(5)电源就是向光电传感器、信号处理、单片机去提供的电源，可以是5V-9V的交流或者直流的稳压电源。第三章 脉搏测量电路硬件系统设计3.1 控制器AT89C51简介本文所涉及的系统是通过51系列的单片机来实现其功能的，但是由于系统无其它任何高标准的需求，所以我们最终就选择了AT89C51这个很常见的单片机来实现

19、本文所述系统的设计。AT89C5l是由美国ATMEL公司所生产的低电压但性能良好的CMOS8位的单片机，51系列的单片机通常采用的是DIP-40的外形封装，即为双列直插式封装，拥有40个引脚。当然也有采用方形贴片式封装。单片机内含有4k bytes的可以反复擦写的只读程序存储器(PEROM)与128 bytes的随机存取数据存储器(RAM)，目前单片机内部所用的程序存储区普遍的采用了Flash ROM，所以功能强大AT89CSl单片机能够为您提供很多性价比高的应用，并且可以灵活的应用于各种的控制领域。本文中的AT89C51提供了以下几个标准的功能：4k 字节的闪速存储器，128字节的内部RAM

20、，以及32个I/O口线和2个16位定时/计数器。还包含有一个5向量两级中断结构和一个全双工串行通信口，其次片内拥有振荡器和时钟电路。与此同时，AT89C51会降至0Hz的静态的逻辑操作，还支持了两种可选择的节电工作模式。单片机的内部是由控制器、运算器、存储器以及I/O接口这些基本的功能部件组成。图3.1 AT89C51 的封装形式本文此次的设计所使用的AT89C51的封装形式如图3.1所示。3.2 光电传感器在目前的脉搏波检测系统有以下的几种检测方法：一光电容积脉搏波法、二液体耦合腔脉搏传感器、三压阻式脉搏传感器和应变式脉搏传感器。近些年来, 光电检测技术在临床医学等应用中发展的很快, 这主要

21、是因为光可以避开强烈的电磁干扰具有较高的绝缘性, 并且可以非侵入地检测病人各种症状,包含有结构简单、精度高、无损伤、可重复等优点。利用光电法来提取指尖脉搏的光信息从而受到了生物医学仪器的专家和学者的重视。3.2.1 光电传感器原理朗伯一比尔(LamberBeer)定律，物质在某些特定的波长处它的浓度和吸收光度是成正比的。但是当人体被恒定波长照射到时，在人体组织的吸收、反射衰减之后，此时的光强在能大致反映被照射的人体部位组织的结构特征。由于人体动脉的舒张与收缩产生的脉搏，因此动脉一般集中在人体的尖端组织当中。而指尖的厚度相对与另外的部分会比较薄，所以透过手指之后检测到的光强就会相对较大，所以光电

22、式脉搏传感器的测量部位通常是在人体指尖。非血液组织吸收光的量是恒定的，但在血液中，静脉血的搏动相对于动脉血又是十分微弱的，基本可以忽略不计。因此我们可以认为光在透过手指后的变化仅仅是由动脉血的充盈而起的，所以在恒定波长光源的照射下，检测透过手指的光强可以间接的测量到人体的脉搏信号。光点传感器由红外发光二级管与红外接收三极管组成。采用了GaAs红外发光二极管作为光源，这样可以基本解决因为呼吸运动造从而使得脉搏波曲线的不稳定。红外接收三极管暴露红外光的照射之下时可以产生一定的电能，它就是将光信号转变为电信号。在本文的设计中，红外接收三极管与红外发射二极管相对摆放可以获得最佳的指向特性。除了手指组织

23、吸收的光之外，因为血液漫反射的存在有一部分光会返回，其余部分会透射出来。透射式的发射光源和光敏接收器件的距离是相等并且对称布置，接收的为透射光，用这种方法可较好地反映出心律的时间关系。能偶光电隔离,减少了对后级模拟电路的干扰。结构如图3.2所示。图3.2透射式光电传感器3.2.2 信号采集电路图3.3为脉搏信号的采集电路，U3是红外发射与接收的装置，发射角度随着红外发射二极管电流的真大逐渐变小，但是发射强度就会逐渐越大，所以怎样选择R21是相当重要的。R21选择270欧也是为灵敏性考虑的。当R21过大时，红外发射二极管中的电流会偏小，此时将无法区别有脉搏和无脉搏的信号。但是当R21偏小，其通过

24、的电流会偏大，此时的红外接收三极管也不能准确地识别是否有信号过来。所以将手指移开传感器或者检测到有强烈的干扰光线时，直流电压就会出现较大的变化，为了让它不至于泄露到U2B的输入端而造成错误的指示，所以用C8、C9串联组成的双极性耦合电容来把它隔断。将手指放在测量位置时，可能会出现二种情况：一是无脉期，这时虽然手指挡住了红外发射二极管所发射的红外光，但是因为红外接收三极管中存在有暗电流，将会造成输出电压偏低。二是有脉期，当有跳动的脉搏时，血脉会使手指的透光性变差，红外接收三极管里面的暗电流会减小，输出电压会上升。图3.3 信号采集电路3.3 信号放大电路下面的电路设计就是放大电路部分，在上一部分

25、电路中，已经对信号进行了有源滤波，干扰信号已经被滤除掉一部分，比如电源的强干扰信号，其频率大小约为50HZ。在输入信号进入到放大部分时，我们首先使用一个电容将信号中的暗电流进一步除去，然后将信号进行放大。在放大部分我们可以有很多种选择，比如在放大模块可以使用同相比例电路、二级运放电路和三级运放电路。在此本设计采用了同相比例电路进行放大。 首先分析同相比例电路，同相比例电路可以对电路进行比较理想的放大，放大倍数的可供选择性较大，而且考虑到脉搏传感器的阻抗很大。在放大倍数的选择上，我们用到了滑动变阻器R12，可以调节所需的信号的大小强弱。但它也有一个缺点，就是共模信号对放大倍数的影响较大，会产生一

26、定的误差。为了减小误差，我们可以采取措施增大开环差模增益和增加共模抑制比。对于二级放大电路和三级放大电路来说，二级放大的放大倍数比较有限，但很少会受到零点漂移的影响，造成所计算出的增益产生较大的误差，而且相对于三级放大电路构成也很简单。三级放大电路在放大倍数上，能够产生足够大的增益，但由于是三级放大电路会产生零点漂移，造成所计算的增益误差较大，测量结果不准确。单片机的供电工作电压大小为5V，但是由于采集的信号电压经过放大电路的放大之后，其电压可能大于5V，以至于单片机无法正常工作。为了避免这种情况的发生，我们给集成运放提供的供电电压为5V，这样即使经过放大的信号电压值大于5V，单片机所接受的数

27、字信号电压最大也只能达到5V。 图3.4 运算放大电路模块3.4 波形整形电路 图3.5 电压整形电路模块本设计的电压整形电路如上图3.5所示，主体是施密特触发器，用于波形变换，将模拟信号转化为可由单片机处理的高低电平信号。本设计所使用的施密特触发器是由555定时器构成。(1)施密特触发器的基本电路：（2）由555定时器构成的施密特触发器的结构图： 首先我们要了解一下555定时器，它是数字和模拟的混合集成电路，具有很多种的应用，在此次设计中就是应用了它可以比较方便的构成施密特触发器的这个性能。555定时器可以实现波形的产生与变换，以及测量和控制等等。对于施密特触发器来说，在输入电压的变化趋势是

28、，由小逐渐变大的变化，其电压增大达到阈值电压时，其原来的稳定状态会发生迅速的变化，由零跳跃至高电压，表现出一种电路状态的转换；若变化的趋势恰恰相反，是由大逐渐变小的变化，其电压减小至阈值电压，其原来的稳定状态会发生迅速的变化，由高电压跳跃到零电压，表现出另外一种电路状态。它可以由门电路构成，也可以由555定时器构成。其构成虽然不同，但它们的原理都大致相同，有着相同的功能特性。用门电路构成是由两个反相器直接相连接，同时由一个反馈电阻接至输入端。555定时器构成的施密特触发器是把555定时器的两个输入端连接后作为其输入端，由于两个比较器的参考电压不同，则输入电压分别是不同的值时，内部锁存器才能实现

29、置“1”或置“0”，即输出电压从高电平变为低电平与从低电平变为高电平所对应的输入值并不相同，555定时器这样的特点就可以构成施密特触发器。施密特触发器只有两个稳定的状态，通过输入信号的变化来实现这两个状态的相互转换，它的输入与输出的迂回特性决定了施密特触发器具有极强的抗干扰能力。施密特触发器有多领域、多用途的应用，表现在许多的方面和领域，在这里就不一一介绍了。经过555定时器所构成的施密特触发器后，输入信号由模拟信号转变为较为完美的方波信号，表现为高低电平供单片机处3.5 数码显示电路 图3.8 数码显示电路模块此部分电路为数码显示部分，用来显示每分钟人体的脉搏跳动频率。根据人体正常的脉搏跳动

30、是每分钟六十次到一百二十次，但是人体在经过剧烈的运动之后其脉搏跳动次数最多可以达到每分钟二百四十次，因此至少需要用到三位数码管进行显示。我们最终选用了三个数码管来满足要求。数码管的接法有两种，共阴接法和共阳接法。在此次设计中我们选用了共阳接法。原因是所提供的电源高电压来对数码管进行供电，共阳接法使数码管所能达到的亮度更大，共阴接法使数码管达到的亮度要暗。在上边的电路中，我们可以看到，从单片机端口出来的信号是经过一个三极管之后再通向数码管，而且在电源端还接有一个大小为200欧姆的电阻。由于从单片机端口输出的信号都是小信号，信号较弱，必须增加一个三极管进行放大才能驱动数码管正常的发光。而电源端所接

31、的电阻作用是保护电阻，但这个电阻的选择必须慎重。第一，它要起到不使电路中的电流过大以至于烧坏数码管，起到保护电阻的作用；第二，它的电阻也不能太大，若这个电阻过大会直接导致电路中的电流太小，削弱数码管的发光亮度，甚至造成数码管不能发光的严重后果。3.6 报警电路 图3.9 报警电路模块如图5.8，此部分的电路设计为报警电路，其设计意图主要在于能够作为个人身体状况的指示信号，引起人们对于自身测量健康结果的关注。根据健康知识的常识我们能够知道，人体的正常脉搏跳动在每分钟六十次到一百二十次之间。当经过测量之后，若人体的脉搏频率在每分钟超过一百二十次时，数码管上会给予相应的显示，并且红色的LED灯会发亮

32、，同时蜂鸣器发生报警；若最终的测量结果显示人体的脉搏频率每分钟小于六十次，则黄色的警示灯将会发亮，并且蜂鸣器进行相应的报警；若数码管上所显示的示数恰好在六十到一百二十之间，则表明人体的健康处于正常范围之内，绿色的数码管就会发光，而蜂鸣器不再进行报警。在上图的电路中我们可以看到，从单片机端口输出的信号，并没有直接接在蜂鸣器上，而是在中间增加了一个三极管。这是因为从单片机端口输出的信号较小，如果直接接上蜂鸣器，可能会由于电流能力太小，蜂鸣器并不能正常工作，甚至会不发出响声，因此增加一个三极管对输出信号进行放大，增大功率来驱动蜂鸣器。3.7 键盘输入电路 图3.10 键盘输入电路模块图5.9 键盘输

33、入电路模块此部分电路图3.10就是键盘输入部分，之所以设计键盘输入电路，就是为了使在使用脉搏测量时可以更方便的实现一些功能，利用按键进行控制。由于智能脉搏测量仪所需要的控制并不多，所以此次设计采用了独立按键控制。主要实现当智能脉搏测量仪开启使用时，需要有一个“开始”按键，开始进行测量；当智能脉搏测量仪关闭时，需要一个“结束”按键，使整个电路停止工作；当一次测量结束需要进行另外一次工作时，需要使工作状态复原，然后进行下一次的测量操作。3.8 单片机复位电路下图3.11就是单片机的复位电路部分，复位的作用就是让单片机进入到一种稳定的状态，然后在开始工作，作为一种最开始的工作状态。复位电路有如下的详

34、述。其中之一的开关复位也称为按键复位。按键复位是指通过按键控制单片机的复位过程，即电路的初始化过程，让单片机恢复到原来的电路状态。按键复位的好处是，让需要进行复位的电路单独进行复位，而不需要复位的其他电路继续正常进行工作。而另外一种是上电复位，从字面上我们就可以有大致的理解，基本意思是当开始工作时被供电之后就对电路进行初始化。在设计这部分电路的过程中，在本部分电路中又增加了一个LED灯用作指示灯，如果二极管点亮发光表明电路是在正常工作。当在操作过程中按键被按下时，则发光二级管的亮度会明显增大，由此能够根据LED灯的亮度来判断按键是否已经按下。3.9 单片机时钟电路 上图3.12所示的电路，就是

35、单片机外围电路中内部振荡的时钟电路。所选择的两个电容是30pF，晶振的选择是12MHz，单片机的工作周期通过计算可得是1uS。第四章 软件系统的设计4.1 主程序的流程主要包括有开始阶段、初始化阶段、开中断阶段以及显示程序等阶段。YNYNNNYY4.2 定时器中断程序流程定时器的中断一旦开始执行之后，就对一分钟开始了计时。1s计时到达就会继续的检测下一个1s，直到60s到了然后就会停止，然后保存测得的脉搏次数。与此同时能对键盘按键进行扫描，要重新测试只要通过复位测试值即可。系统完成一分钟的定时功能与保存测得的脉搏次数。其流程如图4.2所示。定时器初始值设置按键检测继续计时到1s返回保存脉搏数处

36、于检测到1m图 4.2 定时器中断程序流程图4.3 程序调试在写程序时，可以用C语言和汇编语言等语言。在本人在本科期间的专业课学习和平时的各种软件程序设计的使用方面，C语言的应用和练习还是比较多的。作为一种我比较得心应手进行软件设计的语言，习惯优先使用C语言进行各种设计。虽然在本科期间也学过汇编语言进行设计一部分实验和课程设计等等，但依然不是十分熟练。出于对自身的特点和长处的考虑，此次的程序编写我采用C语言编写，详细的程序图和调试图如图4.3所示：图4.3 软件程序设计根据程序设计总的流程方框图，确定总的程序设计思路。再由每部分的程序流程图可知，分别设计外部中断程序、定时器0用于计时程序、定时

37、器1用于数码显示和报警程序、初始化和清零复位程序等。图4.4 程序调试图上图4.4所示的程序调试截图就是本次软件设计的程序调试结果，在本部分的设计过程中经过多次调试后，此次的软件设计最终成功完成。4.4 抗干扰措施人体脉象信号是一种信噪比较低的非平稳随机信号，正常人的脉象信号会在0-20Hz的频率范围之内，并且几乎所有能量都分布在0-10Hz之内。采集的脉象信号存在的噪声有很多种原因，但常见的一般是：人体呼吸等低频干扰、基线漂移。在频率小于1Hz时，但由于肢体抖动以及肌肉紧张所引起的干扰，它的频率范围大；而工频的干扰是固定频率的干扰，为50Hz。噪声对于提高计算机分析与诊断的效果有重要影响，所

38、以，在分析之前要对脉搏信号进行去噪这是一项十分重要而严肃的工作。 为了提高测量仪的测量精确度，系统最先要解决的就是硬件方面的问题。光电式脉搏测量仪在测量过程中，前面测量到的脉搏信号会十分的微弱，很容易受到外界因素的干扰，在这其中主要的干扰源就有测量环境的光干扰、电磁干扰以及测量运动噪声。4.4.1 环境光对脉搏传感器测量的影响接收到光信号的光敏器件不仅是包含了脉搏信息透射光的信号，还包含了测量环境之下的背景光信号，因为动脉波动所引发的光强的变化比背景光的改变要弱小很多，所以在测量的过程当中要适当的保持测量背景光的恒定，以此减少背景光的干扰。 环境光和在测量过程中所引起的二次反射光都属于背景光。

39、为了减少此类光对于信号测量的影响，与此同时考虑到传感器使用的方便性，需要采用密封的指套式包装方式，然后尽量减小外界环境对光的影响，这样能大大降低环境光对测量的影响 在使用指套式外壳之后脉搏传感器能测量到脉搏波形会比较的平滑。所以我们得到的脉搏信号较为的稳定，去除了这些杂质信号，可以很好的体现出测量的脉搏波形的特点。4.4.2 电磁干扰对脉搏传感器的影响通过光由光信号到电信号的转换我们能从中得出涵盖有脉搏信息的电信号是比较微弱，极易受到干扰，特别是受到电磁干扰。然而在传统的光电式脉搏传感器电路中，因为光敏器件和放大电路是分开的，所以电信号在传递过程极易受到电磁干扰，传统方法是在一级放大电路中会采

40、用电磁屏蔽的方式去消除干扰。但本系统采用的是新型的光敏器件，所以在芯片内部集成光敏器与一级放大电路，能有效地抑制了外界电磁干扰原始脉搏信号。 总 结单片机将近20年的发展，俨然已成为了计算机发展一个极其重要方面。另一方面，单片机应用的意义还在于它从根本上改变了传统的控制系统设计思想与设计方法。从以前的必须由模拟电路或数字电路实现的大部分功能，现在已能用单片机通过软件编程的方法来实现了。像这种用软件代替硬件的控制技术也称之为微控制技术，这是传统控制技术的一次跨时代的革命。但51单片机作为单片机的主流，在随着集成技术的发展，51系列单片机继承并发展了MCS-51系列的主要技术特色，还有逐渐取而代之

41、的趋势。本文主要是51单片机在脉搏测试系统中的应用。并重点的介绍了单片机的系统，还通过单片机的最小系统实现了脉搏的测量系统，经由光电传感器所采集到的脉冲信号，再经过信号的放大、滤波与整形电路可输出的信号通过单片机的外部中断来获取并最终显示在数码管上。之后利用单片机自身的定时中断、外部中断、计数等一些功能，这样不仅能显示出此次脉搏测量的次数，还能够自动储存这些有用的数据。此次所设计的测量仪系统实现简单、功能稳定、应用广泛，有很大的实际意义。但由于时间比较短，并且本人所掌握的知识很有限，本次的设计虽已完成，但其中有很多不足，比如程序不够简练，以及电路板不够美观，还有光电传感器灵敏度不够高等诸多问题

42、。与此同时此次设计的测量仪功能还比较单一，如没有一些人性化功能，况且在设计过程中使用的运放数量也很多，这加大了电源管理的复杂程度。但是科技的进步势必会使得测量仪的功能日益的强大与完善，其应用的领域将会不断的扩大，这将会给我们的生活带来更多的方便与精彩。为了更好更快的进行电脉搏测量仪的设计，在这近一个学期的时间里，我认真的收集了许多有关资料，并做了相关的整理和阅读，才为这次的设计做好充分的准备。经过这次的毕设，我收获了很多，总结如下：（1）通过此次的设计，让我明白了无论做什么事都要事先做好充分的准备，而不应该盲目的只是为了完成任务去做。（2）使我了解了脉搏测量仪在国内外发展的迅速、应用领域之广、

43、市场前景之大。（3）使我对硬件设计与各模块的功能有了更为深刻的了解，同时还提高我的动手能力。（4）使我体会到要坚持不懈的毅力对完成一件事情有着巨大的作用。（5）使我深刻的体会到了团队合作精神的重要性以及相互讨论过程中的乐趣。参考文献1 欧阳俊，谢定等基于BL-410 的指端脉搏波采集系统应用研究J实用预防医学，2004，第11卷第2期，242 韩文波，曹维国，张精慧光电式脉搏波监测系统J长春光学精密机械学院学报，1999，第22卷第4期，23 朱国富，廖明涛，王博亮袖珍式脉搏波测量仪J电子技术应用，1998，第1期，134 刘云丽，徐可欣等微功耗光电式脉搏测量仪J电子测量技术，2005，第2期

44、，255 程咏梅，夏雅琴，尚岚人体脉搏波信号检测系统J北京生物医学工程，2006，第25卷第5期，136 刘文，杨欣，张铠麟基于AT89C2051单片机的指脉检测系统的研究J医疗装备，2005，第9期，2147 郁道银，谈恒英工程光学M机械工业出版社，1998年11月，2792818张福学传感器应用及其电路精选(下册) M北京：机械工业出版社，1221349 李林功，吴飞青，王兵，丁晓单片机原理及应用M北京：机械工业出版社，2007.8，6312810 程光，赵崇侃指动脉搏波光电传感器的研制J南京医学院学报，1991年第11卷第4期，32933011 Analog DeviceADuC841_

45、2_3_a data sheetMAnalog Device 2003，204512 J.C.Candy and G.C.TemesOversamplingMethods for Data ConversionMIEEE Pacific Rim conference on Communications，Computers and Signal Processing，May 1991，9-1013 Oversampling Techniques Using theTMS320C24x FamilyMLiterature Number：SPRA461 Texas Instruments Europe，June 1998，5-20附录1参考程序脉搏测量仪的信号采集、处理、显示的程序#include #define uint8 unsigned char#define uint16 unsigned int#define TIMER0_HIGHT 0xDC/设置定时器0工作方式1自动装载初值，定时10ms，Fosc=11.MHZ#define TIMER0_LOW 0x00sbit keyin = P31;/按键输入bit starttest;/启