基于单片机的脉搏测量仪设计毕业设计(论文)(23页).doc
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1、-基于单片机的脉搏测量仪设计毕业设计(论文)-第 11 页分类号 TP216 单位代码 11395 密 级 学 号 0905270128 学生毕业设计(论文)题 目基于单片机的脉搏测量仪设计作 者院 (系)专 业测控技术与仪器指导教师答辩日期2013 年 6 月 1 日毕业设计(论文)诚信责任书本人郑重声明:所呈交的毕业设计(论文),是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果。毕业设计(论文)中凡引用他人已经发表或未发表的成果、数据、观点等,均已明确注明出处。尽我所知,除文中已经注明引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集
2、体,均已在文中以明确方式标明。本人毕业设计(论文)与资料若有不实,愿意承担一切相关的法律责任。 论文作者签名: 年 月 日摘 要脉搏波所呈现出来的形态、强度、速率和节律等方面的综合信息,能反映出人体心血系统中许多生理疾病的血流特征。根据人体脉搏信号特征,本论文设计了一种基于单片机的脉搏测量系统。系统采用红外发射与接收二极管充当脉搏传感器来采集脉搏信号。首先将采集到的信号通过低通滤波与放大电路对脉搏信号进行处理,然后,将放大的脉搏信号通过整形电路进行电压基准变化,在经过一次放大电路对整形后的脉搏信号进行放大,将信号转换为AT89S52单片机易于处理的脉冲信号。通过单片机编程对脉冲信号进行处理,测
3、量出一分钟内的脉搏次数,最终在数码管中直观的显示出来。为了节省时间,一般不会作一分钟的测量,通常是测量10秒钟时间内的脉搏数,再把结果乘以6即得到每分钟的脉搏数。发光二极管可以通过发光的形式显示脉搏的跳动。关键词:脉搏测量仪;AT89S52;LED;信号处理The Design of Pulse Measurement Instrument Based on Single Chip MicrocomputerABSTRACTComprehensive information form, strength, speed and rhythm of the pulse wave show, can
4、 reflect the human cardiovascular system flow characteristic in many physiological diseases. According to the characteristics of the human pulse signals, this paper designed a pulse measurement system based on mcu.System uses infrared emitting and receiving diode acts as a pulse sensor to collect th
5、e pulse signal. Firstly, the collected signal through low-pass filtering and amplifying circuit for pulse signal processing, then, the pulse signal amplification of the voltage reference change through the shaping circuit, after an amplifying circuit amplifies the pulse signal after shaping, the sig
6、nal is converted into AT89S52 microcontroller manageable pulse signal. Processing through the MCU programming on the pulse signal, measured the pulse of one minute, times, finally in the digital tube display.In order to save time, generally not as a measure of a minute, often is the number of pulse
7、measurement 10 seconds, then the result is multiplied by 6 to obtain the pulse number per minute. Light emitting diode can be displayed by light pulse.Key words: Pulse measuring instrument; AT89S52; LED; Signal processing目 录摘要IABSTRACTII1 绪论11.1 脉搏测量仪介绍11.2 脉搏测量仪的应用11.3 本设计所要实现的目标21.4 本文的设计方案:采用以单片机
8、为核心的控制方案22 主要器件介绍32.1 单片机的选择32.1.1 AT89S52简介32.1.2 AT89S52的特点32.1.3 AT89S52引脚功能说明42.2 传感器的选择62.2.1 红外发光二极管简介72.2.2 光敏三极管简介72.3 驱动芯片的选择82.3.1 74LS245简介82.3.2 74LS04简介82.4 显示器的选择92.4.1 三位共阳八段数码管简介92.4.2 八段数码管字形表103 系统硬件设计113.1 设计原理113.2 外围电路113.2.1 电源电路113.2.2 复位电路123.2.3 晶振电路133.2.4 脉搏信号采集放大电路133.2.5
9、 LED显示电路144 系统软件设计165 软件调试及仿真175.1 软件编译175.1.1 工程的创建175.1.2 单片机的选择175.1.3 程序的编译185.2 系统仿真测试196 结论21参考文献23致 谢25附录A27附录B291 绪论1.1 脉搏测量仪介绍脉搏测量仪是用来测量一个人脉搏跳动次数的电子仪器,也是心电图的主要组成部分,因此,在现代医学上具有非常重要的作用。随着人们生活环境和经济条件的改善,以及文化素质的提高,其生活方式,保健需求以及疾病种类、治疗措施等发生了明显的变化。但在目前,我国的心脑血管疾病仍呈逐年上升趋势。其发病率和死亡率均居各种疾病之首,是人类死亡的主要原因
10、之一。而脉搏测量仪在预防和发现这些疾病中有着至关重要的作用。从脉搏波中提取人体的生理病理信息作为临床诊断和治疗的依据,历来都受到中外医学界的重视。几乎世界上所有的民族都用过“摸脉”作为诊断疾病的手段,中医中脉诊在“望、闻、问、切”四诊中占有非常重要的地位。脉搏是常见的生理现象,蕴含着丰富的人体生理病理信息。脉搏波所呈现出的形态(波形)、强度(波幅)、速率(波速)和节律(周期)等方面的综合信息,在很大程度上反映出人体心血管系统中许多生理病理的血流特征,因此对脉搏波的采集和处理具有很高的医学价值和应用前景。1.2 脉搏测量仪的应用20世纪50年代初,朱颜将脉搏器引入到中医脉诊的客观化研究方面。此后
11、随着机械和电子技术的发展,中医脉象仪方面的研究进展很快,尤其是七十年代中期,天津、上海、江西等地相继成立了跨学科的脉象研究协作组织,多学科共同合作促使其进入了一个新的发展水平。脉象探头式样很多,有单部、三部、单点、多点、刚性接触式、软性接触式、气压式、硅杯式、液态汞、液态水、子母式等组成。脉象探头的主要原件有应变片、压电晶体、单晶硅、光敏元件、PVDF压电薄膜等。其中以单部单点应变片最为广泛,不过近年来正在向三部多点式方向设计1。目前脉搏测量仪在许多领域被广泛利用,除了应用与医学领域,如无创心血管功能检测、妊高症检测、脉率检测等等,商业应用也不断发展,如运动、健身器材中心的心率测试都用到了先进
12、的脉搏测量仪2。1.3 本设计所要实现的目标基于AT89S52单片机脉搏测量仪设计要求如下:(1)要求通过手指测量脉搏跳动。(2)准确测量出1分钟内的脉搏跳动次数。(3)通过数码管显示出1分钟内脉搏跳动的次数。(4)发光二极管通过发光的形式显示脉搏的跳动。1.4 本文的设计方案:采用以单片机为核心的控制方案基于AT89S52单片机的脉搏测量仪由电源电路、复位电路、晶振电路、AT89S52单片机、脉搏感应电路、脉搏信号处理电路、脉搏次数显示电路以及脉搏显示发光二极管组成,系统框图如图1-1所示。复位电路晶振电路电源电路AT89S52单片机脉搏信号采集电路脉搏跳动显示 图1-1 基于AT89S52
13、单片机脉搏测量仪系统框图2 主要器件介绍2.1 单片机的选择 本次设计单片机选用ATMEL公司的AT89S52单片机。2.1.1 AT89S52简介 AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器,具有8K在系统可编程Flash存储器。使用Atmel公司高密度非易失性存储技术制造,与工业8031、80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程(IPS下载),亦适用于常规编程器3。图2-1 AT89S52单片机实物图2.1.2 AT89S52的特点 AT89S52的主要特点:(1)8k字节Flash;(2)256字节RAM;(3)32 位I/O 口线;(4)看
14、门狗定时器;(5)2 个数据指针;(6)三个16 位定时器/计数器;(7)一个6向量2级中断结构;(8)全双工串行口;(9)片内晶振及时钟电路。另外,AT89S52 可降至0Hz 静态逻辑操作,支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下,CPU停止工作,允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下,RAM内容被保存,振荡器被冻结,单片机一切工作停止,直到下一个中断或硬件复位为止。8 位微控制器8K 字节在系统可编程4。2.1.3 AT89S52引脚功能说明AT89S52具有以下标准功能: 8k字节Flash,256字节RAM, 32 位I/O 口线,看门狗定时器,2 个数据指针,
15、三个16 位定时器/计数器,一个6向量2级中断结构,全双工串行口, 片内晶振及时钟电路。另外,AT89S52 可降至0Hz 静态逻辑操作,支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下,CPU 停止工作,允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下,RAM内容被保存,振荡器被冻结, 单片机一切工作停止,直到下一个中断或硬件复位为止。其引脚图如图2-2所示。 图2-2 AT89S52引脚图各引脚功能说明: P0 口:P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。作为输出口,每位能驱动8个TTL逻辑电平。对P0端口写“1”时,引脚用作高阻抗输入。 当访问外部程序和数据存储器时,P0口也被作为低
16、8位地址/数据复用。在这种模式下, P0不具有内部上拉电阻。 在flash编程时,P0口也用来接收指令字节;在程序校验时,输出指令字节。程序校验时,需要外部上拉电阻。 P1(P1.0P1.7)口:P1 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口,P1 输出缓冲器能驱动4 个 TTL 逻辑电平。对P1 端口写“1”时,内部上拉电阻把端口拉高,此时可以作为输入口使用。作为输入使用时,被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因,将输出电流(IIL)。 P2(P2.0P2.7)口:P2 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口,P2 输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。对P2 端口写“1”时,内部上
17、拉电阻把端口拉高,此时可以作为输入口使用。作为输入使用时,被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因,将输出电流(IIL)。 在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器(例如执行MOVX DPTR)时,P2 口送出高八位地址。在这种应用中,P2 口使用很强的内部上拉发送1。在使用 8位地址(如MOVX RI)访问外部数据存储器时,P2口输出P2锁存器的内容。 在flash编程和校验时,P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。 P3(P3.0P3.7)口:P3 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口,P3 输出缓冲器能驱动4 个 TTL 逻辑电平。对P3 端口写“1”时,内部上拉电阻
18、把端口拉高,此时可以作为输入口使用。作为输入使用时,被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因,将输出电流(IIL)。 P3口亦作为AT89S52特殊功能(第二功能)使用,如下表所示。 在flash编程和校验时,P3口也接收一些控制信号。 表2-1 P3口第二功能表引脚第二功能特性P3.0串行输入口RXDP3.1串行输出口TXDP3.2外中断0P3.3外中断1P3.4定时/计数器0 P3.5定时/计数器1 P3.6外部存储器写选通P3.7外部存储器读选通RST:复位输入。当振荡器工作时,RST引脚出现两个机器周期以上高电平将是单片机复位。ALE/PROG:当访问外部程序存储器或数据存储器时,ALE(地
19、址锁存允许)输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。一般情况下,ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的脉冲信号,因此它可对外输出时钟或用于定时目的。要注意的是:每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。对FLASH存储器编程期间,该引脚还用于输入编程脉冲(PROG)。如有必要,可通过对特殊功能寄存器(SFR)区中的8EH单元的D0位置位,可禁止ALE操作。该位置位后,只有一条MOVX和MOVC指令才能将ALE激活。此外,该引脚会被微弱拉高,单片机执行外部程序时,应设置ALE禁止位无效。PSEN:程序储存允许(PSEN)输出是外部程序存储器的读选通信号,当AT89S52由外部程序存储器取指令(或
20、数据)时,每个机器周期两次PSEN有效,即输出两个脉冲,在此期间,当访问外部数据存储器,将跳过两次PSEN信号。EA/VPP:外部访问允许,欲使CPU仅访问外部程序存储器(地址为0000H-FFFFH),EA端必须保持低电平(接地)。需注意的是:如果加密位LB1被编程,复位时内部会锁存EA端状态。如EA端为高电平(接VCC端),CPU则执行内部程序存储器的指令。FLASH存储器编程时,该引脚加上+12V的编程允许电源VPP,当然这必须是该器件是使用12V编程电压VPP。XTAL1:振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。XTAL2:振荡器反相放大器的输出端。中断源:AT89S52 有6个中
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