基于单片机的电子脉搏计的设计论文.doc
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1、毕业设计论文基于单片机的电子脉搏计的设计摘 要人们在日常生活或是医学上常常是通过测量脉搏跳动的力度和频率来检测身体的健康状况,而普通的方法是用手按在人腕部的动脉上,根据脉搏的跳动进行计数,这样不仅测量时间长而且精度不高,为了节省测量时间,一般不采用长时间测量,而是几秒钟之内测出脉搏数。本文介绍一种基于STC89C52单片机的电子脉搏计,通过测量腕部动脉的压力,把压力转变为电信号,送入单片机,可以在3秒钟之内精确测量出每分钟脉搏数,测量结果用三位LED数码管显示,并且脉搏波形通过串口送入PC机,实时显示脉搏波形。脉搏计是最常用的医疗检查设备之一,实时准确的脉搏测量在日常生活、患者监控、临床治疗及
2、体育运动等方面都有着广泛的应用。脉搏测量包括瞬时脉搏测量和平均脉搏测量。瞬时脉搏可以反映心率的快慢,同时能反映心率是否匀齐;平均脉搏测量虽然只能反映心率的快慢,但记录方便。本文设计的电子脉搏计可以把这两个参数在测量时都记录下来并且显示,瞬时测量结果通过PC机实时显示,平均脉搏测量结果通过LED七段数码管显示。关键词:STC89C52 单片机 脉搏 串口Based on SCM electronic pulse plan designAbstractPeople in daily life or medicine is often measured by the pulse frequency
3、and strength to detect the health status of body by hand, and ordinary people by the arteries in the wrist, according to a pulse count, thus not only beat measuring time long and accuracy is not high, in order to save the measuring time, generally does not use the long time measurement, but a few se
4、conds pulse count. Measured This paper introduces a STC89C52 MCU based on the electronic pulse plan, by measuring the pressure, the wrist artery pressure into electrical signals, into a single-chip microcomputer, can accurate measurement in three seconds per minute, a pulse with measurement results
5、number three LED digital display, and pulse tube through a serial port into PCS, real-time display pulse waveform.Pulse meter is one of the most commonly used in the medical examination device, real-time accurate measurement of the pulse of daily life, patient monitoring, clinical treatment and othe
6、r aspects of sports have a wide range of applications. Pulse measurements include transient pulse measurement and the average pulse measurement. Instantaneous heart rate may reflect the speed of the pulse, while heart rate can reflect whether the uniform homogeneous; average heart rate, pulse measur
7、ement can only reflect the speed though, but the record of convenience. This design of elec- tronic pulse meter to measure these two parameters are recorded and displayed the time, instantaneous measurements in real time through the PC, shows that the average pulse measurements by seven segment LED
8、digital display.字典Keywords: STC89C52; microcontroller; pulse; the serial interface目 录1 引言12 总体设计思路12.1 方案设计与选取12.1.1 总体流程图12.1.2 方案选择12.2 总体电路图23 硬件电路结构模块43.1 单片机的选取43.1.1 STC89C52引脚功能说明43.1.2 振荡电路53.1.3 复位电路53.2 AD转换电路模块63.2.1 ADC0809引脚功能63.2.2 ADC0809主要特性73.2.3 ADC0809工作过程73.2.4 ADC0809与单片机接口电路83.
9、2.5 ADC0809与PC机连接93.3 传感器的选取104 软件程序设计134.1 脉搏计数模块的设计134.1.1 脉搏计数程序方案的选取134.1.2 脉搏计数代码设计144.2 LED数码管显示模块设计154.2.1 显示模块的选取154.2.2 LED数码管与单片机的接口电路164.2.3 LED数码管驱动程序的设计174.3 AD转换模块的设计184.4 串口发送程序设计194.5 上位机程序及界面设计204.5.1 上位机程序的设计204.5.2 上位机界面的设计214.6 扩展血压计功能225 软硬件调试236 结论27谢辞28参考文献29附录30外文资料361 引言随着经济
10、的飞速发展和人民生活水平的日益提高,有关心脑血管疾病的发病率与死亡率正在呈逐年上升趋势,这就需要一种方便的方法来测量心脑血管的健康状况,可以实时观测和评估人体的健康状况。从古到今中外医学界都重视从脉搏波中提取人体的健康状况,并作为临床诊断和治疗的依据。世界上几乎所有的民族都用过摸脉来作为诊断疾病的手段,因为脉搏处跳动压力比较明显。脉搏波所显示出的波形、压力强度、频率和节奏等方面的综合信息,在很大程度上可以反映出人体心脑血管系统中许多生理病理的健康状况。直接用手摸脉测量误差较大,并且无法实时观测。如果采用电子测量计,有利于精确测量,还可以借助PC机进行高效、合理的判断和分析。随着集成电路技术的发
11、展,电子脉搏计必然向微型化、大众化、智能化的方向发展。脉搏计是最常用的医疗检查设备之一,实时准确的脉搏测量在日常生活、患者监控、临床治疗及体育运动等方面都有着广泛的应用。脉搏测量包括瞬时脉搏测量和平均脉搏测量。瞬时脉搏可以反映心率的快慢,同时能反映心率是否匀齐;平均脉搏测量虽然只能反映心率的快慢,但记录方便。本设计这两个参数在测量时都会被记录并且显示,瞬时测量结果通过PC机实时显示,平均脉搏测量结果通过LED七段数码管显示。为了适应人们生活中的需要,本文设计一款基于压电传感器的电子脉搏计,实现瞬时脉搏测量和平均脉搏测量,并将测量结果用数字显示。该电子脉搏计具有误差小,体积小易于携带的特点。家中
12、备有这样的一款脉搏计,就可以在日常生活中监控自己和家人的心率变化,可以有效防止和控制多种疾病的发生和变化,达到日常保健的目的。测量范围广,测量精度高,显示采用三位十进制数显示。其设计思路是用压电传感器把待检测对象的脉搏跳动转变成电信号,但是由于信号比较微弱,需要经过传感器内部放大整形滤波后才可以得到规则的脉冲波形。处理后的信号经过单片机定时计数后通过译码电路就可以从数码管直接读出被测对象的脉搏数了。同时记录每一次脉搏跳动的间隔和力度,实时记录绘制曲线,分析数据。定时由基准时间产生电路完成。STC89C52 单片机构成的控制电路在硬件的作用下控制脉搏信号放大、整形和倍频后再通过软件进入定时计数器
13、的时间。该基于单片机的电子脉搏计优点是制作简单,使用元器件少,工作稳定可靠,显示直观,误差不大于1%,成本低廉且能节电。2 总体设计思路2.1 方案设计与选取2.1.1 总体流程图设计的总体流程图如图2-1所示:信号采集放大整形单片机模数变换数码管显示上位机显示图2-1 总体流程图2.1.2 方案选择方案1:1.信号采集 脉搏传感器将脉搏跳动的压力信号转换为与此相对应的电信号。2.放大电路 将传感器所采集到的微弱电流电压放大,可采用高输入阻抗的非门进行放大。3.低通滤波 空气中存在的高频信号对信号采集有影响,需要进行滤除,只让低频脉冲信号通过。对脉搏信号进行采集的时候,空气中交流工频干扰最大,
14、根据有源滤波的原理,在接至非门的输入与输出之间作为直流偏置电阻上并联一个电容。4.整形电路 可用两个非门组成的施密特触发器对放大后的信号进行整形。5.计数、译码、显示 用来读出脉搏数,并以十进制数的形式由数码管显示。方案2:1.信号采集 脉搏传感器将脉搏跳动的压力信号转换为与此相对应的电信号。2.放大电路 用普通运放进行发大,为达到高输入阻抗的要求,采用同相比例放大。3.低通滤波 在运放的反馈电阻上并联一个电容,达到滤波的效果。4.整形电路 通过集成运算放大电路运放组成的单限比较器进行脉冲整形。方案3:1.信号采集与放大 与方案1和方案2中不同的是信号的采集和放大用一个MB-4型传感器实现,传
15、感器不仅能把压力信号转变为电信号,而且还能通过传感器内部电路把信号放大输出。2.波形整形 由于单片机中断不识别脉搏波,所以放大后的信号通过555芯片构建的施密特触发器,将放大后的脉搏波转变为单片机实现的方波信号。3.模数变换 将信号送入模数变换后将模拟信号转变为数字信号送入单片机,为上位机波形显示部分做准备。4.数码管显示 用来读出脉搏数,并以十进制数的形式由数码管显示。通过以上方案对比观察可以得出,方案3中传感器的选取简单易行,节约了许多外围电路的空间,缩小了整体电路的体积,更加便于携带,如果价格合适的话,是最优的方案选择。波形整形部分,方案3中的由555定时器构成的施密特触发器,电路搭构简
16、单易行,与前两个方案相比减少了电路器件的繁琐度。采用数码管显示,节约设计成本,而且可以实现实时显示的功能。综合考虑,设计选择方案3的整体设计思路进行设计。2.2 总体电路图总体电路图如图2-2所示:图2-2 总体电路图单片机的P1口八个引脚分别与LED数码管的八段段码显示控制端相连接,构成了片选控制端,单片机的P3.3P3.5引脚分别接到LED数码管位选控制端,当程序控制单片机发送相应的字符时,数码管便会相应的点亮,从而实现每分钟脉搏数目的显示,这就是显示模块的设计。ADDA、ADDB、ADDC3位地址输入线接地,即选用IN0通道,模拟信号通过IN0通道输入;时钟控制信号通过CLOCK端口输入
17、,时钟频率选择为500kHz;A/D转换启动脉冲输入端START与单片机的P2.4引脚相连;数据输出允许信号输入端OE与单片机的P2.5引脚相连,通过单片机的P2.4与P2.5引脚控制ADC0809芯片。当转换完成后数据通过ADC0809的OUT1OUT8引脚送入单片机的P0.0P0.7引脚进行处理。总体电路框图用信号发生器代替传感器模拟采集到的信号,一路送入单片机,经过单片机的处理后送LED数码管显示每分钟的脉搏数。一路送到ADC0809芯片进行模数转换,并将转换后的信号送入单片机,信号经过单片机的处理后送到上位机实时显示脉搏波波形。3 硬件电路结构模块3.1 单片机的选取考虑到单片机作为整
18、体电路设计的核心工作单元,选取STC89C52型号的单片机作为总处理器。STC89C52是一种带8K字节闪烁可编程可擦除只读存储器(FPEROM-Flash Programable and Erasable Read Only Memory)的低电压,高性能CMOS8的微处理器,俗称单片机。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造,与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。其芯片引脚图如下图3-1所示:图3-1 STC89C52芯片引脚图STC89C52主要功能:兼容MCS51指令系统、32个双向I/O口、3个16位可编程定时/计数器中断、2个串行中断、2个外部中断源、2个读写
19、中断口线、低功耗空闲和掉电模式、8K可反复擦写Flash ROM、256x8bit内部RAM、时钟频率0到24MHz、可编程UART串行通道、共6个中断源、3级加密位、软件设置睡眠和唤醒功能。3.1.1 STC89C52引脚功能说明1可编程输入/输出引脚:STC89C52单片机有4组8位的可编程I/O口,分别位P0、P1、P2、P3口,每个口有8根引脚,共32根。P0口:8位双向I/O口线,名称为P0.0P0.7。P1口:8位准双向I/O口线,名称为P1.0P1.7。P2口:8位准双向I/O口线,名称为P2.0P2.7。P3口:8位准双向I/O口线,名称为P3.0P3.7。2控制引脚:RST/
20、VPP:复位引脚,引脚上出现2个机器周期的高电平将使单片机复位、ALE/PROG:地址锁存允许信号、PSEN:外部存储器读选通信号、EA/VPP:程序存储器的内外部选通,接低电平从外部程序存储器读指令,如果接高电平则从内部程序存储器读指令。3外接晶振引脚:XTAL1:片内振荡电路的输入端、XTAL2:片内振荡电路的输出端。4电源引脚:VCC:电源输入,接5V电源、GND:接地线 11。3.1.2 振荡电路单片机的时钟信号由内部振荡电路产生,振荡电路如图3-2所示:图3-2 振荡电路本系统选取的晶振频率为12MHz,电容选择30pF。经计算得单片机工作机器周期为1s。3.1.3 复位电路复位是单
21、片机的初始化操作。其主要功能是把PC初始化为0000H,使单片机从0000H单元开始执行程序。除了进入系统的正常初始化之外,当由于程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时,为摆脱困境,也需按复位键重新启动。RST引脚是复位信号的输入端。复位信号是高电平有效,其有效时间应持续二个机器周期以上。若使用频率为12MHz的晶振,则复位信号持续时间应超过2s才能完成复位操作1。复位操作有上电自动复位和按键手动复位两种方式。上电自动复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的。按键手动复位有电平方式和脉冲方式两种。其中,按键电平复位是通过使复位端经电阻与Vcc电源接通而实现的,而按键脉冲复位则是利用RC微分
22、电路产生的正脉冲来实现的,按键电平复位电路如图3-3所示:图3-3 按键电平复位电路上述电路图中的电容、电阻参数适用于12MHz晶振,能保证复位信号高电平持续时间大于2个机器周期。本系统的复位电路采用按键电平复位方式,由于程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时,此方式无需重新上电,直接按键复位即可,操作简单。3.2 AD转换电路模块AD转换即模数转换,就是把模拟信号转换成数字信号,以便于计算机进行处理。目前广泛应用在单片机系统中的主要有积分型、逐次比较型、并行比较型/串并行型、-调制型、电容阵列逐次比较型、压频变换型。打算采用的具体芯片型号为逐次比较型ADC0809、AD574A与双积分型
23、AD转换器MC14433。考虑到转换精度、速度和芯片价格,本设计采用ADC0809,ADC0809是美国国家半导体公司生产的CMOS工艺8通道,8位逐次逼近式AD转换器。其内部有一个8通道多路开关,它可以根据地址码锁存译码后的信号,只选通8路模拟输入信号中的一个进行AD转换。ADC0809是目前国内应用最广泛的8位通用AD芯片,ADC0809芯片有28条引脚,采用双列直插式封装。3.2.1 ADC0809引脚功能下面说明各引脚功能:IN0IN7:8路模拟量输入端。D0D8:8位数字量输出端。ADDA、ADDB、ADDC:3位地址输入线,用于选通8路模拟输入中的一路。START:A/D转换启动脉
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