基于单片机的脉搏测量器设计-推荐.doc
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1、东 北 石 油 大 学课 程 设 计课 程 单片机的控制系统课程设计 题 目 基于单片机的脉搏测量器设计 院 系 电气信息工程学院 专业班级 自动化2010级 1 班 学生姓名 学生学号 1006011401 指导教师 李艳辉 邵克勇 2013年 7 月 7 日东北石油大学课程设计任务书课程: 单片机的控制系统课程设计 题目: 基于单片机的脉搏测量器设计 专业: 自动化 姓名: 学号: 1006011401 主要内容、基本要求、主要参考资料等主要内容:基于单片机的脉搏测量器设计,主要内容如下: 1、要求通过手指测量脉搏跳动; 2、准确测量出1分钟内脉搏跳动的次数;3、通过数码管显示出1分钟内脉
2、搏跳动的次数;4、通过发光二极管显示脉搏的跳动。基本要求:1、熟悉51系列单片机系统的基本构成和工作原理。 2、设计并实现具有复位功能的单片机最小系统。 3、掌握51系列单片机I/O、定时器等操作方法。 4、掌握单片机的一般编程技巧。 参考资料:1、张毅刚单片机原理及应用M.北京:高等教育出版社,2010.2、蔡美琴MCS-51系列单片机系统及其应用M.北京:高等教育出版社,2004. 3、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年.第1期. 4、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年.第2期. 5、程咏梅,夏雅琴,尚岚.人体脉搏波信号
3、检测系统J.北京生物医学工程.2006年.第 25卷完成期限 2013-7-7 指导教师 专业负责人 2013年6月28日目 录第1章 绪论1第2章 系统结构及主要元器件22.1 系统结构22.2 元器件清单32.3 单片机AT89S52功能介绍42.4 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83.1 单片机复位电路设计83.2 单片机晶振电路设计83.3 红外发射和接收电路的设计93.4 7SEG-MPX4-CC与单片机接口电路113.5 电路原理图12第4章 软件设计134.1 程序流程图134.2 程序清单13第5章 系统仿真及调试165.1系统Proteus仿真图16结
4、 论18参考文献19单片机的控制系统课程设计第1章 绪论脉搏携带有丰富的人体健康状况的信息,自公元三世纪我国最早的脉学专著脉经问世以来,脉学理论得到不断的发展和提高。在中医四诊(望、闻、问、切)中,脉诊占有非常重要的位置。脉诊是我国传统医学中最具特色的一项诊断方法,其历史悠久,内容丰富,是中医“整体观念”、“辨证论证”的基本精神的体现与应用。然而在长期的医疗实践中也暴露出一些缺陷。首先,切脉单凭医生手指感觉辨别脉象的特征,受到感觉、经验和表述的限制,并且难免存在许多主观臆断因素,影响了对脉象判断的规范化;其次,这种用手指切脉的技巧很难掌握;再则,感知的脉象无法记录和保存影响了对脉象机理的研究。
5、脉诊的这种定性化和主观性,大大影响了其精度与可行性,成为中医脉诊应用、发展和交流中的制约因素。为了将传统的中医药学发扬光大,促进脉诊的应用和发展,必须与现代科技相结合,实现更科学、客观的诊断。医院的护士每天都要给住院的病人把脉记录病人每分钟脉搏数,方法是用手按在病人腕部的动脉上,根据脉搏的跳动进行计数。为了节省时间,一般不会作1分钟的测量,通常是测量10秒钟时间内心跳的数,再把结果乘以6即得到每分钟的心跳数,即使这样做还是比较费时,而且精度也不高。为了提高脉搏测量的精确与速度,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法。本设计是一种用AT89S52单片机制作的脉搏测量仪,
6、只要人把手指放在传感器内2秒钟就可以精确测量出每分钟脉搏数,测量结果用三位数字显示。第2章 系统结构及主要元器件2.1 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、脉搏处理电路、脉搏次数显示电路以及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S2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02.2 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
7、号数量(个)用途单片机AT89S521控制核心晶振12MHz1晶振电路电容30pF2按键1复位电路电解电容10uF/10V1电阻10K1电源+5V/0.5A1电源电路红外发射头PH3031脉搏信号检测电路红外接收头PH3021电阻1001电阻22K1电阻5001脉搏显示发光二极管1集成块CD40691脉搏信号放大和滤波电路电容1uF1电解电容100uF/10V1电解电容22uF/10V1电解电容47uF/10V1电解电容47K1脉搏计数显示电路电阻10K2电阻1M1电阻22K1电阻470K1电阻100K1电阻5008数码管共阳极3位集成块74LS041集成块74LS24512.3 单片机AT8
8、9S52功能介绍 单片机AT89S52为 ATMEL 所生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器,具有8K在系统可编程Flash存储器。2.3.1 AT89S52主要功能列举如下1、内部程序存储器(ROM)为8KB2、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Flash5、32个可编程I/O口线6、8个中断向量源7、三个16位定时器/计数器8、三级加密程序存储器9、晶片内部具时钟振荡器(传统最高工作频率可至12MHz)2.3.2 AT89S52各引脚功能介绍图2-2 AT89S52引脚图 VCC:AT89S52电源正端输入,接+5
9、V。 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保持低电平时,使用外部程序存储器。 当EA保持高电平时,则使用内部程序存储器。 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(P0.0P0.7):端口0是一个8位宽的开路汲极(Open Drain)双向输出入端口,共有8个位,P0.0表示位0,P0.1表示位1,依此类推。 PORT1(P1.0P1.7):端口1是
10、具有内部提升电路的双向I/O端口,其输出缓冲器可以推动 4个LS TTL负载,同样地若将端口1的输出设为高电平,便是由此端口来输入数据。 PORT2(P2.0P2.7):端口2也是具有内部提升电路的双向I/O端口,每一个引脚可以推动4个LS的TTL负载,若将端口2的输出设为高电平时,此端口便能当成输入端口来使用。 PORT3(P3.0P3.7):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。其各个管脚功能分配如下:P3.0:RXD(串行通信输入口);P3.1:TXD(串行通信输出口);P3.2:INT0(外部中断0输入);P3.3:INT1(外部中断1输入);P3.
11、4:T0(计时器0外部输入);P3.5:T1(计时器1外部输入);P3.6:WR(外部数据存储器的输入信号);P3.7: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,要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。2.3.3 AT89S52结构框图图2-3 AT89S52结构框图2.4 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,但它们并不是普通的白炽灯,它们没有灯丝,也不会发烫。它们之所以能够发光,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,因此它同样具有一般PN结的特性,包括正向导通、反向截止、击穿和
12、发光特性。 目前,发光二极管用途广泛,能完成数十种不同的工作,而且,在各种设备中都能找到他们的身影。本设计中主要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。导致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3.1 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,如果释放后再按下,系统还会复位。所以可以通过按键的断开和闭合在运行的系统中控制其复位。时钟电路工作后,在REST管脚上加两个机器周期的高电平,芯片内部开始进行初始复位。下图为复位电路图:图3-1
13、 复位电路3.2 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非常大,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建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控制提供一个标准时刻。数字电路是根据具体电路来设计的,其能在某个时刻完成某项特定的任务,假如没有一个标准时刻来控制时序的话,那么整个数字电路就不知道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,晶振的作用便是为系统提供基本的时钟信号,来保证系统各个部分保持同步。下图为晶振电路图:图3-2
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