单片机带时钟功能的便携式脉搏测量仪毕业设计Word文档下载推荐.docx

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武艳

设计地点：

苏州经贸职业技术学院

摘要

脉搏测量仪在我们的日常生活中已经得到了非常广泛的应用。

为了提高脉搏测量仪的简便性和精确度，本文设计了一种基于51单片机的脉搏测量仪。

系统以STC89C52单片机为核心，用光电传感器采集脉搏信号，并利用单片机系统内部定时器来计算时间，该脉搏信号经放大、整形送给单片机，单片机通过对脉冲累加得到脉搏跳动次数，并且显示在液晶屏上。

当系统开始运行时，实时显示时间，并且可以调节时间，在系统运行中，当按一下功能选择键后能实时显示脉搏次数，当按第二下功能选择键后能返回显示时间的界面，当采集信号停止运行时，能够显示总的脉搏次数，最后将测量结果送给语音芯片进行语音播报,当播报次数超出正常范围，蜂鸣器将会响，发出报警的声音。

经测试，系统工作正常，达到设计要求。

关键词：

脉搏测量仪；

单片机；

光电传感器

第一章引言…………………………………………………………4

第二章脉搏测量仪系统设计方案……………………………………5

2.1脉搏测量仪的总体设计方案……………………………...…………..5

2.2各模块方案选择…………………………………………………....….6

2.2.1电源电路的选择………………………………………....……..6

2.2.2单片机的选择…………………………………………………..7

2.2.3信号采集电路的选择……………………………………....…..7

2.2.4显示电路的选择………………………………………….….....7

2.2.5按键电路的选择…………………………………………….….8

2.2.6报警电路的选择…………………………………………….….8

2.2.7实时电子钟电路的选择………………………………….….…8

2.2.8语音录放电路的选择………………………………….….……9

第三章系统的硬件设计.…………………………………………….10

3.1电源电路…………………………………………………………..…10

3.2单片机最小系统……………………………………………………..11

3.3信号采集电路………………………………………………………..12

3.4显示电路……………………………………………………………..13

3.5按键电路……………………………………………………………..13

3.6报警电路……………………………………………………………..14

3.7实时电子钟电路……………………………………………………..14

3.8语音录放电路………………………………………………………..15

3.9系统整体硬件电路图………………………………………………..16

第四章系统的软件设计……………………………………………..17

4.1主程序流程图:

……………………………………………………....18

4.2信号采集流程图:

…………………………………………………....19

4.3显示电路流程图:

…………………………………………………....20

4.4按键电路流程图:

………………………………………………...….21

4.5报警电路流程图:

………………………………………………..…..22

4.6实时电子钟流程图:

………………………………………………....23

4.7语音录放电路流程图:

…………………………................................24

第五章系统调试………………………………………………………25

第六章总结与展望……….…………………………………………...27

致谢………………………………………………………………...28

参考文献……………………………………….....................................29

第一章引言

本设计完成了便携式脉搏测量仪的设计，其主要由五部分组成，第一部分主要介绍了脉搏测量仪的系统设计方案以及各模块方案的选择，第二部分主要介绍了系统的硬件设计以及各模块的工作原理，第三部分主要介绍了系统的软件设计，这部分以程序流程图为主，第四部分为系统调试，第五部分是总结与展望。

本设计的便携式脉搏测量仪实现了脉搏信号的采集、脉搏次数的显示、实时电子钟的显示，脉搏的播报以及超出脉搏正常范围报警的功能。

硬件电路主要分成：

电源电路、单片机最小系统、信号采集电路、显示电路、按键电路、实时电子钟电路，语音录放电路以及报警电路。

其控制系统以单片机STC89C52作为核心控制器，以红外发光二极管和光敏三极管为传感器，并利用单片机系统内部定时器来计算时间，由光敏三极管感应产生脉冲，单片机通过对脉冲累加得到脉搏跳动次数，时间由定时器定时而得。

系统运行中能显示脉搏次数，系统停止运行时，能够显示总的脉搏次数。

在本设计中：

电源电路主要起到为整个系统供电的作用；

信号采集电路主要负责采集信号并处理成脉冲信号；

显示电路是显示最终结果以供观察的；

按键电路主要是起到校准时间和录音检测以及功能选择的作用；

实时电子钟电路是作为一个单独的时钟模块来显示时间的；

报警电路主要是当超出正常范围内，起到提醒人的作用；

语音录放电路主要是播报脉搏次数的。

这几部分电路综合起来就构成了便携式脉搏测量仪，这也就是本文的设计。

第二章脉搏测量仪系统设计方案

2.1脉搏测量仪的总体设计方案

系统结构框图由以下电路模块组成：

电源电路，信号采集电路，实时电子钟电路，按键电路，单片机最小系统，显示电路,报警电路和语音录放电路构成。

在这几部分中，单片机最小系统是核心部分，这部分电路主要由STC89C52单片机和一些电容、晶振、按键、电阻组成。

电源电路主要起到为整个系统供电的作用，信号采集电路主要负责采集信号并处理成脉冲信号，显示电路是显示最终结果以供观察的，按键电路主要是起到校准时间和录音检测以及功能选择的作用，实时电子钟电路是作为一个单独的时钟模块来显示时间的，报警电路主要是当超出正常范围内，起到提醒人的作用，语音录放电路主要是播报测量的脉搏数的。

整个系统结构图也可以分成三部分：

设计输入部分，设计控制部分和设计输出部分。

设计输入部分：

这一模块主要是利用外部电路来实现的。

设计控制部分：

主要由STC89C52单片机的外部中断扩展电路以及独立按键组成。

设计输出部分：

由LM016L液晶显示，报警显示和语音录放组成。

整个系统结构框图如图2.1所示：

图2.1系统结构框图

2.2各模块方案选择

2.2.1电源电路的选择

本设计中的电源电路主要包括2部分电源：

5V电源和一个锂电池。

锂电池是给实时电子钟模块断电后持续供电的，而5V电源是各个模块所需要的电源，因而，需要对提供电源的部分进行选择。

方案一：

移动电源

它的优点是移动方便，且供电稳定，可循环利用

方案二：

电池盒

其优点是轻便，但是不可循环利用

方案选择：

由于本设计需要很大的电量，且需要供电稳定，因此，选择方案一。

2.2.2单片机的选择

对于单片机主要有以下两种选择：

PIC单片机

其突出特点是体积小、功耗低、抗干扰性好、可靠性高。

EMC单片机

这系列单片机有很大一部分与PIC8位单片机兼容，且相兼容的资源相对比PIC的多，价格便宜，有很多系列可选，但抗干扰较差。

方案三：

51单片机STC系列内部包含了定时器、程序存储器、数据存储器等硬件，并且其系列的单片机是增强结构、全静态工作方式，内载在线可编程Flash的单片机。

其整个系统结构紧凑，抗干扰能力强，性价比高。

由于51单片机中STC系列的硬件能符合整个控制系统的要求，不需要外接其他存储器芯片和定时器件，方便地构成一个最小系统，因此，选择方案三。

另外，在STC系列中，STC89C52最普遍并且性价比高，因此，本设计选用的单片机是STC89C52。

2.2.3信号采集电路的选择

信号采集电路主要由传感器和放大器两部分组成。

下面介绍这两部分的选择。

①传感器的选择：

压力传感器

传统的压力传感器以机械结构型的器件为主，以弹性元件的形变指示压力，但这种结构尺寸大、质量轻，不能提供电学输出。

随着半导体技术的发展，半导体压力传感器也应运而生。

其特点是体积小、质量轻、准确度高、温度特性好。

光电式传感器在受到可见光照射后即产生光电效应，将光信号转换成电信号输出。

它除能测量光强之外，还能利用光线的透射、遮挡、反射、干涉等测量多种物理量，如尺寸、位移、速度、温度等，因而是一种应用极广泛的重要敏感器件。

光电测量时不与被测对象直接接触，属于非接触式测量。

光束的质量又近似为零,在测量中不存在摩擦和对被测对象几乎不施加压力。

因此在许多应用场合，光电式传感器比其他传感器有明显的优越性。

电容传感器

典型的电容式传感器由上下电极、绝缘体和衬底构成。

当薄膜受压力作用时，薄膜会发生一定的变形，因此，上下电极之间的距离发生一定的变化，从而使电容发生变化。

但电容式压力传感器的电容与上下电极之间的距离的关系是非线性关系，因此，要用具有补偿功能的测量电路对输出电容进行非线性补偿。

方案选择：

由于光电传感器是根据光电容积法制成的脉搏传感器，通过对手指末端透光度的监测，间接检测出脉搏信号。

光电传感器具有结构简单、无损伤、可重复性好等优点。

因此，选用方案二。

此外，光电式脉搏传感器按照光的接收方式可分为透射式和反射式2种。

其中透射式的发射光源与光敏接收器件的距离相等并且对称布置，接收的是透射光，这种方法可较好地反映出心律的时间关系。

因此本系统采用了指套式的透射型光电传感器,实现了光电隔离,减少了对后级模拟电路的干扰。

②放大器的选择：

AD620

AD620为一个低成本，高精度的单片仪器放大器。

尽管AD620由传统的三运算放大器发展而成，但一些主要性能却优于三运算放大器构成的仪表放大器的设计，如电源范围宽（±

2.3～±

18V），设计体积小，功耗非常低（最大供电电流仅1.3mA）,因而适用于低电压、低功耗的应用场合。

LM324

LM324是四运放集成电路，它采用14脚双列直插塑料封装.它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器，除电源共用外，四组运放相互独立。

与单电源应用场合的标准运算放大器相比，具有显著的优点：

该四放大器可以工作在低到3.0伏或高到32伏的电压下，静态电流大致为MC1741的五分之一（对每个放大器而言），共模输入范围包括负电源，因而消除了在许多应用场合中采用外部偏置元件的必要性，输出电压范围也包括负电源电压。

由于LM324四运放电路具有电源电压范围宽，静态功耗小，可单电源使用，价格低廉等优点，因此，选择方案二。

2.2.4显示电路的选择

为了便于测试人员随时观测脉搏数值，本设计需要将脉搏数值实时显示，关于显示器件的选择有以下两种：

液晶显示

采用液晶显示具有如下优点：

显示功耗低、耐冲击、体积小、重量轻、超薄、驱动简单、格式灵活、内容丰富、可显示文字及使用寿命长等。

采用LM016L液晶显示器件，对于内带字符发生器的控制器来说，显示字符就比较简单了，可以让控制器工作在文本方式，根据在LCD上开始显示的行列号及每行的列数找出显示RAM的地址，设立光标，在此送上该字符对应的代码即可。

数码管显示

数