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脑机接口论文
电子课程设计陈说之马矢奏春创作
创作时间：
二零二一年六月三十日
题目《基于51单片机的心音收集系统》
学院生物医学工程学院
专业生物医学工程（仪器）
年级11级
姓名张双柱
学号11161062
指导老师谢勤岚
一、设计布景................................................................................1
二、设计目的................................................................................2
三、设计思路................................................................................2
四、系统框图................................................................................3
五、系统主控模块原理................................................................4
六、软件设计................................................................................7
七、结果仿真...............................................................................12
八、陈说总结................................................................................13
九、参考文献................................................................................14
一、设计布景
随着人们的生活水平不竭提高,自我保健的意识和要求不竭加强.通过心脏诊断实现心脏病的预防就更为重要.这可减少心脏病的死亡人数,继而改进防治技术将有极年夜的经济社会价值.
心音是能反映心脏正常或者病理的音响,是由心脏搏开工程中各瓣膜的开闭以及心肌和血液运动所发生的震动形成的.它含有关于心脏各个部份如心房、心室、年夜血管、心血管及各个瓣膜功能状态的年夜量病理信息,是临床评估心脏功能状态的最基本方法,是心脏及年夜血管机械运动状况的反映.它是人体最重要的生理信号之一,是临床评估心血管系统功能状态的一种基本方法,是心脏及年夜血管机械运动状况的反映.在一些心血管疾病尚未发展到足以发生病理形态学改变及临床症状以前,心音中呈现的杂音和畸变是重要的诊断信息,可以通过对这些病理特征进行分析而提前对疾病进行预防.把稳血管疾病尚未发展到足以发生临床及病理改变（如 ECG 变动）以前,心音中呈现的杂音和畸变就是重要的诊断信息.更值得一提的是,心音在心血管疾病中具有重要价值,是心血管疾病无创性检测的重要方法,具有心电图、超声心电图不成取代的优势.因此,进行心音分析具有重要的意义.
二、设计目的
（1）培养生医仪器设计的专业素养；
（2）了解信号收集与显示装置的设计步伐；
（3）掌握A/D转换与单片机的接口方法；
（4）了解单片机如何进行数据收集；
（5）熟练掌握keil和LABVIEW软件的使用；
（6）学会软件设计与编程；
（7）基于51单片机设计一个心音收集装置.
三、设计思路
收集系统首先要解决的是如何将心音信号转化为电信号,进行数字处置,由于心音的频率较低20Hz~600Hz,在人耳所能听到的低频段,因此首先要选用一个声音传感器,从人体收集心音信号.对传感器的选取原则是:
灵敏度高,抗干扰能力强,除要提取微弱的心音信号外,还要求它不受人声、工频等信号的干扰.由于心音和脉搏传感器输出的信号微弱并夹杂着噪声干扰,所以完成了信号的初步收集之后,就要将信号经前置放年夜、滤波、后置放年夜、A/D转换和进一步处置.而在本学期的课程设计内容中,我们要做的重点工作就是在已有的硬件电路基础上,以AT89C51单片机为核心,完成系统主控电路的设计.而这一部份内容主要是将前期处置后的心音信号经过A/D转换器传给单片机控制存储、输出,最后通过串口通信输出到PC机,直接显示出来.
四、系统框图
心音后置放年夜电路
心音信号低通滤波电路
心音信号前置放年夜电路
心音传感器
单片机
PC显示机
串口通信电路
A/D转换电路
心音收集系统的整体设计框图
五、系统主控模块原理
1、CPU的选择
本次设计我们采纳的是C51单片机,主要的芯片型号是12C5A32S2.引脚图如下：
芯片功能介绍：
P0.0—P0.7（39—32）：
P0口是一个漏极开路型准双向I/O口.在访问外部存储器时它是分时多路转换的地址（低8位）和数据总线,在访问期间激活了内部的上拉电阻.在EPROM编程时,它接收指令字节,而在验证法式时,则输出指令字节.验证时,要求外接上拉电阻.
P1.0—P1.7（1-8）：
P1口是带内部上拉电阻的8位双向I/O口.在EPROM编程和法式验证时,它接收低8位地址.
P2.0—P2.7（21-28）：
P2口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口.在访问外部存储器时,它送出高8位地址.在对EFROM编程和法式验证期间,它接收高8位地址.
P3.0—P3.7（10-17）：
P3口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口.
在12C5A32S2上的ADC模块具有十位精度,8个输入通道（对应P1.0~P1.7口）,最高采样率可达250KHZ.参考电压源为Vcc,如果Vcc电压不稳定,会影响ADC转换结果精度,可外接稳定参考电压.
2、A/D转换模块
ADC是一个将模拟信号转酿成数字信号的电子元件.通常的模数转换器是将一个输入电压信号转换为一个输出的数字信号.由于数字信号自己不具有实际意义,仅仅暗示一个相对年夜小.故任何一个模数转换器都需要一个参考模拟量作为转换的标准,比力罕见的参考标准为最年夜的可转换信号年夜小.而输出的数字量则暗示输入信号相对参考信号的年夜小.在本次设计的中我们主要的任务是将收集的心音信号转化成数字信号并用软件显示其波形和年夜小.
输入电压与ADC转换结果的关系如下：
Vin：
输入电压Vref:
参考电压（在STC51系统上是5V）
AD_RES:
ADC转换结果
ADC的软件处置流程图：
是
否
3、串口通信模块
串口通信是指外设和计算机间,通过数据信号线、地线、控制线等,按位进行传输数据的一种通讯方式.我们的串口主要是用于数据的交换传输.对串口通信的设置有以下几个关键参数：
波特率,数据位,停止位,校验方式,.通信两真个参数设置要严格一致才可以实验数据传输.一般设置成8位数据位,1位停止位,无校验.
关于波特率的计算：
在我们使用的单片机中方式0和方式2的波特率是固定的,而方式1和方式3的波特率是可变的.
方式0的波特率＝fosc／12
方式2的波特率=方式l和方式3的波特率
方式1和方式3的移位时钟脉冲由按时器T1的溢出率决定,故波特宰由按时器T1的溢出率与SMOD值同时决定,即：
方式1和方式3的波特率＝
六、软件设计
在本次课程设计中,要求实现的功能是：
（1）将从示波器输出的模拟信号转换成能够在Labview软件中观察到的波形.
（2）实现收集心音信号,并能够在Labview软件中观察到的波形.
（3）实现串口的基本参数设定,如波特率、缓存区年夜小,奇偶校验位、数据数和是否包括结束比特等；
（4）实现计算机与PC之间的数据传输.本法式中,波特率选用9600,8bit数据比特,不进行奇偶校验,1bit停止比特,每次通信的间隔为0.5s.
ADC法式设流程图：
串口通信框图：
源代码：
#include
#include
#defineFOSC11059200
#defineBAUD9600
typedefunsignedcharBYTE;
typedefunsignedintWORD;
sfrADC_CONTR=0xBC;
sfrADC_RES=0xBD;
sfrADC_LOW2=0xBE;
sfrP1ASF=0x9D;
#defineADC_POWER0x80
#defineADC_FLAG0x10
#defineADC_START0x08
#defineADC_SPEEDLL0x00
#defineADC_SPEEDL0x20
#defineADC_SPEEDH0x40
#defineADC_SPEEDHH0x60
voidInitUart（）;
voidSendData（BYTEdat）;
voidDelay（WORDn）;
voidInitADC（）;
BYTEch=0;
voidmain（）
{
InitUart（）;
InitADC（）;
IE=0xa0;
while
（1）;
}
voidadc_isr（）interrupt5using1
{
ADC_CONTR&=!
ADC_FLAG;
SendData（ADC_RES）;
SendData（ADC_LOW2）;
if（++ch>7）ch=0;
ADC_CONTR=ADC_POWER|ADC_SPEEDLL|ADC_START|ch;
}
voidInitADC（）
{
P1ASF=0xff;
ADC_RES=0;
ADC_CONTR=ADC_POWER|ADC_SPEEDLL|ADC_START|ch;
Delay
（2）;
}
voidInitUart（）
{
SCON=0x5a;
TMOD=0x20;
TH1=TL1=0xfd-（FOSC/12/32/BAUD）;
TR1=1;
}
voidSendData（BYTEdat）
{
while（!
TI）;
TI=0;
SBUF=dat;
}
voidDelay（WORDn）
{
WORDx;
while（n--）
{
x=5000;
while（x--）;
}
}
七、结果仿真
测试的时候我们输入的是：
10HZ的频率输入电压为：
2V
八、陈说总结
通过本次课程设计,有效运用课时所学专业知识,以及多方面查找资料,基本实现了基于51单片机的心音信号收集系统的设计与仿真,从信号的收集、放年夜、滤波再到A/D转换、串口通信发送、PC真个labview软件显示.可是由于各种误差,我们的实验结果始终不理想.
本次实验,让我明白了入手能力的重要性.而且,最主要的是自己主动去研究,自己要感兴趣要专注.自己主动去学,就会记住很多知识,可是如果自己不愿意去记,他人告诉自己几多遍,仍然是记不住的.只有自己认真去记住的去学的,才是自己的工具.不论做什么,基础很重要.有了基础,再往上积累就是很简单的事情,
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