单片机脉搏计设计.docx

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单片机脉搏计设计

脉搏计设计论文

摘要

脉搏传感器采样脉搏信号，采用STC89C51单片机作为控制器，脉搏传感器输出方波传入单片机，单片机每接收一个脉冲波形，数码管就计数一次。

脉搏次数超限时用蜂鸣器报警。

三极管加大功率，驱动器件工作。

单片机软件设计，设置中断向量，编程执行。

关键词：

STC89C51单片机、脉搏测量仪、软件设计

目录

前言3

1系统方案选择与论证3

1.1任务3

1.2要求3

1.3系统基本方案3

1.3.1各个部分电路的方案选择及论证3

1.3.2系统各模块的最终方案4

2.系统硬件设计5

2.1单片机处理电路5

2.1.1STC89C51系列单片机的主要性能特点5

2.1.2C51系列单片机的基本组成6

2.2复位电路8

2.2.1单片机复位电路8

2.2.2测试复位电路9

3软件设计10

3.1程序设计10

3.2程序调试12

4结论13

5原理图14

6PCB图14

前言

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，能反映出人体心血管系统中许多生理疾病的血流特征。

本系统采用STC89S51单片机为核心而制作的一种实用型脉搏测量仪。

采用HK-2000A集成化脉搏传感器作为传感器对人体的脉搏心率警醒数据采集。

得到的信号送入STC89S51单片机进行处理。

单片机将采集到的脉搏心率在数码管上实时显示出来，同时还设置了脉搏测量仪的上下限报警电路。

本文首先描述本设计的整体思路，然后介绍各个部分设计中的细节问题，最后提出一些完善本设计的改进意见。

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。

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,因此对脉搏波采集和处理具有很高的医学价值和应用前景。

1系统方案选择与论证

1.1任务

基于C51单片机的脉搏测量仪设计

1.2要求

（1）通过脉搏传感器采样脉搏信号，设计脉搏波检测电路，通过数码管来显示脉搏次数。

（2）将脉冲波送入单片机，采用单片机构成脉搏检测仪，要求实时脉搏次数对超限时用蜂鸣器报警。

1.3系统基本方案

根据题目的要求系统模块可以基本划分为：

脉搏传感器部分、单片机处理电路部分及显示电路部分。

为实现各模块的功能，分别做了几种不同的设计方案病进行了论证

1.3.1各个部分电路的方案选择及论证

（1）脉搏传感器部分

传感器又称为换能器、变换器等。

脉搏传感器是脉搏检测系统中重要的组成部分，其基本功能是将切脉压力和桡动脉搏动压力这样一些物理量（非电量）转换成为便于测量的电量。

脉搏传感器的精度、灵敏度、抗干扰能力及安装方式决定了脉搏测量精度，因此其选型对整个设计具有决定性的作用。

本设计中，采用HK-2000A集成化脉搏传感器，HK-2000A集成化脉搏传感器采用高度集成化工艺将力敏元件（PVDF压电膜）、灵敏度温度补偿元件、感温元件、信号调理电路集成在传感器内。

压电式原理采集信号，模拟信号输出，输出同步于脉搏波动的脉冲信号，脉搏波动一次输出一正脉冲。

该产品可用于脉率检测，如运动、健身器材设备中的心率测试。

（2）单片机选择

51单片机是INTEL公司生产的。

它具有结构简单，价格便宜，易于开发的特点。

通用型，有总线扩展，有较强的位处理功能，有全双工异步串行通信口。

但是其功能相对较少，访问外部数据有瓶颈，作电压范围窄。

本设计中，单片机只需要对脉搏信号的波动频率进行测量、计算和显示，对单片机的要求不是很高。

而对51单片机，本人比较熟悉，所以，本设计中选择51单片机作为信息处理中心。

（3）显示部分

根据题目要求，设计出来的系统是可以设定报警的范围的。

对显示部分采用以下方案：

采用数码管。

数码管具有功耗小、轻薄短小无辐射危险，简单方便等特点。

1.3.2系统各模块的最终方案

根据以上分析，结合器件和设备等因素，确定如下方案：

1.采用STC89C51单片机作为控制器，分别对输入、显示、信号的处理和控制。

2.传感器部分采用光HK-2000A集成化脉搏传感器，该器件结构简单、可靠性高、抗干扰能力强。

3.显示用数码管显示实时脉搏数和蜂鸣器报警上下限数值。

数码管显示电路

系统的基本框图如下图1.1所示。

STC89C51单片机处理电路

脉搏传感器电路

震荡电路

蜂鸣器报警电路

复位电路

图1.1设计框图

2.系统硬件设计

2.1单片机处理电路

单片机处理电路如图2.1所示

图2.1单片机处理电路

2.1.1STC89C51系列单片机的主要性能特点

STC89C51系列单片机是宏晶科技推出的新一代超强抗干扰、高速、低功耗的单片机，指令代码与传统8051单片机完全兼容。

MCS－51的主要特点为：

◆CPU为8位；

◆片内带振荡器，频率范围为1.2~12MHz；

◆片内带128字节的数据存储器；（RAM）

◆片内带4KB的Flash程序存储器；（ROM）

◆程序存储器的寻址空间为64KB；（需要扩展ROM）

◆片外数据存储器的寻址空间为64KB；（需要扩展RAM）

◆128位（16字节）用户位寻址空间；（在128个字节中）

◆18个字节特殊功能寄存器SFR（MCS—52子系列为21个）；

◆4个8位的并行I/O接口：

P0、P1、P2、P3；

◆2个16位定时器/计数器T0、T1；（MCS-52子系列为3个，T2）

◆2个优先级别的5个中断源；（高、低2个）

◆1个全双工的串行I/O接口，可多机通信；

◆片内采用单总线结构；

◆有较强的位处理能力；

2.1.2C51系列单片机的基本组成

图2.2框图

图2.3DIP管脚图

AT89C51与51系列中各种型号芯片的引脚互相兼容。

目前多采用40只引脚双列直插，如图2.3所示。

引脚按其功能可分为如下3类：

【要熟练记住】

①电源及时钟引脚—－VCC、VSS；XTAL1、XTAL2；

②控制引脚—－、、、和；

③I/O口引脚——P0、P1、P2、P3，为4个8位I/O口。

1.电源引脚

VSS（20脚）：

接地，0V参考点。

VCC（40脚）：

5V电源。

【提供掉电、空闲、正常工作电压】

图2.4总线分布

2．外接晶体引脚

XTAL1（19脚）：

接外部晶体振荡器的一端。

当使用芯片内部时钟时，此脚用于外接石英晶体振荡器和微调电容；当使用外部时钟时，对于HMOS单片机，此引脚接地；对于CMOS单片机，此引脚作为外部振荡信号的输入端。

XTAL2（18脚）：

接外部晶体振荡器的另一端，当使用芯片内部时钟时，此脚用于外接石英晶体振荡器和微调电容。

当使用外部时钟时，对于HMOS单片机，此引脚接外部振荡源；对于CMOS单片机，此引脚悬空不接。

89C51晶体振荡器频率可在6MHZ～40MHZ之间选择，常选6MHz或12MHz的石英晶体。

电容的值没有严格要求，但其取值对振荡器的频率输出的稳定性、大小、振荡电路起振速度稍有影响，C1、C2可在20pF~100pF之间选择。

当外接晶体振荡器时，电容可选30pF±10pF；外接陶瓷振荡器时，电容可选40pF±10pF。

3.控制信号或与其它电源复用引脚

（1）（9脚）：

复位端。

当输入的复位信号持续2个以上机器周期（12个晶体振荡周期）高电平即为有效，用于完成单片机的复位初始化操作。

正常工作时，此脚电平应≤0.5V。

在VCC发生故障、降低到电平规定值掉电期间，此引脚可接备用电源VPD（电源范围5V±0.5V），由VPD向内部RAM供电，以保持内部RAM中的数据。

（2）（30脚）：

地址锁存使能。

ALE（AddressLatchEnable）；PROG（Program）

为CPU访问外部程序存储器或外部数据存储器提供地址锁存信号，将低8位地址锁存在片外的地址锁存器中。

引脚第二功能，对片内Flash编程，为编程脉冲输入端。

（3）（29脚）：

（ProgrammerSavingENable），外部程序存储器读选通信号。

在读外部程序存储器时有效（低电平），以实现外部程序存储器单元的读操作。

在访问外部数据存储器、访问内部程序存储器时无效。

（4）（31脚）：

（EnableAddress/VoltagePulseofProgramming）

访问程序存储控制信号。

当＝“0”时，表示读外部程序存储器。

只读取外部的程序存储器中的内容，读取的地址范围为0000H～FFFFH（64KB），片内的4KBFlash程序存储器不起作用。

当＝“1”时，表示对程序存储器的读操作是从内部程序存储器开始，并可延至外部程序存储器。

在PC值不超出0FFFH（即不超出片内4KBFlash存储器的地址范围）时，单片机读片内程序存储器（4KB）中的程序，但当PC值超出0FFFH（即超出片内4KBFlash地址范围）时，将自动转向读取片外60KB（1000H-FFFFH）程序存储器空间中的程序。

对于EPROM（或FLASH）型单片机，在EPROM编程期间，此引脚需加12.75V或21V的编程电压。

2.2复位电路

2.2.1单片机复位电路

图2.5单片机复位电路图

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（如图2.5）。

2.2.2测试复位电路

图2.6测试复位电路图

单片机程序里通过检测该口，判断是否有按键按下，如按下开始计数工作，如一直未按则一直在此等待如图2.6。

3软件设计

3.1程序设计

 在软件设计中，一般采用模块化的程序设计方法，它具有明显的优点。

把一个多功能的复杂的程序划分为若干个简单的、功能单一的程序模块，有利于程序的设计和调试，有利于程序的优化和分工，提高了程序的阅读性和可靠性，使程序的结构层次一目了然。

应用系统的程序由包含多个模块的主程序和各种子程序组成。

各程序模块都要完成一个明确的任务，实现某个具体的功能，在具体需要时调用相应的模块即可。

这里采用顺序结构，通过对按键的扫描，判断要实现什么功能。

（如图3.1）

图3.1程序流程图

3.2程序调试

源程序的编写有多种语言，经过对原理的分析和自身的实际情况本课程设采用C语言编写，其主要程序代码如下：

/*初始化函数/

voidinit（）

{

t=0;

TMOD=0x11;//定时器0，1的定时方式1都打开

TH1=-5000/256;//定时器1定时5ms

TL1=-5000%256;

TH0=0x3c;//定时器0定时50ms

TL0=0xb0;

EA=1;//开总中断

ET1=1;//开定时器1中断

TR1=1;//开定时器1

TR0=1;//开定时器0

ET0=1;//开定时器0中断

IT0=1;//下降沿促发

EX0=1;//开中断0

}

4总结

脉搏检测中关键技术是单片机设置与传感器输出的信号提取问题,本文设计系统模拟电路简单，由STC89C51芯片实现脉搏信号采集，信号处理，脉搏计数等功能，因此体积小，功耗低，系统稳定性高。

本系统可实现脉搏次数的实时存储并可实现与脉搏次数报警,因此可作为简单医院脉搏测量仪。

为了实现脉搏测量重复性，特别设置单片机复位按键和测试复位按键。

同时方便观察脉搏次数变化，采用动态扫描显示的方式，使用共阳