【正文】 ..................................... 8 STC89C52 芯片的特點(diǎn) .......................................................................... 8 STC89C52 芯片的中斷系統(tǒng) .................................................................. 9 LCD 液晶顯示器簡介 ................................................................................. 10 液晶原理介紹 ...................................................................................... 10 液晶模塊簡介 ...................................................................................... 10 液晶顯示部分與 STC89C52 的接口 .................................................. 12 鍵盤模塊設(shè)計(jì) .............................................................................................. 13 蜂鳴器模塊設(shè)計(jì) .......................................................................................... 13 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) ........................................................................................................ 15 系統(tǒng)軟件流程 .............................................................................................. 15 程序設(shè)計(jì)原理 .............................................................................................. 16 5 總結(jié)展望 ................................................................................................................ 18 致 謝 .......................................................................................................................... 19 參考文獻(xiàn) ...................................................................................................................... 20 附 錄 ............................................................................................................................ 21 山西農(nóng)業(yè)大學(xué)信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) II 附錄 I 系統(tǒng)整體原理圖 .................................................................................. 21 附錄 II PCB 圖 .................................................................................................. 22 附錄 III 系統(tǒng)仿真圖 ............................................................................................ 22 附錄 IV 系統(tǒng)源程序 ........................................................................................... 23 附錄 V 實(shí)物圖 ................................................................................................... 38 山西農(nóng)業(yè)大學(xué)信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 1 序 言 課題的來源及意義 人脈搏的跳動情況，一直是中外醫(yī)學(xué)診斷、治療的一個(gè)重要依據(jù)。脈搏跳動的情況能夠反映出人的健康程度，測試病人的脈搏跳動也 是監(jiān)測病情的必要項(xiàng)目之一，尤其是生活富裕以后隨之而來的冠心病和心腦血管等等疾病。以往普遍脈搏跳動的情況，都是醫(yī)生或者病人的手放到手腕動脈血管，通過手感覺到的壓力次數(shù)來測試脈搏跳動的次數(shù)，時(shí)間大約是一分鐘，這樣既不精準(zhǔn)，也不能夠保證實(shí)時(shí)地、持續(xù)性地監(jiān)測病情。 隨著 這些年 科學(xué) 、 技術(shù)的 不斷 發(fā)展，大規(guī)模 的 集成電路 、 計(jì)算機(jī)技術(shù)的更新 和 換代，現(xiàn) 在 的很多 電子設(shè)備 都已經(jīng)實(shí)現(xiàn)自動化 的檢測 和控制，這些自動化設(shè)備 能夠 為人們的生活 ， 帶來 方便以及快捷 ，它們能夠高效地完成繁瑣重復(fù)的工作，提高生活節(jié)奏，給整個(gè)人類社會帶來巨大的收益。大規(guī) 模集成電路的 不斷 發(fā)展，使得單片機(jī) 這項(xiàng)技術(shù) 得以問世 。 單片機(jī)就是 這樣 通過 在一塊板子上制作 大規(guī)模集成電路的技術(shù)，在一片半導(dǎo)體硅片上集成了 存儲器（ RAM、 ROM） 、中央處理單元（ CPU）、并行 I/O 口、 中斷系統(tǒng)、 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、 系統(tǒng)總線和 系統(tǒng)時(shí)鐘電路的微型計(jì)算機(jī)。然而單片機(jī)這種嵌入式控制器也分為通用型和專用型兩種，通用型適合大批量生產(chǎn)，在市場上也容易買到，但是專用型卻是需要特別設(shè)計(jì)，不適合大批量、大范圍的應(yīng)用 [1]。計(jì)算機(jī)技術(shù)的更新，正解決了這一難題， 在 實(shí)現(xiàn)了固定元器件大批量統(tǒng)一型號生產(chǎn)的條件下，通過程序的設(shè)計(jì)和更 改，實(shí)現(xiàn)各種不同的電路功能。 電子脈搏計(jì)可以 準(zhǔn)確 地對脈搏跳動 的 情況進(jìn)行實(shí)時(shí) 地 監(jiān)測，能夠反映 出脈搏的 均勻 狀況 ，監(jiān)測 瞬時(shí) 脈搏和 平均 脈搏。因此，電子脈搏計(jì)必然能夠走向大眾化、智能化、微型化，也必然是眾多醫(yī)院乃至家庭必備的醫(yī)療設(shè)備。電子脈搏計(jì) 的更新， 正是基于大規(guī)模 的 集成電路 以及 計(jì)算機(jī)技術(shù) 才 發(fā)展起來的，單片機(jī)的 存在 ，使 得很多電子設(shè)備，包括 電子脈搏計(jì)自動 控制 和 監(jiān)測的實(shí)現(xiàn) 成為可能。 電子脈搏計(jì)的設(shè)計(jì)，我認(rèn)為僅僅是使用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)自控監(jiān)測的一個(gè)啟迪， 山西農(nóng)業(yè)大學(xué)信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 通過電子脈搏計(jì)設(shè)計(jì)成功，一定可以思考和設(shè)計(jì)出更多的自動監(jiān)測設(shè)備。并且自動監(jiān)測 也為自動控制創(chuàng)造了先決條件，自動監(jiān)測設(shè)備監(jiān)測到的真實(shí)情況反饋到中央處理器，中央處理器進(jìn)行進(jìn)一步判斷，才能實(shí)現(xiàn)自動控制。自動監(jiān)測和自動控制能解放勞動力，提高生活節(jié)奏，用有限的生命創(chuàng)造無限的可能。 電子脈搏計(jì)發(fā)展現(xiàn)狀 現(xiàn)今電子脈搏計(jì)的設(shè)計(jì)主要 包括以下 兩種，一種是多通道 的 數(shù)字脈搏測量儀 的 設(shè)計(jì) ，另外 一種 則 是基于 EWB 的 電子脈搏測量儀 的 設(shè)計(jì)。 基于 EWB 電子脈搏測量儀采用了光電傳感器、放大與 濾波 整形電路、 基準(zhǔn)時(shí)間發(fā)生電路、 技術(shù)顯示電路 以及控制電路所 組成的脈搏測量儀。 設(shè)計(jì)的電路選用 紅外 光電 傳感器 ， 把脈搏跳動轉(zhuǎn) 化為電信號，放大 、 濾波?；鶞?zhǔn)時(shí)間電路能 夠發(fā) 生半個(gè)周期為 60 秒 的脈沖信號， 來 顯示計(jì)數(shù)器 得到的 脈搏跳動次數(shù) ， 并且自動清零。 多通道 的 數(shù)字脈搏測量儀， 其 測量 的 部分 主要包括 兩個(gè)通道， 蜂鳴器 報(bào)警顯示 會 占用一個(gè)通道。比較電路 是 用來判斷顯示 結(jié)果的 正常 狀態(tài) ，一部分 是 譯碼 ， 一部分 是 比較電路。 需要 測 量 的兩種信號經(jīng)通道選擇 以 后 ， 再 來 進(jìn)行顯示 。計(jì)數(shù) 標(biāo)志 由一個(gè) RS 觸發(fā)器 的電路來 完成，報(bào)警部分 則 由蜂鳴器 的 電路 來完成 。 本論文的研究工作安排 第 一 章 ： 簡單介紹 了課題背景及電子脈搏計(jì)的 研究 現(xiàn)狀 。 第 二 章 ：將電子脈搏計(jì)根據(jù)不同功能分 成六個(gè)模塊，比較討論三個(gè)主要模塊芯片的選擇，提出明確的方案，對各個(gè)芯片的特點(diǎn)進(jìn)行分析論證，最后決定模塊主要芯片的選型。 第 三 章 ：描述電子脈搏計(jì)的硬件設(shè)計(jì)，按照各個(gè)模塊需要實(shí)現(xiàn)的功能，設(shè)計(jì)電路將幾個(gè)模塊連接起來，最終實(shí)現(xiàn)總體的功能。 第 四 章 ：描述電子脈搏計(jì)的軟件總體設(shè)計(jì)，通過對軟件原理的思考，完整的設(shè)計(jì)電子脈搏計(jì)的程序。 第五章：總結(jié)在電子脈搏計(jì)設(shè)計(jì)的論文中得到的啟示和收獲。 山西農(nóng)業(yè)大學(xué)信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 2 系統(tǒng)方案的論證與選型 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì) 電子脈搏計(jì)，以單片機(jī)為核心控制芯片，對系統(tǒng)進(jìn)行初始化，主要完成頻率測量、放大整形濾 波、液晶顯示等功能的控制，起總控以及協(xié)調(diào)各個(gè)工作模塊的作用。 電子脈搏計(jì)由光電傳感器、 STC89C5四個(gè)按鍵、運(yùn)放、 LCD160蜂鳴器 等構(gòu)成，按鍵用來設(shè)置脈搏跳動次數(shù)的上限和下限 。 測量 脈搏 的時(shí)候把手 輕放 在光電傳感器 的 上面， 因?yàn)?脈搏跳動的時(shí)候，血液的透光性發(fā)生改變，導(dǎo)致光電傳感器測量到的信號強(qiáng)弱發(fā)生改變，間接的把人脈搏跳動測量出來，通過運(yùn)放對接受到的信號進(jìn)行放大 、濾波、 整形，連接到單片機(jī)的 I/O 口， 51 單片機(jī)利用外部中斷對信號進(jìn)行計(jì)數(shù)，統(tǒng)計(jì)得到結(jié)果為脈搏跳動 的 次數(shù) 。當(dāng)脈搏跳動次數(shù)在正常范圍時(shí)， 顯示在 LCD1602 液晶屏上 ； 當(dāng) 測量到脈搏跳動次數(shù)的結(jié)果，屏幕顯示的同時(shí) 超過 設(shè)定 范圍的 狀況 下 ， 單片機(jī)會驅(qū)動 內(nèi)置 蜂鳴器 發(fā)出 報(bào)警。 圖 21 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 電子脈搏計(jì)的幾個(gè)模塊中，需要進(jìn)行模塊選型，并且有必要比較論證的模塊主要有三個(gè)，信號采集模塊、主控模塊以及顯示模塊。 信號采集電路論證與選型 信號采集電路的關(guān)鍵芯片是傳感器的選擇，所以接下來的方案就針對傳感器的選擇進(jìn)行討論。 蜂鳴器模塊 主控模塊單片機(jī) 液晶顯示模塊 LCD1602 光電傳感器 ST188 放大整形 濾波電路 按鍵模塊 山西農(nóng)業(yè)大學(xué)信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 方案一： 這是我在開題報(bào)告中想的方法，使用壓電傳感器提取人的脈搏信號，壓電傳感器 是某類電介質(zhì)受力然后產(chǎn)生壓電效應(yīng)為原理設(shè)計(jì)的，所謂的壓電效應(yīng)就是說電介質(zhì)受到一個(gè)方向的外力作用以后開始發(fā)生彎曲或者伸縮的形變，由此帶來的電介質(zhì)本身電荷的極化現(xiàn)象，可在其表面產(chǎn)生電荷，然后通過這樣的電荷變化采集到病人的脈搏信號。 方案二： 后來在參考了很多書籍以后，我發(fā)現(xiàn)很難消除在開題報(bào)告中希望消除的其他震動帶來的影響，我認(rèn)為由震動識得的脈搏跳動可能還是過于表面，于是發(fā)現(xiàn)在脈搏跳動的時(shí)候，血液的透光性會發(fā)生改變，而且光電傳感器具有避免電磁干擾、高絕緣等特性，最后產(chǎn)生了第二個(gè)方案，使用光電傳感器作為信號采集的工 具。 首先將手指放置在光電傳感器的上面，其中手指的肌肉、骨骼和皮膚等組織對光的吸收量，基本上是始終不變的，并且靜脈血管中血液的跳動相較于動脈血管中血液的跳動是十分微弱的，因此傳感器發(fā)射的光線透過手指之后，發(fā)生的變化可以認(rèn)為這種現(xiàn)象是只由動脈血的充盈而引起的。因此，在恒定波長光源的持續(xù)照射下，經(jīng)過光電傳感器發(fā)射和接收過程中光電信號發(fā)生的轉(zhuǎn)換，就可以間接地采集人體脈搏跳動的信號了 [2]。 ST188 型號的 光電傳感器是反射式 的 紅外光電傳感器，該 型號傳感器 采用了高發(fā)射功率 的 紅外光電二極管 、 高靈敏度 的 光電晶體管 這兩種 主要元件 ，監(jiān)測 的 距離 大約的 范圍在 4 到 13mm之間 ，采用非接觸 的 監(jiān)測方式。 主控模塊論證與選型 方案一： 使用 常用 MSP430 類型 的單片機(jī)，這類型 的 單片機(jī) ， 是一種 16 位 的 超低功耗混合 的 信號處理器，這類單片機(jī) 其中 集成了許多 微型處理器 、模擬電路和 數(shù)字電路 ，可以供給強(qiáng)大的電路功能，但是這類單片機(jī)價(jià)格昂貴，不適合大規(guī)模的應(yīng)用，而電子脈搏計(jì)應(yīng)當(dāng)逐漸普及，并且具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益，所以無法使用這類 MSP430 類型 的單片機(jī)。 山西農(nóng)業(yè)大學(xué)信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 方案二： 使用 51 系列的單片機(jī)， 51 系列單片機(jī)性價(jià)比很高， 21 個(gè)專用 的 寄存器、32 個(gè) I/O 口、 2 個(gè)可編程定時(shí) /計(jì)數(shù)器、 2 個(gè) 優(yōu)先級 和 5 個(gè) 中斷源，這些單片機(jī)的構(gòu)造 保證了 51 系列單片機(jī)的可靠性， 重要的是 51 系列 單片機(jī) 是 無法解密 的 。如果選擇 STC