【正文】 助我們。 從脈搏波中提取人體的生理病理信息作為臨床診斷和治療的依據(jù)，歷來都受到中外醫(yī)學界的重視。幾乎世界上所有的民族都用過“摸脈”作為診斷疾病的手段。脈搏波所呈現(xiàn)出的形態(tài) (波形 )、強度 (波幅 )、速率 (波速 )和節(jié)律 (周期 )等方面的綜合信息，在很大程度上反映出人體心血管系統(tǒng)中許多生理病理的血流特征 ,因此對心率波采集和處理具有很高的醫(yī)學價值和應(yīng)用前景。 脈搏波所呈現(xiàn)出來的形態(tài)、強度、速率和節(jié)律等方面的綜合信息，能反映出人體心血管系統(tǒng)中許多生理疾病的血流特 征。本系統(tǒng)采用 AT89S51 單片機為核心而制作的一種實用型心率測量儀。采用紅外對管脈心率感器作為傳感器對人體的脈搏心率警醒數(shù)據(jù)采集。得到的信號送入 AT89S51 單片機進行處理。單片機將采集到的脈搏心率在LCD1602上實時顯示出來，同時還設(shè)置了心率測量儀的上下限報警電路。 2 系統(tǒng)方案選擇與論證 任務(wù) 基于單片機的心率測量儀設(shè)計， 采用傳感器，量脈搏的跳動，出微弱的信號，入放大器中放大；后通過濾波器濾除干擾信號后，將形整形為方波或脈沖信號；后經(jīng)過倍頻器增加信號的頻率，輸入計數(shù)器中計數(shù)，通過定時器控制計數(shù)的時間， 后得出一分鐘內(nèi)脈搏次數(shù)即為心率。計數(shù)器計數(shù)值輸入到顯示器中顯示 [3]。 心率計的選用 心率計大體分為壓電式和紅外傳感器式的，在各方面?zhèn)z者各有利弊， 在做論文延安大學西安創(chuàng)新學院本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 2 之前，通過資料的了解，感覺紅外的在應(yīng)用上比較方便與快捷，所以選用了紅外心率計的設(shè)計。 隨著心臟的跳動，在人體組織內(nèi)半透明度也隨之改變。當血液流到人體組織內(nèi)時，人體內(nèi)的半透明度會發(fā)生改變隨之減小。當血液回流到心臟時，人體組織內(nèi)的半透明度會增大。手指尖和耳垂的組織是最薄的，所以在這兩個部位這種現(xiàn)象尤為明顯。心率計將發(fā)光二極管的紅外線照射到上述部位，并 用另一側(cè)的紅外光電管進行接收轉(zhuǎn)化為電信號。此信號的頻率與人體心臟的跳動成正比，將它轉(zhuǎn)換成脈沖進行顯示，就能達到顯示心率的目的 [1]。 各個電路的選擇 根據(jù)題目的要求系統(tǒng)模塊可以基本劃分為：脈搏傳感器部分、單片機處理電路部分及顯示電路部分。為實現(xiàn)各模塊的功能，分別對所需器件進行了挑選。 脈搏傳感器部分 傳感器又稱為換能器、變換器等。脈搏傳感器是脈搏檢測系統(tǒng)中重要的組成部分，其基本功能是將切脈壓力和橈動脈搏動壓力這樣一些物理量 (非電量 )轉(zhuǎn)換成為便于測量的電量。脈搏傳感器的精度、靈敏度、抗干擾能力及安裝方式?jīng)Q定了 脈搏測量精度，因此其選型對整個設(shè)計具有決定性的作用。 本設(shè)計中，采用紅外對管脈搏傳感器，紅外對管傳感器價格低廉可以采集人體手指微弱的脈搏信號，再進行放大，模擬信號輸出，輸出同步于脈搏波動的脈沖信號，脈搏波動一次輸出一正脈沖?？捎糜谛穆蕶z測 [4] 。 單片機選擇 在單片機的選擇方面， 51單片機是 INTEL 公司生產(chǎn)的。它具有結(jié)構(gòu)簡單，價格便宜，易于開發(fā)的特點。通用型，有總線擴展，有較強的位處理功能，有全雙工異步串行通信口。而我們接觸到的單片機大多數(shù)為 8051 和 80c51，通過資料的查詢與閱讀發(fā)現(xiàn) 80c51 已將處 在淘汰的階段了，相對于 c51 現(xiàn)在 s51 才是市場上新的寵兒。 89s51比 89c51 有著更高的性能而價格方面則沒有變化；在編程方面 89s51 能夠直接改寫存儲器里的程序而不需要把芯片從工作環(huán)境中剝離，這一點對于我們這些還不能熟練運用的學生來說是非常易用的功能；在頻率方面 s51 具有更高的頻率，從而比 c51 具有延安大學西安創(chuàng)新學院本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 3 更快的計算速度； s51 還具有雙工 UART串行通道、內(nèi)部集成看門狗計時器、雙數(shù)據(jù)指示器、電源關(guān)閉標識等功能；在安全方面， s51 具有全新的加密算法，這是 s51 更有效的保護知識產(chǎn)權(quán)不被侵犯。 顯示部分 通過對顯示器的 觀察和了解， 最終采用 LCD1602 液晶顯示器， LCD1602 在顯示數(shù)字和字母上比較方便；在控制上比較簡單；而且成本相對較低。 系統(tǒng)各模塊的最終方案 根據(jù)以上分析，結(jié)合器件和設(shè)備等因素，確定如下方案： 1. 采用 AT89S51單片機作為控制器，分別對輸入、顯示、信號的處理和控制。 2 傳感器部分采用紅外對管脈搏傳感器，該器件結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、價格低 。 LCD1602液晶顯示實時脈搏數(shù)和蜂鳴器報警上下限數(shù)值 。 3 系統(tǒng)簡述 如圖 31所示本系統(tǒng)由 心率傳感電路 、單片機 AT89S5 LCD及一些外圍器 件組成。系統(tǒng)的框圖結(jié)構(gòu) [7] 。 圖 31 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 心率傳感器電路 震蕩電路 AT89S51 單片機處理電路 LCD 顯示電路 蜂鳴報警器電路 復(fù)位電路 延安大學西安創(chuàng)新學院本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 4 4 本系統(tǒng)核心器件簡介 AT89S51 單片機 AT89S51 CMOS 8 4k Bytes ISP(Insystem programmable)的可反復(fù)擦寫 1000 次的 Flash ATMEL 公司MCS 51 指令系統(tǒng)及 80C51芯片內(nèi)集成了通用 8 位中央處理器和 ISP FlashAT89S51可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價比的解決方案 [9]。 AT89S51 系列單片機是宏晶科技推出的新一代超強抗干擾、高速、低功耗的單片機，指令代碼與傳統(tǒng) 8051單片機完全兼容。 MCS－ 51的主要特點為： 8位； ，頻率范圍為 ~12MHz； 128字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲器；（ RAM） 4KB的 Flash 程序存儲器；（ ROM） 64KB；（需要擴展 ROM） 64KB；（需要擴展 RAM） （ 16字節(jié)）用戶位尋址空間；（在 128個字節(jié)中） SFR（ MCS— 52 子系列為 21個）； 8位的并行 I/O接口： P0、 P P P3； 16位定時器 /計數(shù)器 T0、 T1；（ MCS52子系列為 3個， T2） 5個中斷源；（高、低 2 個） I/O接口，可多機通信； ； ； 延安大學西安創(chuàng)新學院本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 5 A T8 9 S5 1 圖 41 DIP 引腳圖 89S51有 40個引腳 引腳按其功能可分為如下 3類： — － VCC、 VSS； XTAL XTAL2； — RST/VPD、 ALE/PROG、 PSEN、和 EA/VPP； —— P0、 P P P3，為 4 個 8位 I/O口。 電源引腳 VSS（ 20腳）：接地， 0V參考點。 VCC（ 40腳）： 5V電源。 外接晶體引腳 XTAL1（ 19 腳）：接外部晶體振蕩器的一端。當使用芯片內(nèi)部時鐘時，此腳用于外接石英晶體振蕩器和微調(diào)電容；當使用外部時鐘時，對于 HMOS單片機，此引腳接地；對于 CMOS單片機，此引腳作為外部振蕩信號的輸入端。 XTAL2（ 18 腳）：接外部 晶體振蕩器的另一端，當使用芯片內(nèi)部時鐘時，此腳用于外接石英晶體振蕩器和微調(diào)電容。當使用外部時鐘時，對于 HMOS單片機，此引腳接外部振蕩源；對于 CMOS 單片機，此引腳懸空不接。 89C51晶體振蕩器頻率可在 6MHZ～ 40MHZ 之間選擇，常選 6MHz或 12MHz的石英晶延安大學西安創(chuàng)新學院本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 6 體。電容的值沒有嚴格要求，但其取值對振蕩器的頻率輸出的穩(wěn)定性、大小、振蕩電路起振速度稍有影響， C C2 可在 20pF~100pF 之間選擇。當外接晶體振蕩器時，電容可選 30pF177。10pF ；外接陶瓷振蕩器時，電容可選 40pF177。10pF 。 控制信號或與 其它電源復(fù)用引腳 （ 1） /RST VPD （ 9腳）：復(fù)位端。當輸入的復(fù)位信號持續(xù) 2個以上機器周期（ 12個晶體振蕩周期）高電平即為有效，用于完成單片機的復(fù)位初始化操作。正常工作時，此腳電平應(yīng) ≤ 。 在 VCC 發(fā)生故障、降低到電平規(guī)定值掉電期間，此引腳可接備用電源 VPD（電源范圍 5V177。 ），由 VPD 向內(nèi)部 RAM供電，以保持內(nèi)部 RAM中的數(shù)據(jù)。 （ 2） /ALE PROG （ 30腳）：地址鎖存使能。 ALE（ Address Latch Enable）； PROG（ Program） /ALE PROG 為 CPU 訪問外部程序存儲器或外部數(shù)據(jù)存儲器提供地址鎖存信號，將低 8位地址鎖存在片外的地址鎖存器中。 /ALE PROG 引腳第二功能，對片內(nèi) Flash 編程，為編程脈沖輸入端。 （ 3） PSEN （ 29腳）：（ Programmer Saving ENable），外部程序存儲器讀選通信號。 在讀外部程序存儲器時有效（低電平），以實現(xiàn)外部程序存儲 器單元的讀操作。 在每個機器周期中、當 PSEN 有效時，程序存儲器的內(nèi)容被送上 P0口（數(shù)據(jù)總線） （ 4） /EAVPP （ 31 腳）：（ Enable Address/Voltage Pulse of Programming） 訪問程序存儲控制信號。 當 /EAVPP ＝ “ 0”時，表示讀外部程序存儲器。 只讀取外部的程序存儲器中的內(nèi)容，讀取的地址范圍為 0000H～ FFFFH（ 64KB），片內(nèi)的 4KB Flash 程序存儲器不起作用。 當 /EAVPP ＝ “ 1”時，表示對程序存儲器的讀操作是從內(nèi)部程序存儲器開始，并可延至外部程序存儲器。 在 PC值不超出 0FFFH（即不超出片內(nèi) 4KB Flash 存儲器的地址范圍）時，單片機讀片內(nèi)程序存儲器（ 4KB）中的程序，但當 PC 值超出 0FFFH （即超出片內(nèi) 4KB Flash延安大學西安創(chuàng)新學院本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 7 地址范圍）時，將自動轉(zhuǎn)向讀取片外 60KB（ 1000HFFFFH）程序存儲器空間中的程序。 對于 EPROM（或 FLASH）型單片機，在 EPROM 編程期間，此引腳 需加 21V的編程電壓。 復(fù)位電路 單片機復(fù)位電路 圖 42 單片機復(fù)位電路圖 如圖 42所示時鐘電路工作后，在 REST管腳上加兩個機器周期的高電平，芯片內(nèi)部開始進行初始復(fù)位。 按鍵電路 圖 43 測試復(fù)位電路圖 如圖 43 所示 單片機程序里通過檢測該口 ， 判斷是否有按鍵按下 ，如按下開始計數(shù)工作，如一直未按則一直在此等待。 振蕩電路 延安大學西安創(chuàng)新學院本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 8 如圖 44 所示本設(shè)計晶振選擇頻率為 12MHz，電容選擇 30pF。經(jīng)計算得單片機工作機器周期為： 12（ 1247。 12M） =1us。 圖 44 振蕩電路圖 液晶電路 1602液晶用于實時顯示心率測量結(jié)果。其主要參數(shù)為：顯示容量 32個字符，芯片工作電壓（ ） ， 各管腳的功能表 1所示 表 41 LCD1602管腳功能介紹表 引腳圖 符號 狀態(tài) 功能 1 VSS 電源地 2 Vdd 電源 +5V 3 V0 對比度控制端 4 RS 輸入 寄存器選擇 5 R/W 輸入 讀、寫操作 6 E 輸入 使能信號 7 DB0 三態(tài) 數(shù)據(jù)總線（ LSB） 8 DB1 三態(tài) 數(shù)據(jù)總線 9 DB2 三態(tài) 數(shù)據(jù)總線 10 DB3 三態(tài) 數(shù)據(jù)總線 11 DB4 三態(tài) 數(shù)據(jù)總線 12 DB5 三態(tài) 數(shù)據(jù)總線 13 DB6 三態(tài) 數(shù)據(jù)總線 14 DB7 三態(tài) 數(shù)據(jù)總線（ MSB） 15 LEDA 輸入 背光 +5V 16 LEDK 輸入 背光地 延安大學西安創(chuàng)新學院本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 9 LCD1602控制指令 RS R/W DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 功能： 1 清除液晶顯示器，即將 DDRAM的內(nèi)容全部填入 空白 的 ASCII 碼 20H。 2 光標歸位，即將光標撤回液晶顯示屏的左上方 。 3 將地址計數(shù)器 (AC)的值設(shè)為 0。 2．顯示開關(guān)控制 RS R/W DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 0 0 0 0 0 0 1 D C B 功能：設(shè)置顯示，光標使能和閃爍使能，關(guān) 其中： D為顯示使能： 1為開， 0為關(guān)； C為光標使能： 1為開， 0為關(guān) D為閃爍使能： 1為開， 0為關(guān) ，畫面移動 RS R/W DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 0 0 0 0 0 0 S/C R/L * * 功能：光標，畫面移動， DDRAM中內(nèi)容不變 其中： S/C=1,畫面向右移動一位 S/C=0, 光標向右移動一位 R/L=1：右移 。R/L=0:左移 4．功能設(shè)置： RS R/W DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 0 0 0 0 1 DL N F * * 功能：工作方式設(shè)置 其中： DL=1,8