【正文】 接＋5V電源、GND：接地線 [11]。 振蕩電路單片機的時鐘信號由內部振蕩電路產生，振蕩電路如圖32所示：圖32 振蕩電路本系統(tǒng)選取的晶振頻率為12MHz，電容選擇30pF。經計算得單片機工作機器周期為1μs。 復位電路復位是單片機的初始化操作。其主要功能是把PC初始化為0000H，使單片機從0000H單元開始執(zhí)行程序。除了進入系統(tǒng)的正常初始化之外，當由于程序運行出錯或操作錯誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時，為擺脫困境，也需按復位鍵重新啟動。RST引腳是復位信號的輸入端。復位信號是高電平有效，其有效時間應持續(xù)二個機器周期以上。若使用頻率為12MHz的晶振，則復位信號持續(xù)時間應超過2μs才能完成復位操作[1]。復位操作有上電自動復位和按鍵手動復位兩種方式。上電自動復位是通過外部復位電路的電容充電來實現(xiàn)的。按鍵手動復位有電平方式和脈沖方式兩種。其中，按鍵電平復位是通過使復位端經電阻與Vcc電源接通而實現(xiàn)的，而按鍵脈沖復位則是利用RC微分電路產生的正脈沖來實現(xiàn)的，按鍵電平復位電路如圖33所示：圖33 按鍵電平復位電路上述電路圖中的電容、電阻參數(shù)適用于12MHz晶振，能保證復位信號高電平持續(xù)時間大于2個機器周期。本系統(tǒng)的復位電路采用按鍵電平復位方式，由于程序運行出錯或操作錯誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時，此方式無需重新上電，直接按鍵復位即可，操作簡單。 AD轉換電路模塊AD轉換即模數(shù)轉換，就是把模擬信號轉換成數(shù)字信號，以便于計算機進行處理。目前廣泛應用在單片機系統(tǒng)中的主要有積分型、逐次比較型、并行比較型/串并行型、ΣΔ調制型、電容陣列逐次比較型、壓頻變換型。打算采用的具體芯片型號為逐次比較型ADC080AD574A與雙積分型AD轉換器MC14433?？紤]到轉換精度、速度和芯片價格，本設計采用ADC0809，ADC0809是美國國家半導體公司生產的CMOS工藝8通道，8位逐次逼近式AD轉換器。其內部有一個8通道多路開關，它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號，只選通8路模擬輸入信號中的一個進行AD轉換。ADC0809是目前國內應用最廣泛的8位通用AD芯片，ADC0809芯片有28條引腳，采用雙列直插式封裝。 ADC0809引腳功能下面說明各引腳功能：IN0～IN7：8路模擬量輸入端。D0～D8：8位數(shù)字量輸出端。ADDA、ADDB、ADDC：3位地址輸入線，用于選通8路模擬輸入中的一路。START：A/D轉換啟動脈沖輸入端，輸入一個正脈沖使其啟動，脈沖上升沿使ADC0809復位，下降沿啟動A/D轉換。EOC：A/D轉換結束信號輸出端，當A/D轉換結束時，此端輸出一個高電平，轉換期間一直為低電平。OE：數(shù)據(jù)輸出允許信號輸入端，高電平有效。當A/D轉換結束時，此端輸入一個高電平，才能打開輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量。CLK：時鐘脈沖輸入端。要求時鐘頻率不高于640KHZ。REF+、REF：基準電壓。Vcc：電源，單一+5V、GND：地 [13]。 ADC0809主要特性ADC0809主要特性：8路輸入通道，8位A/D轉換器，即分辨率為8位、具有轉換啟停控制端、時鐘為640kHz時轉換時間為100μs，時鐘為500kHz時130μs、單個+5V電源供電、模擬輸入電壓范圍0～+5V，不需零點和滿刻度校準、工作溫度范圍為40～+85攝氏度、低功耗，約15mW。 ADC0809工作過程首先輸入3位地址，并使ALE=1，將地址存入地址鎖存器中。此地址經譯碼選通8路模擬輸入之一到比較器。START上升沿將逐次逼近寄存器復位。下降沿時啟動A/D轉換，之后EOC輸出信號變低，指示轉換正在進行。直到A/D轉換完成，EOC變?yōu)楦唠娖?，指示A/D轉換結束，結果數(shù)據(jù)已存入鎖存器，這個信號可用作中斷申請。當OE輸入高電平時，輸出三態(tài)門打開，轉換結果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上。轉換數(shù)據(jù)的傳送 A/D轉換后得到的數(shù)據(jù)應及時傳送給單片機進行處理。數(shù)據(jù)傳送的關鍵問題是如何確認A/D轉換的完成，因為只有確認完成后，才能進行傳送。為此可采用下述三種方式確認AD轉換是否完成 [12]。1．定時傳送方式 對于一種A/D轉換其來說，轉換時間作為一項技術指標是已知的和固定的。例如ADC0809在時鐘頻率為500kHz時轉換時間為128μs，相當于12MHz的MCS51單片機共128個機器周期?？蓳?jù)此設計一個延時子程序，A/D轉換啟動后即調用此子程序，當延遲時間到達時，轉換可以確定已經完成了，接著就可進行數(shù)據(jù)傳送。2．查詢方式A/D轉換芯片可以利用表明轉換完成的狀態(tài)信號，例如ADC0809的EOC端。因此可以用查詢方式，查詢EOC的狀態(tài)，即可判斷轉換是否完成，并接著進行數(shù)據(jù)傳送。3．中斷方式用轉換完成的狀態(tài)信號（EOC）作為中斷請求信號，以中斷方式進行數(shù)據(jù)傳送。本設計采用單獨通道，定時傳送方式，ADDA、ADDB、ADDC3位地址輸入線接地，即選用IN0通道輸入模擬信號，經ADC0809轉換完成后將數(shù)字信號采用定時傳送方式傳入單片機進行數(shù)據(jù)處理，然后單片機把數(shù)據(jù)經過MAX232電平轉換后送入PC機串口，PC機根據(jù)所接收的數(shù)據(jù)經過VB界面實時繪制波形。 ADC0809與單片機接口電路由于proteus仿真軟件不支持ADC0809芯片仿真，所以采用ADC0808芯片代替ADC0809，其功能特性與ADC0809芯片相同，軟件仿真時采用ADC0808芯片，實際硬件電路中采用ADC0809芯片，無論是仿真還是實際硬件其與單片機接口電路相同，ADC0808與單片機接口電路如圖34所示：圖34 ADC0808與單片機接口電路：ADDA、ADDB、ADDC3位地址輸入線接地，即選用IN0通道，模擬信號通過IN0通道輸入；時鐘控制信號通過CLOCK端口輸入，時鐘頻率選擇為500kHz；A/；。當轉換完成后數(shù)據(jù)通過ADC0809的OUT1～～。 ADC0809與PC機連接本設計需要單片機與PC機間實現(xiàn)實時通信，PC機內基本上都裝有一個RS232異步通信適配板，它的主要工作器件是可編程的UART芯片，從而可以使PC機有能力與其他具有標準RS232串行通信接口的其他設備進行通信。STC89C52單片機本身具有一個全雙工的串行口，但其串行口為TTL電平，需要外接一個TTLRS232電平轉換器這樣才能使單片機的串口與PC的RS232串行口進行連接，這樣便可以組成一個簡單的串行通信接口。由于PC機的RS232邏輯電平與單片機的TTL電平不兼容，為了實現(xiàn)單片機與PC機的通信，必須進行電平轉換，因此本設計采用由美國MAXIM公司生產的MAX232芯片，它是目前應用較為普遍的串行口電平轉換器。PC機串口輸出電壓可高達12V，若直接與單片機相連會燒壞芯片，所以要借助于MAX232芯片來進行相應的電平轉換。MAX232芯片用+5V電源供電，另外需要外接幾個電容便可以完成從TTL電平到RS232電平的轉換，僅僅需要連接STC89C52單片機的RXD和TXD引腳便可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸 [12]。MAX232芯片與單片機和串口的電路連接圖如圖35所示：圖35 MAX232接口電路在實際的焊接過程中一定要認真細心，在看好引腳序號和硬件引腳必須一致，否則當硬件焊接好后在調試過程中會遇到許多意想不到的問題，不僅需要花很長時間去檢查究竟是哪個地方出錯了，如何修改，事倍功半，效果很不理想。在調試硬件時串口老是接收不到數(shù)據(jù)，在經過多次修改程序與硬件電路檢查后終于發(fā)現(xiàn)是MAX232與串口的引腳錯接到引腳8導致了以后許多不必要的工作量，既浪費時間又浪費精力，所以說認真細心的態(tài)度是工作中所必需的。 傳感器的選取本設計中關鍵之處在于信號的采集，信號采集可以分為壓電式信號采集或光電式信號采集，由于光電信號采集相對誤差較大，可控制度低且成本比較高。于是本設計采用壓電式傳感器采取信號。考慮到的壓電式傳感器有壓電薄膜傳感器、壓電陶瓷片、HK2000系列的脈搏傳感器、MB4型脈搏波傳感器和SC0073微型脈搏傳感器。SC0073微型動態(tài)脈搏微壓傳感器的主要性能指標如下：壓力范圍： ≤1Kpa靈敏度： ≥非線性度： ≤1% 頻率響應： 1~1000HZ標準工作電壓： 3V (DC)擴充工作電壓： ~6V (DC)標準負載電阻： 10K擴充電阻： 5K~20K外形尺寸： SC0073A X 由以上性能指標可以看出SC0073微型動態(tài)脈搏微壓傳感器具有比較高的靈敏度，非線性比較好，頻率響應范圍很廣，但如果人體脈搏每分鐘心跳少于60下，則有可能檢測不到脈搏信號，擴充工作電壓可以與單片機的工作電壓相匹配，節(jié)省了另外獨立的工作電源。外形尺寸小巧輕便，價格在60元左右?？傮w來說，除了測量脈搏范圍有一點兒不足外。其他各方面的性能都值得考慮。HK2000A集成化脈搏傳感器性能指標如下：電源電壓：3～12VDC壓力量程：50～+300mmHg過載：100倍輸出高電平： 輸出低電平：HK2000A集成化脈搏傳感器采用高度集成化工藝將力敏元件PVDF壓電膜、靈敏度溫度補償元件、感溫元件、信號調理電路集成在傳感器內。脈搏波動一次輸出一正脈沖。該產品可用于脈率檢測，主要用于運動、健身器材中的心率測試。其靈敏度高、抗干擾性能強、過載能力大、一致性好，性能穩(wěn)定可靠，使用壽命長。價格在100元左右。HK2000B集成化脈搏傳感器性能指標如下：電源電壓：5～6VDC壓力量程：50～+300mmHg靈敏度：2000uV/mmHg靈敏度溫度系數(shù)：1104/℃精度：%重復性：%遲滯：%過載：100倍HK2000B集成化脈搏傳感器采用高度集成化工藝將力敏元件PVDF壓電膜、靈敏度溫度補償元件、感溫元件、信號調理電路電路集成在傳感器內。主要應用于無創(chuàng)心血管測試，中醫(yī)脈象診斷。其靈敏度高、抗干擾性能強、過載能力大、一致性好，性能穩(wěn)定可靠，使用壽命長。價格在240元左右。HK2000C集成化數(shù)字脈搏傳感器在HK2000B集成化脈搏傳感器基礎上增加了程控放大電路、基線調整電路、A/D轉換電路、串行通信電路，使用戶使用更方便、快捷。性能指標同HK2000B集成化脈搏傳感器。價格在480元左右。MB4型脈搏波傳感器主要性能指標如下：1．頻率響應：～35Hz2．靈敏度：2mv/Pa ( 對于正常脈搏波信號，輸出幅度可達3～4Vp～p)3．絕緣阻抗：1000MΩ4．輸出阻抗：1KΩ5．體積：Φ2215mm6．電源電壓：5～9VDCMB4型脈搏波傳感器靈敏度很高、抗過載能力強、抗干擾性能優(yōu)、具有操作簡便等特點。本傳感器殼體內已配置放大器和輸出阻抗變換器，可以很方便地與其它電路相匹配。適用于心臟功能監(jiān)測儀檢測體表動脈搏動波形。實際使用時往往不必再加其它放大環(huán)節(jié)，可以直接送到A/D變換器等環(huán)節(jié)進行處理。壓電薄膜傳感器與壓電陶瓷片傳感器價格低廉，但市面上很難找到賣家，從網上買又有最小訂貨量的限制，HK2000A集成化脈搏傳感器與SC0073微型動態(tài)脈搏微壓傳感器功能相近，但價格比后者高出許多。HK2000B集成化脈搏傳感器與MB4型脈搏波傳感器相比，價格比較高，但功能上卻比后者差好多。HK2000C集成化數(shù)字脈搏傳感器雖然功能很強大，但同樣價格也很高，從設計成本上考慮太奢侈，不適合于設計的應用。HK2000系列的脈搏傳感器功能比較全，但價格非常高，在三四百元左右，MB4型脈搏波傳感器功能上能與HK2000C集成化數(shù)字脈搏傳感器相媲美，價格比HK2000B集成化脈搏傳感器又低，～35Hz，且靈敏度高，內置放大電路，輸出模擬信號可以直接送入ADC0809芯片處理，是相當理想的脈搏波傳感器，價格在200元左右，而SC0073微型脈搏傳感器價格在60元左右，其頻率響應為1～1000HZ，也就是說如果人體脈搏每分鐘心跳少于60下，則有可能檢測不到脈搏信號。綜合考慮，人的心跳頻率范圍在0～240次每分鐘，而且MB4微型脈搏傳感器性價比高，所以本設計采用MB4型脈搏波傳感器作為采取脈搏信號的傳感器。在實際中有很高很精確測量范圍很廣，只需采用MB4型脈搏波傳感器，將采取的脈搏信號經過分壓后直接送入ADC0809芯片即可。MB4型脈搏波傳感器為壓電式脈搏傳感器，適用于心臟功能監(jiān)測儀檢測體表動脈搏動波形。傳感器具有靈敏度很高、抗過載能力強、抗干擾性能優(yōu)、操作簡便等特點。本傳感器殼體內已配置放大器和輸出阻抗變換器，可以很方便地與其它電路相匹配。實際使用時往往不必再加其它放大環(huán)節(jié)， 可以直接送到A/D變換器等環(huán)節(jié)進行處理。適合于腕動脈、頸動脈、下肢淺表動脈等不同部位的測量。由MB4型脈搏波傳感器的頻率響應可以知道測量脈搏范圍為10～2100次每分鐘，足以實現(xiàn)日常生活中的應用，靈敏度高。由于ADC0809芯片可處理電壓為0到+5V，所以在傳感器輸出電壓處采用分壓方法以便于達到芯片處理電壓要求，轉換后的信號送入單片機后同樣便于單片機的響應與處理。4 軟件程序設計 脈搏計數(shù)模塊的設計 脈搏計數(shù)程序方案的選取利用單片機的外部中斷對外部信號脈沖進行計數(shù)的方法，編寫相應的程序就可以計算出單位時間內外部信號的脈沖數(shù)，就可以得到輸入信號的頻率，即可以計算出相應的脈搏數(shù)，從而實現(xiàn)脈搏計數(shù)功能。在測量信號頻率的時候我首先采用的設計思路是：，單位時間設置為一秒，也就是信號的頻率，設其數(shù)據(jù)類型為無符號的整型，其測量頻率范圍為0到65535Hz。，即機器周期為一微秒，利用定時器工作方式1，為了計算方便則取每隔50ms產生一次定時中斷。當中斷次數(shù)達到20次時即定時達到1s。這時計算20次定時中斷時間內外部信號的脈沖數(shù)即可得到所輸入信號的頻率。，程序需