【正文】 當(dāng)今社會(huì)，隨著科技發(fā)展的日新月異，特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)突飛猛進(jìn)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)帶來(lái)了科研和生產(chǎn)的許多重大飛躍，同時(shí)計(jì)算機(jī)也越來(lái)越廣泛的被應(yīng)用到人們的生活、工作領(lǐng)域的各個(gè)方面。單片微型計(jì)算機(jī)以其其體積小、功能強(qiáng)、速度快、價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)，在數(shù)據(jù)處理和實(shí)時(shí)控制等應(yīng)用中有著無(wú)以倫比的優(yōu)越性，可廣泛地嵌入到如玩具、家用電器、機(jī)器人、儀 器儀表、汽車(chē)電子系統(tǒng)、工業(yè)控制單元、辦公自動(dòng)化設(shè)備、金融電子系統(tǒng)、艦船、個(gè)人信息終端及通訊產(chǎn)品中。隨著微控制技術(shù)（以軟件代硬件的高性能控制技術(shù)）的日益完善和發(fā)展，單片機(jī)的應(yīng)用必將導(dǎo)致傳統(tǒng)控制技術(shù)發(fā)生巨大的變化。單片微型計(jì)算機(jī)的應(yīng)用廣度和深度，已經(jīng)成為一個(gè)國(guó)家科技水平的一項(xiàng)重要標(biāo)志。 為了進(jìn)一步加深對(duì)單片機(jī)及其接口的理解， 掌握一般的軟硬件的設(shè)計(jì)方法，鞏固大學(xué)四年之所學(xué)，也給自己一個(gè)實(shí)踐 鍛煉的機(jī)會(huì)，幾個(gè)月以來(lái)，我們?nèi)耐度氡敬萎厴I(yè)設(shè)計(jì) 人體基本健康監(jiān)測(cè)器 。 本系統(tǒng)用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)人體的基本生命體征：心跳、體溫、血 壓。傳統(tǒng)測(cè)量方法尤其是血壓的測(cè)量，即使用血壓計(jì)的測(cè)量，操作過(guò)程比較復(fù)雜需要有專(zhuān)業(yè)人士完成，不能完全滿(mǎn)足對(duì)人體基本健康動(dòng)態(tài)的一個(gè)隨時(shí)掌握的要求。而人體基本健康監(jiān)測(cè)器集測(cè)量心跳、體溫、血壓、為一體，并用單片機(jī)加以處理控制，普通人群都可以方便使用，而不需要具備專(zhuān)業(yè)的醫(yī)療知識(shí)，相信這一點(diǎn)肯定倍受廣大群眾的青睞。 在不斷的發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，思考問(wèn)題，解決問(wèn)題之后，我們基本完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù) 。但由于時(shí)間以及經(jīng)驗(yàn)有限加之缺乏實(shí)際的檢驗(yàn)，我們的設(shè)計(jì)肯定有許多不足之處，望老師能給予進(jìn)一步指正及幫助。 在本次設(shè)計(jì)中我與張錫陽(yáng)同學(xué)一組，完 成這個(gè)課題，他主要負(fù)責(zé)硬件部分設(shè)計(jì)，我本人主要負(fù)責(zé)軟件部分的編寫(xiě)。所以本論文在介紹硬件部分的基礎(chǔ)上將重點(diǎn)介紹軟件部分的編寫(xiě)。 畢業(yè) (論 文 ) 總體方案 2 1. 總體方案 方案論證及系統(tǒng)工作原理 本系統(tǒng)通過(guò)鍵盤(pán)設(shè)定三種工作方式：心跳檢測(cè)，人體體溫檢測(cè)，血壓檢測(cè)。 心跳檢測(cè)采用傳感器將心跳轉(zhuǎn)換成單片機(jī)可以接受的信號(hào)，每跳動(dòng)一次就產(chǎn)生一個(gè)脈沖，讓單片機(jī)產(chǎn)生一個(gè)中斷，每中斷一次就進(jìn)行一次計(jì)數(shù)，每分鐘進(jìn)行一次采樣進(jìn)行統(tǒng)計(jì)心跳數(shù)。人體體溫檢測(cè)利用芯片 DS18B20 這個(gè)數(shù)字溫度傳感器進(jìn)行溫度測(cè)量。測(cè)的數(shù)據(jù)通過(guò) CD4511 進(jìn) 行譯碼，輸入數(shù)碼管進(jìn)行顯示。測(cè)的數(shù)據(jù)如果超限 則 進(jìn)行報(bào)警。 血壓檢測(cè)利用 BP01 型壓力傳感器將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)經(jīng)過(guò)運(yùn)放由 ADC0809 轉(zhuǎn)化為數(shù)字量送入單片機(jī)處理。如果血壓超限則報(bào)警。 該方案可以有效、實(shí)時(shí)的測(cè)量心跳、體溫、血壓這些要求監(jiān)測(cè)參數(shù)，能夠達(dá)到系統(tǒng)設(shè)計(jì)的各項(xiàng)指標(biāo)，設(shè)計(jì)方案是切實(shí)可行的。 總體方案圖 顯示心跳，溫度電路 溫度，心跳的超限報(bào)警電路 鍵盤(pán) 單 片 機(jī) 心跳的檢測(cè)電路 溫度傳感器電路 血壓傳感器 畢業(yè) (論 文 ) 總體方案 3 2 硬件設(shè)計(jì) 主控芯片 MCS— 51介紹 主要功能 MCS51單片機(jī)采用的是馮 .諾伊曼提出的經(jīng)典計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)框 架，即一臺(tái)計(jì)算機(jī)是由運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備共五個(gè)基本部分組成。MCS51 單片機(jī)在一塊芯片上集成了 CPU、 RAM、 ROM、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器和多功能 I/O口等。 MCS51 單片機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖 1所示。 圖 MCS51單片機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 由圖可以看出，單片機(jī)內(nèi)部主要包含下列幾個(gè)部件： ① 8 位 CPU ② 片內(nèi)帶震蕩器，震蕩頻率 f范圍為 ～ 12MHz:可有時(shí)鐘輸出 ③ 128 個(gè)字節(jié)的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 ④ 4K 字節(jié)的片內(nèi)程序存儲(chǔ)器 ⑤ 程序存儲(chǔ)器的尋址范圍為 64K 字節(jié) ⑥ 片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的尋址范圍為 64K 字節(jié) ⑦ 4 個(gè) 8 位并行 I/O 接口 :P0、 P P P3 畢業(yè) (論 文 ) 總體方案 4 ⑧ 2 個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 ⑨ 中斷系統(tǒng)有 5個(gè)中斷源 MCS－ 51 單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu) MCS－ 51單片機(jī)芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖 2所示。 圖 2 MCS－ 51 單片機(jī)芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu) ① CPU 中央處理器 (CPU)是整個(gè)單片機(jī)的核心部件，是 8位數(shù)據(jù)寬度的處理器，能處理 8位二進(jìn)制數(shù)據(jù) 或代碼， CPU 負(fù)責(zé)控制、指揮和調(diào)度整個(gè)單元系統(tǒng)協(xié)調(diào)的工作，完成運(yùn)算和控制輸入輸出功能等操作。 CPU 是單片機(jī)的核心部件， 由運(yùn)算器和控制器兩部分電路組成。 運(yùn)算器電路 畢業(yè) (論 文 ) 總體方案 5 運(yùn)算器電路包括 ALU（算術(shù)邏輯單元）、 ACC（累加器）、 B寄存器、狀態(tài)寄存器、暫存器 1和暫存器 2 等部件，運(yùn)算器的功能是進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算。運(yùn)算電路以 ALU 為核心單元，可以完成半字節(jié)、單字節(jié)以及多字節(jié)數(shù)據(jù)的運(yùn)算操作，其中包括加、減、乘、除、十進(jìn)制調(diào)整等算術(shù)運(yùn)算以及與、或、異或、求補(bǔ)和循環(huán)等邏輯操作，運(yùn)算結(jié)果的狀態(tài)由狀態(tài)寄存器保存。 控制 器電路 控制器電路包括程序計(jì)數(shù)器 PC、 PC加 1寄存器、指令寄存器、指令譯碼器、數(shù)據(jù)指針 DPTR、堆棧指針 SP、緩沖器以及定時(shí)與控制電路等 ?？刂齐娐吠瓿芍笓]控制工作，協(xié)調(diào)單片機(jī)各部分正常工作。 ② 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 MCS－ 51單片機(jī)片內(nèi)有兩個(gè) 16 位的定時(shí) /計(jì)數(shù)器，即定時(shí)器 0 和定時(shí)器 1。它們可以用于定時(shí)控制、延時(shí)以及對(duì)外部事件的計(jì)數(shù)和檢測(cè)等。 （此次設(shè)計(jì)是通過(guò)定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器對(duì)編碼器輸入的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)）。 ③ 存儲(chǔ)器 MCS－ 51系列單片機(jī)的存儲(chǔ)器包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和程序存儲(chǔ)器，其主要特點(diǎn)是程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù) 存儲(chǔ)器的尋址空間是相互獨(dú)立的，物理結(jié)構(gòu)也不相同。對(duì) MCS－ 51 系列（ 8031 除外）而言，有 4個(gè)物理上相互獨(dú)立的存儲(chǔ)器空間：即內(nèi)、外程序存儲(chǔ)器和內(nèi)、外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。對(duì)于 8051 其芯片中共有 256 個(gè) RAM 單元，其中后 128 個(gè)單元被專(zhuān)用寄存器占用，只有前 128 個(gè)單元供用戶(hù)使用。 ④ 并行 I/O 口 MCS－ 51單片機(jī)共有 4個(gè) 8位的 I/O 口（ P0、 P P2 和 P3），每一條 I/O線(xiàn)都能獨(dú)立地用作輸入或輸出。 P0 口為三態(tài)雙向口，能帶 8個(gè) TTL 門(mén)電路， PP2和 P3 口為準(zhǔn)雙向口，負(fù)載能力為 4 個(gè) TTL 門(mén)電路。 ⑤ 中斷控制系統(tǒng) MCS－ 51單片機(jī)的中斷功能較強(qiáng)，以滿(mǎn)足控制應(yīng)用的需要。 8051 共有 5 個(gè)中斷源，即外中斷 2 個(gè)，定時(shí) /計(jì)數(shù)中斷 2個(gè)，串行中斷 1 個(gè)。所有中斷分為高級(jí)和低級(jí)兩個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)。 畢業(yè) (論 文 ) 總體方案 6 引腳信號(hào) 圖 3 為 MCS－ 51 系列單片機(jī)引腳圖及邏輯符號(hào)，它們?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)的 40 腳 DIP 封裝。這些引腳的功能描述如下： 圖 3 8051 單片機(jī)引腳圖 ① 電源引腳 Vcc 和 Vss Vcc：電源端，接＋ 5V。 Vss：接地端。 /輸出引腳 (I/O 接口 ) ② P0 接口 (~)。8 位雙向 I/O接口 ,占 39~32 腳 .如果系統(tǒng)接有外部存儲(chǔ)器 ,則 P0 接口作為數(shù)據(jù)總線(xiàn)和低 8 位地址各引腳功能簡(jiǎn)要說(shuō)明如下 : 總線(xiàn) ,通過(guò)分時(shí)操作達(dá)到復(fù)用的目的 .CPU 對(duì)外部存儲(chǔ)器操作時(shí) ,P0 接口先用作地址總線(xiàn) ,在 ALE 信號(hào)的作用下將地址鎖存 ,然后再將 P0 接口轉(zhuǎn)作為數(shù)據(jù)總線(xiàn)使 用 ,P0 接口能驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) LSTTL 負(fù)載 . ③ P1 接口 (~)。8 位準(zhǔn)雙向 I/O 接口 ,占 1~8 腳 .準(zhǔn)雙向接口是指該接口內(nèi)部有上拉電阻 ,能驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) LSTTL(低功耗肖脫基晶體管邏輯電路 )負(fù)載 .P1 接口一般作通用 I/O 接口線(xiàn)使用 . 畢業(yè) (論 文 ) 總體方案 7 ④ 控制信號(hào)引腳線(xiàn) a. PSEN(29 腳 )。外部程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào) .在訪(fǎng)問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器時(shí)， PSEN作為外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào) (低電平有效 ).在訪(fǎng)問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器時(shí) .PSEN信號(hào)無(wú)效 (高電平 ) b. ALE/PROG(30 腳 )。地址鎖存允許 /編程信號(hào) .在訪(fǎng)問(wèn)片外存儲(chǔ)器時(shí) ,該引腳是地址鎖存信號(hào)，而對(duì) 8751 內(nèi)部 EPROM 編程時(shí) ,該信號(hào)作為編程脈沖輸入端。 8051 單片機(jī)可尋址 64KB,應(yīng)有 16 根地址線(xiàn) ,其中低 8 位地址線(xiàn)與數(shù)據(jù)共用 P0 接口 ,在作低 8 位的地址信號(hào)使用時(shí) ,ALE 有效 ,用以控制鎖存器鎖存 P0 接口的低 8位地址 。發(fā)出數(shù)據(jù)時(shí) ,ALE 無(wú)效 ,P0 接口輸出數(shù)據(jù) ,正常操作時(shí) ,又因 ALE 能按主振頻率的 1/6 發(fā)出固定頻率 ,所以有時(shí)可以加以利用。 c. RST/Vpd（ 9 腳）：復(fù)位信號(hào) /備用電源輸入端。當(dāng)振蕩器工作時(shí)，若此引腳保持兩個(gè)周期的高電平，就能使單片機(jī)復(fù)位。此引腳也可作為備用電源的輸入端，當(dāng)單片機(jī)電源失電期間，由 Vpd 向片內(nèi)數(shù)據(jù)器提供電源，以保護(hù)其中的內(nèi)容。 ⑤ 時(shí)鐘電路引腳 XTAL1 和 XTAL2 XTAL1：接外部晶振和微調(diào)電容的一端，在片內(nèi)它是振蕩器倒相放大器的輸入，若使用外部 TTL 時(shí)鐘時(shí)，該引腳必須接地。 XTAL2： 接外部晶振和微調(diào)電容的另一端，在片內(nèi)它是振蕩器倒相放大器的輸出，若使用外部 TTL 時(shí)鐘時(shí)，該引腳為外部時(shí)鐘的輸入端。 ⑥ 第二功能 P3 口 串行口輸入端 串行口輸入端 外部中斷 O 請(qǐng)求輸入端 外部中斷 1 請(qǐng)求輸入端 定時(shí) /計(jì)數(shù)器 0 外部計(jì)數(shù)信號(hào)輸入端 定時(shí) /計(jì)數(shù)器 1 外部計(jì)數(shù)信號(hào)輸入端 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通輸出信號(hào) 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通輸出信號(hào) 畢業(yè) (論 文 ) 總體方案 8 2. 2 ADC0809 的介紹 本系統(tǒng)使用 ADC0809 與壓力傳感器 BP01 組成 血壓檢測(cè)部分。 ADC0809是帶有 8位 A/D 轉(zhuǎn)換器、 8路多路開(kāi)關(guān)以及微處理機(jī)兼容的控制邏輯的 CMOS 組件。它是逐次逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換器，可以和單片機(jī)直接接口。 ADC0809 的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu) 圖 4 ADC0809 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 由上圖 可知， ADC0809 由一個(gè) 8路模擬開(kāi)關(guān)、一個(gè)地址鎖存與譯碼器、一個(gè) A/D轉(zhuǎn)換器和一個(gè)三態(tài)輸出鎖存器組成。 多路開(kāi)關(guān)可選通 8個(gè)模擬通道，允許 8 路模擬量分時(shí)輸入，共用 A/D 轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。三態(tài)輸出鎖器用于鎖存 A/D 轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量，當(dāng) OE 端為高電平時(shí)，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)。畢業(yè) (論 文 ) 總體方案 9 引腳結(jié)構(gòu) 圖 5 ADC0809 引腳圖 IN0－ IN7： 8條模擬量輸入通道 ADC0809 對(duì)輸入模擬量要求：信號(hào)單極性，電壓范圍是 0－ 5V，若信號(hào)太小，必須進(jìn)行放大；輸 入的模擬量在轉(zhuǎn)換過(guò)程中應(yīng)該保持不變，如若模擬量變化太快，則需在輸入前增加采樣保持電路。 地址輸入和控制線(xiàn)： 4條 ALE 為地址鎖存允許輸入線(xiàn)，高電平有效。當(dāng) ALE 線(xiàn)為高電平時(shí)，地址鎖存與譯碼器將 A， B， C三條地址線(xiàn)的地址信號(hào)進(jìn)行鎖存，經(jīng)譯碼后被選中的通道的模擬量進(jìn)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。 A， B 和 C 為地址輸入線(xiàn)，用于選通 IN0－ IN7 上的一路模擬量輸入。通道選擇表如下表所示。 C B A 選擇的通道 0 0 0 IN0 0 0 1 IN1 0 1 0 IN2 0 1 1 IN3 1 0 0 IN4 1 0 1 IN5 1 1 0 IN6 1 1 1 IN7 畢業(yè) (論 文 ) 總體方案 10 ST 為轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)。當(dāng) ST上跳沿時(shí)，所有內(nèi)部寄存器清零；下跳沿時(shí)，開(kāi)始進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換；在轉(zhuǎn)換期間， ST 應(yīng)保持低電平。 EOC 為轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)。當(dāng) EOC為高電平時(shí)，表明轉(zhuǎn)換結(jié)束；否則，表明正在進(jìn)行 A/D轉(zhuǎn)換。 OE為輸出允許信號(hào)，用于控制三條輸出鎖存器向單片機(jī)輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。 OE＝ 1，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)； OE＝ 0，輸出數(shù)據(jù)線(xiàn)呈高阻狀態(tài)。 D7－ D0為