【正文】 .................................. 4 3 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) ........................................................... 7 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)方案 ................................................. 7 傳感器選擇 ......................................................... 7 單片機(jī)的選擇 ....................................................... 8 信號(hào)調(diào)理電路的選擇 ................................................ 10 ..................................................... 10 脈搏波動(dòng)頻率測(cè)量方案的選擇 ........................................ 10 單片機(jī)工作方式的選擇 .............................................. 11 顯示電路方案選擇 .................................................. 11 4 基本元器件介紹 ........................................................ 13 AT89C51 介紹 ......................................................... 13 AT89C51 的主要性能 ................................................. 13 AT89C51 的結(jié)構(gòu)框圖 ................................................. 14 AT89C51 的引腳說(shuō)明 ................................................. 15 復(fù)位電路 .......................................................... 16 振蕩電路 .......................................................... 16 光電傳感器簡(jiǎn)介 ...................................................... 17 光敏二極管 ........................................................ 17 光敏三極管 ........................................................ 18 光電傳感器檢測(cè)原理 ................................................ 18 LED 的綜述 ........................................................... 19 中 北大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 II頁(yè) 共 II頁(yè) LED 的結(jié)構(gòu) ......................................................... 19 LED 數(shù)碼管的顯示方法 ............................................... 20 5 脈搏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)模塊設(shè)計(jì) .......................................... 21 脈搏波檢測(cè)電路 ...................................................... 21 信號(hào)采集電路 ........................................................ 21 一級(jí)放大電路 ........................................................ 22 放大器的介紹 ...................................................... 22 一級(jí)放大電路設(shè)計(jì) .................................................. 25 二階低通濾波電路 .................................................... 25 ....................................................... 28 整形電路 ............................................................ 29 定時(shí)記數(shù)電路的設(shè)計(jì) .................................................. 30 顯示電路的設(shè)計(jì) ...................................................... 30 6 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì) .......................................................... 32 主程序流程的設(shè)計(jì) .................................................... 32 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器中斷程序流程的設(shè)計(jì) ..................................... 33 顯示程序的設(shè)計(jì) ...................................................... 33 7 系統(tǒng)仿真調(diào)試 .......................................................... 35 信號(hào)采集與調(diào)理電路仿真 .............................................. 35 脈搏信號(hào)仿真 ...................................................... 35 一級(jí)放大電路 ...................................................... 36 二階低通濾波電路 .................................................. 36 整形電路 .......................................................... 37 單片機(jī)電路仿真 ...................................................... 38 8 總結(jié)和展望 ............................................................ 40 參考文獻(xiàn) ................................................................ 41 致謝 .................................................................... 42 附錄 A 原理圖 ............................................................ 43 附錄 B 主程序 ............................................................ 44 中 北大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 1頁(yè) 共 46頁(yè) 1 引言 脈搏測(cè)量?jī)x概述 脈搏攜帶有豐富的人體健康狀況的信息，自公元三世紀(jì)我國(guó)最早的脈學(xué)專著《脈經(jīng)》問(wèn)世以來(lái)，脈學(xué)理論得到不斷的發(fā)展和提高。經(jīng)測(cè)試，系統(tǒng) 工作正常，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。電子脈搏儀的出現(xiàn)，使脈搏測(cè)量變得非常簡(jiǎn)單。為了提高脈搏測(cè)量?jī)x的簡(jiǎn)便性和精確度，本課題設(shè)計(jì)了一種基于 51 單片機(jī)的脈搏測(cè)量?jī)x。 關(guān)鍵詞： 脈搏 ，光電式傳感器，單片機(jī)。在中醫(yī)四診（望、聞、問(wèn)、切）中，脈診占有非常重要的位置 [1]。首先，切脈單憑醫(yī)生手指感覺(jué)辨別脈象 的特征，受到感覺(jué)、經(jīng)驗(yàn)和表述的限制，并且難免存在許多主觀臆斷因素，影響了對(duì)脈象判斷的規(guī)范化；其次，這種用手指切脈的技巧很難掌握；再則，感知的脈象無(wú)法記錄和保存影響了對(duì)脈象機(jī)理的研究 [2]。為了節(jié)省時(shí)間 ，一般不會(huì)作 1分鐘的測(cè)量，通常是測(cè)量 10 秒鐘時(shí)間內(nèi)心跳的數(shù)，再把結(jié)果乘以 6 即得到每分鐘的心跳數(shù)，即使這樣做還是比較費(fèi)時(shí)，而且精度也不高。脈象探頭式樣很多，有單部、三部、單點(diǎn)、多點(diǎn)、剛性接觸式、軟性接觸式、氣壓式、硅杯式、液態(tài)汞、液態(tài)水、子母式等組成 ,脈象探頭的主要原件有應(yīng)變片、壓電晶體、單晶硅、光敏元件、 PVDF壓電薄膜等，其中以單部單點(diǎn)應(yīng)變片式為最廣泛，不中 北大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 2頁(yè) 共 46頁(yè) 過(guò)近年來(lái)正在向三部多點(diǎn)式方向設(shè)計(jì) [6]。 指脈測(cè)量比較方便、簡(jiǎn)單，但因?yàn)槭种干系暮瓜佥^多，指夾常年 使用，污染可能會(huì)使測(cè)量靈敏度下降：耳脈測(cè)量比較干凈，傳感器使用環(huán)境污染少，容易維護(hù)。 其中光電式脈搏傳感器是根據(jù)光電容積法制成的脈搏傳感器，通過(guò)對(duì)手指末端透光度的監(jiān)測(cè)，間接檢測(cè)出脈搏信號(hào)。從脈搏波 中提取人體的心理病理信息作為臨床診斷和治療的依據(jù)，歷來(lái)都受到中外醫(yī)學(xué)界的重視。硬件的設(shè)計(jì)包括了各功能模塊的方案論證和電路設(shè)計(jì)， 各模塊硬件電路調(diào)試和總體調(diào)試。 1． 脈搏傳感器 即將非電量轉(zhuǎn)換成電量的轉(zhuǎn)換元件。 5. 電源 即向 傳感器、信號(hào)處理、單片機(jī)提供的電源，可以是 5V9V的交流或直流的穩(wěn)壓電源。起初 用于體育測(cè)量的脈搏測(cè)試 集中在對(duì)接觸式傳感器的研究，利用此類傳感器所研制的指脈、耳脈等測(cè)量?jī)x各有其優(yōu)缺點(diǎn)。 脈搏測(cè)量?jī)x的發(fā)展主要向以下幾個(gè)趨勢(shì)發(fā)展： （ 1）自動(dòng)測(cè)量脈搏并且對(duì)所得到的脈搏進(jìn)行自動(dòng)分析。 隨著數(shù)字科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，脈搏測(cè)量?jī)x集成度將更高，更便于攜帶。 本設(shè)計(jì)采用單片機(jī) AT89C51為控制核心，實(shí)現(xiàn)脈搏測(cè)量?jī)x的基本測(cè)量功能。電極的好壞對(duì)采集到的心電信號(hào)質(zhì)量起著至關(guān)重要的作用 ,采用的電極應(yīng)有貼力強(qiáng) ,能緊附在人體表面 ,柔軟、吸汗、極化電壓低、導(dǎo)電性良好等特點(diǎn)。當(dāng)手指前端受到輕微的壓力時(shí)，可以感覺(jué)到手指前端在血壓的作用下有一張一弛的感覺(jué)，將這個(gè)信號(hào)用傳感器提取出來(lái)，轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，通過(guò)指脈的波形檢測(cè)，就可以獲得人體的脈搏信號(hào)。常用檢測(cè)脈搏的光電傳感器分為紅外對(duì)管和紅外放射管?，F(xiàn)在市場(chǎng)上的心率計(jì)普遍采用這種傳感器來(lái)采集信號(hào)，因?yàn)榇思t外管接收和發(fā)射都在手指的同一側(cè)，因此便不用考慮每個(gè)人手指情況不同所 造成的中 北大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 8頁(yè) 共 46頁(yè) 麻煩。 三種方案的優(yōu)缺點(diǎn)比較 （ 1）光電式： 優(yōu)點(diǎn)：靈敏度高，易于操作 ,響應(yīng)速度快，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。并且容易受到外界其他信號(hào)的干擾。該傳感器價(jià)格較低，而且輸出電壓變化較為明顯，可以實(shí)現(xiàn)我們的實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?1997 年 ,由 ATMEL 公司 挪威 設(shè)計(jì)中心的 A先生與 V 先生利用 ATMEL 公司的 Flash 新技術(shù) , 共同研發(fā)出 RISC 精簡(jiǎn)指令集的高速 8中 北大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 9頁(yè) 共 46頁(yè) 位單片機(jī)，簡(jiǎn)稱 AVR。 （ 2）凌陽(yáng)單片機(jī) 凌陽(yáng)是臺(tái)灣凌陽(yáng)公司推出的單片機(jī)，具有高速度、低價(jià)、可靠、實(shí)用、體積小、功耗低和簡(jiǎn)單易學(xué)等特點(diǎn)， 它的 CPU 內(nèi)核采用凌陽(yáng)推出 的 Microcontroller and Signal Processor 16 位微機(jī)處理器芯片，以下簡(jiǎn)稱 amp?！痭SP 所形成的 16 位 u’nSP 系列單片機(jī)，以下簡(jiǎn)稱 amp。micro。’nSP 內(nèi)核是一個(gè)通用的和結(jié)構(gòu)。micro?！痭SP 家族把各功能把各功能部件模塊化地集成在一個(gè)芯片里。高性能價(jià)格比： μ’nS PTM 家族片內(nèi)帶有高尋址能力的 ROM，靜態(tài) RAM 和多功能的 I/O口，另外 μ’nSPTM 的指令系統(tǒng)提供出具有較高運(yùn)算速度的 16位， 16 位的乘法運(yùn)算指令和內(nèi)積運(yùn)算指令，為其應(yīng)用添加了 DSP功能，使得 μ’nSPTM 家族運(yùn)用在復(fù)雜的數(shù)字信號(hào)處理方面既很便利又比專用的 DSP 芯片廉價(jià)。目前很多公司都有 51 系列的兼容機(jī)型推出，中 北大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 10頁(yè) 共 46頁(yè) 在目前乃至今后很長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)將占有大量市場(chǎng)。通用型，有總線擴(kuò)展，有較強(qiáng)的位處理功能，有全雙工異步串行通信 口。 在 51 系列單片機(jī)中， AT89 系列單片機(jī)是美國(guó) ATMEL 公司推出的一種新型高性能低價(jià)位、低電壓低功耗的 8位 CMOS 微型計(jì)算機(jī)。肌電干擾可能會(huì)導(dǎo)致放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)偏移，甚至使放大器達(dá)到飽和，所以第一級(jí)放大器的放大倍數(shù)不能太高。可以看出測(cè)量 fx 必須將 N 或 t 兩個(gè)量之一作為閘門(mén)或基準(zhǔn)，對(duì)另一個(gè)量進(jìn)行測(cè)量。被測(cè)信號(hào)的周期作為信號(hào)閘