【正文】 ....... 29 附錄 ............................................................................................................................... 31 系統(tǒng)整體原理圖 ........................................................................................................... 31 元件清單 ....................................................................................................................... 31 系統(tǒng)源程序 ................................................................................................................... 34 5 基于單片機的 脈搏計 摘要： 人體脈象中富含有關心臟、內外循環(huán)和神經等系統(tǒng)的動態(tài)信息。 通過觀測脈搏信號，可以對人體的健康進行檢查， 通常被用于保健中心和醫(yī)院。早在公元前 7 世紀脈診就成為中醫(yī)的一項獨特診病方法。另一方面從西醫(yī)的角 度看 ,近年來人們也試圖根據脈搏波的變異性來評價和診斷人體心血管系統(tǒng)的病變 ,以便能找到一個有效的心血管疾病早期無創(chuàng)診斷的方法。在正常情況下，脈率和心率是一致的。健康成人的心率為 60～ 100 次 /分，大多數為 60～ 80 次 /分，女性稍快； 3 歲以下的小兒常在 100 次 /分以上；老年人偏慢。如心率低于 40 次 /分，應考 慮有房室傳導阻滯。脈搏波所呈現出的形態(tài)、強度、速率 和節(jié)律等方面的綜合信息 ,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。光電式脈搏傳感器是根據光電容積法制成 的脈搏傳感器 ,通過對手指末端透光度的監(jiān)測 ,間接檢測出脈搏信號。 而國內在后一方面的研究多于國外。我國醫(yī)務界約從 50 年代初就開始了用西方傳來的脈搏描記技術，使脈象圖形化。在實際中 ,目標信號總是淹沒在大量的雜波或干擾中 ,而且目標信號的幅值或功率較雜波 或干擾信號可能還低得多 ,這就需要進行有效的信號處理。 頻域分析法：頻域分析主要是通過離散快速傅里葉變換 ,將時域的脈搏波曲線變換到頻域 ,得到相應的脈搏頻譜曲線 ,通過頻譜曲線的特征分析 ,從中提取與人體生理病理相應的信息 ,實現脈 象分類。 時頻聯合分析法：是把一維信號或系統(tǒng)表示成一個時間和頻率的二維函數 ,時頻平面能描述出各個時刻的譜成分。另外的限制是對一個特殊的信號 ,需要一個特殊的窗才能得到最佳分辨率。 本系統(tǒng)主要研究內容 本系統(tǒng) 設計制作一個 基于單片機的 脈搏計 。 （ 4） 用戶可以設置 鬧鐘時間用來提醒用戶定時測量脈搏次數。不過該芯片昂貴不適合一般的設計開發(fā)。 方案二： 采用 LED 數碼管動態(tài)掃描， LED 數碼管價格雖適中，對于顯示數字也最合適，而且采用動態(tài)掃描法與 單片機連接時，占用單片機口線少。 傳感器 的選型和論證 方案一： 采用壓電傳感器用來提取人的脈搏信號， 壓電傳 感器是利用某些電介質受力后產生的 壓電效應 制成的傳感器。 9 由于光電傳感器較壓電傳感器容易在一般的地方可以買得到，因此這里選用光電傳感器來提取人體脈搏信號。采用三線接口與單片機進行通信，并可采用突發(fā)一次傳送多個字節(jié)的時鐘信號或 RAM 數據。采用普通 晶振作為標準時鐘。 10 主控模塊 主控模塊模塊在整個系統(tǒng)中起著統(tǒng)籌的作用，需要檢測鍵盤 等各種參數，同時驅動液晶顯示相關參數，在這里我們選用了 51 系列單片機中的 STC89C52 單片機作為系統(tǒng)的主控芯片。 STC89C52 有 40 個引腳， 4 個 8 位并行 I/O 口， 1 個全雙工異步串行口，同時內含 5 個中斷源， 2 個優(yōu)先級， 2 個 16 位定時 /計數器。 2. 片內數據存儲器 RAM(128B)，用以存放可以讀／寫的數據，如運算的中間結果、最終結果以及欲顯示的數據等， SST89 系列單片機最多提供 1K 的RAM。 SST 公司推出的 89 系列單片機分別集成了16K、 32K、 64K Flash 存儲器，可供用戶根據需要選用。 6. 五個中斷源的中斷控制系統(tǒng)。最高允許振蕩頻率為 12MHz。 要檢查振蕩電路是否正常工作，可用示波器查看 XTAL2 端是否有脈沖信號輸出。當此輸入端保持備用電源的輸入端。當 8051 上電正常工作后， ALE 引腳不斷向外輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率 fOSC 的 1/6。如有脈沖信號輸出，則8051/8031 基本上是好的。在訪問片外程序存儲器時，此端定時輸出負脈沖作為讀片外存儲器的選通信號。要檢查一個 8051/8031 小系統(tǒng)上電后 CPU 能否正常到 EPROM／ ROM 中讀取指令碼，也可用示波器看PSEN 端有無脈沖輸出。 當 輸入信號 EA 引腳接低電平 (接地 )時， CPU 只訪問外部 EPROM/ROM 并執(zhí)行外部程序存儲器中的指令，而不管是否有片內程序存儲器。作為漏極開路的輸出端口，每位能驅動 8 個 LS 型 TTL 負載。在此期間，P0 口內部上拉電阻有效。 P2 口 (～ ， 21~28 腳 )： P2 口是一個帶內部上拉電阻的 8 位準雙向I/O 口。 P3 口每位能驅動 4 個 LS 型 TTL 負載。 ： (INT1)外部中斷 1 輸入。 ： (RD)外部數據存儲器讀選通。 STC89C52 單片機內集成有兩個可編程的定時 /計數器： T0 和 T1，它們既可以工作于定時模式，也可以工作于外部事件計數模式，此外， T1 還可以作 為串行口的波特率發(fā)生器。 液晶原理介紹 14 液晶顯示器 (LCD)英文全稱為 Liquid Crystal Display，它一種是采用了液晶控制透光度技術來實現色彩的顯示器。本系統(tǒng)顯示部分用的是 LCD 液晶模塊，采用一個 162 的字符型液晶顯示模塊。 液晶模塊簡介 LCD1602 液晶模塊采用 HD44780 控 制器， hd44780 具有簡單而功能較強的指令集，可以實現字符移動，閃爍等功能， LM016L 與單片機 MCU 通訊可采用 8位或 4位并行傳輸兩種方式， hd44780控制器由兩個 8位寄存器，指令寄存器（ IR）和數據寄存器（ DR）忙標志（ BF），顯示數 RAM（ DDRAM），字符發(fā)生器 ROMA（ CGOROM）字符發(fā)生器 RAM（ CGRAM），地址計數器 RAM(AC)。用 STC89C52 的 P0 口作為數據線，用 、 、 分別作為 LCD 的 EN、 R/W、 RS。鍵盤模塊電路圖如圖 36 所示。 蜂鳴器模塊的電路圖如圖 37 所示。 光電傳感器 放大電路 有源濾波電路 整形電路 圖 38 放大整形電路框圖 傳感器 簡介 傳感器采用了紅外光電轉換器，作用是通過紅外光照射人的手指的血脈流動情況，把脈搏跳動轉換為電信號，其原理電路如圖 39 所示。 整形電路 經過放大濾波后的脈搏信號仍是不規(guī)則的脈沖信號，且有低頻干擾，仍不滿足計數器的要求，必須采用整形電路，這里選用了滯回電壓比較器，如 圖 311 所示，其目的是為了提高抗干擾能力。 DS1302 概述 DS1302 是美國 DALLAS 公司推出的一種高性能、低功耗、帶 RAM 的實時時鐘電路，它可以對年、月、日、星期、時、分、秒進行計時，具有閏年補償功能，工作電壓為 ～ 。 低功耗時鐘 芯片 DS1302 可以對年、月、日、時、分、秒進行計時，且具有閏年補償等多種功能。在測量控制系 統(tǒng)中，特別是長時間無人職守的測控系統(tǒng)中，經常需要記錄某些具有特殊意義的數據及其出現的時間。 DS1302 時鐘芯片包括實時時鐘 /日歷和 31 字節(jié)的靜態(tài) RAM。時鐘的運行可以采用 24h 或帶 AM（上午） /PM（下午）的 12h 格式。當 VCC2 大于VCC1+ 時， VCC2 給 DS1302 供電；當 VCC2 小于 VCC1 時， DS1302 由 VCC1供電。時鐘脈沖的個數在單字節(jié)方式下為 8 加 8，在多字節(jié)方式下為 8 19 加字節(jié)數，最大可達 248 字節(jié)數。 DS1302 的內部結構圖如圖 38所示。當 VCC2 大于 Vcc1＋ 時， VCC2 給 DS1302 供電。 RST 輸入有兩種功能：首先， RST 接通控制邏輯，允許地址 /命令序列送入移位寄存器；其次，RST 提供終止單字節(jié)或多字節(jié)數據的傳送手段。只有在 SCLK 為低電平時，才能將 RST 置為高電平。 20 圖 39 DS1302 引腳示意圖 VCC， GND直流電源通過這兩個引腳提 供給該器件， VCC 為 +5V 輸入，當提供的 5V 電源在正常范圍內器件能充分地被訪問，能對器件讀寫數據?？梢允侨我鈽藴实?3V 鋰電池或其它電源。 RTC 寄存器地址位于 00H 到 07h 處?？刂谱止?jié)的最高有效位（位 7）必須是邏輯1；如果它為邏輯 0，則不能把數據寫入到 DS1302 中?？刂谱止?jié)總是從最低位開始輸入 /輸出。在多字節(jié)方式中，讀或寫從地址 0 的位 0 開始。數據讀寫程序如圖 312 所示。所以，在初始化程序中，使能晶振（ CH 位 =0）是很重要的。當總線開始工作時，當前的時間信息被傳送給一串二級寄存器，時間信息然后從這些二級寄存器中讀取，而時鐘照常運行。當它為 1 時， DS1302 停止振蕩，進入低功耗的備份方式。它為高電平時，選擇 12[小 ]時方式。當方波輸出失效時，該位控制 SQW/OUT 引腳的輸出。當方波輸出的頻率設為 1Hz，則時鐘寄存器內容將在方波的下降沿更 新。 DS1302時鐘電路設計 實時時鐘芯片 DS1302 采用串行數據傳輸，可為掉電保護電源提供可編程的充電功能，也可以關閉充電功能，芯片采用 晶振 。接著是寫數據進時鐘芯片，首先先寫入一位數據字節(jié)，然后給 SCLK 引腳發(fā)送脈沖，一致循環(huán)寫入 8 次，這樣就可以把數據寫入，最終使復位引腳變低，這樣就可以完成一次時鐘芯片的一次操作。這兩類軟件的設計方法各有特色，執(zhí)行軟件的設計偏重算法效率，與硬件關系密切，千變萬化。首先根據系統(tǒng)功能和鍵盤設置選擇一種 最 適合的監(jiān)控程序結構。整個系統(tǒng)軟件可分為后臺程序（背景程序）和前臺程序。這如同當一名操作工人比較容易，而當一個廠長就比較難了。在各執(zhí)行模 塊進行定義時，將要牽扯到的數據結構和數據類型問題也一并規(guī)劃好。 軟件任務分析環(huán)節(jié)是為軟件設計做一個總體規(guī)劃。 VCC21X12X23GND4CE5I/O6SCLK7VCC18U2DS130210KR2+5V12Y1BT13V 圖 313 DS1302 時鐘電路 24 系統(tǒng)軟件總體設計 開 始初 始 化判 斷 是 否 按 下功 能 鍵 ？設 置 時 間 和 脈 搏 上下 限 等 參 數是 否 按下 測 量 按 鍵 ？開 啟 定 時 器測 量 脈 搏 信 號計 算 出 脈 搏 數并 在 液 晶 上 顯 示判 斷 是 否 超過 脈 搏 上 限或 下 限 ？驅 動 蜂 鳴 器 報 警判 斷 是 否 按 下停 止 按 鍵 ？關 閉 蜂 鳴 器是否否是是否是否 圖 41 系統(tǒng)流程圖 主程序流程圖如圖 41 所示，單片機上電后先進行初始化，清楚一些參數的初值，然后等待用戶按下對應的按鍵并進入對應的功能， 如果是則進入設置鬧鐘和時間以及脈搏上下限等參數，每個循環(huán)都會判斷用戶是否按下測量按鍵，按下則開啟定時器測量脈搏信號，在測量過程中時刻判斷用戶是否按下停 止按鍵，按下的停止計數，否則繼續(xù)測量，測量完成后計數出等效一分鐘的脈搏次數，并顯示出來 ,然后判斷是否超過用戶設定的上限次數和下限次數，有則驅動蜂鳴器報警，沒有則取消報警 . 25 調 用 自 定 義字 庫設 置 D D R A M 地址 ， 在 第 一行 顯 示設 置 顯 示 數據 首 地 址循 環(huán) 量 設 置取 字 符 代 碼循 環(huán) 完 ？設 置 D D R A M 地址 ， 在 第 一行 顯 示設 置 顯 示 數據 首 地 址循 環(huán) 量 設 置取 字 符 代 碼循 環(huán) 完 ？結 束 圖 42 LCD1602 初始化子函數流程圖 首先先調用液晶自定義的字庫，設置好 DDRAM 地址后在第一行顯示，根據程序中的數據設置顯示數據的首地址并設置循環(huán)量，在循環(huán)過程中不斷的取字符代碼直到終止，第二行的顯示過程同一行的顯示過程一樣，兩行顯示完畢后便結束子程序。當方波輸出使能時，這些位控制方波輸出的頻率。 SQWE：方波使能。 DS1302 控制寄存器用來控制 SQW/OUT 引腳的操作。當它為 0 時，時鐘將開始啟動。 DS1302 共有 12 個寄存器，其