【正文】 針對病因進(jìn)行治療。 傳統(tǒng)的脈搏測量采用脈診方式 ,中醫(yī)脈象診斷技術(shù)就是脈搏測量在中醫(yī)上卓有成效的應(yīng)用 ,但是受人為的影響因素較大 ,測量精度不高。光電式脈搏傳感器具有結(jié)構(gòu)簡單、無損傷、可重復(fù)好等優(yōu)點(diǎn) ,本文討論的就是基于光電式脈搏傳感器的設(shè)計(jì)和具體實(shí)現(xiàn)。對脈搏信號(hào)的分析主要包括以下方面 : （ 1）脈搏信號(hào)檢測與提取 用脈搏記錄儀器描繪脈搏波圖像已有百余年的歷史。近十多年來，已經(jīng)研制出了許多性能各異的脈象儀，各類脈搏描記器最關(guān)鍵和差異較大的部分就是脈象傳感器的研制。 時(shí)域分析法：目前國內(nèi)對脈象信號(hào)的特征提取方法 ,多數(shù)采用時(shí)域分析法 ,即在時(shí)間方向上分析波動(dòng)信號(hào)的動(dòng)態(tài)特征 ,通過對主波、重搏前波、重搏波的高度、比值、時(shí)值、夾角、面積值的參量分析 ,找出某些特征與脈象變化的內(nèi)在聯(lián)系。與時(shí)域分析不同 , 脈搏信號(hào)的頻域特征可分辨性好 , 因此 80 年代以來國內(nèi)外一些學(xué)者開始在頻域內(nèi)對脈搏信號(hào)進(jìn)行分析 , 初步取得了有意義的結(jié)果。常用的時(shí)頻表示方法有短時(shí)傅立葉變換和小 波變換 (WT) 。 小波變換 (WT)：是另外一種重要的線性時(shí)頻表示 ,它在時(shí)頻平面上具有可變的時(shí)間和頻率分辨率 ,把 FT 中的正弦基函數(shù)修改成在整個(gè)時(shí)頻平面上具有可變時(shí)頻分辨率的基函數(shù) ,使得它在高 頻區(qū)域能夠提供高的時(shí)間分辨率 ,而在低頻區(qū)域能夠提供高的頻率分辨率。 能實(shí)現(xiàn)以下幾種功能： （ 1） 鍵盤掃描 ， 通過單片機(jī)檢測用戶按下的是哪個(gè)按鍵并執(zhí)行相應(yīng)的功能。 8 2. 總體方案論證與設(shè)計(jì) 根據(jù)所要實(shí)現(xiàn)的功能劃分，系統(tǒng)一共需要以下幾個(gè)模塊：主控模塊、顯示模塊、 信號(hào)采集電路 ，以下就針對這幾個(gè)模塊的選型和論證進(jìn)行討論。 方案二 采用 51 系 列的單片機(jī)，該單片機(jī)是一個(gè)高可靠性，超低價(jià)，無法解密，高性能的 8 位單片機(jī)， 32 個(gè) IO 口，且 STC 系列的單片機(jī)可以在線編程、調(diào)試，方便地實(shí)現(xiàn)程序的下載與整機(jī)的調(diào)試。但是由于數(shù)碼管動(dòng)態(tài)掃描需要借助 74LS164 移位寄存器進(jìn)行移位，該芯片在電路調(diào)試時(shí)往往有很多障礙，所以不采用 LED 數(shù)碼管作為顯示。所謂壓電效應(yīng)是指某些電介質(zhì)在受到某一方向的外力作用而發(fā)生形變（包括彎曲和伸縮形變）時(shí)，由于內(nèi)部電荷的極化現(xiàn)象，會(huì)在其表面產(chǎn)生電荷的現(xiàn)象。 時(shí)鐘芯片的 選型 和論證 方案一： 直接采用單片機(jī)定時(shí)計(jì)數(shù)器提供秒信號(hào)，使用程序?qū)崿F(xiàn)時(shí)間計(jì)數(shù)。 DS1302 內(nèi)部有一個(gè) 31*8 的用于臨時(shí)存放數(shù)據(jù)的 RAM 存儲(chǔ)器。 因此本設(shè)計(jì)中采用方案二中的 DS1302 作為時(shí)鐘模塊。 51 系列 單片機(jī)最初是由 Intel 公司開發(fā)設(shè)計(jì)的，但后來 Intel 公司 把 51 核的設(shè)計(jì)方案賣給了幾家大的電子設(shè)計(jì)生產(chǎn)商，譬如 SST、 Philip、 Atmel 等大公司。 STC89C52 的存儲(chǔ)器系統(tǒng)由 4K 的程序存儲(chǔ)器 (掩膜 ROM)，和 128B 的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 (RAM)組成。 3. 片內(nèi)程序存儲(chǔ)器 ROM(4KB)，用以存放程序、一些原始數(shù)據(jù)和表格。 4. 四個(gè) 8 位并行 I／ O 接口 P0~P3，每個(gè)口既可以用作輸入，也可以用作輸出?，F(xiàn)在新推出的單片機(jī)都不只 5 個(gè)中斷源，例如 SST89E58RD 就有 9 個(gè)中斷源。 SST89V58RD 最高允許振蕩頻率達(dá) 40MHz，因而大大的提高了指令的執(zhí)行速度。 XTAL1(19 腳 )：接外部晶體和微調(diào)電容的另一端；在片內(nèi)它是振蕩電路反相放大器的輸入端。當(dāng)主電源 Vcc 發(fā)生故障，降低到低電平規(guī)定值時(shí)，將＋ 5V 電源自動(dòng)兩個(gè)機(jī)器周期 (24 個(gè)時(shí)鐘振蕩周期 )的高電平時(shí)，就可以完成復(fù)位操作。 CPU 訪問片 12 外存儲(chǔ)器時(shí)， ALE 輸出 信號(hào)作為鎖存低 8 位地址的控制信號(hào)。 ALE 端的負(fù)載驅(qū)動(dòng)能力為 8 個(gè) LS 型 TTL(低功耗甚高速 TTL)負(fù)載。此引肢接 EPROM 的 OE 端 (見后面幾章任何一個(gè)小系統(tǒng)硬件圖 )。如有則說明基本上工作正常。對于無片內(nèi) ROM 的 8031 或 8032,需外擴(kuò) EPROM，此時(shí)必須將 EA 引腳接地。當(dāng) P0 口作為輸入口使用時(shí)，應(yīng)先向口鎖存器 (地址 80H)寫入全 1,此時(shí) P0 口的全部引腳浮空，可作為高阻抗輸入。 P1 口 (～ ， 1~8 腳 )： P1 口是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位準(zhǔn)雙向 I/O口。 P 口每位能驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) LS 型 TTL 負(fù)載。 P3 口與其它 I/O 端口有很大的區(qū)別，它的每個(gè)引腳都有第二功能，如下： ： (RXD)串行數(shù)據(jù)接收。 ： (T0)定時(shí) /計(jì)數(shù)器 0 的外部計(jì)數(shù)輸入。 STC89C52 單片機(jī)的中斷系統(tǒng) STC89C52 系列單片機(jī)的中斷系統(tǒng)有 5 個(gè)中斷源， 2 個(gè)優(yōu)先級(jí)，可以實(shí)現(xiàn)二級(jí)中斷服務(wù)嵌套。 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) 12345678RESET91011121314151617XTAL218XTAL119VSS202122232425262728PSEN29ALE30EA313233343536373839VCC40U1單片機(jī)+5V12Y212MHZ30pFC330pFC41 2 3 4 5 6 7 8 9P1 10K 排阻+5VS1SWPB10KR310uFC2+5V 圖 33 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路圖 圖 33 為單片機(jī)最小系統(tǒng)電路圖，單片機(jī)最小系統(tǒng)有單片機(jī)、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路組成，時(shí)鐘電路選用了 12MHZ 的晶振提供時(shí)鐘 ，根據(jù)官網(wǎng)的數(shù)據(jù)手冊，要讓晶振起振還要配備 2 個(gè) 30PF 的電容 ， 時(shí)鐘電路 作用為給單片機(jī)提供一個(gè)時(shí)間基準(zhǔn)，其中執(zhí)行一條基本指令需要的時(shí)間為一個(gè)機(jī)器周期，單片機(jī)的復(fù)位電路 可以對單片機(jī)進(jìn)行復(fù)位 ，按下復(fù)位按鍵之后可以使單片機(jī)進(jìn)入剛上電的起始狀態(tài) ，這里 RC 電路的作用就是讓單片機(jī)有個(gè)充電的過程，為了保證復(fù)位成 功電容充放電時(shí)間要大于 2US，選擇了 10K 和 10UF 較為常規(guī)的值，充放電時(shí)間遠(yuǎn)大于 2US。和 CRT 顯 示器相比， LCD 的優(yōu)點(diǎn)是很明顯的。 點(diǎn)陣圖形式液晶由 M 行 N 列個(gè)顯示單元組成，假設(shè) LCD 顯示屏有 64行，每行有 128 列，每 8 列對應(yīng) 1 個(gè)字節(jié)的 8 個(gè)位，即每行由 16 字節(jié)，共 168=128 個(gè)點(diǎn)組成，屏上 6416 個(gè)顯示單元和顯示 RAM 區(qū) 1024 個(gè)字節(jié)相對應(yīng) ，每一字節(jié)的內(nèi)容和屏上相應(yīng)位置的亮暗對應(yīng)。 IR 用于寄存指令碼，只能寫入不能讀出， DR 用于寄存數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)由內(nèi)部操作自動(dòng)寫入DDRAM 和 CGRAM,或者暫存從 DDRAM 和 CGRAM 讀出的數(shù)據(jù)， BF 為 1 時(shí)，液晶模塊處于內(nèi)部模式，不響應(yīng)外部操作指令和接受數(shù)據(jù)， DDTAM 用來存儲(chǔ)顯示的字符，能存儲(chǔ) 80 個(gè)字符碼， CGROM 由 8 位字符碼生成 5*7 點(diǎn)陣字符 160 中和 5*10 點(diǎn)陣字符 32種 .8 位字符編碼和字符的對應(yīng)關(guān)系， CGRAM 是為用戶編寫特殊字符留用的，它的容量僅 64 字節(jié)，可以自定義 8 個(gè) 5*7 點(diǎn)陣字符或者 4 個(gè)5*10 點(diǎn)陣字符， AC 可以存儲(chǔ) DDRAM 和 CGRAM 的地址，如果地址碼隨指令寫入 IR,則 IR 自動(dòng)把地址碼裝入 AC，同時(shí)選擇 DDRAM 或 CGRAM， LCD1602 液晶 模塊的引腳圖如圖 34 所示。其中 EN 是下降沿觸發(fā)的片選信號(hào)， R/W 是讀寫信號(hào)， RS 是寄存器選擇信號(hào)本模塊設(shè)計(jì)要點(diǎn)如下：顯示模塊初始化：首先清屏，再設(shè)置接口數(shù)據(jù)位為 8 位，顯示行數(shù)為 1 行，字型為 57 點(diǎn)陣，然后設(shè)置為整體顯示，取消光標(biāo)和字體閃爍 ,最后設(shè)置為正向增量方式且不移位。 16 12345678RESET91011121314151617XTAL218XTAL119VSS202122232425262728PSEN29ALE30EA313233343536373839VCC40U2單片機(jī)12Y112MHZ30pFC830pFC9S2SWPBS3SWPBS4SWPBS5SWPB 圖 36 鍵盤 模塊 電路圖 蜂鳴器模塊設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)還帶有 脈搏超出設(shè)定范圍報(bào)警的功能 ， 當(dāng)檢測到當(dāng)前的脈搏跳動(dòng)次數(shù)超出用戶所設(shè)定的上限或者下限的時(shí)候 ，單片機(jī)就可以 驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)聲。 1KR4+5VLS1蜂鳴器Q18550 圖 37 蜂鳴器驅(qū)動(dòng) 電路圖 信號(hào)采集電路設(shè)計(jì) 此部分電路的功能是由傳感器將脈搏信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，一般為幾十毫伏，必須加以放大，以達(dá)到整形電路所需的電壓，一般為幾伏。 17 D1LED0MK1光電二極管150RR1+5VAGND33KR2+5VAGND 圖 39 傳感器信號(hào)調(diào)節(jié)原理電路 如圖 39 中，紅外管 VD 采用 ST188。集成運(yùn)放采用了 74HC14，除此外 74HC14 還接上了一個(gè) LED 用作指示脈搏跳動(dòng)的狀態(tài)。采用三線接口與 CPU 進(jìn)行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個(gè)字節(jié)的時(shí)鐘信號(hào)或 RAM 數(shù)據(jù)。 DS1302 用于數(shù)據(jù)記錄，特別是對某些具有特殊意義的數(shù)據(jù)點(diǎn)的記錄上，能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)與出現(xiàn)該數(shù)據(jù)的時(shí)間同時(shí)記錄。記錄及分析這些特殊意義的數(shù)據(jù)，對測控系統(tǒng)的性能分析及正常運(yùn)行具有重要的意義。它經(jīng)過一個(gè)簡單的串行接口與微處理器通信。采用三線接口與 CPU進(jìn)行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個(gè)字節(jié)的時(shí)鐘信號(hào)或 RAM數(shù)據(jù)。 DS1302 在任何數(shù)據(jù)傳送時(shí)必須先初始化，把 RST 腳置為高電平，然后把 8位地址和命令字裝入移位寄存器，數(shù)據(jù)在 SCLK 的上升沿被輸入。 如果在傳送過程中置 RST 為低電平，則會(huì)終止本次數(shù)據(jù)傳送，并且 I/O 引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。 圖 38 DS1302 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 DS1302 的引腳排列 ,其中 VCC1 為后備電源， VCC2 為主電源。當(dāng) VCC2 小于 VCC1時(shí)， DS1302 由 VCC1 供電。當(dāng) RST 為高電平時(shí)，所有的數(shù)據(jù)傳送被初始化，允許對 DS1302 進(jìn)行操作。 I/O為串行數(shù)據(jù)輸入輸出端 (雙向 )。當(dāng) 3V 的電池被連至該器件且 VCC 低于 VBAT 時(shí)，對器件的讀寫被禁止，而計(jì)時(shí)功能照常進(jìn)行，不受低輸入電壓的影響。為了器件能夠正常工作，電池電壓必須限制在 ～ 之間。 RAM 寄存器地址位于 08h~3Fh。位 6 如果為 0，則表示存取日歷時(shí)鐘數(shù)據(jù)；為 1 表示存取 RAM 數(shù)據(jù)。 圖 311 控制字節(jié)的含義 為了提高對 32 個(gè)地址的尋址能力（地址 /命令位 1～ 5＝邏輯 1），可以把時(shí)鐘/日歷或 RAM 寄存器規(guī)定為多字節(jié)（ burst）方式。必須按數(shù)據(jù)傳送的次序?qū)懽钕鹊?8 個(gè)寄存器。 圖 312 數(shù)據(jù)讀寫程序 22 通過讀取正確的寄存器字節(jié)能獲得正確的時(shí)鐘和日歷信息，實(shí)時(shí)時(shí)鐘寄存器如表 33 所示。 DS1302 可以運(yùn)行在 12 小時(shí)或 24 小時(shí)模式，小時(shí)寄存器的位 7 被定義為作為 12 小時(shí)或 24 小時(shí)模式選擇位。當(dāng)在讀過程中，主寄存器內(nèi)容發(fā)生變化時(shí)，這樣可以避免再次讀寄存器的必要性。通常在對 DS1302 進(jìn)行寫操作時(shí)（如進(jìn)入時(shí)鐘調(diào)整程序），停止振蕩。在此方式下，位 5 是 AM/PM 位，此位是高電平時(shí)表示 PM， 低電平表示 AM，在 24[小 ]時(shí)方式下，位 5 為第二個(gè) 10[小 ]時(shí)位（ 20～ 23h）。如果 SQWE=0，若 OUT=1 則 SQW/OUT 引腳的邏輯電平為 1，而 OUT=0 則SQW/OUT 引腳的邏輯電平為 0。 表 34 方波輸出頻率 23 RS1 RS0 SQW OUTPUT FREQUENCY 0 0 1 Hz 0 1 KHz 1 0 KHz 1 1 KHz RS:速率選擇。單片機(jī)通過時(shí) 序可以讀出時(shí)鐘芯片內(nèi)部的相關(guān)時(shí)間信息， DS1302 的時(shí)鐘電路如圖 313 所示。 程序設(shè)計(jì) 原理 軟件任務(wù)分析和硬件電路設(shè)計(jì)結(jié)合進(jìn)行，哪些功能由硬件完成，哪些任務(wù) 由 27 軟件完成，在硬件電路設(shè)計(jì)基本定型后，也就基本上決定下來了。 軟件任務(wù)分析時(shí)，應(yīng)將各執(zhí)行模塊一一列出，并為每一個(gè)執(zhí)行模塊進(jìn)行功能定義和接口定義（輸入輸出定義）。相對來講，執(zhí)行模塊任務(wù)明確單純，比較容易編程 ， 而監(jiān)控程序較易出問題。后臺(tái)程序指主程序及其調(diào)用的子程序，這類程序?qū)?shí)時(shí)性要求不是太高，延誤幾十 ms 甚至幾百 ms 也沒關(guān)系，故通常將監(jiān)控程序（鍵盤解釋 程序），顯示程序和打印程序等與操作