【正文】 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。 程序設(shè)計 原理 軟件任務(wù)分析和硬件電路設(shè)計結(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)計基本定型后，也就基本上決定下來了。 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。在此方式下，位 5 是 AM/PM 位，此位是高電平時表示 PM， 低電平表示 AM，在 24[小 ]時方式下，位 5 為第二個 10[小 ]時位（ 20～ 23h）。當(dāng)在讀過程中，主寄存器內(nèi)容發(fā)生變化時，這樣可以避免再次讀寄存器的必要性。 圖 312 數(shù)據(jù)讀寫程序 22 通過讀取正確的寄存器字節(jié)能獲得正確的時鐘和日歷信息，實時時鐘寄存器如表 33 所示。 圖 311 控制字節(jié)的含義 為了提高對 32 個地址的尋址能力（地址 /命令位 1～ 5＝邏輯 1），可以把時鐘/日歷或 RAM 寄存器規(guī)定為多字節(jié)（ burst）方式。 RAM 寄存器地址位于 08h~3Fh。當(dāng) 3V 的電池被連至該器件且 VCC 低于 VBAT 時，對器件的讀寫被禁止，而計時功能照常進(jìn)行，不受低輸入電壓的影響。當(dāng) RST 為高電平時，所有的數(shù)據(jù)傳送被初始化，允許對 DS1302 進(jìn)行操作。 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。 DS1302 在任何數(shù)據(jù)傳送時必須先初始化，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。它經(jīng)過一個簡單的串行接口與微處理器通信。 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，能實現(xiàn)數(shù)據(jù)與出現(xiàn)該數(shù)據(jù)的時間同時記錄。集成運(yùn)放采用了 74HC14，除此外 74HC14 還接上了一個 LED 用作指示脈搏跳動的狀態(tài)。 1KR4+5VLS1蜂鳴器Q18550 圖 37 蜂鳴器驅(qū)動 電路圖 信號采集電路設(shè)計 此部分電路的功能是由傳感器將脈搏信號轉(zhuǎn)換為電信號，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。其中 EN 是下降沿觸發(fā)的片選信號， R/W 是讀寫信號， RS 是寄存器選擇信號本模塊設(shè)計要點(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。 點(diǎn)陣圖形式液晶由 M 行 N 列個顯示單元組成，假設(shè) LCD 顯示屏有 64行，每行有 128 列，每 8 列對應(yīng) 1 個字節(jié)的 8 個位，即每行由 16 字節(jié)，共 168=128 個點(diǎn)組成，屏上 6416 個顯示單元和顯示 RAM 區(qū) 1024 個字節(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)。 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計 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)、時鐘電路、復(fù)位電路組成，時鐘電路選用了 12MHZ 的晶振提供時鐘 ，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 30PF 的電容 ， 時鐘電路 作用為給單片機(jī)提供一個時間基準(zhǔn)，其中執(zhí)行一條基本指令需要的時間為一個機(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)有個充電的過程，為了保證復(fù)位成 功電容充放電時間要大于 2US，選擇了 10K 和 10UF 較為常規(guī)的值，充放電時間遠(yuǎn)大于 2US。 ： (T0)定時 /計數(shù)器 0 的外部計數(shù)輸入。 P 口每位能驅(qū)動 4 個 LS 型 TTL 負(fù)載。當(dāng) P0 口作為輸入口使用時，應(yīng)先向口鎖存器 (地址 80H)寫入全 1,此時 P0 口的全部引腳浮空，可作為高阻抗輸入。如有則說明基本上工作正常。 ALE 端的負(fù)載驅(qū)動能力為 8 個 LS 型 TTL(低功耗甚高速 TTL)負(fù)載。當(dāng)主電源 Vcc 發(fā)生故障，降低到低電平規(guī)定值時，將＋ 5V 電源自動兩個機(jī)器周期 (24 個時鐘振蕩周期 )的高電平時，就可以完成復(fù)位操作。 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。 4. 四個 8 位并行 I／ O 接口 P0~P3，每個口既可以用作輸入，也可以用作輸出。 STC89C52 的存儲器系統(tǒng)由 4K 的程序存儲器 (掩膜 ROM)，和 128B 的數(shù)據(jù)存儲器 (RAM)組成。 因此本設(shè)計中采用方案二中的 DS1302 作為時鐘模塊。 時鐘芯片的 選型 和論證 方案一： 直接采用單片機(jī)定時計數(shù)器提供秒信號，使用程序?qū)崿F(xiàn)時間計數(shù)。但是由于數(shù)碼管動態(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)試時往往有很多障礙，所以不采用 LED 數(shù)碼管作為顯示。 8 2. 總體方案論證與設(shè)計 根據(jù)所要實現(xiàn)的功能劃分，系統(tǒng)一共需要以下幾個模塊：主控模塊、顯示模塊、 信號采集電路 ，以下就針對這幾個模塊的選型和論證進(jìn)行討論。 小波變換 (WT)：是另外一種重要的線性時頻表示 ,它在時頻平面上具有可變的時間和頻率分辨率 ,把 FT 中的正弦基函數(shù)修改成在整個時頻平面上具有可變時頻分辨率的基函數(shù) ,使得它在高 頻區(qū)域能夠提供高的時間分辨率 ,而在低頻區(qū)域能夠提供高的頻率分辨率。與時域分析不同 , 脈搏信號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)對脈搏信號進(jìn)行分析 , 初步取得了有意義的結(jié)果。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。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)計和具體實現(xiàn)。心率過快超過 160 次 /分，或低于 40 次 /分，大多見于心臟病病人，病人常有心悸、胸悶、心 6 前區(qū)不適，應(yīng)及早進(jìn)行詳細(xì)檢查，以便針對病因進(jìn)行治療。正常成年人安靜時的心率 有顯著的個體差異，平均在 75 次 /分左右 (60— 100 次 /分之間 )。但自古以來中醫(yī)獨(dú)特的診斷方法及治病的療效總是籠罩著一層神秘的面紗。而脈搏的病理生理性改變常引發(fā)各種心血管事件，脈搏生理性能的改變可以先于疾病臨床癥狀出現(xiàn)，通過對脈搏的檢測可以對如高血壓和糖尿病等引起的血管病變進(jìn)行評估。時域分析法包括直觀形態(tài)法、多因素識脈法、脈象速率圖法、脈圖面積法、直觀形態(tài)法。對脈搏信號的分析主要包括以下方面 : (1）脈 搏信號檢測與提取 用脈搏記錄儀器描繪脈搏波圖像已有百余年的歷史。 1860 年法國人研制了杠桿脈搏描記器，成為現(xiàn)代脈象描記的基礎(chǔ)。 2 學(xué)術(shù)價值和現(xiàn)實意義 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。同時脈搏測量還為血壓測量，血流測量及其他某些生理檢測技術(shù)提供了一種生理參考信號。中醫(yī)一直是靠手指獲取脈搏信息 , 這難免存在許多主觀臆斷因素 , 況且這種用手指切脈的技巧很難掌握 ,因此人們迫切期望盡早實現(xiàn)脈診的科學(xué)化和現(xiàn)代化。初生兒的心率很快，可達(dá) 130 次 /分以上。對某些陣發(fā)性心率過速或過緩，往往在就醫(yī)時測試出心率正常，以至使醫(yī)生無法確診，所以我們設(shè)計出這種可以隨時進(jìn)行心率測量的心率計，不僅可以隨時地監(jiān)測一個人的健康狀況，而且為醫(yī)生對這種病癥的確診提供證據(jù)。 研究概況及發(fā)展趨勢綜述 脈搏系統(tǒng)和脈搏信息的研究包括兩大方面 : 一是理論分析與計算 (即建模方面 )；二是信號檢測與分析。從測量原理上講，脈象傳感器可分為機(jī)械式、壓電式、光電容式等多種。這種從頻域和能量的角度來分析脈搏信號的思想是十分正確的。小波變換這種獨(dú)特的能力使其成為分析脈搏這種非平穩(wěn)信號的有力工具。 主控模塊的選型和論證 方案一： 采用 MSP430 系列單片機(jī)，該單片機(jī)是 TI 公司 1996 年開始推向市場的一種16 位超低功耗的混合信號處理器。 方案三： 采用 LCD 液晶顯示屏，液晶顯示屏的顯示功能強(qiáng)大，可顯示大量文字，圖形，顯示多樣，清晰可見，對于本設(shè)計而言一個 LCD1602 的液晶屏即可，價格也還能接受，需要的借口線較多，但會給調(diào)試帶來諸多方便。采用此種方案雖然可以減少時鐘芯片的使用，節(jié)約成本，但是，實現(xiàn)的時間誤差較大。 系統(tǒng)整體設(shè)計概述 主 控 模 塊單 片 機(jī)蜂 鳴 器 模 塊液 晶 顯 示 模 塊L C D 1 6 0 2時 鐘 模 塊D S 1 3 0 2光 電 傳 感 器 放 大 整 形 濾 波 電 路 按 鍵 模 塊 圖 1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 STC89C5按鍵、 LCD160光電傳感器、 時鐘模塊、 運(yùn)放等構(gòu)成，系統(tǒng)設(shè)有四個按鍵，可以設(shè)置上下限脈搏數(shù)，當(dāng)超過范圍的時候單片機(jī)會驅(qū)動蜂鳴器發(fā)響，脈搏測量的時候需要人把手輕輕的按在光電傳感器上面，由于人脈搏跳動的時候，血液的透光性不一樣會導(dǎo)致接收器那邊接收的信號強(qiáng)弱不一 樣，間接的把人脈搏信號傳回，通過運(yùn)放對其進(jìn)行放大、整形后連接到單片機(jī)的 IO 口，單片機(jī)利用外部中斷對其進(jìn)行計數(shù)，最終換算成人一分鐘脈搏的跳動次數(shù)，最終顯示在液晶屏上。 STC89C52 單片機(jī) 的基本組成框圖見圖 31。 5. 兩個定時器／計數(shù)器，每個定時器／計數(shù)器都可以設(shè)置成計數(shù)方式，用以對外部事件進(jìn)行計數(shù)，也可以設(shè)置成定時方式，并可以根據(jù)計數(shù)或定時的結(jié)果 11 實現(xiàn)計算機(jī)控制。 12345678RESET91011121314151617XTAL218XTAL119VSS202122232425262728PSEN29ALE30EA313233343536373839VCC40U5單片機(jī) 圖 32 STC89C52 單片機(jī)管腳圖 部分引腳說明： 鐘電路引腳 XTAL1 和 XTAL2： XTAL2(18 腳 )：接外部晶體和微調(diào)電容的一端；片內(nèi)它是振蕩電路反相放大器的輸出端，振蕩電路的頻率就是晶體固有頻率。RST 引腳的第二功能是 VPD,即接入 RST 端，為 RAM 提供備用電源，以保證存儲在 RAM 中的信息不丟失，從而合復(fù)位后能繼續(xù)正常運(yùn)行。 此引腳的第二功能 PROG 在對片內(nèi)帶有 4KB EPROM 的 8751 編程寫入 (固化程序 )時，作為編程脈沖輸入端。 EA/Vpp(31 腳 )：外部程序存儲器地址允許輸入端 /固化編程電壓輸入端。作輸入口使用時要先寫 1,這就是準(zhǔn)雙向口的含義。在訪問片外 EPROM/RAM 時，它輸出高 8 位地址。 ： (T1)定時 /計數(shù)器 1 的外部計數(shù)輸入。圖中 10K 排阻為 P0 口的上拉電阻，由于 P0 口跟其他 IO 結(jié)構(gòu)不一樣為漏極開路的結(jié)構(gòu)，因此要加上拉電阻才能正常使用。一個字符由 68 或 88 點(diǎn)陣組成，即要找到和屏上某幾個位置對應(yīng)的顯示 RAM 區(qū)的 8 個字節(jié)，并且要使每個字節(jié)的不同的位為 ‘1’，其它的為 ‘0’，為 ‘1’的點(diǎn)亮，為 ‘0’的點(diǎn)暗，這樣一來就組成某個字符。向 LCD 的顯示緩沖區(qū)中送字符，程序中采用 2 個字符數(shù)組，一個顯示字符，另一個顯示電壓數(shù)據(jù)，要顯示的字符或數(shù)據(jù)被送到相應(yīng)的數(shù)組中，完成后再統(tǒng)一顯示 .首先取一個要顯示的字符或數(shù)據(jù)送到 LCD的顯示緩沖區(qū)，程序延時 ,判斷是否夠顯 示的個數(shù)，不夠則地址加一取下一個要顯示的字符或數(shù)據(jù)。放大后的信號波形是不規(guī)則的脈沖信 號，因此必須加以濾波整形，整形電路的輸出電壓應(yīng)滿足計數(shù)器的要求。 1A11Y22A32Y43A53Y6GND74Y84A95Y105A116Y126A13VCC14U174HC14VCC