【正文】 使設(shè)計(jì)者可以根據(jù)自己的需要設(shè)哈爾濱工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 32 計(jì)焊點(diǎn)。 ④ 版本控制 ：設(shè)計(jì)者 可直接由 Protel 設(shè)計(jì)管理器轉(zhuǎn)換到其他設(shè)計(jì)系統(tǒng)，這樣可 更方便更快捷 地 實(shí)現(xiàn) Protel DXP 20xx 中的設(shè)計(jì)與其他軟件共享 的目的 。 ③ 文件管理新的模式 ： Protel DXP 20xx 提供三種文件管理模式。 ② 強(qiáng)化設(shè)計(jì)驗(yàn)證 ： 在 Protel DXP 20xx 中強(qiáng)化了設(shè)計(jì)驗(yàn)證的功能，讓電路 板 與電路 圖 之間的轉(zhuǎn)換更 加 準(zhǔn)確，同時對交互參考的操作也更容易 更簡便 。 仿真初始化電路如圖 59 所示，仿真電路如圖 510所示。 （ 2）能夠提供的調(diào)試手段， Proteus 提供了比較豐富的測試信號來用于對電路的測試。 （ 3）互動的電路仿真。 無論是 從 電路 原理布圖、代碼調(diào)試到單片機(jī)與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到 PCB 設(shè)計(jì)，真正 意義上的 實(shí)現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計(jì) 方案 。Source Group139。 當(dāng)脈搏檢測系統(tǒng)與中央監(jiān)測系統(tǒng)或計(jì)算機(jī)進(jìn)行實(shí)時數(shù)據(jù)傳輸時，通過設(shè)置定時器T3 的控制寄存器 T3CON 為 86H， T3FD 為 08H，得到 9600 的串口串列傳輸速率。對這四個寄存器都進(jìn)行初始化，自動裝載值為 0FFCAH。 本系統(tǒng)硬件平臺的核心是 AT89C2051 芯片，其芯片內(nèi)微控制器是一個優(yōu)化的單指令周期 8051 閃存 MCU，它的指令系統(tǒng) 保持與 8051 指令系統(tǒng)兼容。程序流程圖如圖 41 所示。電路主要完成 的工作是 對于前面采集處理得到 的 脈搏信號 進(jìn)行計(jì) 算 和顯示。為了 加強(qiáng)輸出脈沖的穩(wěn)定性 ，在電路的 電路設(shè)計(jì) 過程中 是將此脈沖輸入到單穩(wěn)多諧振蕩器 LM324_c 的反相輸入端，并利用 LM324_c 的輸出 脈沖來 作為后極 單片機(jī) 工作的實(shí)際使用脈沖。為了防止信號因外界高頻信號干擾而導(dǎo)致檢測結(jié)果出現(xiàn)誤差，因此，必 須先將信號進(jìn)行低通濾波處理，以便能使絕大部分的高頻干擾被濾除。 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 脈搏信號 處理電路 為了從脈搏信號中得到有關(guān)人體的生理、病理信息，需要對采集的脈搏信號進(jìn)行處理。 圖 38 脈搏采集電路圖 脈搏信號采集的基本原理：在人體心臟的不斷地跳動過程中，人體各個組織的半透明度會隨著心臟的跳動而發(fā)生改變，當(dāng)血液被送到人體的組織時，人體組織的半透明度會減?。划?dāng)血液流回到心臟時，人體組織的半透明度會隨之增大。 圖 35 7809 外形引腳圖 7809 主要特點(diǎn)：輸出電流為 1A；輸出電壓為 9V；具有過熱保護(hù)、短路保護(hù)、輸出晶體管 SOA 保護(hù)等功能。LM324 采用 14 腳雙列直插塑膠封裝 ， 引腳排列如圖 34 所示： 圖 33 運(yùn)算放大器 圖 34 LM324 引腳圖 由于 LM324 四運(yùn)放電路具有電源電壓范圍寬，可單電源使用，靜態(tài)功耗小， 價(jià)格便宜 等優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用在各種 放大 電路中?？臻e方 可以 停止 CPU 工作但允許定時器 /計(jì)數(shù)器、 程序存儲器 RAM、中斷系統(tǒng) 和 串行工作口繼續(xù)工作。振蕩器正在運(yùn)行時，持續(xù)給 RST 引腳兩個機(jī)器 周期 的高電平便可完成復(fù)位。 ④ P3 口： P3 口的引腳 ~ 和 是七個雙向 I/O 口，它們都帶有內(nèi)部上拉電阻。 （ 1） AT89C2051 引腳簡介，引腳圖如圖 31 所示。 光電式脈搏傳感器是當(dāng)今世界比較先進(jìn)的脈搏傳感器，由于剛被人們使用，技術(shù)不是很成熟，是一項(xiàng)新興的光電技術(shù)，還有很多方面需要完善，目前被應(yīng)用的并不是很多，但其結(jié)構(gòu)比較簡單，只需一個光源和一個光敏器件就能實(shí)現(xiàn)，操作 簡單，只需將手指放于光源和光敏器件之間就能實(shí)現(xiàn)對脈搏的測量，可以用于個人使用和家庭使用，這種傳感器可以自己完成制作且容易實(shí)現(xiàn)，不需要花太多的錢去買，精確度高。當(dāng)恒定波長的光照射到人體組織上時，通過人體組織吸收、反射衰減后測量 到的光強(qiáng)將在一定程度上反映了被照射部位組織結(jié)構(gòu)特征 [14]。二是將微弱電荷轉(zhuǎn)換成電壓信號并放大。 （ 6）分析調(diào)試中遇到的問題 并找到解決的方案 。 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 下面是收集的一些資料： 1998 年國科技大學(xué)的朱國富等人研制了袖珍式脈搏測量儀，采用了光電傳感器采集脈搏數(shù)據(jù) [2]。在他們的研究論文中也有對脈搏測量儀功能設(shè)計(jì)方面的很多重要突破的記載，而現(xiàn)在很多研發(fā)公司在脈搏測量儀產(chǎn)品的研發(fā)和生產(chǎn)方面，也在不斷地創(chuàng)新，市面上多種多樣的測量儀相繼出現(xiàn)在世人面前。 在我們的日常生活中，為事業(yè)為生活我們四處奔波，緊張的工作，勞累一段時間之后，我們都會擔(dān)心我們的身體會因?yàn)閯诶圻^度等原因造成一定的損傷，這時候，我們會選擇去醫(yī)院做一個身體檢查，到醫(yī)院以后，醫(yī)生或者護(hù)士都會通過把脈、做心電圖、胸透等方法對我們的身體進(jìn)行全面的檢查，通過分析脈象和心電圖來對我們的身體狀況作出判斷。脈診一直是醫(yī)生診斷疾病的重要手段之一，但受人為因素的影響很大。這種測量儀具有精確度高，體積小，價(jià)格便宜，易于操作等特點(diǎn)，特別適合于個人使用和家庭使用，給我們的生活帶來極大方便，讓我們第一時間對自己的身體狀況有進(jìn)一步的了解。 現(xiàn)在社會各界都提出一種叫做無創(chuàng)測量 （ noninvasive measurements）又稱為非入侵式測量或間接測量，其最重要的特征就是測量的探測部分不侵入人體內(nèi)，不會對人的身體造成損傷，通過 對體表器官的檢測間接測量人體的生理和升華參數(shù)，醫(yī)學(xué)傳感器是獲取生物信息并將其轉(zhuǎn)換成易于測量和處理信號的一個關(guān)鍵器件。早在 1969 年 10 月，世界上最先運(yùn)用光敏器件開發(fā)光電傳感器的公司日本神視株式社會正式成立，此后國外很多大公司越來越重視利用光電傳感器實(shí)現(xiàn)脈搏信息的無創(chuàng)傷檢測的研究。 （ 3）連接每個功能模塊并且生成總體電 路圖。 采用壓電式脈搏傳感器 1969 年 Kawai 發(fā)現(xiàn)經(jīng)過高倍率拉伸和高電場下極化真空蒸發(fā)金屬電極后的 PVDF（聚偏氟乙烯）薄膜具有明顯的壓電特性。壓電式原理采集信號，模擬信號輸出，輸出同步于脈搏波動的脈沖信號，脈搏波動一次輸出一正脈沖。 光電式脈搏傳感器充分利用了光的特點(diǎn)，結(jié)構(gòu)比較簡單，由一個光源和一個光敏器件組成，操作簡單，只需將手指放入光源和光敏器件中間，光會穿透人的手指被光 敏器件檢測到，血液是高度不透明的液體，光照在一般組織中的穿透性要比在血液中的穿透性高出幾十倍，根據(jù)這個特點(diǎn)，光電式脈搏傳感器采用的是透射式光電效應(yīng)對手指進(jìn)行脈搏信號的拾取，這里使用的光敏器件是加了反向偏壓的光敏二極管，這種光敏二極管的反向電流具有隨光照強(qiáng)度增加而增加的光電效應(yīng)特性，在一定的光照強(qiáng)度范圍內(nèi)，光敏二極管的反向電流與光照強(qiáng)度呈線性關(guān)系，人體的皮膚、肌肉、骨骼對光的吸收頻率是恒定不變的，而人體血管中的血液濃度會隨著心臟的跳動而呈周期性的變化，光源和光敏二極管分別放置在手指尖端的兩側(cè)，光源發(fā)出的光照射 到指端，當(dāng)指端血管的血液容積和透光度隨心搏的改變而改變時，另一端的光敏二極管接收到的光照強(qiáng)度也會隨之發(fā)生改變，使得光敏二極管產(chǎn)生的光電流也產(chǎn)生相應(yīng)的變化，由于心臟跳動是呈周期性的，因此血管中的血液濃度也會呈周期性的變化，由此光敏二極管接收到得光照強(qiáng)度也呈周期性變化，光敏二極管將會產(chǎn)生脈沖電信號，這種脈沖電信號信號通過信號的放大、檢波、濾波最后通過傳輸設(shè)備傳入單片機(jī)進(jìn)行相應(yīng)處理和 A/D 轉(zhuǎn)換，最后通過傳輸設(shè)備傳入數(shù)碼管和播報(bào)器顯示出測量結(jié)果。 AT89C2051 單片機(jī)技術(shù)比較先進(jìn)，功能也比較全面，其采用了 20 引腳封裝技術(shù)，15 個雙向 I/O 口線，其中 P1 口是一個完整的 8 位雙向 I/O 口，此外還有兩個外中斷口、一個模擬比較放大器、兩個全雙向串行通信口、兩個 16 位可編程定時 /計(jì)數(shù)器 。 和 還可以分別作為片內(nèi)精密模擬比較器的同相輸入端 (ANI0)和反相輸入端 (AIN1)。P3 口還用于實(shí)現(xiàn) AT89C2051 的其他功能，其第二功能如表 31 所列： 表 31 P3 口第二功能表 引 腳 功 能 RXD 串行輸入端口 TXD 串行輸入端口 INT0 外中斷 0 INT1 外中斷 1 T0 定時器 0 外部輸入 T1 定時器 1 外部輸入 （注： P3口還接收一些用于閃速記憶體編程和程序校驗(yàn)的控制信號。它采用 ATMEL 的 高密 非易失存儲技術(shù)制造 ， 并 能 和標(biāo)準(zhǔn) MCS51指令集和引腳結(jié)構(gòu)兼 RAM 地址寄存器 PEROM RAM 程序地址寄存器 VCC GND 堆棧指示器 ACC B 寄存器 緩沖器 TM2 TM1 PC 增量器 程 序計(jì)數(shù)器 ALU 中斷、串行端口與定時器單元 PSW RST 指令寄存器 同步與控制 DPTR 端口 2儲存 端口 1儲存 振蕩器 端口 3 驅(qū)動 端口 1 驅(qū)動 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 容。共模輸入范圍包括負(fù)電源，因而消除了在許多應(yīng)用場合中采用外部偏置元件的必要性。 當(dāng) 帶 有 散熱片時，輸出電流可達(dá) 1A 左右 。 圖 36 7805 外形引腳圖 7805電參數(shù) 如表 32所示： 表 32 7085電參數(shù)表 參數(shù) 符號 測試條件 最小值 典型值 最大值 單位 輸出電壓 Vo Tj=25℃ V 1o Po15W ， Vi= V 線性調(diào)整率 △ Vo Tj=25℃ ， Vi= 100 mV Tj=25℃ ， Vi=8V12V 50 mV 負(fù)載調(diào)整率 △ Vo Tj=25℃ lo= 9 100 mV Tj=25℃ lo=250mA750mA 4 50 mV 靜態(tài)電流 IQ Tj=25℃ 8 mA 靜態(tài)電流變化率 △ IQ lo= mA Vi=8V25V mA 輸出電壓溫漂 △ Vo/△ T lo=5mA mV/℃ 輸出噪音電壓 VN f=10Hz100KHz， Ta=25℃ 42 μV 紋波抑制比 RR f=120Hz， Vi=8V18V 62 73 dB 輸入輸出電壓差 Vo lo=， Tj=25℃ 2 V 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 輸出 阻抗 Ro f=1KHz 15 mΩ 短路電流 1SC Vi=35V， Ta=25℃ 230 mA 峰值電流 1PK Tj=25℃ A 整體電路分析 本次設(shè)計(jì)為單片機(jī)控制數(shù)碼管顯示型便捷式脈搏測量儀，硬件整體電路如圖 37 所示。由于脈搏信號的檢測是以光電檢測技術(shù)為基礎(chǔ)的，因此很容易受到周圍雜散光、暗電流等各種干擾的影響。 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 圖 39 脈搏信號處理電路 其中 R15與 C1和 LM324_a 共同構(gòu)成了信號抗干擾電路組，它們分別承擔(dān)了對信 號的殘余高頻干擾的濾除 、 干擾光線的光電隔離 、 低通濾波等任務(wù)。 首 先是通過比較器 LM324_b 將 此 正弦波轉(zhuǎn)換成方波。 LM324_a、 LM324_b、 LM324_c 工作所需的 ，在電路中是通過 R1R13對 9V 分壓并經(jīng) LM324_d 緩沖而得到的。 數(shù)碼管顯示的數(shù)字就是人體一分鐘的脈搏次數(shù)。由于脈沖信號的頻率很低，所以不適合用計(jì)數(shù)的方法進(jìn) 主程序開始 系統(tǒng)初始化 開中斷 脈率計(jì)算 LED 數(shù)碼顯示 10s 接收不到脈搏信號，復(fù)位 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 行測量，所以采用測量脈沖周期的方法進(jìn)行測量，就是用脈沖來控制計(jì)時的信號，通過計(jì)時數(shù)計(jì)算脈沖的周期，再由脈沖的周期計(jì)算出脈沖的頻率，從 口每輸入一次脈沖信號就能顯示一次一分鐘的脈搏數(shù)。 過采樣和數(shù)字濾波的實(shí)現(xiàn)都是在 AD 中斷服務(wù)程序中實(shí)現(xiàn)的。程序同時實(shí)現(xiàn)了過采樣算法中的濾波和下抽取。 進(jìn)入 Keil后，屏幕如圖 52 所示。它不 但 具有 傳統(tǒng) EDA 軟件的仿真功能， 而且 還能 對 單片機(jī) 及其 外圍器件 進(jìn)行仿真 。 （ 3）比較方便應(yīng)用而又功能比較強(qiáng)大的 ISIS 原理布圖工具。同時跟系統(tǒng)所自帶的模擬邏輯分析儀、示波器等， Proteus 建立了比較完善的電子設(shè)計(jì)開發(fā)環(huán)境。 電路仿真 通過對脈搏信號的分析和對整體電路的分析得知，通過 AT89C2051 單片機(jī) 口輸入的脈搏信號為方波信號，計(jì)數(shù)原理為當(dāng)?shù)谝粋€方波信號的下降沿被送到單片機(jī)時，單片機(jī)信號指示燈閃爍一次，到第二個方波的下降沿到達(dá)單片機(jī)時，單片機(jī)信號指示燈又閃爍一次，單片機(jī)通過客觀的計(jì)算兩次下降沿到達(dá)的時間間隔來計(jì)算一分鐘送入單片機(jī)的方波次數(shù)，也就是一分鐘人體的脈搏次數(shù)。該軟件將 項(xiàng)目管理方式 、原理圖和 PCB 圖的雙向 同步技術(shù) 、多通道設(shè)計(jì)、拓樸自動布線以及電路仿真等技術(shù)結(jié)合在一起，為電路設(shè)計(jì)提供了強(qiáng)大的支持。 ⑤ 定義元件與參數(shù) ： Protel DXP 20xx 提供了無限制的設(shè)計(jì)者定義元件 引腳參數(shù) 及元件，所定義的參數(shù)能存入 電路圖以及元器件里。 ② 多重組態(tài)的設(shè) 計(jì)： Protel DXP 20xx 支持單一設(shè)計(jì)多重組態(tài)。 ④ 波形資