【正文】 .......................................................... 13 脈搏信號采集電路 ...................................................................................... 14 脈搏信號處理電路 ...................................................................................... 15 單片機(jī)控制顯示電路 .................................................................................. 17 第 4 章 軟件設(shè)計(jì) .................................................................................................................... 20 系統(tǒng)總體軟件流程 ................................................................................................. 20 整體程序設(shè)計(jì) ......................................................................................................... 20 第 5 章 軟件仿真與系統(tǒng)實(shí)物 ................................................................................................ 23 Keil 編譯軟件 ......................................................................................................... 23 Protues 軟件仿真 .................................................................................................... 27 Protues 軟件 簡介 ......................................................................................... 27 電路仿真 ...................................................................................................... 28 PCB 板生成 ............................................................................................................. 30 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） IV Protel DXP 20xx 軟件簡介 .......................................................................... 30 PCB 板生成過程 .......................................................................................... 32 脈搏測量儀實(shí)物設(shè)計(jì) ............................................................................................. 32 結(jié)論 .......................................................................................................................................... 35 參考文獻(xiàn) .................................................................................................................................. 36 附錄 1 ..................................................................................................................................... 38 附錄 2 ..................................................................................................................................... 39 致謝 .......................................................................................................................................... 42 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 第 1 章 緒 論 研究的目的和意義 隨著社會的不斷發(fā)展，我們從工業(yè)化時代進(jìn)入信息化時代，這種轉(zhuǎn)變是社會發(fā)展的必然，在我們的現(xiàn)實(shí)生活中，隨著人們生活 水平的不斷提高，健康飲食，健康生活越來越受到人們的重視。 國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀 目前，基于人們對健康的追求，國內(nèi)外越來越多的人都在致力于人體檢測器件的相關(guān)研究和開發(fā)，在解決人體無創(chuàng)傷檢測方面也取 得了卓有成效的成就，在很多中外學(xué)者的研究論文中，都有對脈搏測量儀的相關(guān)研究和而且也取得了一定的突破。 在國內(nèi)，對脈搏信號監(jiān)測分析的研制和分析處理方法研究上 落后于以美國和德國為代表的西方國家，但隨著最近幾十年生物醫(yī)學(xué)的興起與發(fā)展，我們已經(jīng)逐步縮小與西方國家的差距，取得了很大的進(jìn)步。 （ 5） 完成硬件調(diào)試和軟件仿真 。 PVDF 壓電薄膜是敏感的部件，作用是將微弱的低頻的脈搏壓力信號轉(zhuǎn)換成電信號，因壓電薄膜內(nèi)阻很高，而脈搏信號比較微弱，傳感器內(nèi)設(shè)置了前置電荷放大器，起作用是與 PVDF 壓電薄膜阻抗匹配，把輸入高阻抗變?yōu)榈妥杩馆敵觥? 圖 21 HK20xx 脈搏傳感器 采用光電式脈搏傳感器 根據(jù)朗伯 比爾（ LamberBeer）定律，物質(zhì)在一定波長處的吸光度和它的濃度成正比。而且這種傳感器的體溫檢測功能在本次設(shè)計(jì)中沒有得到體現(xiàn)，且它的價(jià)格比較昂貴。在省電模式中，單片機(jī)所有將會功能停止工作，直至系統(tǒng)被硬件復(fù)位喚醒后方可繼續(xù)運(yùn)行。當(dāng) P1 口引腳寫入“ 1” 時，就可用作輸入端，當(dāng)引腳 ~ 用作輸入并被外部設(shè)備拉低時，它們將因內(nèi)部的上拉電阻作用而輸出電流。 當(dāng) RST 變成高電平 時，單片機(jī) 所有的 I/O 口 引腳就 被 復(fù)位到“ 1” 。 AT89C2051具有 以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 2K 字節(jié)閃速記憶體， 128字節(jié) 數(shù)據(jù)存儲器 RAM，15個雙向 I/O 口，兩個 16位定時器，一個 兩級 五矢量中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行 接 口，一個精密模擬比較器以及兩種可選的軟件節(jié)電工作方式。兩個信號輸入端中， Vi為反相 信號 輸入端，表示該輸入端 與 運(yùn)放輸出端 Vo 的信號的位相反； Vi+為同相 信號 輸入端，表示該輸入端 與 運(yùn)放輸出端 Vo 的信號的相位相同。 7809外 形引腳圖如圖 35所示，三個引腳從左到右依次是輸入引腳 （ INPUT） 、接地引腳 （ GND） 、輸出引腳 （ OUTPUT） 。 圖 37 硬件整體電路圖 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 脈搏信號采集電路 脈搏采集由自制光電式脈搏傳感器電路實(shí)現(xiàn)，主要由紅外線發(fā)射二極管 D1 和紅外光電管 Q1 兩部分組成，其電路如圖 38 所示。脈沖調(diào)制傳送的是調(diào)制信號的采樣值，只要采樣頻率是奈奎斯特采樣頻率，就可以用采樣脈沖來恢復(fù)原來的脈搏信號，而不會導(dǎo)致信號失真。 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 脈搏信號處理電路工作原理如下： 首先， 由于正常人體脈搏一般在 50 次 /分 ~200 次 /分之間（當(dāng)人進(jìn)入睡眠狀態(tài)時脈搏一般在 50 次 /分左右；當(dāng)人體進(jìn)行激烈的運(yùn)動過程中，脈搏會達(dá)到 200 次 /分左右），其所對應(yīng)的脈搏波的頻率范圍通常在 ~，因此經(jīng)紅外檢測采集并轉(zhuǎn)換得到的電信號頻率往往非常低。接下來，從 LM324_b 的 7引腳輸出的方波信號經(jīng) C R17 構(gòu)成的微分電路進(jìn)行微分處理后 就能得到 正負(fù)相間的尖脈沖 信號 。 單片機(jī)控制顯示電路 此部分電路主要由 AT89C2051單片機(jī) 、 7段 4位數(shù)碼管顯示器、 12MHz 的晶振電路哈爾濱工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 以及復(fù)位電路 等 幾個部分組成。 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 第 4 章 軟件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)總體軟件流程 本次設(shè)計(jì)的主體部分主要由硬件實(shí)現(xiàn)，軟件部分的主要作用在于開機(jī)初始化單片機(jī)，一分鐘方波個數(shù)的客觀計(jì)算，數(shù)碼管動態(tài)掃面顯示 等。定時器 T0 每中斷一次就顯示一位，因此 3 次中斷就能刷新一次數(shù)據(jù)，即 15ms 刷新一次數(shù)據(jù)。定時器 2 是一個具有 16 位自動重裝載功能的定時器，作定時器用時， TH2 和 TL2 計(jì)的是機(jī)器周期數(shù)， TH2 和 TL2 內(nèi)容的自動重裝載通過寄存器 RCAP2H 和 RCAP2L 來實(shí)現(xiàn)。從 0000H 開始，在 60 個樣本數(shù)據(jù)中尋找最大值，并確定其位置即波 峰位置，之后尋找緊挨著它的第二個波峰，采用軟件計(jì)數(shù)器計(jì)算兩者間的距離即其點(diǎn)數(shù)，然后按照脈率計(jì)算公式：脈率＝采樣頻率 /相鄰兩波峰 60 ＝ 50 60/相鄰兩波峰，計(jì)算出脈率，并將其存儲。 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 圖 52 Keil 啟動界面 圖 53 Keil 編輯界面 通過 Keil編輯程序，并對程序進(jìn)行運(yùn)行、調(diào)試生成 hex 文件 ,其具體步驟如下： （ 1）新建一個工程：單擊 Project 菜單，在彈出的下拉菜單中選擇 New Project 選項(xiàng)如圖 54 所示： 圖 54 新建工程窗口 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 （ 2）將新建工程保存到新建文件夾 中，工程命名為 maibo，在彈出的對話框中選擇單片機(jī)型號為 AT89C2051，點(diǎn)擊確定按鈕， Keil界面如圖 55 所示： 圖 55 工程建立完成界面 （ 3）點(diǎn)擊 file， 在 file 菜單下選擇 new，建立一個新的文檔窗口，先保存一個空白文件，在菜單上的 file 的下拉菜單中選中 Save as 選項(xiàng)單擊，將空白文件保存到新建文件夾中命名為 點(diǎn)擊保存按鈕，回到編輯界面后，單擊 Target 1 前得 +號，然后再 Source Group1 上點(diǎn)擊右鍵，在彈出的下拉菜單中點(diǎn)擊 Add File to Group 39。雖然目前國內(nèi) 推廣使用時間比較短 ，但已受到 廣大 單片機(jī)愛好者、 以及 從事單片機(jī)教學(xué)的 教師和 致力于單片機(jī)開發(fā)應(yīng)用的 學(xué)者 的青睞。 （ 2）對 SPICE 電路進(jìn)行仿真。在理論上同一哈爾濱工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 種儀器可以在一個電路中隨意的調(diào)用，比較方便 同時節(jié) 省 了大量的 時 間。 由于輸入單片機(jī)的信號就是單一的方波信號，所以就不涉及到放大、濾波、檢波等步驟，于是就省去了放大電路、濾波電路和檢波電路，整個仿真過程其實(shí)就是對系統(tǒng)軟件的仿真，也就是對顯示部分電路的仿真，導(dǎo)致了仿真電路與前面顯示的圖 51中 Proteus整體電路圖出現(xiàn)了一定的差別，但是仿真電路中所用 到得程序和實(shí)物中是同一個程序，而且仿真中數(shù)碼管顯示結(jié)果和實(shí)物中數(shù)碼管顯示的結(jié)果是一樣的，也就是說仿真達(dá)到了預(yù)期的效果，這樣的仿真是可行的。 Protel DXP 20xx 新特點(diǎn)： （ 1） 超強(qiáng)設(shè)計(jì)功能 ① 畫 尺寸線工具 ： Protel DXP 20xx 提供了超強(qiáng)的一組尺寸線 繪制 工具， 該工具 在移動時會自動修正尺寸，這對于 PCB 中一些層的定義有很大的幫助。 ② 多屏幕顯示模式 ：設(shè)計(jì)者可以根據(jù)自己的需求，打開多個窗口在不同的屏幕上哈爾濱工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 31 顯示同一個文件。 ③ 整合式的元件與元件庫 ： 在 Protel DXP 20xx 中采用整合式的元件 與元件庫， 在一個元件里連結(jié)了 SI 元件模型 、 SPICE 元件模型、元件包裝 以及 元件符號。 （ 5） 板層分割焊接 ① 加強(qiáng)焊點(diǎn)堆棧的定義 ：為了使 設(shè)計(jì)者可以存儲所定