【正文】 腳 )： 程序存儲允許輸出信號端。若需采用外部時鐘電路時，該引腳輸入外部時鐘脈沖。 時 鐘 電 路R O M / E P R O M / F l a s h 4 K BR A M 1 2 8 BS F R 2 1 個定 時 個 / 計 數(shù) 器 2C P U總 線 控 制中 斷 系 統(tǒng)5 個 中 斷 源2 個 優(yōu) 先 級串 行 口全 雙 工 1 個4 個 并 行 口X T A L 2 X T A L 1R S TE AA L EP S E NP 0P 1P 2P 3V s sV c c 圖 31 STC89C52 單片機(jī)結(jié)構(gòu)圖 STC89C52 單片機(jī)主要特性 1. 一個 8 位的微處理器 (CPU)。 方案二： 采用 DS1302 時鐘芯片實(shí)現(xiàn)時鐘， DS1302 是美國 DALLAS 公司推出的一種高性能、低功耗、帶 RAM 的實(shí)時時鐘電路，它可以對年、月、日、周、時、分、秒計時，具有閏年補(bǔ)償功能，工作電壓為 ~。其內(nèi)部集成了很多模擬電路、數(shù)字電路和微處理器，提供強(qiáng)大的功能。我們從能量角度研究了幾種不同疾病脈搏信號的特征頻域特征和差異 , 7 利用頻域分析的延伸技術(shù) —— 倒譜與同態(tài)解卷 ,首次估計出了人體脈搏系統(tǒng)的傳遞函數(shù) , 分析了脈搏系統(tǒng)的頻率特性。從發(fā)表的文獻(xiàn)來看 , 國外在前一方面做了大量的研究 , 也早于國內(nèi)學(xué)者 。在成年人中，女性的心率一般比男性稍快。 本文主要介紹了數(shù)字式脈搏計的具體實(shí)現(xiàn)方法，利用 紅外 傳感器產(chǎn)生脈沖信號，經(jīng)過放大整形后，輸入單片機(jī)內(nèi)進(jìn)行相應(yīng)的控制，從而測量出一分鐘內(nèi)的脈搏跳動次數(shù) ，快捷方便。脈象儀的總體構(gòu)成包括脈象信號檢測，信號預(yù)處理和信號分析三個環(huán)節(jié)。 時域分析法：目前國內(nèi)對脈象信號的特征提取方法 ,多數(shù)采用時域分析法。早在公元前 7 世紀(jì)脈診就成為中醫(yī)的一項(xiàng)獨(dú)特診病方法。如心率低于 40 次 /分，應(yīng)考 慮有房室傳導(dǎo)阻滯。我國醫(yī)務(wù)界約從 50 年代初就開始了用西方傳來的脈搏描記技術(shù)，使脈象圖形化。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。 方案二： 采用 LED 數(shù)碼管動態(tài)掃描， LED 數(shù)碼管價格雖適中，對于顯示數(shù)字也最合適，而且采用動態(tài)掃描法與 單片機(jī)連接時，占用單片機(jī)口線少。采用普通 晶振作為標(biāo)準(zhǔn)時鐘。 SST 公司推出的 89 系列單片機(jī)分別集成了16K、 32K、 64K Flash 存儲器，可供用戶根據(jù)需要選用。當(dāng)此輸入端保持備用電源的輸入端。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。 P2 口 (～ ， 21~28 腳 )： P2 口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位準(zhǔn)雙向I/O 口。 STC89C52 單片機(jī)內(nèi)集成有兩個可編程的定時 /計數(shù)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(shù)模式，此外， T1 還可以作 為串行口的波特率發(fā)生器。用 STC89C52 的 P0 口作為數(shù)據(jù)線，用 、 、 分別作為 LCD 的 EN、 R/W、 RS。 整形電路 經(jīng)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(shù)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 時鐘芯片包括實(shí)時時鐘 /日歷和 31 字節(jié)的靜態(tài) RAM。 DS1302 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖 38所示。 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(dāng)提供的 5V 電源在正常范圍內(nèi)器件能充分地被訪問，能對器件讀寫數(shù)據(jù)?？刂谱止?jié)總是從最低位開始輸入 /輸出。當(dāng)總線開始工作時，當(dāng)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(yùn)行。當(dāng)方波輸出的頻率設(shè)為 1Hz，則時鐘寄存器內(nèi)容將在方波的下降沿更 新。首先根據(jù)系統(tǒng)功能和鍵盤設(shè)置選擇一種 最 適合的監(jiān)控程序結(jié)構(gòu)。 軟件任務(wù)分析環(huán)節(jié)是為軟件設(shè)計做一個總體規(guī)劃。 DS1302 控制寄存器用來控制 SQW/OUT 引腳的操作。通過寫入正確的寄存器字節(jié)能夠設(shè)置或者初始化時鐘和日歷。在多字節(jié)存取中，當(dāng)?shù)刂分羔樀竭_(dá) 3Fh，即 RAM 空間的最后一個單元，則下一個操作地址將翻卷到 00h，即時鐘空間的開頭。如果在傳送過程中 RST 置為低電平，則會終止此次數(shù) 據(jù)傳送， I/O 引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。無論是讀周期還是寫周期，開始 8 位指定 40 個寄存器中哪個被訪問到。這種記錄對長時間的連續(xù)測控系統(tǒng)結(jié)果的分析以及對異常數(shù)據(jù)出現(xiàn)的原因的查找有重要意義。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。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。 ： (T1)定時 /計數(shù)器 1 的外部計數(shù)輸入。作輸入口使用時要先寫 1,這就是準(zhǔn)雙向口的含義。 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。 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。 STC89C52 單片機(jī) 的基本組成框圖見圖 31。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(shí)現(xiàn)的時間誤差較大。 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。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。 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。初生兒的心率很快，可達(dá) 130 次 /分以上。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。 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)。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。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。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。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。 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。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。 因此本設(shè)計中采用方案二中的 DS1302 作為時鐘模塊。 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。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。如有則說明基本上工作正常。 P 口每位能驅(qū)動 4 個 LS 型 TTL 負(fù)載。 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。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。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)。它經(jīng)過一個簡單的串行接口與微處理器通信。 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) 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。 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。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。 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。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。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）。 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(shí)時時鐘寄存器如表 33 所示。 RAM 寄存器地址位于 08h~3Fh。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。 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。 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)的時間同時記錄。 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。 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)。 ： (T0)定時 /計數(shù)器 0 的外部計數(shù)輸入。當(dāng) P0 口作