【正文】 腳 )： 程序存儲(chǔ)允許輸出信號(hào)端。若需采用外部時(shí)鐘電路時(shí)，該引腳輸入外部時(shí)鐘脈沖。 時(shí) 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(gè)定 時(shí) 個(gè) / 計(jì) 數(shù) 器 2C P U總 線 控 制中 斷 系 統(tǒng)5 個(gè) 中 斷 源2 個(gè) 優(yōu) 先 級(jí)串 行 口全 雙 工 1 個(gè)4 個(gè) 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(gè) 8 位的微處理器 (CPU)。 方案二： 采用 DS1302 時(shí)鐘芯片實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘， DS1302 是美國(guó) DALLAS 公司推出的一種高性能、低功耗、帶 RAM 的實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路，它可以對(duì)年、月、日、周、時(shí)、分、秒計(jì)時(shí)，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(hào)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(jì)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(guó)外在前一方面做了大量的研究 , 也早于國(guó)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(jì)的具體實(shí)現(xiàn)方法，利用 紅外 傳感器產(chǎn)生脈沖信號(hào)，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(cè)量出一分鐘內(nèi)的脈搏跳動(dòng)次數(shù) ，快捷方便。脈象儀的總體構(gòu)成包括脈象信號(hào)檢測(cè)，信號(hào)預(yù)處理和信號(hào)分析三個(gè)環(huán)節(jié)。 時(shí)域分析法：目前國(guó)內(nèi)對(duì)脈象信號(hào)的特征提取方法 ,多數(shù)采用時(shí)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(guó)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(duì)一個(gè)特殊的信號(hào) ,需要一個(gè)特殊的窗才能得到最佳分辨率。 方案二： 采用 LED 數(shù)碼管動(dòng)態(tài)掃描， LED 數(shù)碼管價(jià)格雖適中，對(duì)于顯示數(shù)字也最合適，而且采用動(dòng)態(tài)掃描法與 單片機(jī)連接時(shí)，占用單片機(jī)口線少。采用普通 晶振作為標(biāo)準(zhǔn)時(shí)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(chǔ)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(gè) 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(gè)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(gè)可編程的定時(shí) /計(jì)數(shù)器： T0 和 T1，它們既可以工作于定時(shí)模式，也可以工作于外部事件計(jì)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(hào)仍是不規(guī)則的脈沖信號(hào)，且有低頻干擾，仍不滿足計(jì)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(shí)鐘芯片包括實(shí)時(shí)時(shí)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(gè)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(duì)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(shí)，當(dāng)前的時(shí)間信息被傳送給一串二級(jí)寄存器，時(shí)間信息然后從這些二級(jí)寄存器中讀取，而時(shí)鐘照常運(yùn)行。當(dāng)方波輸出的頻率設(shè)為 1Hz，則時(shí)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(jì)做一個(gè)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(shí)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(gè)單元，則下一個(gè)操作地址將翻卷到 00h，即時(shí)鐘空間的開頭。如果在傳送過程中 RST 置為低電平，則會(huì)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(gè)寄存器中哪個(gè)被訪問到。這種記錄對(duì)長(zhǎng)時(shí)間的連續(xù)測(cè)控系統(tǒng)結(jié)果的分析以及對(duì)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(hào)波形是不規(guī)則的脈沖信 號(hào)，因此必須加以濾波整形，整形電路的輸出電壓應(yīng)滿足計(jì)數(shù)器的要求。一個(gè)字符由 68 或 88 點(diǎn)陣組成，即要找到和屏上某幾個(gè)位置對(duì)應(yīng)的顯示 RAM 區(qū)的 8 個(gè)字節(jié)，并且要使每個(gè)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(gè)字符。 ： (T1)定時(shí) /計(jì)數(shù)器 1 的外部計(jì)數(shù)輸入。作輸入口使用時(shí)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(duì)片內(nèi)帶有 4KB EPROM 的 8751 編程寫入 (固化程序 )時(shí)，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(shí)鐘芯片的使用，節(jié)約成本，但是，實(shí)現(xiàn)的時(shí)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(chǎng)的一種16 位超低功耗的混合信號(hào)處理器。這種從頻域和能量的角度來分析脈搏信號(hào)的思想是十分正確的。 研究概況及發(fā)展趨勢(shì)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(jì)算 (即建模方面 )；二是信號(hào)檢測(cè)與分析。初生兒的心率很快，可達(dá) 130 次 /分以上。同時(shí)脈搏測(cè)量還為血壓測(cè)量，血流測(cè)量及其他某些生理檢測(cè)技術(shù)提供了一種生理參考信號(hào)。 1860 年法國(guó)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(shí)域分析法包括直觀形態(tài)法、多因素識(shí)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(duì)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(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。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。 因此本設(shè)計(jì)中采用方案二中的 DS1302 作為時(shí)鐘模塊。 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。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。如有則說明基本上工作正常。 P 口每位能驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) LS 型 TTL 負(fù)載。 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(cè)，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(duì)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。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。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)。它經(jīng)過一個(gè)簡(jiǎn)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(shí)，對(duì)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。 圖 311 控制字節(jié)的含義 為了提高對(duì) 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。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。 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(duì)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(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。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）。 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。 RAM 寄存器地址位于 08h~3Fh。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(duì) DS1302 進(jìn)行操作。 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。 DS1302 用于數(shù)據(jù)記錄，特別是對(duì)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。 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。 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(duì)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(duì)應(yīng) ，每一字節(jié)的內(nèi)容和屏上相應(yīng)位置的亮暗對(duì)應(yīng)。 ： (T0)定時(shí) /計(jì)數(shù)器 0 的外部計(jì)數(shù)輸入。當(dāng) P0 口作