【文章內(nèi)容簡介】 轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸入一個(gè)高電平，才能打開輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量。 CLK：時(shí)鐘脈沖輸入端。要求時(shí)鐘頻率不高于 640KHZ。 REF+、 REF：基準(zhǔn)電壓。 Vcc：電源，單一 +5V、 GND：地 [13]。 ADC0809 主要特性 ADC0809 主要特性： 8 路輸入通道， 8 位 A/D 轉(zhuǎn)換器，即分辨率為 8 位、具有轉(zhuǎn)換 啟停 控制端、時(shí)鐘為 640kHz 時(shí)轉(zhuǎn)換時(shí)間為 100μs，時(shí)鐘為 500kHz 時(shí)130μs、單個(gè) +5V 電源供電、模擬輸入電壓范圍 0～ +5V，不需零點(diǎn)和滿刻度校準(zhǔn)、工作溫度范圍為 40～ +85 攝氏度、低功耗，約 15mW。 ADC0809 工作過程 首先輸入 3 位地址，并使 ALE=1，將地址存入地址鎖存器中。此地址經(jīng)譯碼選通 8 路模擬輸入之一到比較器。 START 上升沿將逐次逼近寄存器復(fù)位。下降 沿時(shí)啟動(dòng) A/D 轉(zhuǎn)換，之后 EOC 輸出信號變低，指示轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行。直到 A/D轉(zhuǎn)換完成， EOC 變?yōu)楦唠娖?，指?A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束，結(jié)果數(shù)據(jù)已存入鎖存器，這個(gè)信號可用作中斷申請。當(dāng) OE 輸入高電平 時(shí)，輸出三態(tài)門打開，轉(zhuǎn) 換結(jié)果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上。 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的傳送 A/D 轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)據(jù)應(yīng)及時(shí)傳送給單片機(jī)進(jìn)行處理。數(shù)據(jù)傳送的關(guān)鍵問題是如何確認(rèn) A/D 轉(zhuǎn)換的完成，因?yàn)橹挥写_認(rèn)完成后，才能進(jìn)行傳送。為此可采用下述三種方式 確認(rèn) AD 轉(zhuǎn)換是否完成 [12]。 1． 定時(shí)傳送方式 對于一種 A/D 轉(zhuǎn)換其來說，轉(zhuǎn)換時(shí)間作為一項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)是已知的和固定的。例如 ADC0809 在 時(shí)鐘 頻率 為 500kHz 時(shí) 轉(zhuǎn)換時(shí)間為 128μs，相當(dāng)于 12MHz 的MCS51單片機(jī)共 128 個(gè)機(jī)器周期?？蓳?jù)此設(shè)計(jì)一個(gè)延時(shí)子程序， A/D 轉(zhuǎn)換啟動(dòng)后即調(diào)用此子程序， 當(dāng) 延遲時(shí) 間 到達(dá)時(shí) ，轉(zhuǎn)換 可以確定 已經(jīng)完成了，接著就可進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。 2． 查詢方式 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 9 A/D 轉(zhuǎn)換芯片 可以利用 表明轉(zhuǎn)換完成的狀態(tài)信號，例如 ADC0809 的 EOC端。因此可以用查詢方式， 查詢 EOC 的狀態(tài)，即可 判斷 轉(zhuǎn)換是否完成，并接著進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。 3． 中斷方式 用轉(zhuǎn)換完成的狀態(tài)信號（ EOC）作為中斷請求信號，以中斷方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。 本設(shè)計(jì)采用單獨(dú)通道，定時(shí)傳送方式， ADDA、 ADDB、 ADDC3 位地址輸入線接地，即選用 IN0 通道輸入模擬信號，經(jīng) ADC0809 轉(zhuǎn)換完成后將數(shù)字信號采用定時(shí)傳送方式傳入單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，然后單 片機(jī)把數(shù)據(jù)經(jīng)過 MAX232 電平轉(zhuǎn)換后送入 PC機(jī)串口， PC機(jī)根據(jù)所接收的數(shù)據(jù)經(jīng)過 VB 界面實(shí)時(shí)繪制波形。 ADC0809 與單片機(jī)接口電路 由于 proteus 仿真軟件不支持 ADC0809 芯片 仿真， 所以 采用 ADC0808 芯片 代替 ADC0809，其功能特性與 ADC0809 芯片相同，軟件仿真時(shí)采用 ADC0808 芯片，實(shí)際硬件電路中采用 ADC0809 芯片，無論是仿真還是實(shí)際硬件其與單片機(jī)接口電路相同， ADC0808 與單片機(jī)接口電路如圖 34 所示： 圖 34 ADC0808 與單片機(jī) 接口電路 由 圖 接口電路可以看出： ADDA、 ADDB、 ADDC3 位地址輸入線接地，即選用 IN0 通道，模擬信號通過 IN0 通道輸入；時(shí)鐘控制信號通過 CLOCK 端口畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 10 輸入，時(shí)鐘頻率選擇為 500kHz； A/D 轉(zhuǎn)換啟動(dòng)脈沖輸入端 START 與單片機(jī)的 口相連；數(shù)據(jù)輸出允許信號輸入端 OE 與單片機(jī)的 口相連，通過單片機(jī)的 與 端口控制 ADC0809 芯片。當(dāng)轉(zhuǎn)換完成后數(shù)據(jù)通過 ADC0809 的OUT1～ OUT8 端口送入單片機(jī)的 ～ 進(jìn)行處理。 ADC0809 與 PC 機(jī)連接 本設(shè) 計(jì)需要單片機(jī)與 PC機(jī)間實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)通信， PC機(jī)內(nèi)基本上都裝有一個(gè) RS232異步通信適配板，它的主要工作器件是可編程的 UART 芯片，從而可以使 PC機(jī)有能力與其他具有標(biāo)準(zhǔn) RS232 串行通信接口的其他設(shè)備進(jìn)行通信。 STC89C52 單片機(jī)本身具有一個(gè)全雙工的串行口，但其串行口為 TTL電平，需要外接一個(gè) TTLRS232電平轉(zhuǎn)換器這樣才能使單片機(jī)的串口與 PC 的 RS232 串行口進(jìn)行連接，這樣便可以組成一個(gè)簡單的串行通信接口。 由于 PC 機(jī)的 RS232 邏輯電平與單片機(jī)的 TTL 電平不兼容，為了實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與 PC 機(jī)的通信， 必須進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，因此本設(shè)計(jì)采用由美國 MAXIM 公司生產(chǎn)的MAX232 芯片，它是目前應(yīng)用較為普遍的串行口電平轉(zhuǎn)換器。 PC 機(jī)串口輸出電壓可高達(dá) 12V，若直接與單片機(jī)相連會燒壞芯片，所以要借助于 MAX232 芯片來進(jìn)行相應(yīng)的電平轉(zhuǎn)換。 MAX232 芯片用 +5V電源供電，另外需要外接幾個(gè)電容便可以完成從 TTL 電平到 RS232 電平的轉(zhuǎn)換，僅僅需要連接 STC89C52 單片機(jī)的 RXD 和TXD 引腳便可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸 [12]。 MAX232 芯片與單片機(jī)和串口的電路連接圖如圖 35 所示： 圖 35 MAX232 接口電路 在實(shí)際的焊接過程中一定要認(rèn)真細(xì)心，在看好引腳序號和硬件引腳必須一致，否則當(dāng)硬件焊接好后在調(diào)試過程中會遇到許多意想不到的問題，不僅需要花很長時(shí)間去檢查究竟是哪個(gè)地方出錯(cuò)了，如何修改，事倍功半，效果很不理想。 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 11 在調(diào)試硬件時(shí)串口老是接收不到數(shù)據(jù)，在經(jīng)過多次修改程序與硬件電路檢查后終于發(fā)現(xiàn)是 MAX232 與串口的引腳錯(cuò)接到引腳 8 導(dǎo)致了以后許多不必要的工作量，既浪費(fèi)時(shí)間又浪費(fèi)精力，所以說認(rèn)真細(xì)心的態(tài)度是工作中所必需的。 傳感器的選取 本設(shè)計(jì)中關(guān)鍵之處在于信號的采集，信號采集可以分為壓電式信號 采集或光電式信號采集，由于光電信號采集相對誤差較大，可控制度低且成本比較高。于是本設(shè)計(jì)采用壓電式傳感器采取信號?？紤]到的壓電式傳感器有壓電薄膜傳感器、壓電陶瓷片、 HK2020 系列的脈搏傳感器、 MB4 型脈搏波傳感器和 SC0073 微型脈搏傳感器。 SC0073 微型動(dòng)態(tài)脈搏微壓傳感器 的 主要性能指標(biāo) 如下 ： 壓力范圍： ≤ 1Kpa 靈敏度： ≥ 非線性度： ≤ 1% 頻率響應(yīng)： 1~1000HZ 標(biāo)準(zhǔn)工作電壓： 3V (DC) 擴(kuò)充工作 電壓： ~6V (DC) 標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載電阻： 10K 擴(kuò)充電阻： 5K~20K 外形尺寸： SC0073A X 由以上性能指標(biāo)可以看出 SC0073 微型動(dòng)態(tài)脈搏微壓傳感器 具有比較高的靈敏度，非線性比較好，頻率響應(yīng)范圍很廣，但 如果人體脈搏每分鐘心跳少于 60 下，則有可能檢測不到脈搏信號 ，擴(kuò)充工作電壓可以與單片機(jī)的工作電壓相匹配，節(jié)省了另外獨(dú)立的工作電源。外形尺寸小巧輕便， 價(jià)格在 60 元左右。 總體來說，除了測量脈搏范圍有一點(diǎn)兒不足外。其他各方面的性能都值得考慮 。 HK2020A 集成化脈搏傳感器 性能指標(biāo)如下： 電源電壓： 3～ 12VDC 壓力量程： 50～ +300mmHg 過載： 100 倍 輸出高電平：大于 輸出低電平：小于 HK2020A 集成化脈搏傳感器 采用高度集成化工藝將力敏元件 PVDF 壓電膜、靈敏度溫度補(bǔ)償元件、感溫元件、信號調(diào)理電路集成在傳感器內(nèi)。脈搏波動(dòng)一次輸出一正脈沖。該產(chǎn)品 可 用于脈率檢測，主要用于運(yùn)動(dòng)、健身器材中的心率測試。 其畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 12 靈敏度高、抗干擾性能強(qiáng)、過載能力大、一致性好，性能穩(wěn)定可靠，使用壽命長。價(jià)格在 100 元左右。 HK2020B 集成化脈搏傳感器 性能指標(biāo)如下： 電源電壓： 5～ 6VDC 壓力量程： 50～ +300mmHg 靈敏度： 2020uV/mmHg 靈敏度溫度系數(shù)： 1104/℃ 精度： % 重復(fù)性： % 遲滯： % 過載： 100 倍 HK2020B 集成化脈搏傳感器 采用高度集成化工藝將力敏元件 PVDF 壓電膜、靈敏度溫度補(bǔ)償元件、感溫元件、信號調(diào)理電路電路集成在傳感器內(nèi)。主要應(yīng)用于無創(chuàng)心血管測試，中醫(yī)脈象診斷。 其 靈敏度高、抗干擾性能強(qiáng)、過載能力大、一致性好，性能穩(wěn)定可靠，使用壽命長。 價(jià)格在 240 元左右。 HK2020C 集成化數(shù)字脈搏傳感器 在 HK2020B 集成化脈搏傳感器基礎(chǔ)上增加了程控放大電路、基線調(diào)整電路、 A/D 轉(zhuǎn)換電路、串行通信電路，使用戶使用更方便、快捷。性能指標(biāo)同 HK2020B 集成化脈搏傳感器。 價(jià)格在 480 元左右。 MB4 型脈搏波傳感器主要性能指標(biāo)如下： 1． 頻率響應(yīng)： ～ 35Hz 2． 靈敏度： 2mv/Pa ( 對于正常脈搏波信號，輸出幅度可達(dá) 3～ 4Vp～ p) 3． 絕緣阻抗： 1000MΩ 4． 輸出阻抗： 1KΩ 5． 體積： Φ2215mm 6． 電源電壓： 5～ 9VDC MB4 型脈搏波傳感 器 靈敏度很高、抗過載能力強(qiáng)、抗干擾性能優(yōu)、 具有 操作簡便等特點(diǎn)。本傳感器殼體內(nèi)已配置放大器和輸出阻抗變換器，可以很方便地與其它電路相匹配。 適用于心臟功能監(jiān)測儀檢測體表動(dòng)脈搏動(dòng)波形。 實(shí)際使用時(shí)往往不必再加其它放大環(huán)節(jié) ， 可以直接送到 A/D 變換器等環(huán)節(jié)進(jìn)行處理 。 壓電薄膜傳感器與壓電陶瓷片傳感器價(jià)格低廉，但市面上很難找到賣家，從網(wǎng)上買又有最小訂貨量的限制， HK2020A 集成化脈搏傳感器 與 SC0073 微型動(dòng)態(tài)脈搏微壓傳感器 功能相近，但價(jià)格比后者高出許多。 HK2020B 集成化脈搏傳感器 與MB4 型脈搏波傳感器 相比， 價(jià)格比較高，但功能上卻比后者差好多。 HK2020C 集成化數(shù)字脈搏傳感器 雖然功能很強(qiáng)大，但同樣價(jià)格也很高，從設(shè)計(jì)成本上考慮太奢畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 13 侈，不適合于 設(shè)計(jì)的應(yīng)用。 HK2020 系列的脈搏傳感器功能比較全，但價(jià)格非常高，在三四百元左右，MB4 型脈搏波傳感器 功能上能與 HK2020C 集成化數(shù)字脈搏傳感器 相媲美，價(jià)格比 HK2020B 集成化脈搏傳感器 又低，具有 頻率響應(yīng)為 ～ 35Hz，且靈敏度高，內(nèi)置放大電路，輸出模擬信號可以直接送入 ADC0809 芯片處理，是相當(dāng)理想的脈搏波傳感器，價(jià)格在 200 元左右，而 SC0073 微 型脈搏傳感器價(jià)格在 60 元左右，其頻率響應(yīng)為 1～ 1000HZ，也就是說如果人體脈搏每分鐘心跳少于 60 下，則有可能檢測不到脈搏信號。 綜合考慮，人 的 心跳 頻率范圍在 0～ 240 次每分鐘，而且 MB4 微型脈搏傳感器性價(jià)比高，所以本設(shè)計(jì)采用 MB4 型脈搏波傳感器作為采取脈搏信號的傳感器。 在實(shí)際中 有很 高 很 精確測量范圍 很 廣，只需采用 MB4 型脈搏波傳感器， 將采取的脈搏信號經(jīng)過分壓后直接送入 ADC0809 芯片即可。 MB4 型脈搏波傳感器 為 壓電式 脈搏傳感器， 適用于心臟功能監(jiān)測儀檢測體表動(dòng)脈搏動(dòng)波形。 傳感器 具有 靈敏度很高、抗過載 能力強(qiáng)、抗干擾性能優(yōu)、操作簡便等特點(diǎn)。本傳感器殼體內(nèi)已配置放大器和輸出阻抗變換器，可以很方便地與其它電路相匹配。實(shí)際使用時(shí)往往不必再加其它放大環(huán)節(jié)， 可以直接送到 A/D 變換器等環(huán)節(jié)進(jìn)行處理。 適合于腕動(dòng)脈、頸動(dòng)脈、下肢淺表動(dòng)脈等不同部位的測量。 由 MB4型脈搏波傳感器的頻率響應(yīng)可以知道測量脈搏范圍為 10～ 2100次每分鐘，足以實(shí)現(xiàn)日常生活中的應(yīng)用，靈敏度高。由于 ADC0809 芯片可處理電壓為 0到 +5V，所以在傳感器輸出電壓處采用分壓方法以便于達(dá)到芯片處理電壓要求，轉(zhuǎn)換后的信號送入單片機(jī)后同樣便于單片機(jī)的響應(yīng) 與處理。 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 14 4 軟件程序設(shè)計(jì) 脈搏計(jì)數(shù)模塊的設(shè)計(jì) 脈搏計(jì)數(shù)程序方案的選取 利用單片機(jī)的外部中斷對外部信號脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)的方法，編寫相應(yīng)的程序就可以計(jì)算出單位時(shí)間內(nèi)外部信號的脈沖數(shù)，就可以得到輸入信號的頻率，即可以計(jì)算出相應(yīng)的脈搏數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)脈搏計(jì)數(shù)功能。 在測量信號頻率的時(shí)候我首先采用的設(shè)計(jì)思路是： frq 的值為單位時(shí)間的脈沖數(shù)，單位時(shí)間設(shè)置為一秒，也就是信號的頻率，設(shè)其數(shù)據(jù)類型為無符號的整型，其測量頻率范圍為 0 到 65535Hz。 12MHz，即機(jī)器周期為一微秒，利用定時(shí)器工作方式 1，可以獲得最大到 的定時(shí)，為了計(jì)算方便則取每隔 50ms 產(chǎn)生一次定時(shí)中斷。當(dāng)中斷次數(shù)達(dá)到 20 次時(shí)即定時(shí)達(dá)到 1s。這時(shí)計(jì)算 20 次定時(shí)中斷時(shí)間內(nèi)外部信號的脈沖數(shù)即可得到所輸入信號的頻率。 ，程序需要使用兩個(gè)中斷， T0 的溢出中斷用于 50ms 的定時(shí)，外部中斷 1 用來對 INT1 引腳上的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，由于程序的主要任務(wù)是對脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，從而計(jì)算出頻率，因此外部中斷 1 的中斷優(yōu)先級應(yīng)為最高。 ，用 frqc 表示脈沖數(shù)目，并且 frqc 應(yīng)小于 frq，其數(shù)據(jù)類型為無符號的整型，主程序初始化時(shí)應(yīng)