【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 分別作定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 2 的外部計(jì)數(shù)輸入和時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 2 的觸發(fā)輸入。 P1 口引腳第二功能： 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 T2 的外部計(jì)數(shù)輸入，時(shí)鐘輸出； 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 T2 的捕捉 /重載觸發(fā)信號(hào)和方向控制； 在系統(tǒng)編程用； 在系統(tǒng)編程用； 在系統(tǒng)編程用。 P2 口： P2 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng) 4個(gè) TTL 邏輯電平。對(duì) P2 口寫(xiě)“ 1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的 引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（ IIL）在訪(fǎng)問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或用 16 位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。 P3 口 ： P3 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P3 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng) 4個(gè) TTL 邏輯電平。 P3 口亦作為 AT89S52 特殊功能（第二功能） ， 在 flash 編程和校驗(yàn)時(shí)， P3 口也接收一些 控制信號(hào) 。 P3 口 引腳 第二功能： RXD(串行輸入口 )； TXD(串行輸出口 )； INTO(外中斷 0)； INT1(外中斷 1)； TO(定時(shí) /計(jì)數(shù)器 0)； 江蘇理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 第 12 頁(yè) 共 44 頁(yè) T1(定時(shí) /計(jì)數(shù)器 1)； WR(外部數(shù)據(jù) 存儲(chǔ)器 寫(xiě)選通 )； RD(外部數(shù)據(jù) 存儲(chǔ)器 讀選通 )。 RST： 復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時(shí)， RST 引腳出現(xiàn)兩個(gè) 機(jī)器周期 以上高電平將是 單片機(jī) 復(fù)位。 ALE/PROG： 當(dāng)訪(fǎng)問(wèn)外部 程序存儲(chǔ)器 或數(shù)據(jù) 存儲(chǔ)器 時(shí)， ALE（ 地址鎖存 允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低 8 位字節(jié)。一般情況下， ALE 仍以時(shí)鐘振蕩頻率的 1/6 輸出固定的脈沖信號(hào)，因此它可對(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。要注意的是：每當(dāng)訪(fǎng)問(wèn) 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過(guò)一個(gè) ALE 脈沖。對(duì) flash 存儲(chǔ)器 編程 期間，該 引腳 還用于輸入編程脈沖（ PROG）。如有必要，可通過(guò)對(duì) 特殊功能寄存器 （ SFR）區(qū)中的 8EH 單元的 D0 位置位 ,可禁止 ALE 操作 。 該位置位后，只有一條 MOVX 和 MOVC 指令才能將 ALE 激活。此外，該 引腳 會(huì)被微弱拉高， 單片機(jī) 執(zhí)行外部 程序 時(shí)，應(yīng)設(shè)置 ALE 禁止位無(wú)效。 PSEN： 程序 儲(chǔ)存允許（ PSEN）輸出是外部 程序存儲(chǔ)器 的讀選通信號(hào)，當(dāng) AT89S52由外部程序存儲(chǔ)器取指令（或數(shù)據(jù)）時(shí)，每個(gè) 機(jī)器周期 兩次 PSEN 有效，即輸出兩個(gè)脈沖，在此期間，當(dāng)訪(fǎng)問(wèn) 外部數(shù)據(jù) 存儲(chǔ)器，將跳過(guò)兩次 PSEN 信號(hào)。 EA/VPP： 外部訪(fǎng)問(wèn)允許，欲使 CPU僅訪(fǎng)問(wèn)外部 程序存儲(chǔ)器 ， EA 端必須保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密位 LB1 被 編程 ，復(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存 EA 端狀態(tài)。如EA 端為高電平（接 Vcc 端）， CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器的指令。 FLASH 存儲(chǔ)器 編程 時(shí)，該 引腳 加上 +12V的編程允許電源 Vpp，當(dāng)然這必須是該器件是使用 12V編程電壓 Vpp。 XTAL1： 振蕩器反相放大器和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生電路的輸入端。 XTAL2： 振蕩器反相放大器的輸出端。 寄存器： 并不是所有的地址都被定義了。片上沒(méi)有定義的地址是不能用的。讀這些地址，一般將得到 一 個(gè)隨機(jī)數(shù)據(jù)；寫(xiě)入的數(shù)據(jù)將會(huì)無(wú)效。用戶(hù)不應(yīng)該給這些未定義的地址寫(xiě)入數(shù)據(jù) “ 1” 。由于這些 寄存器 在將來(lái)可能被賦予新的功能，復(fù)位后，這些位都為“ 0” 。 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) 單片機(jī)最小系統(tǒng)由單片機(jī)的時(shí)鐘電路和復(fù)位電路構(gòu)成，單片機(jī)最小系統(tǒng)如圖 23 所示。 江蘇理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 第 13 頁(yè) 共 44 頁(yè) 圖 23 單片機(jī)最小系統(tǒng) 圖 23是單片機(jī)最小系統(tǒng)電路連接圖。 單片機(jī)的最小系統(tǒng) 中 18引腳和 19引腳接時(shí)鐘電路 ,X1接外部晶振和 電容 的一端 ,X2接外部晶振和電容的另一端 。 第 9引腳為復(fù)位輸入端 ,接上電容 、 電阻后 能 夠上電復(fù)位 ,20引腳為接地端 ,40引腳為電源 端 。復(fù)位電路采用手動(dòng)復(fù)位方式 [3]。時(shí)鐘電路以及復(fù)位電路設(shè)計(jì)如下： 時(shí)鐘電路 就是產(chǎn)生 像 時(shí)鐘一樣準(zhǔn)確的振蕩電路。任何工作都按時(shí)間順序 ，然而 用于產(chǎn)生這個(gè)時(shí)間的電路就是時(shí)鐘電路 ， 一般由晶體振蕩器、晶震控制芯片和電容組成。 因此，時(shí)鐘頻率直接影響單片機(jī)的速度，時(shí)鐘電路的質(zhì)量也直接影響單片機(jī)系統(tǒng)穩(wěn)定性。 XTAL1， XTAL2 分別是系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)的輸入輸出端。在 XTAL1， XTAL2 的引腳上外接定時(shí)原件，內(nèi)部振蕩器能產(chǎn)生自激振蕩，定時(shí)原件可以采用石英晶體和電容組成的并聯(lián)諧振電路，電容的 值通常選擇 2060pF 左右，該電容大小會(huì)影響振蕩器頻率的高低、振蕩器的穩(wěn)定性、起振的快速性和溫度的穩(wěn)定性?？紤]原件引腳的等效輸入電容，兩個(gè) 22pF 的電容構(gòu)成晶振的振蕩電路是比較好的選擇。 晶振的振蕩器頻率的范圍通常在 ～ 12MHz 之間，晶體的頻率越高，則系統(tǒng)的時(shí)鐘頻率也就變高，單片機(jī)的運(yùn)行速度也就越快。但反過(guò)來(lái)運(yùn)行速度快，對(duì)存儲(chǔ)器的速度要求就高。對(duì)印刷電路板的工藝要求也高，即要求淺間的寄生電容要小，晶體和電容應(yīng)盡可能安裝得與單片機(jī)芯片靠近，以減少寄生生活，更好的保證振蕩器穩(wěn)定，可靠地工作。 本設(shè)計(jì)采用 12MHz 晶振 Y1,一個(gè)機(jī)器周期是 1us，并聯(lián)兩個(gè) 22pF 瓷片 電容 C2 及江蘇理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 第 14 頁(yè) 共 44 頁(yè) C3 構(gòu)成 時(shí)鐘 電路 。單片機(jī)晶振電路如 圖 24 所示。 圖 24 單片機(jī)晶振電路 2． 復(fù)位電路設(shè)計(jì) 為保證系統(tǒng)電路工作穩(wěn)定 ， 程序正常運(yùn)行 ， 單片機(jī)外接復(fù)位電路，需要 兩 個(gè)機(jī)器周期，復(fù)位電路如圖 25 所示。 圖 25 單片機(jī)復(fù)位電路 在圖 25 中， 電容 C1 為 10uF，電阻 R2 為 10KΩ。復(fù)位時(shí)間 T=r C1，其中的電阻r 為單片機(jī)內(nèi)置的 10KΩ電阻，則復(fù)位時(shí)間為 100ms。當(dāng) VCC 上電瞬間， 電容 C1 充電電流最大，電容相當(dāng)于短路， RESET 端為高電平， 單 片機(jī) 自動(dòng)復(fù)位 ，當(dāng) 電容 C1兩端的電壓達(dá)到電源電壓時(shí)，電容 C1 充電電流為零，電容 C1 相當(dāng)于開(kāi)路， RESET端為低電平， 單片機(jī)開(kāi)始正常工作 。 工作期間， 當(dāng)按下按鍵 S 時(shí) ， 開(kāi)關(guān)導(dǎo)通，這個(gè)時(shí)候電容兩端形成了一個(gè)回路， 復(fù)位時(shí)間 T=R2C1， 則復(fù)位時(shí)間為 100ms。 所以在按鍵按下的這個(gè)過(guò)程中，電容開(kāi)始釋放之前充的電量。隨著時(shí)間的推移，電容的電壓 在 內(nèi)，從 5V釋放到變?yōu)榱?，甚至更小。根據(jù)串聯(lián)電路電壓為各處之和，這個(gè)時(shí)候 10K江蘇理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 第 15 頁(yè) 共 44 頁(yè) 電阻兩端的電壓為 ，甚至更大，所以 RESET 引腳又接收到高電平。單片機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)復(fù)位 。 脈搏感應(yīng)模塊 光電傳感器簡(jiǎn)介 1． 光電傳感器原理 根據(jù)朗伯 .比爾定律，物質(zhì)在一定波長(zhǎng)處的吸光度和他的濃度成正比。當(dāng)恒定波長(zhǎng)的光照射到人體組織上時(shí)，通過(guò)人體組織吸收、反射衰減后測(cè)量到的光強(qiáng) ， 將在一定程度上反映了被照射部位組織的結(jié)構(gòu)特征。手指組織可以分成皮膚、肌肉、骨骼等非血液組織和血液組織，其中非血液組織的光吸收量是恒定的，而在血液中，靜脈血的搏動(dòng)相對(duì)于動(dòng)脈血是十分微弱的，可以忽略。因此 ， 可以認(rèn)為光透過(guò)手指后的變化僅由動(dòng)脈血的充盈而引起的 ， 在恒定波長(zhǎng)的光源照射下，通過(guò)檢測(cè)透過(guò)手指的光強(qiáng) 可以 轉(zhuǎn)變?yōu)?人體的脈搏信號(hào) [4]。 當(dāng)血液送到人體組織時(shí)，組織的半透明度減小，當(dāng)血液流回心臟，組織半透明度則增大；這種現(xiàn)象在人體組織較薄的手指尖、耳垂等部位最為明顯。因此 ，根據(jù)以上原理，本設(shè)計(jì)將 3mm 紅外發(fā)射管 FBCB30 產(chǎn)生的紅外線(xiàn)照射到人體的手指 指尖 部位，經(jīng)過(guò)手指組織的反射和衰減 ， 由裝在該部位旁邊 的 3mm 紅外接收管 TBBB30 接收其透射光并把它轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。由于手指動(dòng)脈血在血液循環(huán)過(guò)程中呈周期性的脈動(dòng)變化，所以它對(duì)光的反射和衰減也是周期性脈動(dòng)的 , 于是 ， 紅外接收管輸出信號(hào)的變化也就反映了動(dòng)脈血的脈動(dòng)變化。 只要 將轉(zhuǎn)換成的 電信號(hào)進(jìn)行 濾波，放大 整形 ， 計(jì)數(shù)和顯示，即可實(shí)時(shí)的測(cè)出脈搏的次數(shù)。 2. 光電傳感器結(jié)構(gòu) 光電 傳感器由 3mm 紅外發(fā)射管 FBCB30 和 3mm 紅外接收管 TBBB30 組成。采用3mm 紅外發(fā) 射管 作為 發(fā)射端 時(shí)，從 紅外發(fā)射管 發(fā)出的 紅外線(xiàn) 除被手指組織吸收以外，一部分由血液漫反射返回，其余部分透射出來(lái) ， 紅外接收管 接收透過(guò)指尖透射出來(lái)的 光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào) [5]。 本系統(tǒng)采用紅外發(fā)射管 與 紅外接收管 的距離相等并且對(duì)稱(chēng)布置，這種方法可較好地反映出心律的時(shí)間關(guān)系 ， 實(shí)現(xiàn)了光電隔離 ,減少了對(duì)后級(jí)模擬電路的干擾。 光電傳感 器 結(jié)構(gòu)如圖 26 所示。 江蘇理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 第 16 頁(yè) 共 44 頁(yè) 圖 26 透射式光電傳感器 信號(hào)采集電路 本設(shè)計(jì)采用紅外線(xiàn)發(fā)射管和紅外發(fā)射接收管采集脈搏信號(hào)，并將采集到的脈搏信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)供下級(jí)電路處理，具體電路如圖 27 所示。 圖 27 信號(hào)采集電路 圖 27 是脈搏信號(hào)的采集電路 ,主要是用 3mm 紅外發(fā)射管和 3mm 紅外接收管裝置檢測(cè)脈搏信號(hào) ,將檢測(cè)到的信號(hào) Ui 加到放大整形電路輸入端 Uo1，因?yàn)?Ui 中可能存在高頻諧波，高頻諧波會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生影響，所以，設(shè)計(jì)添加一級(jí)由 R7 和 C5 構(gòu)成的RC 低通濾波電路將高次諧波濾除。 1． 限流電阻 R5 及 R6 設(shè)計(jì) 江蘇理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 第 17 頁(yè) 共 44 頁(yè) 首先，紅外發(fā)射管的工作電流一般小于 20mA，根據(jù)電源電壓 VCC 為 5V，可以計(jì)算出 R5 的值應(yīng)大于 250 歐姆；其次，經(jīng)多次測(cè)試發(fā)現(xiàn)，當(dāng) 紅外發(fā)射二極管中的電流越大 時(shí) ,發(fā)射角度越小 ,產(chǎn)生的發(fā)射強(qiáng)度就越大 ,基于紅外接收 管 感應(yīng)紅外光靈敏度考慮 ，若 R5 設(shè)計(jì) 過(guò)大 ,通過(guò)紅外發(fā)射管的電流偏小 ,紅外接收管無(wú)法區(qū)別有脈搏和無(wú)脈搏時(shí)的信號(hào) 。 反之 ，若 R5 設(shè)計(jì) 過(guò)小 ,通過(guò)的紅外發(fā)射管電流偏大 ， 紅外接收管也不能準(zhǔn)確地辨別有脈搏和無(wú)脈搏時(shí)的信號(hào) [6]。 經(jīng)過(guò)多次實(shí)際測(cè)試， R5 最終取值為 360 歐姆。 R6 的取值只要滿(mǎn)足 流過(guò)紅外接收管的額定電流小于 20mA，在滿(mǎn)足條件的范圍內(nèi)， R6 的取值電路的影響不大，本次設(shè)計(jì)采用 20K 的電阻 R6。 2. 濾波參數(shù) R7 及 C5 設(shè)計(jì) 經(jīng)多次測(cè)試得出，人體運(yùn)動(dòng)時(shí)的脈搏接近 200 次 /分鐘時(shí) ，頻率約為 ，所以，由 R7 和 C5 構(gòu)成的濾波器要初步濾除高于 的 高頻諧波。 RCf ?2 10 ? （ 21） 式（ 21）為截止頻率公式，由式 （ 21） 來(lái)確定 R7 和 C5 的取值。本次設(shè)計(jì) 采用 68K的電阻 R7， 1uF 的電容 C5， 根據(jù)式 ( 21 )可算出截止頻率為 左右 。 信號(hào)處理模塊 LM358 芯片簡(jiǎn)介 LM358 芯片 內(nèi)部包括有兩個(gè)獨(dú)立的、高增益、內(nèi)部頻率補(bǔ)償?shù)碾p運(yùn)算放大器，適合于電源電壓范圍很寬的單電源使用，也適用于雙電源工作模式，在推薦的工作條件下，電源電流與電源電壓無(wú)關(guān)。它的使用范圍包括傳感放大器、直流增益 模組 ,音頻放大器、工業(yè)控制、 DC 增益部件和其他所有可用單電源供電的使用運(yùn)算放大器的場(chǎng)合 [7]。 LM358 的封裝形式有塑封 8 引線(xiàn)雙列直插式和貼片式。 LM358 芯片結(jié)構(gòu)如圖 28 所示。 江蘇理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 第 18 頁(yè) 共 44 頁(yè) 圖 28 LM358 芯片結(jié)構(gòu) 性能參數(shù)： （ 1） 大直流電壓增益： 100dB； （ 2） 低輸入偏置電流： 20 nA； （ 3） 低輸入失調(diào)電壓： 2mV； （ 4） 低輸入偏置電流： 2 nA； （ 5） 單位增益頻帶寬 ： 1 MHz； （ 6） 大輸出電壓擺幅 ： 0 V至 ； （ 7） 電源電壓范圍寬：?jiǎn)坞娫?3V至 30V。 21 所示。 表 21 LM358 引腳功能說(shuō)明 引腳 功能 1 輸出 1 2 反相輸入 1 3 非反相輸入 1 4 VCC – 5 非反相輸入 2 6 反 相輸入 2 7 輸出 2 8 VCC + 江蘇理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 第 19 頁(yè) 共 44 頁(yè) 低通濾波放大電路設(shè)計(jì) 低通濾波器的功能就是允許某一部分頻率的信號(hào)順利通過(guò)，而另外一部分頻率的信號(hào)則受到較大的抑制，濾波器實(shí)質(zhì)上是一個(gè)選頻電路，所以也稱(chēng)選頻裝置。本次設(shè)計(jì)的低通濾波放大電路，濾除 Uo1 中的高頻諧波，對(duì)微弱的 Uo1 信號(hào)進(jìn)行放大處理 [8]，整體濾波放大電路如圖 29 所示 。 圖 29 低通濾波放大電路 1． 濾波電路設(shè)計(jì) 圖 29 中，經(jīng)過(guò) R7 和 C5 構(gòu)成的濾波器，初步濾除高頻諧波信號(hào)后，從 Uo1 輸入端加到運(yùn)算放大器的正相輸入端 3 腳，因?yàn)?，初步濾除 的信