【文章內(nèi)容簡介】 89C52 芯片的話，還有編程、調(diào)試方便等的特點(diǎn) [3]。 所以， 最后 選 用 51 系列的單片機(jī) ， 作為 了 主控芯片， 并且 采用了 STC89C52芯片， 作為電子脈搏計(jì) 使用 的核心芯片。 顯示模塊論證與選型 方案一： 在 開題報(bào)告中， 開始 一直 是 準(zhǔn)備采用 7 段 的 LED 數(shù)碼管 來 進(jìn)行顯示 的 ，對(duì)于 用戶 顯示數(shù)字的 需 求十分合適， 這種顯示方式是應(yīng) 用動(dòng)態(tài)掃描的辦法 ，若將單片機(jī)與 LED 相互連接 的時(shí)候，其 占用的單片機(jī) I/O 口線 比較 少。由于數(shù)碼管動(dòng)態(tài)掃描 ，需 要借助 74LS164 移位寄存器 來 進(jìn)行移位，所以在電路調(diào)試的時(shí)候 ，仍然 具有很多障礙， 則 不用 LED 的 7 段數(shù)碼管 來 作為顯示元件 [4]。 方案二： 由于方案一中的原因，所以我更改了自己的方案，決定采用 LCD 液晶顯示屏， LCD 液晶顯示屏可以顯示大量 的圖形以及文字 ，清晰可辨 ，并且不存在刷新問題 。所以我選擇了型號(hào)為 LCD1602 的液晶顯示屏，這樣使得輸出結(jié)果更好，方便電路調(diào)試，只是唯一的缺點(diǎn)就是使用的 I/O 口線比較多， 但是卻可以方便地通過交互的界面，更好地進(jìn)行 監(jiān)測(cè)， 所以 在比較以后 ，采用 LCD1602 型號(hào)的液晶顯示屏。 山西農(nóng)業(yè)大學(xué)信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 3 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 信號(hào)采集電路設(shè)計(jì) 信號(hào)采集電路是光電傳感器將脈搏信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，這種電信號(hào)只有幾十毫伏，只有對(duì)這個(gè)電信號(hào)進(jìn)行放大、整形，成為幾伏、規(guī)則的電信號(hào)，使計(jì)數(shù)器和蜂鳴器處于正常的工作狀態(tài)。設(shè)計(jì)的信號(hào)采集電路應(yīng)是下圖的順序。 圖 31 信號(hào)采集電路順序 紅外光電傳感器 采集信號(hào)的部分采用了紅外光電傳感器，光電傳感器核心芯片是發(fā)光二極管、光敏二極管，作用是通 過發(fā)光二極管發(fā)射紅外線照射手指，紅外線經(jīng)過手指吸收以及衰減，光敏二極管接收到血液透光性的變化，便可以間接采集脈搏跳動(dòng)，轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，下面是紅外光電傳感器的原理圖。 D1LED0MK1光電二極管150RR1+5VAGND33KR2+5VAGND 圖 32 紅外光電傳感器 如圖 32 所示，紅外 光電傳感器 采用了 ST188 型號(hào) ，由 +5V 電源供電， R1為 150Ω， R2 為 33KΩ， 將 手指放在 高發(fā)射功率的 發(fā)光二極管 以及高靈敏度的 光電二極管 之 間 。 發(fā)光二極管 先 發(fā)射紅外線， 繼而 光電二極管 來 接收 反射的 信號(hào) 。人脈搏跳動(dòng) 的狀態(tài) 是呈周期性變化 的 ，動(dòng)脈血液和循環(huán)也是相應(yīng)具有周期性的，光電傳感器 放大濾波電路 整形電路 山西農(nóng)業(yè)大學(xué)信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 因此光敏二極管得到的信號(hào)反映 了動(dòng)脈血的脈動(dòng)變化。 放大濾波電路 10UFC468KR8567B84AMP1BLM358C1680KR4C3R5680KR2C2R310UFC568KR7VCC231A84AMP1ALM358 圖 33 放大濾波電路 經(jīng)過紅外光電傳感器收集到的脈搏跳動(dòng)信號(hào)， 雖然紅外光電傳感器相較于壓電傳感器對(duì)外界干擾已經(jīng)十分微弱， 但是 仍舊需要放大濾波電路進(jìn)行整合，如圖 33 所示， 用 LM358 搭建一個(gè)放大、濾波電路，其中 C4 與 R C5 與 R7是電容 電阻組合， 作為高通電路，用來隔絕低頻的干擾 ； R4 與 C R2 與 C2是電阻 電容組合， 作為低通電路進(jìn)行濾波，用來隔絕高頻的干擾。 整形電路 經(jīng)過 放大、濾波以后的電信號(hào)雖然已經(jīng)可以被辨識(shí)，但是仍舊有低頻的干擾且 不規(guī)則，這樣的電信號(hào)不能直接提供給 LCD1602 液晶顯示屏以及蜂鳴器 識(shí)別 ，因此必須對(duì)電信號(hào)進(jìn)行整形，用如圖 34 左圖 所示的施密特觸發(fā)器，來提高抗低頻的干擾。整形電路還用 到了 LED 燈來 實(shí)現(xiàn)電路功能， 74HC14 觸發(fā)器用來進(jìn)行集成運(yùn)放，而 LED燈 用來顯示電子脈搏計(jì)正在測(cè)量脈搏跳動(dòng)的狀態(tài) [5]。 1A11Y22A32Y43A53Y6GND74Y84A95Y105A116Y126A13VCC14U174HC14VCCD1LED01KR6VCC 圖 34 整形電路 山西農(nóng)業(yè)大學(xué)信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 主控模塊 主控模塊在電子脈搏計(jì)系統(tǒng)中起統(tǒng)籌的作用，主控模塊需要承擔(dān)檢測(cè)光電傳感器、鍵盤等參數(shù)，驅(qū)動(dòng) LCD1602 液晶顯示屏顯示測(cè)量結(jié)果的任務(wù)。主控模塊 使用 的 是 核心芯片 為 STC89C52 的 51 系列 單片機(jī)，應(yīng)用 STC89C52 核心芯片來 架構(gòu)最小 的 結(jié)構(gòu)，完成 使用者對(duì) 主控模塊 需求 的任務(wù)。 STC89C52 芯片的特點(diǎn) 如圖 35 所示， STC89C52 型號(hào)的 芯片具有 40 個(gè)引腳， 其中有 4 個(gè) 8 位的并行 I/O 口， 2 個(gè) 16 位 的 定時(shí) /計(jì)數(shù)器， 1 個(gè)全雙工 的 異步串行口， 2 個(gè) 優(yōu)先級(jí)以及 5 個(gè) 中斷源， 4KB 的程序存儲(chǔ)器（ 即 掩膜 ROM） 以及 128B 容量 的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ RAM） [6]。 圖 35 STC89C52 單片機(jī) STC89C52 單片機(jī)的主要性能： 1. 一個(gè) 8 位的微 型 處理器 (CPU)。 2. 片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 RAM(128B)，用 來 存放可以讀 /寫的數(shù)據(jù)， 像 運(yùn)算的 最終 結(jié)果、 中間 結(jié)果以及 將要 顯示的數(shù)據(jù)等， STC89 系列 的 單片機(jī) ， 最多 可以 提供 1K 的 RAM。 Vcc Vss 時(shí)鐘電路 CPU 總線控制 ROM/EPROM/Flash 4KB RAM128B SFR 21 個(gè) 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 2 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 山西農(nóng)業(yè)大學(xué)信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 3. 片內(nèi)程序存儲(chǔ)器 ROM(4KB)，用以存放程序、 表格和 一些原始數(shù)據(jù)。但是 也有一些單片機(jī) 的 內(nèi)部不帶 ROM/EPROM， 例 如 8031， 8032， 80C31 等 型號(hào) 。目前單片機(jī)發(fā)展 的 趨勢(shì)是將 ROM 和 RAM 都集成在單片機(jī)里面，這樣既能夠 方便用戶進(jìn)行設(shè)計(jì) ， 又 可以 提高系統(tǒng)的抗干擾 能力 。 STC 公司推出的 89系列單片機(jī)分別集成了 16K、 32K、 64K 的 Flash 存儲(chǔ)器，可 根據(jù) 用戶 的 需要 進(jìn)行選型 [7]。 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。 5. 兩個(gè)定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器，每個(gè)定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器都可以設(shè)置成計(jì)數(shù)方式，用以對(duì)外部事件進(jìn)行計(jì)數(shù)，也可以設(shè)置成定時(shí)方式，并可以根據(jù)計(jì)數(shù)或定時(shí)的結(jié)果實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制。為方便設(shè)計(jì)串行通信，目前的 52 系列單片機(jī)都會(huì)提供 3 個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器。 6. 五個(gè)中斷源的中斷控制系統(tǒng)?，F(xiàn)在新推出的單片機(jī)都不只 5 個(gè)中斷源，例如 SST89E58RD 就有 9 個(gè)中斷源。 7. 一個(gè)全雙工 UART(通用異步接收發(fā)送器 )的串行 I/O 口，用于實(shí)現(xiàn)單片機(jī)之間或單機(jī)與微機(jī)之間的串行通信。 8. 片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘產(chǎn)生電路，但石英晶體和微調(diào)電容需要外接。最高允許振蕩頻率為 12MHz。 SST89V58RD 最高允許振蕩頻率達(dá) 40MHz，因而大大地 提高了指令的執(zhí)行速度 [8]。 STC89C52 芯片的中斷系統(tǒng) 以 STC89C52 為芯片的 51 系列單片機(jī)，其中斷系統(tǒng)共有 5 個(gè)中斷源， 2 個(gè)優(yōu)先級(jí)，可以實(shí)現(xiàn)二級(jí)中斷服務(wù)嵌套，中斷技術(shù)主要用于實(shí)時(shí)控制與檢測(cè)，并且能夠做 出快速的反應(yīng)和及時(shí)的處理。單片機(jī)的中斷系統(tǒng)是通過 4 個(gè)相關(guān)的特殊功能寄存器 SCON、 IE、 TCON 以及 IP；由片內(nèi)特殊功能寄存器中的中斷允許寄存器 IE 控制， CPU 是否響應(yīng)中斷請(qǐng)求；由中斷優(yōu)先級(jí)寄存器 IP，安排各中斷源的優(yōu)先級(jí)；低優(yōu)先級(jí)可被高優(yōu)先級(jí)中斷，高優(yōu)先級(jí)不能被低優(yōu)先級(jí)中斷，同一優(yōu)先級(jí)內(nèi)各中斷同時(shí)提出中斷請(qǐng)求時(shí)，由內(nèi)部的查詢邏輯確定其響應(yīng)次序。 在單片機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng)中，使用者常常會(huì)有定時(shí)控制的需求，例如定時(shí)檢測(cè)、定時(shí)輸出、定時(shí)掃描等；也經(jīng)常要對(duì)外部事件進(jìn)行計(jì)數(shù)。 STC89C52 單片機(jī)內(nèi) 山西農(nóng)業(yè)大學(xué)信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 部集成有兩個(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。 LCD 液晶顯示器簡介 因?yàn)樵谠O(shè)計(jì) 的過程 中 ， 要在顯示界面設(shè) 定 脈搏跳動(dòng) 次數(shù) 的上限和下限 ， 以方便 進(jìn)行 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，在測(cè)量 以后 得到的結(jié)果 ，如果 不在 設(shè)定 脈搏范圍的時(shí)候蜂鳴器會(huì)發(fā)出蜂鳴，所以 對(duì)電子脈搏計(jì)的設(shè)計(jì)上 選用了 LCD1602 液晶顯示屏作為顯示 界面 ， 以 方便 對(duì) 電子脈搏計(jì) 的 功能實(shí)現(xiàn)。 液晶原理介紹 LCD 液晶顯示器 ， 是一種采用液晶 來 控制透光度 的 技術(shù) ， 來實(shí)現(xiàn)色彩的顯示器， LCD 液晶 顯示器和 CRT 顯示器相比 較 ， LCD 的優(yōu)點(diǎn)是很明顯的。由于通過控制 能 否透光 ， 來控制亮和暗 。 當(dāng)色彩不變 的 時(shí) 候 ，液晶 顯示器 也 會(huì) 保持不變，這樣就 沒有必要 考慮 到 刷新率 帶來 的問題。顯示 的 接口 是 用來顯示系統(tǒng)狀態(tài) 的 ，命令或 者 采集電壓數(shù)據(jù) 的 。系統(tǒng)顯示 的 部分用 LCD 液晶 顯示 模塊，采用一個(gè) 162 字符型 的 液晶顯示模塊。 點(diǎn)陣圖 種類的 液晶 是 由 M 行 N 列個(gè)顯示單元 所 組成，假設(shè) LCD 顯示屏 一共 有 64 行， 其中 每行 都 有 128 列，每 8 列 相 對(duì)應(yīng) 具有 1 字節(jié)的 8 個(gè)位，即每一 行 都 由 16 個(gè) 字節(jié)，共 有 168=128 個(gè)點(diǎn)組成， 屏幕上有 6416 個(gè)顯 示單元和顯示屏幕 RAM 區(qū) 1024 個(gè)字節(jié)相對(duì)應(yīng)，每一字節(jié)的內(nèi)容和 屏幕 上 ， 相應(yīng)位置的亮暗對(duì)應(yīng)。一個(gè)字符 是 由 68 或 者 88 的 點(diǎn)陣組成， 如果想 找到和 屏幕 上 的 某幾個(gè) 對(duì)應(yīng) 位置顯示 RAM區(qū)的 8個(gè)字節(jié)，并且 能夠 使 得 每個(gè)字節(jié)不同的位為 “ 1” ，其它的 位 為 “ 0” ，為 “ 1” 的點(diǎn)亮，為 “ 0” 的點(diǎn)暗 。 這樣一來 ， 就 會(huì) 組成某個(gè)字符 [9]。但 是，相 對(duì)于內(nèi)帶字符發(fā)生器的控制器來說，顯示 出來的 字符 相對(duì)來說 就比較簡單 一些 ，可 以使得 控制器 的 工作 ， 在文本方式 。依照 在 LCD 上 ， 開始顯示的行列 序 號(hào) 以 及每行的列數(shù) ， 找出顯示 RAM 相 對(duì)應(yīng)的地址，設(shè) 定 光標(biāo)，在 這里需要 該字符 相 對(duì)應(yīng)的代碼 便 可。 液晶模塊簡介 LCD1602 液晶模塊采用 HD44780 控制器， HD44780 具有簡單而功能較強(qiáng) 山西農(nóng)業(yè)大學(xué)信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 的指令集，可以實(shí)現(xiàn)字符移動(dòng) 、 閃爍等功能， LM016L 與單片機(jī) MCU 通訊可采用 8 位或 4 位并行傳輸兩種方式， HD44780 控制器由兩個(gè) 8 位寄存器，指令寄存器（ IR）和數(shù)據(jù)寄存器（ DR）忙標(biāo)志（ BF），顯示數(shù) RAM（ DDRAM），字符發(fā)生器 ROMA（ CGOROM）字符發(fā)生器 RAM（ CGRAM），地址計(jì)數(shù)器RAM(AC)。 IR用于寄存指令碼，只能寫入不能讀出， DR用于寄存數(shù)據(jù)， 數(shù)據(jù)由內(nèi)部操作自動(dòng)寫入 DDRAM 和 CGRAM,或者暫存從 DDRAM 和 CGRAM 讀出的數(shù)據(jù)， BF 為 1 時(shí)，液晶模塊處于內(nèi)部模式，不響應(yīng)外部操作指令和接受數(shù)據(jù)， DDTAM 用來存儲(chǔ)顯示的字符，能存儲(chǔ) 80 個(gè)字符碼， CGROM 由 8 位字符碼生成 57 的 點(diǎn)陣字符 160 中和 510 的 點(diǎn)陣字符 32 種 [10]。 8 位字符 字符和編碼 的對(duì)應(yīng)關(guān)系， CGRAM 是為用戶編寫特殊字符留用的，它的容量僅 有 64 字節(jié)，可以自定義 8 個(gè) 57 的 點(diǎn)陣字符或者 4 個(gè) 510 的 點(diǎn)陣字符， AC 可以存儲(chǔ)DDRAM 和 CGRAM 的地址，如果地址碼隨指令寫入 IR， 則 IR 自動(dòng)把地址碼裝入 AC，同時(shí)選擇 DDRAM 或 CGRAM， LCD1602 液晶模塊的引腳圖如圖 36所示。 圖 36 LCD1602 引腳 液晶 寄存器選擇控制如 下面的表 31 所示 。 表 31 寄存器選擇控制 RS R/W 操作說明 0 0 寫入指令寄存器（清除屏等） 0 1 讀 busy flag（ DB7），以及讀取位址計(jì)數(shù)器（ DB0~DB6）值 山西農(nóng)業(yè)大學(xué)信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 1 0 寫入數(shù)據(jù)寄存器（顯示各字型等） 1 1 從數(shù)據(jù)寄存器讀取數(shù)據(jù) 液晶顯示部分與 STC89C52 的接口 如圖 37 所示， STC89C52 的 P0 口作為數(shù)據(jù)線，用 、 和 分別作為 LCD 的 RS、 EN、 R/W。其中 的 EN