【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 號(hào)的處理。在檢測(cè) 到第一個(gè)脈沖到達(dá)時(shí)，開(kāi)啟定時(shí)器，然后在下一個(gè)脈沖到達(dá)時(shí)，關(guān)閉計(jì)時(shí)器，如此就可以求得一次心跳所需要的時(shí)間，然后由該周期就可以得到一分鐘的脈搏數(shù) 。 單片機(jī) stc89c52 介紹 STC89C52是 STC 公司生產(chǎn)的一種低功耗、高性能 CMOS8位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲(chǔ)器 。 STC89C52使用經(jīng)典的 MCS51內(nèi)核，但做了很多的改進(jìn)使得芯片具有傳統(tǒng) 51單片機(jī)不具備的功能。在單芯片上 ，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash，使得 STC89C52 為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k 字節(jié) Flash， 512字節(jié) RAM， 32 位I/O 口線， 看門狗定時(shí)器 ，內(nèi)置 4KB EEPROM， MAX810 復(fù)位電路， 3 個(gè) 16 位 定時(shí)器 /計(jì)數(shù) 器 ， 4個(gè)外部中斷，一個(gè) 7向量 4級(jí)中斷結(jié)構(gòu)（兼容傳統(tǒng) 51 的 5向量 2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)），全雙工 串行口 。另外 STC89X52 可降至 0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持 2種軟件 可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下， CPU 停止工作，允許 RAM、 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下， RAM 內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)， 單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。最高運(yùn)作頻率 35MHz， 6T/12T可選。 STC89C52單片機(jī)引腳圖如下圖 。 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 系統(tǒng)的硬件部分設(shè)計(jì)分析 9 圖 STC89C52RC引腳功能說(shuō)明 引腳按其功能可分為如下 3類： 電源及時(shí)鐘引腳 ——VCC、 VSS； XTAL XTAL2； 控制引腳 —— /RST VPD 、 /ALE PROG 、 PSEN 、和 /EAVPP ； I/O 口引腳 ——P0、 P P P3，為 4 個(gè) 8 位 I/O 口。 電源 及時(shí)鐘 引腳 (1)電源引腳 VCC： 5V 電壓 。 GND：接地 。 (2)外接晶體引腳 XTAL1：接外部晶體振蕩器的一端。當(dāng)使用芯片內(nèi)部時(shí)鐘時(shí)，此腳用于外接石英晶體振蕩器和微調(diào)電容；當(dāng)使用外部時(shí)鐘時(shí)，對(duì)于 HMOS 單片機(jī)，此引腳接地 ；對(duì)于 CMOS 單片機(jī)，此引腳作為外部振蕩信號(hào)的輸入端。 XTAL2：接外部晶體振蕩器的另一端，當(dāng)使用芯片內(nèi)部時(shí)鐘時(shí)，此腳用于外接石英晶體振蕩器和微調(diào)電容。當(dāng)使用外部時(shí)鐘時(shí)，對(duì)于 HMOS 單片機(jī)，此引腳接外部振蕩源；對(duì)于 CMOS 單片機(jī)，此引腳懸空不接。 AT89S52 晶體振蕩器頻率可在 6MHz?40MHz 之間選擇，常選 6MHz 或 12MHz的石英晶體。電容的值沒(méi)有嚴(yán)格要求，但其取值對(duì)振蕩器的頻率輸出的穩(wěn)定性、大小、振蕩電路起振速度稍有影響， C C2 可在 20pF~100pF 之間選擇。當(dāng)外接晶體振蕩器時(shí)，電容可選 30pF177。10pF；外接陶瓷振蕩器時(shí)，電容可選 40pF177。10pF。 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 系統(tǒng)的硬件部分設(shè)計(jì)分析 10 控制引腳 /RST VPD ：復(fù)位端。當(dāng)輸入的復(fù)位信號(hào)持續(xù) 2 個(gè)以上機(jī)器周期 (個(gè)晶體振蕩周期）高電平即為有效，用于完成單片機(jī)的復(fù)位初始化操作。正常工作時(shí)，此腳電平應(yīng) ≤ 。 在 VCC 發(fā)生故障、降低到電平規(guī)定值掉電期間，此引腳可接備用電源 VPD（電源范圍 5V177。），由 VPD 向內(nèi)部 RAM 供電，以保持內(nèi)部 RAM 中的數(shù)據(jù)。 /ALE PROG ：地址鎖存使能。 ALE（ Address Latch Enable）； PROG（ Program） /ALE PROG 為 CPU 訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器提供地址鎖存信號(hào)，將低 8 位地址鎖存在片外的地址鎖存器中。 /ALE PROG 引腳第二功能，對(duì)片內(nèi) Flash 編程，為編程脈沖輸入端。 PSEN ：（ Programmer Saving ENable），外部程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)。在讀外部程序存儲(chǔ)器時(shí)有效（低電平），以實(shí)現(xiàn)外部 程序存儲(chǔ)器單元的讀操作。在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、訪問(wèn)內(nèi)部程序存儲(chǔ)器時(shí) PSEN 無(wú)效。 /EAVPP ：（ Enable Address/Voltage Pulse of Programming），訪問(wèn)程序存儲(chǔ)控制信號(hào)。當(dāng) /EAVPP ＝ “ 0” 時(shí)，表示讀外部程序存儲(chǔ)器。只讀取外部的程序存儲(chǔ)器中的內(nèi)容，讀取的地址范圍為 0000H?FFFFH（ 64KB），片內(nèi)的 8KB Flash 程序存儲(chǔ)器不起作用。 當(dāng) /EAVPP ＝ “ 1” 時(shí)，表示對(duì)程序存儲(chǔ)器的讀操作是從內(nèi)部程序存儲(chǔ)器開(kāi)始，并可延至外部程序存儲(chǔ)器。在 PC值不超出 0FFFH（即不超出片內(nèi) 4KB Flash存儲(chǔ)器的地址范圍）時(shí)，單片機(jī)讀片內(nèi)程序存儲(chǔ)器（ 4KB）中的程序，但當(dāng) PC 值超出 0FFFH （即超出片內(nèi) 4KB Flash 地址范圍）時(shí)，將自動(dòng)轉(zhuǎn)向讀取片外 60KB（ 1000HFFFFH）程序存儲(chǔ)器空間中的程序。對(duì)于 EPROM（或 FLASH）型單片機(jī)，在 EPROM 編程期間，此引腳需加 或 21V 的編程電壓。 I/O 口引腳 P0 口： P0 口是一組 8 位漏極開(kāi)路型雙向 I/O 口，也即地址／數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為輸出口用時(shí)，每位能吸收電流的方式驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) TTL 邏輯門電路，對(duì)端口寫 “ 1”可作為高阻抗轉(zhuǎn)入端用。 Pl 口： P1 是 — 個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng) (吸收或輸出電流 )4 個(gè) TTL 邏輯門電路。對(duì)端口寫 “ 1” ，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口。作輸入口使用時(shí)，因內(nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電 流 。 P2 口： P2 是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 的輸 出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流 )4 個(gè) TTL 邏輯門電路。對(duì)端口寫 “ 1” ，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口，作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流。 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 系統(tǒng)的硬件部分設(shè)計(jì)分析 11 P3口： ① 可以作為輸入 /輸出口，外接輸入 /輸出設(shè)備。 ② 作為第二功能使用，每一位功能定義如表 。 表 P3口的第二功能 端口引腳 第二功能 RXD(串行輸入口 ) TXD（串行輸出口） INT0(外中斷 0) INT1（外中斷 1） T0（定時(shí) /計(jì)數(shù)器 0） T1（定時(shí) /計(jì)數(shù)器 1） WR(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通 ) RD(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通 ) 單片機(jī)復(fù)位電路 單片機(jī)在啟動(dòng)時(shí)都需要復(fù)位，以使 CPU 及系統(tǒng)各部件處于確定的初始狀態(tài)，并從初態(tài)開(kāi)始工作。 89 系列單片機(jī)的復(fù)位信號(hào)是從 RST 引腳輸入到芯片 內(nèi)的施密特觸發(fā)器中的。當(dāng)系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時(shí)，且振蕩器穩(wěn)定后，如果 RST 引腳上有一個(gè)高電平并維持 2 個(gè)機(jī)器周期 (24 個(gè)振蕩周期 )以上，則 CPU 就可以響應(yīng)并將系統(tǒng)復(fù)位。 單片機(jī)復(fù)位電路如圖 C31 0 u FR12kR 1 52 2 0RS T 圖 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 系統(tǒng)的硬件部分設(shè)計(jì)分析 12 單片機(jī)時(shí)鐘電路 單片機(jī)可以看成是在時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)下的時(shí)序邏輯電路。 MCS51單片機(jī)為 12個(gè)時(shí)鐘周期執(zhí)行一條指令。也就是說(shuō)單片機(jī)運(yùn)行一條指令，必須要用 12時(shí)鐘周期。沒(méi)有這個(gè)時(shí)鐘，單片機(jī)就跑不起來(lái)了，也沒(méi)有辦法定時(shí)和進(jìn)行和時(shí)間有關(guān)的操作。 單片機(jī)可以看成是在時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)下的時(shí)序邏輯電路 ,單片 機(jī)在工作過(guò)程中 ,所有工作都是在時(shí)鐘信號(hào)控制下進(jìn)行的 ,每執(zhí)行一條指令 ,CPU 的控制器都要發(fā)出一系列特定的控制信號(hào)。 單片機(jī)時(shí)鐘電路如下圖 C13 0 p F1 2 MC21nFX1X2 圖 數(shù)碼管顯示電路 LED數(shù)碼管是由多個(gè)發(fā)光二極管封裝在一起組成 “8” 字型的器件，引線已在內(nèi)部連接完成，只需引出它們的各個(gè)筆劃，公共電極。 數(shù)碼管顯示電路如圖 所示 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 系統(tǒng)的硬件部分設(shè)計(jì)分析 13 X T A L 218X T A L 119A L E30EA31P S E N29RS T9P 0 .0 /A D 039P 0 .1 /A D 138P 0 .2 /A D 237P 0 .3 /A D 336P 0 .4 /A D 435P 0 .5 /A D 534P 0 .6 /A D 633P 0 .7 /A D 732P 1 . 01P 1 . 12P 1 . 23P 1 . 34P 1 . 45P 1 . 56P 1 . 67P 1 . 78P 3 .0 /R X D10P 3 .1 /T X D11P 3 .2 /I NT 012P 3 .3 /I NT 113P 3 .4 /T 014P 3 .7 / R D17P 3 . 6 / W R16P 3 .5 /T 115P 2 .7 /A 1 528P 2 .0 / A 821P 2 .1 / A 922P 2 .2 /A 1 023P 2 .3 /A 1 124P 2 .4 /A 1 225P 2 .5 /A 1 326P 2 .6 /A 1 427U1A T 8 9 C5 1234567891R P 1RE S P A C K 8 圖 本設(shè)計(jì)用 LED 數(shù)碼管段數(shù)一般為 7 段另加一個(gè)小數(shù)點(diǎn) 。 LED 數(shù)碼管根據(jù) LED的接法不同分為共陰和共陽(yáng)兩類，了解 LED 的這些特性，對(duì)編程是 很重要的，因?yàn)椴煌愋偷拇a管，除了它們的硬件電路有差異外，編程方法也是不同的 設(shè)計(jì)采用 4位共陰數(shù)碼管某段數(shù)碼管陽(yáng)極為高電平時(shí)該數(shù)碼管被點(diǎn)亮。 報(bào)警電路 根據(jù) 醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)，人體脈搏正常在 60 到 120 之間，當(dāng)數(shù)碼管所顯示的示數(shù)大于120 或小于 60 時(shí) ，蜂鳴器響應(yīng)報(bào)警；示數(shù)小于 120 時(shí)大于 60 時(shí)，蜂鳴器不響。因?yàn)閱纹瑱C(jī)的端口輸出電流能力低，無(wú)法直接驅(qū)動(dòng)那些器件，故增加三極管加大功率 ，驅(qū)動(dòng)蜂鳴器工作。 報(bào)警電路如圖 所示。 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文 ） 系統(tǒng)的硬件部分設(shè)計(jì)分析 14 +5VQ1P N42 5 0L S 1S P E A K E RR81 0 k 圖 報(bào)警電路 脈搏信號(hào)采集 目前脈搏波 檢測(cè)系統(tǒng)有以下幾種檢測(cè)方法：光電容積脈搏波法、液體耦合腔脈搏傳感器、壓阻式傳感器以及應(yīng)變式傳感器。 光電傳感器的結(jié)構(gòu)及原理 近年來(lái) ， 光電檢測(cè)技術(shù)在臨床醫(yī)學(xué)應(yīng)用中發(fā)展很快 ， 這主要是由于光能避開(kāi)強(qiáng)烈的電磁干擾 ， 具有很高的絕緣性 ， 且可非侵入地檢測(cè)病人各種癥狀信息 。 用光電法提取指尖脈搏光信息受到了從事生物醫(yī)學(xué)儀器工作的專家和學(xué)者的重視。 傳感器由紅外發(fā)光二級(jí)管和紅外接收三極管組成。 采用 GaAs 紅外發(fā)光二極管作為光源時(shí)，可基本抑制由呼吸運(yùn)動(dòng)造成的脈搏波曲線的漂移。 紅外接收三極管在紅外光的照射下能產(chǎn)生電能， 它的特性是將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。在本設(shè)計(jì)中，紅外接收三極管和紅外發(fā)射二極管相對(duì)擺放以獲得最佳的指向特性。 從光源發(fā)出的光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)。光電式脈搏傳感器按照光的接收方式可分為透射式和反射式 2 種。其中透射式的發(fā)射光源與光敏接收器件的距離相等并且對(duì)稱布置 ， 接收的是透射光，這種方法可較好地反映出心律的時(shí)間關(guān)系。因此 本系統(tǒng)采用了指套式的透射型光電傳感器 ， 實(shí)現(xiàn)了光電隔離 ， 減少了對(duì)后級(jí)模擬電路的干擾。 透射式光電傳感器 結(jié)構(gòu)如圖 所示。 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文 ） 系統(tǒng)的硬件部分設(shè)計(jì)分析 15 圖 式光電傳感器結(jié)構(gòu)圖 信號(hào)采集電路 圖 脈搏信號(hào)的采集電路， U3 是紅外發(fā)射接收裝置， 由于紅外發(fā)射二極管中的電流越大，發(fā)射角度越小，產(chǎn)生的發(fā)射強(qiáng)度就越大，所以對(duì) R21 阻值的選取要求較高。 R21 選擇 270Ω 同時(shí)也是基于紅外接收三極管感應(yīng)紅外光靈敏度考慮的。R21 過(guò)大，通過(guò)紅外發(fā)射二極管的電流偏小，紅外接收三極管無(wú)法區(qū)別有脈搏和無(wú)