【文章內(nèi)容簡介】 點是CPU在整個傳送過程中需要不斷檢測外設(shè)狀態(tài)，由于CPU的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于外設(shè)，因此通常處于等待狀態(tài)，工作效率很低。中斷方式：CPU無需檢測外設(shè)是否數(shù)據(jù)準(zhǔn)備就緒，不占據(jù)CPU時間，因此CPU與外設(shè)并行工作，提高了CPU的工作效率，還滿足了外設(shè)的實時要求。本設(shè)計中，只對過零比較后的脈沖信號進(jìn)行頻率計算，CPU工作不是很繁忙，可以選擇查詢方式。 顯示電路方案的選擇脈搏信號經(jīng)過單片機(jī)處理，得到脈搏波動頻率之后，需要在顯示電路中直觀地顯示出來。所以，需要選用合適的顯示設(shè)備及顯示電路，來實現(xiàn)對脈搏波動頻率信息的顯示。人體脈搏信號從時域上看，是一個周期性較強(qiáng)的準(zhǔn)周期信號。脈搏波動頻率一般為60～80次/min。本設(shè)計中，設(shè)定顯示的每分鐘脈搏跳動次數(shù)誤差不超過1次，顯示位數(shù)為2位?？梢赃x擇7段LED數(shù)碼顯示器來對脈搏波動頻率信息進(jìn)行顯示。它具有顯示清晰、亮度高、使用電壓低、壽命長、使用方便等特點，使用非常廣泛。它由若干個發(fā)光二極管組成，當(dāng)發(fā)光二極管導(dǎo)通時，相應(yīng)的一個點或一個筆畫發(fā)亮。控制不同組合的二極管導(dǎo)通，就能顯示出各種數(shù)字或字符。LED常用顯示方法有兩種：靜態(tài)顯示和動態(tài)掃描顯示。靜態(tài)顯示：所謂靜態(tài)顯示，就是每一個顯示器都要占用單獨的具有鎖存功能的 I/O接口用于筆劃段字形顯示。這樣單片機(jī)只要把要顯示的字形代碼發(fā)送到接口電路，就不用管它了，直到要顯示新的數(shù)據(jù)時，再發(fā)送新的字形碼，因此，使用這種方法單片機(jī)中CPU的開銷小，較小的電流能得到較高的亮度且字符不閃爍。靜態(tài)顯示適用于顯示器位數(shù)較少時。動態(tài)掃描顯示：所謂動態(tài)顯示，就是一位一位地輪流點亮顯示器各個位（掃描），對于顯示器的每一位來說，每隔一段時間點亮一次。利用人的視覺暫留功能可以看到整個顯示，但必需保證掃描速度足夠快，字符才不閃爍。當(dāng)顯示位數(shù)較多時，用靜態(tài)顯示所需的I/O太多，一般采用動態(tài)顯示的方法。本設(shè)計中，顯示的脈搏波動頻率位數(shù)取2位，顯示位數(shù)少，所以，選擇靜態(tài)顯示。 本章小結(jié)本章主要介紹了脈搏波動頻率測量系統(tǒng)硬件原理框圖及軟件實現(xiàn)方案，并通過比較硬件電路組成部分和軟件部分各種實現(xiàn)方案，最終確立了最佳方案。3 脈搏波動頻率測量系統(tǒng)硬件電路設(shè)計本設(shè)計中，脈搏波動頻率測量的實現(xiàn)是通過脈搏傳感器采集脈搏信息輸出電壓信號，經(jīng)信號放大電路對其進(jìn)行放大。然后，將放大后的脈搏信號通過電壓基準(zhǔn)變化電路和過零比較器轉(zhuǎn)換為單片機(jī)易于處理的脈沖信號。通過對單片機(jī)進(jìn)行編程來實現(xiàn)對脈搏波動頻率的測量和計算，并在顯示電路中直觀的顯示出來。為達(dá)到電路低成本、結(jié)構(gòu)簡單實用的設(shè)計目的，從設(shè)計要求出發(fā)，設(shè)計了信號放大電路、電壓基準(zhǔn)變化電路、過零比較器，單片機(jī)處理電路及LED顯示電路等。本章對各部分電路的設(shè)計進(jìn)行詳細(xì)論述與分析。 信號放大電路部分的設(shè)計脈搏傳感器出來的電壓信號較弱，在毫伏級，需要對其進(jìn)行放大。所以，設(shè)計信號放大電路，將脈搏傳感器出來的信號進(jìn)行放大，使之成為一個幅值適當(dāng)?shù)男盘?，便于后續(xù)電路的處理。本設(shè)計中采用的是由OP07組成的同相比例運(yùn)算放大電路，電路原理圖如圖31。圖31 同相比例運(yùn)算放大電路從圖 31中可以得到：V+=V=Vi1 （31）Vo1Vi1R2=Vi1R1 （32）Vo=1+ R2R1Vi1 （33）Avf=Vo1Vi1=1+ R2R1 （34）MP100型壓電式脈搏傳感器輸出電壓大約為10mv～40mv，在后續(xù)電路中需要將其通過過零比較器，轉(zhuǎn)換為脈沖信號，只要將其放大100倍，就可以滿足后續(xù)電路處理的要求?？紤]到每個人個體之間的差異，人與人之間脈搏信號的強(qiáng)弱不同，反映在脈搏波形中即是幅度不同。為了使該設(shè)計能適用于不同的人，在設(shè)計的時候，R2采用滑動變阻器，通過調(diào)節(jié)其電阻，可以改變放大倍數(shù)。 電壓基準(zhǔn)變化電路的設(shè)計放大后的脈搏信號，幅值為1～4V，一個周期內(nèi)，電壓為零值的地方有很多。而在后續(xù)電路中，需要把放大后的脈搏信號通過過零比較器，轉(zhuǎn)換為易于單片機(jī)處理得到脈搏波動頻率信息的脈沖信號。所以，根據(jù)脈搏信號特點，可以通過電壓基準(zhǔn)變化電路，將脈搏信號電壓基準(zhǔn)調(diào)低，使其在一個周期內(nèi)過零點只有兩個。本設(shè)計中，采用同相輸入加法電路，來實現(xiàn)電壓基準(zhǔn)變化。其原理圖如圖32： 圖32 同相輸人加法電路在圖32中:Vo2=1+R6R7Vp （35）Vp=R9 R8+R9Vi2+R8R8+R9Vio （36）即：Vo2=1+R6R71R8+R9R9Vi2+ R8Vio （37）當(dāng)R6=R7=R8=R9的時候，可以得到：Vo2=Vi2+Vio （38）當(dāng)Vio為負(fù)的時候，輸出電壓Vo2就降低了。而Vio由R4和R5分壓，并經(jīng)過一個電壓跟隨器獲得。本設(shè)計中，把電壓基準(zhǔn)降低1V就可以滿足設(shè)計要求。 過零比較器的設(shè)計單片機(jī)是數(shù)字信號處理工具，輸入單片機(jī)的信號必需是離散的數(shù)字信號或者是脈沖信號。過零比較器就用于把周期性脈搏信號變?yōu)槊}沖信號，便于單片機(jī)處理。過零比較器，顧名思義，其閾值電壓UT=0V，電路如圖33：圖33 過零比較器電路圖集成運(yùn)放工作在開環(huán)狀態(tài)，其輸出電壓為+UOM或UOM。當(dāng)輸入電壓uI0V時，UO=+UOM；當(dāng)輸入電壓uI0V時，UO=UOM。因此，電壓傳輸特性如圖34：圖34 過零比較器電壓傳輸特性 當(dāng)脈搏信號經(jīng)過過零比較器之后，就轉(zhuǎn)換為易于單片機(jī)處理的脈沖信號。 單片機(jī)微處理系統(tǒng)的設(shè)計本設(shè)計作為一個簡單脈搏測量儀，最后需給出脈搏波動頻率，以單片機(jī)作為信息處理中心，通過對單片機(jī)進(jìn)行編程，完成信號輸入檢測、信息分析處理及信息顯示。從實用性、設(shè)計、貨源及價格的角度出發(fā)，并且考慮到本設(shè)計對單片機(jī)沒有特殊的要求，選用了常用的AT89S51單片機(jī)。AT89S51單片機(jī)的引腳如圖35：圖35 AT89S51單片機(jī)引腳圖在AT89S51單片機(jī)引腳圖中，P3口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。P3口除了作為一般的I/O口線外，更重要的用途是它的第二功能，如表31：表31 P3口第二功能端口引腳第二功能 RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） INTO（外中斷0） INT1（外中斷1） T0（定時/計數(shù)0外部輸入） T1（定時/計數(shù)1外部輸入） WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）本設(shè)計正是利用T0口的定時功能實現(xiàn)對脈搏波動頻率的測量。AT89S51單片機(jī)不僅完全可以實現(xiàn)對脈搏波動頻率測量的控制要求，而且可以在線編程調(diào)試，符合設(shè)計的要求。復(fù)位電路：由電容串聯(lián)電阻構(gòu)成，由圖并結(jié)合“電容電壓不能突變”的性質(zhì)，可以知道，當(dāng)系統(tǒng)一上電，RST腳將會出現(xiàn)高電平，并且，這個高電平持續(xù)的時間由電路的RC值來決定。典型的51單片機(jī)當(dāng)RST腳的高電平持續(xù)兩個機(jī)器周期以上就將復(fù)位，所以，適當(dāng)組合RC的取值就可以保證可靠的復(fù)位。C 可取30u。 晶振電路：，因為可以準(zhǔn)確地得到9600波特率和19200波特率，用于有串口通訊的場合，或者12MHz，因為產(chǎn)生精確的μs級時歇，方便定時操作。與前端電路連接：本設(shè)計中對脈搏頻率的測量，采用周期測量法。將單片機(jī)內(nèi)定時/計數(shù)器T0定為16位定時器，對內(nèi)部機(jī)器周期計數(shù)。檢測到上升沿時開T0計數(shù)，當(dāng)緊接著的另一個上升沿被檢測到時關(guān)T0計數(shù)。T0中的計數(shù)值為nx，則被測信號周期Tx=nxTs，頻率Fx=1/Tx，對于12MHz晶振，Ts=1μs。單片機(jī)微處理系統(tǒng)硬件電路如圖36：圖36 單片機(jī)微處