基于arm的數(shù)字式人體脈搏儀的設(shè)計(編輯修改稿)
2025-07-19 18:46 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 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。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。 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)計中對脈搏頻率的測量，采用周期測量法。將單片機內(nèi)定時/計數(shù)器T0定為16位定時器，對內(nèi)部機器周期計數(shù)。將A/。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)。 單片機微處理系統(tǒng)硬件電路 T2（定時器/計數(shù)器T2的外部計數(shù)輸入），時鐘輸出； T2EX（定時器/計數(shù)器T2的捕捉/重載觸發(fā)信號和方向控制）； MOSI（在系統(tǒng)編程用）； MISO（在系統(tǒng)編程用）； SCK（在系統(tǒng)編程用）。 LCD1602液晶顯示 1602液晶時序參數(shù)時序參數(shù)符號最大值典型值最小值單位測試條件E信號周期tC400ns引腳EE脈沖寬度tRW150ns引腳EE上升/下降時間tR tF25ns引腳E地址建立時間tSP130ns引腳E RS RW地址保持時間tHD110ns引腳E RS RW數(shù)據(jù)建立時間（讀操作）tD100ns引腳DBDB7數(shù)據(jù)保持時間（讀操作）tHD220ns引腳DBDB7數(shù)據(jù)建立時間（寫操作）tSP240ns引腳DBDB7數(shù)據(jù)保持時間（寫操作）tHD310ns引腳DBDB7 LCD顯示硬件電路的設(shè)計脈搏信號經(jīng)過單片機處理，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。本設(shè)計中，采用1602字符液晶屏[8]動態(tài)顯示方式來顯示脈搏波動頻率信息。 液晶驅(qū)動程序硬件端口資源分配表硬件端口分配資源說 明RS寄存器選擇控制線RWLCD讀寫控制線E啟用控制線，高電平動作LCDP2雙向數(shù)據(jù)總線POS_FLAG20H字符串顯示位置標志，為0時顯示在第一行，為1時顯示在第二行BLANK30H清行時填入的空格個數(shù)控制變量LCD初始化液晶顯示模塊1602的控制指令：1602的控制指令共11條,其中9條針對命令寄存器IR的，另外2條是針對數(shù)據(jù)寄存器DR的。 1602指令表（注：表示可以為0或1）編號指 令RSRWD7 D6D5D4D3D2D1D01清屏顯示00000000012光標返回0000000013置輸入模式00000001I/DS4顯示開/關(guān)控制0000001DCB5光標或字符移位000001S/CR/L6置功能00001DLNF7置字符發(fā)生存儲器地址0001字符發(fā)生存儲器地址(AGG)8置數(shù)據(jù)存儲器地址001顯示數(shù)據(jù)存儲器地址(ADD)9讀忙標志或地址01BF計數(shù)器地址(AC)10寫數(shù)到CGRAM或DDRAM10要寫的數(shù)據(jù)11從CGRAM或DDRAM讀數(shù)11讀出的數(shù)據(jù)： 1602指令相關(guān)設(shè)置命 令設(shè)置命 令設(shè)置I/D1—增量方式，0—減量方式S/C1—顯示器移位，0—光標移位S1—不移動，0—移動R/L1—右移，0—左移D1—顯示，0—不顯示DL1—8BIT，0—6BITC1—顯示光標，0—不顯示光標N1—2 行，0—1 行B1—光標閃爍，0—光標不閃爍F1—5*10 字型，0—5*7 字型BF1—正在執(zhí)行內(nèi)部操作，0—可接收命令控制信號（RS、RW、E）： 控制使能端真值表RSRWE功能RSR/WE功能00下降沿寫指令代碼10下降沿寫數(shù)據(jù)01上升沿讀忙標志和AC碼10上升沿讀數(shù)據(jù)三 數(shù)字式人體脈搏儀測量系統(tǒng)軟件設(shè)計從脈搏傳感器出來的脈搏信號，經(jīng)過放大電路、電壓基準變化電路、過零比較器，轉(zhuǎn)換為脈沖信號之后，需要對單片機進行編程，實現(xiàn)對脈搏波動頻率的測量、計算和顯示。本設(shè)計中，軟件設(shè)計采用模塊化結(jié)構(gòu)。根據(jù)脈搏波動頻率測量系統(tǒng)的設(shè)定功能，將軟件劃分為若干個功能相對獨立的模塊，主要有系統(tǒng)主程序和脈搏波動頻率測量模塊。本章給出主要模塊的程序設(shè)計思想和流程圖。 脈搏頻率測量原理脈沖信號的頻率是指在單位時間內(nèi)由信號所產(chǎn)生的交變次數(shù)或脈沖個數(shù)，即fx=N/t可以看出測量fx必須將N或t兩個量之一作為閘門或基準，對另一個量進行測量。周期測量法：適用于低頻信號。采用單片機內(nèi)的一個定時/計數(shù)器，以單片機內(nèi)的標準機器周期作為標準時基信號Ts。被測信號的周期作為信號閘門，由程序控制開關(guān)對時基進行計數(shù)得nx，因此被測信號周期為。 周期測量法原理多周期同步法：適用于中頻信號。其特點是標準頻率信號不是用來填充待測信號的周期，而是與待測信號分別輸入到兩個計數(shù)器進行同步計數(shù)。首先，由單片機給出閘門開啟信號，此時，計數(shù)器并不開始計數(shù)，而是等到被測信號的上升沿到來時，才真正開始計數(shù)。然后，兩級計數(shù)器分別對被測信號和標準信號計數(shù)。當(dāng)單片機給出閘門關(guān)閉信號后，計數(shù)器并不立即停止計數(shù)而是等到被測信號上升沿來到的時刻才真正結(jié)束計數(shù)，完成一次測量過程。，可以看出，實際閘門與參考閘門并不嚴格相等，但最大差值不超過被測信號的一個周期。設(shè)對被測信號的計數(shù)值為Nx，對時基信號的計數(shù)值為N0，時基信號的頻率為f0，則被測信號的頻率為： 。 多周期測量法原理頻率測量法：適用于高頻信號。充分利用單片機內(nèi)的兩個定時/計數(shù)器。一個作為定時器，給出標準閘門信號Tz，另一個作為計數(shù)器，對fx的變化次數(shù)直接進行計數(shù)得Nx。 脈搏波動頻率測量法原理人體脈搏信號從時域上看，是一個周期性較強的準周期信號。脈搏波動頻率為60～80次/min，其頻率一般情況下為1Hz左右，屬于低頻信號。所以，本設(shè)計中采用周期測量法。 系統(tǒng)主程序的設(shè)計系統(tǒng)主程序控制單片機系統(tǒng)按預(yù)定的操作方式運行，是單片機系統(tǒng)程序的框架。 系統(tǒng)主程序流程圖上電后，首先進行整機初始化處理。主程序的初始化模塊主要完成儀器硬件、軟件的初態(tài)設(shè)置，單片機內(nèi)專用寄存器的設(shè)定，單片機工作方式及各端口的工作狀態(tài)的規(guī)定。整機初始化結(jié)束后，如果檢測到上升沿，則進入脈搏波動頻率測量子程序，測得脈搏波動頻率之后，送到LCD顯示單元進行顯示。 數(shù)字式人體脈搏儀測量子程序的設(shè)計本設(shè)計中對脈搏頻率的測量采用周期測量法?？蓪纹瑱C內(nèi)定時/計數(shù)器T0定為16位定時器，對內(nèi)部機器周期計數(shù)，即方式控制字為01H。，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，則被測脈搏信號周期（對于12MHz晶振，Ts=1μs），每分鐘跳動次數(shù)。 脈搏波動頻率測量子程序流程圖考慮到脈搏的頻率很低，大約為1Hz左右，而16 位定時/計數(shù)器的最高計數(shù)值為65535，這樣定時/計數(shù)器將發(fā)生溢出，且最后脈搏波動頻率的計算涉及到雙字節(jié)除法，編程較復(fù)雜。為此，采用定時器中斷方式
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