【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 器必須采集實(shí)際脈搏信號(hào)，而仿真做不到，因此仿真電路中，此電路不用，用信號(hào)發(fā)生器來(lái)取代，可將信號(hào)幅度調(diào)小，然后經(jīng)濾波放大、整形、顯示即可。圖 35信號(hào)采集電路 放大電路 13 按人體脈搏在運(yùn)動(dòng)后跳動(dòng)次數(shù)達(dá)240次/分鐘頻率來(lái)算，放大器應(yīng)設(shè)計(jì)為低通放大器，如圖 36所示為一階有源低通濾波放大器。R2C4組成低通濾波器，截止頻率由R2C4決定，運(yùn)放U2將信號(hào)放大，放大倍數(shù)由R23和R22的比值決定。圖 36 放大電路根據(jù)一階有源濾波電路的傳遞函數(shù)，可得： ==（1+）=（1+） (32)放大倍數(shù)： =1+=1+=21 (33)截止頻率： =≈ HZ (34)按此頻率計(jì)算，每分鐘脈搏跳動(dòng)約360次，完全是可以的，低頻的截止頻率是滿足這個(gè)要求的。 波形整形電路波形整形電路采用施密特觸發(fā)器電路如圖 37所示。將兩級(jí)反相器串接起來(lái)，同時(shí)通過(guò)分壓電阻將輸出端的電壓反饋到輸入端，就構(gòu)成了施密特觸發(fā)器。正向閾值電壓: (35)負(fù)向閾值電壓: (36)= 輸入電壓回差電壓： (37)圖 37 整形電路通過(guò)改變R19和R20的比值可以調(diào)節(jié)、和回差電壓的大小。但R19必須小于R20，否則電路會(huì)進(jìn)入自鎖狀態(tài)，不能正常工作。脈搏信號(hào)波形整形前后對(duì)比如圖 38所示，從圖像看，波形的整形效果不是十分理想，整形后的波形不是十分標(biāo)準(zhǔn)的矩形波，上下沿有點(diǎn)傾斜，可能和整形電路選得有關(guān)，也可能是軟件的原因。從最終結(jié)果看這不影響測(cè)量結(jié)果。 圖 38 整形前后波形對(duì)比 顯示電路顯示部分一般有數(shù)碼管（LED）和液晶顯示器（LCD）兩種。數(shù)碼管具有功耗小、輕薄短小無(wú)輻射危險(xiǎn)，簡(jiǎn)單方便等特點(diǎn)。而且編程也比較簡(jiǎn)單。此設(shè)計(jì)只需要顯示測(cè)試時(shí)間和測(cè)試的脈搏數(shù)即可，這些都是數(shù)字，因此對(duì)顯示部分采用數(shù)碼管。 LED 的綜述在單片機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng)中，為了便于人們觀察和監(jiān)視單片機(jī)的運(yùn)行情況，常常需要用顯示器顯示運(yùn)行的中間結(jié)果、狀態(tài)等信息，因此顯示器也是不可缺少的外部設(shè)備之一。顯示器的種類(lèi)很多，從液晶顯示、發(fā)光二極管顯示到CRT 顯示器，都可以與微機(jī)配接。在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中常用的顯示器主要有發(fā)光二極管數(shù)碼顯示器，簡(jiǎn)稱(chēng)LED 顯示器。LED 顯示器具有耗電省、成本低廉、配置簡(jiǎn)單靈活、安裝方便、耐振動(dòng)、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。但顯示內(nèi)容有限，不能顯示圖形，因而其應(yīng)用有局限性。如圖 39為共陰極數(shù)碼管 15 結(jié)構(gòu)。圖 39 共陰極數(shù)碼管結(jié)構(gòu) LED數(shù)碼管的顯示方法靜態(tài)顯示方式是指當(dāng)顯示器顯示某一字符時(shí)，發(fā)光二極管的位選始終被選中。在這種顯示方式下，每一個(gè)LED數(shù)碼管顯示器都需要一個(gè)8位的輸出口進(jìn)行控制。由于單片機(jī)本身提供的I/O口有限，實(shí)際使用中，通常通過(guò)擴(kuò)展I/O口的形式解決輸出口量不足的問(wèn)題。靜態(tài)顯示主要的優(yōu)點(diǎn)是顯示穩(wěn)定，在發(fā)光二極管導(dǎo)通電流一定的情況下顯示器的亮度大，系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，在需要更新顯示內(nèi)容時(shí)，CPU才去執(zhí)行顯示更新子程序，這樣既節(jié)約了CPU的時(shí)間，又提高了CPU的工作效率。其不足之處是占用硬件資源較多，每個(gè)LED數(shù)碼管需要獨(dú)占8條輸出線。隨著顯示器位數(shù)的增加，需要的I/O口線也將增加。動(dòng)態(tài)顯示方式是指一位一位地輪流點(diǎn)亮每位顯示器（稱(chēng)為掃描），即每個(gè)數(shù)碼管的位選被輪流選中，多個(gè)數(shù)碼管公用一組段選，段選數(shù)據(jù)僅對(duì)位選選中的數(shù)碼管有效。對(duì)于每一位顯示器來(lái)說(shuō)，每隔一段時(shí)間點(diǎn)亮一次。顯示器的亮度既與導(dǎo)通電流有關(guān)，也與點(diǎn)亮?xí)r間和間隔時(shí)間的比例有關(guān)。通過(guò)調(diào)整電流和時(shí)間參數(shù)，可以既保證亮度，又保證顯示。若顯示器的位數(shù)不大于8位，則顯示器的公共端只需一個(gè)8位I/O口進(jìn)行動(dòng)態(tài)掃描（稱(chēng)為掃描口），控制每位顯示器所顯示的字形也需一個(gè)8位口（稱(chēng)為段碼輸出）。通過(guò)比較，我們可以發(fā)現(xiàn)LED動(dòng)態(tài)顯示更加適合本設(shè)計(jì)，所以就采用此方法。圖 310 顯示電路顯示電路如圖 310所示。此處用的是六位共陰極八段數(shù)碼管，其中ABCDEFG以及DP是控制數(shù)碼管顯示的形狀，為P0口控制，需要接上拉電阻。123456是控制哪個(gè)數(shù)碼管亮，為P2口控制。其中前兩位顯示測(cè)試的時(shí)間，后三位顯示測(cè)試的脈搏數(shù)。 報(bào)警電路設(shè)計(jì)的報(bào)警電路如圖 311所示，當(dāng)測(cè)試的脈搏數(shù)不正常時(shí)，系統(tǒng)給以警報(bào)，在軟件中設(shè)置正常的脈搏數(shù)是在40～260之間。不在此范圍，則開(kāi)啟定時(shí)器中斷，驅(qū)動(dòng)蜂鳴器，產(chǎn)生警報(bào)聲以提醒人。圖 311 報(bào)警電路 15 第四章 軟件設(shè)計(jì) 主程序流程系統(tǒng)主程序控制單片機(jī)系統(tǒng)按預(yù)定的操作方式運(yùn)行, 它是單片機(jī)系統(tǒng)程序的框架。系統(tǒng)上電后,對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化。初始化程序主要完成對(duì)單片機(jī)內(nèi)專(zhuān)用寄存器、定時(shí)器工作方式及各端口的工作狀態(tài)的設(shè)定。系統(tǒng)初始化之后, 進(jìn)行定時(shí)器中斷、外部中斷、顯示等工作，不同的外部硬件控制不同的子程序[10]。流程如圖 41 所示。初始化外部中斷計(jì)數(shù)顯示程序開(kāi)始 圖 41 主程序流程圖 定時(shí)器中斷程序流程本設(shè)計(jì)中定時(shí)器中斷0和定時(shí)器中斷1都應(yīng)用到了，定時(shí)器中斷0主要是計(jì)時(shí)，定時(shí)器中斷1主要是用來(lái)產(chǎn)生矩形波以驅(qū)動(dòng)蜂鳴器報(bào)警。 定時(shí)器0程序流程定時(shí)器中斷0服務(wù)程序由一分鐘計(jì)時(shí)、按鍵檢測(cè)、有無(wú)測(cè)試信號(hào)判斷等部分組成。當(dāng)定時(shí)器中斷開(kāi)始執(zhí)行后，對(duì)一分鐘開(kāi)始計(jì)時(shí)，1s計(jì)時(shí)到之后繼續(xù)檢測(cè)下1s，直到60s到了再停止并保存測(cè)得的脈搏次數(shù)。同時(shí)可以對(duì)按鍵進(jìn)行檢測(cè)，只要復(fù)位測(cè)試值就可以重新開(kāi)始測(cè)試。主要完成一分鐘的定時(shí)功能和保存測(cè)得的脈搏次數(shù)。流程如圖 42 所示。 定時(shí)器初始值設(shè)置到1S？到60S？保存脈搏數(shù)返回N N YY繼續(xù)計(jì)時(shí)繼續(xù)計(jì)時(shí)N N 定時(shí)器0中斷進(jìn)入圖 42 定時(shí)器0中斷程序流程圖 17 定時(shí)器1程序流程定時(shí)器1服務(wù)程序完成矩形波信號(hào)的發(fā)生，當(dāng)測(cè)量的脈搏數(shù)不在設(shè)定范圍內(nèi)，定時(shí)器1便啟動(dòng)。其流程圖如圖 43 所示。定時(shí)器初值設(shè)置定時(shí)時(shí)間到?，產(chǎn)生方波，用來(lái)報(bào)警返回Y繼續(xù)計(jì)時(shí)N定時(shí)器1中斷進(jìn)入圖 43 定時(shí)器1中斷流程圖 外部中斷0程序流程外部中斷服務(wù)程序完成對(duì)外部信號(hào)的測(cè)量和計(jì)算。外部中斷采用邊沿觸發(fā)的方式，當(dāng)處于測(cè)量狀態(tài)的時(shí)候，來(lái)一個(gè)脈沖脈搏次數(shù)就加一，由單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)器控制一分鐘，累加得出一分鐘內(nèi)的脈搏次數(shù)。流程如圖 44 所示。處于檢測(cè)？脈搏數(shù)+1返回YN外部中斷0進(jìn)入圖 44 外部中斷0程序流程圖 19 顯示程序流程顯示程序包括顯示本次測(cè)量中的時(shí)間和脈搏的次數(shù)。從中斷程序中取得結(jié)果后，顯示測(cè)試中的脈搏次數(shù)，再經(jīng)過(guò)1ms的延時(shí)顯示測(cè)試中的時(shí)間。流程如圖 45 所示。取測(cè)試時(shí)間和測(cè)試的脈搏數(shù)延時(shí)顯示測(cè)試中的脈搏次數(shù)延時(shí)返回顯示測(cè)試時(shí)間顯示子程序圖 45 顯示程序流程圖結(jié)論與展望單片機(jī)的飛速發(fā)展，儼然已成為計(jì)算機(jī)發(fā)展和應(yīng)用的一個(gè)重要方面。另一方面，單片機(jī)應(yīng)用的重要意義還在于，它從根本上改變了傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方法。從前必須由模擬電路或數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)的大部分功能，現(xiàn)在已能用單片機(jī)通過(guò)軟件方法來(lái)實(shí)現(xiàn)了。這種軟件代替硬件的控制技術(shù)也稱(chēng)為微控制技術(shù)，是傳統(tǒng)控制技術(shù)的一次革命。而51單片機(jī)作為單片機(jī)的主流，隨著集成技術(shù)的發(fā)展，51系列單片機(jī)繼承和發(fā)展了MCS51系列的技術(shù)特色，有逐漸取而代之之勢(shì)。本設(shè)計(jì)主要是51單片機(jī)在脈搏測(cè)試系統(tǒng)中的應(yīng)用。重點(diǎn)介紹了單片機(jī)的最小系統(tǒng)，通過(guò)單片機(jī)最小系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了脈搏的測(cè)量系統(tǒng)，由光電傳感器采集到脈沖信號(hào)，經(jīng)過(guò)信號(hào)的放大、濾波和整形電路將輸出的信號(hào)通過(guò)單片機(jī)的外部中斷獲取并最終在數(shù)碼管上顯示。利用單片機(jī)自身的定時(shí)中斷、外部中斷、計(jì)數(shù)等功能，不僅能顯示出此次脈搏測(cè)量的次數(shù)，還能自動(dòng)儲(chǔ)存這個(gè)數(shù)據(jù)。為了更好的進(jìn)行電脈搏測(cè)量?jī)x的設(shè)計(jì)，在近一個(gè)學(xué)期的時(shí)間里，認(rèn)真收集有關(guān)資料，并做相關(guān)的整理和閱讀，為這次的設(shè)計(jì)做好充分的準(zhǔn)備。本次所設(shè)計(jì)的測(cè)量?jī)x系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、功能穩(wěn)定、使用方便，應(yīng)用廣泛，具有實(shí)際意義。由于時(shí)間比較短，同時(shí)本人掌握的知識(shí)有限，本次設(shè)計(jì)雖已完成，但其中有很多不足，如程序不夠簡(jiǎn)練，波形整形整的不夠標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)碼管顯示部分不夠完美等，同時(shí)此次設(shè)計(jì)的測(cè)量?jī)x功能比較單一，沒(méi)有如語(yǔ)音系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)讀出脈搏次數(shù)等人性化功能。然而科技的進(jìn)步勢(shì)必會(huì)使測(cè)量?jī)x的功能日益強(qiáng)大和完善，其應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒉粩鄶U(kuò)大，將會(huì)給我們的生活帶來(lái)更多的方便和精彩。經(jīng)過(guò)這次畢設(shè)，我收獲了很多，具體總結(jié)如下：（1）通過(guò)此次的設(shè)計(jì)，使我知道了無(wú)論做什么事都應(yīng)該事先做好充分的準(zhǔn)備，不應(yīng)該盲目的只為了完成任務(wù)而被動(dòng)的學(xué)習(xí)。（2）通過(guò)此次的設(shè)計(jì)，使我了解了脈搏測(cè)量?jī)x在國(guó)內(nèi)外發(fā)展之迅速、應(yīng)用領(lǐng)域之廣、市場(chǎng)前景之大。（3）通過(guò)此次的設(shè)計(jì)，使我對(duì)硬件設(shè)計(jì)和各模塊的功能有了更深的了解，同時(shí)提高了動(dòng)手能力。（4）通過(guò)次次的設(shè)計(jì)，使我體會(huì)到堅(jiān)持不懈的毅力對(duì)完成一件事情起著巨大的作用。（5）通過(guò)此次的設(shè)計(jì)，使我深刻的體會(huì)到團(tuán)隊(duì)合作精神的重要性及相互討論過(guò)程中的樂(lè)趣。認(rèn)識(shí)來(lái)源于實(shí)踐，實(shí)踐是認(rèn)識(shí)的動(dòng)力和最終目的，實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)。 21 致謝隨著本設(shè)計(jì)論文的最終定稿，我的大學(xué)生活也即將結(jié)束。在這四年中，我收獲了知識(shí)，收獲了友誼，更收獲了為人處事的道理。感謝學(xué)校為我提供了自我發(fā)揮的舞臺(tái)，我在這里盡情展現(xiàn)自己的才能。在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，從查閱資料、分析課題到設(shè)計(jì)課題等這些過(guò)程中都得到了導(dǎo)師悉心的指導(dǎo)，是我順利完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)。其實(shí)生活的道路一直不是這么平坦的，在前進(jìn)的道路上，我遇到了很多的困難和挫折，但是憑借著自己的毅力和周?chē)蠋?、同學(xué)的幫助，我最終都努力地克服了。在這里我要感謝我的指導(dǎo)老師 老師，感謝 同學(xué)在畢業(yè)設(shè)計(jì)上對(duì)我的幫助，在此，我還要感謝我的親人、朋友和同學(xué)們，因?yàn)橛心銈儯L(fēng)雨途中，我不是孤單一人。你們的關(guān)愛(ài)、關(guān)心與熱情，使我堅(jiān)強(qiáng)的面對(duì)一切。 作者： 年 月 日參考文獻(xiàn)[1] 程光，趙崇侃．指動(dòng)脈搏波光電傳感器的研制[J]．南京醫(yī)學(xué)院學(xué)報(bào)，1991年第11卷第4期，329—330．[2] 朱國(guó)富，廖明濤，王博亮．袖珍式脈搏波測(cè)量?jī)x[J]．電子技術(shù)應(yīng)用，1998，第1期，1—3．[3] 韓文波，曹維國(guó)，張精慧．光電式脈搏波監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[J]．長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械學(xué)院學(xué)報(bào)，1999，第22卷第4期，2．[4] 歐陽(yáng)俊，謝定等．基于BL410 的指端脈搏波采集系統(tǒng)應(yīng)用研究[J]．實(shí)用預(yù)防醫(yī)學(xué)，2004，第11卷第2期，2—4．[5] 劉云麗，徐可欣等．微功耗光電式脈搏測(cè)量?jī)x[J]．電子測(cè)量技術(shù)，2005，第2期，2—5．[6] 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