【文章內(nèi)容簡介】 。 AT89C2051 的結(jié)構(gòu)框圖 AT89C2051 是一帶有 2K 字節(jié)閃速可編程可擦除只讀存儲體 (EEPROM)的低電壓 ,高性能 8位 CMOS 微型計算機。如圖 所示。它采用 ATMEL 的高密非易失存儲技術(shù)制造并和工業(yè)標準 MCS— 51 指令集和引腳結(jié)構(gòu)兼容。通過在單塊芯片上組合通用的 CPL1 和閃速存儲器 ,ATMEL AT89C2051 是一強勁的微型計算機 ,它對許多嵌入式控制應(yīng)用提供一高度靈活和成本低的解決辦法 。 第 13 頁 圖 22 AT89C2051內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 此外 ,從 AT89C2051 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖也可看出 ,其內(nèi)部結(jié)構(gòu)與 8051 內(nèi)部結(jié)構(gòu)基本一致（除模擬比較器外） ,引腳 RST、 XTAL XTAL2 的特性和外部連接電路也完全與 51 系列單片機相應(yīng)引腳一致 ,但 P1口、 P3 口有其獨特之處。 AT89C2051 的引腳說明 AT89C2051 是一個有 20 個引腳的芯片 ,引腳如圖 所示 ,與 8051 內(nèi)部結(jié)構(gòu)進行對比可發(fā)現(xiàn) ,AT89C2051 減少了兩個對外端口（即 P0、 P2 口） ,使它最大可能地減少了對外引腳 ,因而芯片尺寸有所減少。 AT89C2051 芯片的 20個引腳功能為： 1. Vcc：電源電壓。 2. GND：地。 3. P1 口： P1 口是一 8 位雙向 I/O 口?？谝_ ～ 提供內(nèi)部上拉電阻。 和 要求外部上拉電阻。 和 還分別作為片內(nèi)精密模擬比較器的同 相輸入 (AIN0)和反相輸入（ AIN1)。 P1 口輸出緩沖器可吸收 20mA 電流并能直接驅(qū)動 LED顯示。當 P1口引腳寫入“ 1”時 ,其可用作輸入端。當引腳 ～ 用作輸入并被外部拉低時 ,它們將因內(nèi)部的上拉電阻而流出電流 (IIL)。 P1口還在閃速編程和程序校驗期間接收代碼數(shù)據(jù)。 4. P3 口： P3 口的 ～ 、 是帶有內(nèi)部上拉電阻的七個雙向 I/0引腳。 用于固定輸入片內(nèi)比較器的輸出信號并且它作為一通用 I/O 引腳而不可訪問。 P3 口緩沖器可吸收 20mA 電流。當 P3 口引腳寫入“ 1”時 ,它 們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可用作輸入端。用作輸入時 ,被外部拉低的 P3口引腳將用上拉電阻而流出電流 (IIL)。 P3口還用于實現(xiàn) AT89C2051 的各種功能 ,如下表 101所示。 P3 口還接收一些用于閃速存儲器編程和程序校驗的控制信號。 5. RST：復位輸入。 RST 一旦變成高電平 ,所有的 I/O 引腳就復位到“ 1”。當振蕩器正在運行時 ,持續(xù)給出 RST 引腳兩個機器周期的高電平便可完成復位。每一個機器周期需 12個振蕩器或時鐘周期。 6. XTAL1：作為振蕩器反相放大器的輸入和內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入。 7. XTAL2：作為 振蕩器反相放大器的輸出。 第 14 頁 表 11 P3 口的功能 P3 口引腳 功能 RXD(串行輸入端口 ) TXD(串行輸出端口 ) INT0(外中斷 0) INT1(外中斷 1) TO(定時器 0 外部輸入 ) T1(定時器 1 外部輸入 ) 從上述引腳說明可看出 ， AT89C2051 沒有提供外部擴展存儲器與 I/O設(shè)備所需的地址、數(shù)據(jù)、控制信號 ,因此利用 AT89C2051 構(gòu)成的單片機應(yīng)用系統(tǒng)不能在AT89C2051 之外擴展存儲器或 I/O 設(shè)備 ， 也即 AT89C2051 本身即構(gòu)成了最小單片機系統(tǒng)。 復位電路 C30 .4 7 u fR11kG NDV C CSs w P B 第 15 頁 圖 23 復位電路 圖 時鐘電路工作后，在 REST 管腳上加兩個機器周期的高電平，芯片內(nèi)部開始進行初始復位（如圖 2— 3）。 振蕩電路 C13 0 p FC23 0 p FX T A LX T A L21X L A L 1X T A L 2 圖 24 振蕩電路 圖 本設(shè)計晶振選擇頻率為 12MHz，電容選擇 30pF 如圖（ 2－ 4）。經(jīng)計算得單片機工作胡機器周期為： 12（ 1247。 12M） =1us。 第 16 頁 第 三 章 基本結(jié)構(gòu)模塊 脈搏波檢測電路 目前脈搏波檢測系統(tǒng)有以下幾種檢測方法：光電容積脈搏波法、液體耦合腔脈搏傳感器、壓 阻式脈搏傳感器以及應(yīng)變式脈搏傳感器。近年來 , 光電檢測技術(shù)在臨床醫(yī)學應(yīng)用中發(fā)展很快 , 這主要是由于光能避開強烈的電磁干擾 , 具有很高的絕緣性 , 且可非侵入地檢測病人各種癥狀信息。用光電法提取指尖脈搏光信息受到了從事生物醫(yī)學儀器工作的專家和學者的重視。本系統(tǒng)設(shè)計了指套式的透射型光電傳感器 , 實現(xiàn)了光電隔離 ,減少了對后級模擬電路的干擾，結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。 圖 31 透射式光電傳感器 圖 傳感器由發(fā)光二級管和光敏二極管組成 , 其工作原理是 : 發(fā)光二極管發(fā)出的光透射過手指 ,經(jīng)過手指組織的血液吸收和衰減，由光敏二 極管接收。由于手指動脈血在血液循環(huán)過程中呈周期性的脈動變化，所以它對光的吸收和衰減也是周期性脈動的 , 于是光敏二極管輸出信號的變化也就反映了動脈血的脈動變化。 脈搏信號拾取電路 如圖 2所示， IClA 為單位 增益緩沖 器 ，用于 產(chǎn)生 的基準電壓 。 第 17 頁 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN um be r R e vi s i onS i z eBD a t e : 22 A pr 20 06 S he e t o f F i l e : D : \ D E S I G N E X P L O R E R 9 9 S E \ E X A M P L E S \ M y D e s i gn .d dbD r a w n B y :V C CR333KR233KR4150KR5470KR0100C147uFC2I C 1AT L C 22 62I C 2BT L C 22 62V C CI M DI R 33 3I R DP B W 83Vi 圖 32 信號拾取器 圖 紅外接收二極管在紅外光的照射下能產(chǎn)生電能，單個二極管能產(chǎn)生 V電壓， mA 電流。 BPW83 型紅外接收二極管和 IR333 型紅外發(fā)射二極管工作波長都是 940 nm，在指夾中，紅外接收二極管和紅外發(fā)射二極管相對 擺放以獲得最佳的指向特性。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)射強度就越大。在圖 l 中， RO選 100 Ω 是基于紅外接收二極管感應(yīng)紅外光靈敏度考慮的。 R0 過大，通過紅外發(fā)射二極管的電流偏小， BPW83 型紅外接收二極管無法區(qū)別有脈搏和無脈搏時的信號。反之， R0 過小，通過的電流偏大，紅外接收二極管也不能準確地辨別有脈搏和無脈搏時的信號。當紅外發(fā)射二極管發(fā)射的紅外光直接照射到紅外接收二 極管上時， IC1B 的反相輸入端電位大于同相輸入端電位， Vi為 “O” 。當手指處于測量位置時，會出現(xiàn)二種情況：一是無脈期。雖然手指遮擋了紅外發(fā)射二極管發(fā)射的紅外光，但是，由于紅外接收二極管中存在暗電流，仍有 lμA 的暗電流會造成 Vi 電位略低于 V。二是有脈期。當有跳動的脈搏時，血脈使手指透光性變差，紅外接收二極管中的暗電流減小， Vi 電位上升。 由此看來，所謂脈搏信號的拾取實際上是通過紅外接收二極管，在有脈和無脈時暗電流的微弱變化，再經(jīng)過 IClB 的放大而得到的。所拾取的信號為 2μV左右的電壓信號。 第 18 頁 信號放大 按人體脈搏在運動后最高跳動次數(shù)達 240 次 /分計算來設(shè)計低通放大器，它由 IC2A 和 C04 等組成，如圖 2所示。轉(zhuǎn)折頻率由 R0 C0 R08 和 C05 決定，放大倍數(shù)由 R08 和 R06 的比值決定。 R61 0 kR71 0 kR93 0 0 kR82 2 0 kC50 .4 7 u FC40 .1 u FIC 2 AT L C22 6 4C34 .7 u F2 .5 VViV o 1Vs 圖 33 低通濾波器 圖 根據(jù)二階低通濾波器的傳遞函數(shù)，可得 （ 1） 放大倍數(shù)為 H=R08/R06 =22 （ 2） 取 倍零頻增益計算高頻轉(zhuǎn)折頻率，即 fH = （ 3） 第 19 頁 按人的脈搏最高為 4 Hz 考慮，低頻特性是令人滿意的。 需要說明的是，以上分析是在忽略 C03 的條件下做出的，如果考慮 C03 的話，那么： 由此可見， C03 沒有影響頻率特性的分析，它的作用只是隔直。 二級放大器兼比較器如圖 4 所示。 Rpll 用以調(diào)整系統(tǒng)的放大倍數(shù)， C06 用以防止放大器自激。采用二級放大，零點漂移不很明顯，在 V 左右。所以將比較器的閾值電壓設(shè)計成 V，以確保濾除干擾信號。采用比較器的好處是能有效地克服零點漂移所造成的影響，提高測量的準確性。 R 1 61 0 kR 1 61 0 kR 1 23 9 kR43 9 kC60 .1 u F321411IC 2 B 321411IC 2 CT L C22 6 4V C CR P 1 15 0 0 kR P 1 21 0 k2 .5 vV o 1AB 圖 34 二級放大器和比較器 圖 第 20 頁 波形整形部分 波形整形電路如圖 5所示， IC3A 是 CD4528 型單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器，有效脈寬為 s．其寬度由 R22 和 C20 決定。 IC3B 也組成一個單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器，脈寬為 240ms。 D Dl 和 T3等組成一個或非門，只有 C，