【文章內(nèi)容簡介】 時鐘輸入電壓GND to V+ 4 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計與仿真硬件電路的設(shè)計主要包括單片機系統(tǒng)及顯示電路、信號采集、信號放大、比較電路及信號轉(zhuǎn)換電路五部分。單片機采用AT89S52或其兼容系列。采用12MHz高精度的晶振，以獲得較穩(wěn)定時鐘頻率，減小測量誤差。，利用外中斷0口監(jiān)測由傳感器OPT101信號采集電路輸出的信號。顯示電路采用簡單實用的四位LED數(shù)碼管，信號用OP07放大，比較電流用LM324N。仿真主要包括放大電路與5V電源電路與比較電路。 單片機最小系統(tǒng)AT89S52是片內(nèi)有EPROM的單片機。因此，用這種芯片構(gòu)成的最小系統(tǒng)簡單、可靠。用AT89S52單片機構(gòu)成最小應(yīng)用系統(tǒng)時，只要將單片機接上時鐘電路和復(fù)位電路以及擴展的簡單I/O口即可，如圖41所示。由于受集成度、片內(nèi)功能的限制，最小應(yīng)用系統(tǒng)只能用作一些小型的控制單元。其應(yīng)用特點為：有可供用戶使用的較多的I/O口線。由于不需要擴展外部存儲器，EA應(yīng)接高電平，P0、PPP3均作為用戶I/O口使用。內(nèi)部存儲器容量有限。應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)具有特殊性。如AT89S52的應(yīng)用軟件須依靠半導(dǎo)體廠家用半導(dǎo)體掩膜技術(shù)置入，故AT89S52應(yīng)用系統(tǒng)一般用作大批量生產(chǎn)的應(yīng)用系統(tǒng)。另外，P0、P2口的應(yīng)用與開發(fā)環(huán)境差別較大。圖41 單片機最小系統(tǒng)原理圖 信號采集電路信號采集電路如圖42所示。D1與Vb組成光電傳感器。因光電傳感器輸出的點脈沖信號時非常微弱的信號，而且頻率很低（如脈搏50次/，200次/），并且還伴有各種噪聲干擾，故該信號要經(jīng)過RC1低通濾波，去除高頻干擾。當(dāng)傳感器檢測到較強的干擾光線時，其輸出端的直流電壓信號會有很大變化。圖42 信號采集電路 信號放大電路與仿真 信號放大電路與仿真如圖43所示，R5與RRR3的電阻和之比為放大器的放大倍數(shù)，經(jīng)過計算所得改放大器的理論值為200倍，但由于11號接口上5V供壓不足再加上材料限制和人為的因素，該放大倍數(shù)只有20倍左右。 圖中C2為耦合電容，作用為隔直流通交流，之所以使用10u的電容，是為了讓所有的信號通過。C3同C2一樣。信號放大電路仿真圖如圖44所示。圖 43 信號放大電路圖 44 信號放大電路仿真圖 電源模塊設(shè)計5V電源由555定時器生成，原理圖如圖45 所示：圖45 5V電源電壓原理圖5V電源電壓仿真圖如圖46 所示： 圖 46 5V電源電壓仿真圖 信號比較電路電壓比較器是一種常用的集成電路。它可用于報警器電路、自動控制電路、測量技術(shù)，也可用于V/F 變換電路、A/D 變換電路、高速采樣電路、電源電壓監(jiān)測電路、振蕩器及壓控振蕩器電路、過零檢測電路等。我們主要介紹其基本概念、工作原理及典型工作電路，電壓比較器是對兩個模擬電壓比較其大小并判斷出其中哪一個電壓高，如圖47 所示。圖47 電壓比較器 A/D轉(zhuǎn)換電路A/D轉(zhuǎn)換電路如圖48所示。首先輸入3位地址，并使ALE=1，將地址存入地址鎖存器中。此地址經(jīng)譯碼選通8路模擬輸入之一到比較器。START上升沿將逐次逼近寄存器復(fù)位。下降沿啟動 A／D轉(zhuǎn)換，之后EOC輸出信號變低，指示轉(zhuǎn)換正在進行。直到A／D轉(zhuǎn)換完成，EOC變?yōu)楦唠娖?，指示A／D轉(zhuǎn)換結(jié)束，結(jié)果數(shù)據(jù)已存入鎖存器，這個信號可用作中斷申請。當(dāng)OE輸入高電平 時，輸出三態(tài)門打開，轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上圖 48 A/D轉(zhuǎn)換器連線圖 顯示電路LED采用3位8段加提示符的液晶顯示模塊LCM046，34線串行接口，低功耗特性；顯示狀態(tài)功耗為50Ua。省電模式下1uA。—。視角對比度可調(diào)，顯示清晰，穩(wěn)定可靠，可加背光。~：圖 49 顯示電路 系統(tǒng)總體設(shè)計原理圖心率計的總體電路如圖410所示，主要包括取樣整型電路，單片機處理電路和顯示電路．先用紅外光電傳感器采集與心跳同頻率的信息，當(dāng)人體組織半透明度的數(shù)值較大時，紅外光電二極管Dl發(fā)射出的透過人體組織的光強度很弱，光敏三極管無法導(dǎo)通，所以輸出端為高電平；當(dāng)人體組織半透明度的數(shù)值較小時，紅外光電二極管Dl發(fā)射出的透過人體組織的光強度較強，光敏三極管導(dǎo)通，輸出端為低電平，這樣就形成了頻率與脈搏次數(shù)成正比的低頻信號，它近似于正弦波形．圖 410 系統(tǒng)原理總圖5 系統(tǒng)軟件設(shè)計基于單片機心率計的軟件設(shè)計主要由主程序流程圖、中斷程序流程圖及顯示子程序組成。我們知道C語言程序有利于實現(xiàn)較復(fù)雜的算法，匯編語言程序則具有較高的效率且容易精細計算程序運行的時間，而心率計的程序既有較復(fù)雜的計算（時間t內(nèi)的平均值），又要求精細計算程序運行時間（動脈搏動時間），所以控制程序可采用C語言和匯編語言混合編程。 測量計算原理設(shè)K個連續(xù)的動脈搏動所用時間為t（秒），在時間 t 內(nèi)心率的平均值為n（次/分），則： n = 60K/t (1)為了能夠控制用單片機計算機測定t值，我們利用脈動信號控制（在K個連續(xù)的脈搏周期內(nèi)）單片機的定時/計數(shù)器T0定時（定時1ms中斷一次），工作寄存器對中斷次數(shù)進行計數(shù)，然后讀取計數(shù)值。設(shè)該計數(shù)值為N，于是有： t = （2）把（2）帶入（1）得到： n = 60k/ =60000K/N （3）式（3）就是利用單片計算機測定心率值的數(shù)學(xué)模型（%）。在該單片機系統(tǒng)中，K = 1~~9（用戶可通過按鍵自行設(shè)置）?？蓽y心率范圍20次/分~~200次/分（N的范圍：300~~30000）. 主程序流程圖程序流程圖如圖51所示。程序初始化是每個單片機程序所必備的，它的主要任務(wù)是確定程序人口和中斷人口地址。接下來是顯示為全零，主要目的是為了區(qū)分是否有信號送人，當(dāng)沒有信號送人時，顯示為全零，則說明心率計沒有工作，反之，則正常工作。定時lOOms是設(shè)計中比較重要的一部分，它主要是為采樣6s打下基礎(chǔ)。設(shè)計中運用定時器T1的定時功能來實現(xiàn)100s的定時，等待中斷占用了程序執(zhí)行的大部分時間，它主要是一個死循環(huán)語句，只有當(dāng)中斷條件滿足時，才執(zhí)行中斷服務(wù)子程序，對計數(shù)的結(jié)果進行累加，累加之后，判斷采樣的次數(shù)，如果采樣未滿60次，說明不到6 s，返回繼續(xù)采樣、等待中斷，直到采樣60次為止，之后把6s內(nèi)采樣得到的次數(shù)由二進制數(shù)轉(zhuǎn)化為十進制數(shù)，送到數(shù)碼管進行動態(tài)顯示。 N Y 開始二翻十等待中斷第一次顯示全零程序初始化關(guān)中斷定時器