【正文】 系到一起。前臺程序 會 安排一些實(shí)時性 的 要求 相對比 較高的內(nèi)容， 例 如外部 的 中斷 系統(tǒng) （ 例如掉電中斷 系統(tǒng) ） 以及定時系統(tǒng)；然而， 后臺程序指主程序及其調(diào)用的子程序，這類程序?qū)?shí)時性要求不是太高， 延時了 幾 十 毫秒 甚至 幾百 毫秒 也沒 有太大影響 ， 因此 ， 通常 把打印程序、 監(jiān)控程序（鍵盤解釋程序）和 顯示 程序等 一系列需要和 操作者 進(jìn)行交互 的程序 ， 放在后臺 的 程序中 來 執(zhí)行 [15]。 軟件 分析的工作任務(wù)還有 另 外 一個內(nèi)容 ，就 是如何 對各個監(jiān)控軟件和執(zhí)行模塊進(jìn)行安排 。相互比照著來講，執(zhí)行 模塊要做的任務(wù)就顯得明確、單純，并且編程的過程也比較容易，但是監(jiān)控程序卻比較容易出現(xiàn)一系列問題。 各個執(zhí)行軟件對應(yīng)的模塊規(guī)劃好了之后，接著就可以執(zhí)行監(jiān)控軟件的程序了。 當(dāng)軟件任務(wù)在進(jìn)行分析的時候，需要將各個不同功能的執(zhí)行模塊列出來進(jìn)行比對，并且為每一個執(zhí)行模塊，進(jìn)行接口定義以及功能定義。從軟件的功能來考慮分類的辦法，可以把軟件分成兩個大的類別，其中一個種類是執(zhí)行類的軟件，執(zhí)行類的軟件能夠完成各種用戶需求的實(shí)質(zhì)性功能，比如計算、N 設(shè)置顯示數(shù)據(jù) 首地址 循環(huán)量設(shè)置 取字符代碼 結(jié)束 設(shè)置 DDRAM 地址，在第一行顯示 循環(huán)完？ 設(shè)置顯示數(shù)據(jù) 首地址 循環(huán)量設(shè)置 取字符代碼 調(diào)用自定義字庫 設(shè)置 DDRAM 地址，在第一行顯示 循環(huán)完？ Y 山西農(nóng)業(yè)大學(xué)信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 17 測量、通信、打印、顯示和輸出控制等功能，另外一個種類則是監(jiān)控軟件，這類軟件專門用于協(xié)調(diào)各個執(zhí)行模塊以及操作者的關(guān)系，在系統(tǒng)的軟件中，發(fā)揮著組織、調(diào)度等重要功能的軟件 [13]。在硬件電路的整體設(shè)計完成基本定型以后，軟件任務(wù)的設(shè)計也就能夠基本上擬定下來。 Y N Y Y Y N N N N 相應(yīng)值減少 計算脈搏值 顯示脈搏值 相應(yīng)值增加 按鍵 2 按下？ 按鍵 4 按下？ 返回 下限設(shè)定 上限設(shè)定 按鍵 1 按下？ 液晶初始化 Y 開始 按鍵 3 按下？ 15s 到 山西農(nóng)業(yè)大學(xué)信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 16 圖 42 LCD1602 初始化子函數(shù)流程圖 最先開始 先調(diào)用 LCD1602 液晶 顯示屏 自定義的字庫， 然后 設(shè)置好 DDRAM的 地址 以 后 ， 在第一行 進(jìn)行 顯示， 依照 程序中的數(shù)據(jù) ，來設(shè)定 顯示數(shù)據(jù)首地址 ，并 且 設(shè) 定 循環(huán)量，在循環(huán) 的 過程中 ， 不 間 斷 地 取 用 字符代碼 ， 直到終止 ； 第二行顯示過程 和第 一行顯示過程 是 一樣 的 ， 在 兩行顯示完畢 以 后 ， 便 可以 結(jié)束 相應(yīng)的 子程序。 1KR4+5VLS1蜂鳴器Q18550 圖 39 蜂鳴器驅(qū)動模塊 山西農(nóng)業(yè)大學(xué)信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 15 4 系統(tǒng)軟件設(shè) 計 系統(tǒng)軟件流程 圖 41 主程序流程 主程序 的 流程 ， 如圖 41 所示，單片機(jī)上電 以 后 ， 先 對整個系統(tǒng) 進(jìn)行初始化， 然后 清除相關(guān)測量 數(shù)據(jù) 的初值， 接著 等待 使用者 按下 相應(yīng) 的 按鈕， 并進(jìn)入根據(jù)需要選擇 的功能，當(dāng) 使用者 按下 開始按鈕之后 ，單片機(jī) 按照 定時 器定時的15s， 測量 病人 脈搏 跳動的 次數(shù)，然后再 將得到 15s 的結(jié)果乘以 4 倍得出 60s 的脈搏 跳動 次數(shù) ，將結(jié)果顯示在 LCD1602 液晶屏幕上， 并且每過一個 15s刷新結(jié)果一次。 如圖 39 所示的蜂鳴器，因?yàn)橥ㄟ^ 蜂鳴器工作 的 電流較大， 會使得 單片機(jī)的 I/O 口無法 直接的進(jìn)行 驅(qū)動，所以 需 要利用三極管 的 開關(guān)電路 ，進(jìn)行放大電流，從而進(jìn)行 驅(qū)動。鍵盤模塊 的 電路圖如圖 38 所示。 4 個 按鈕 分別 具有 以下的 功能，第一 個按鈕 為功能按鍵， 能夠 切換 到 不同 的 參數(shù) 設(shè)定 界面 ； 第二個 按鈕 為切換 功能的 按鍵，可以切換時、分、秒等參數(shù)進(jìn)行設(shè)置 ； 第三個 按鈕 為增加 功能的 按鍵 ； 第四個 按鈕 為減少 功能的 按鍵。 首先取一個 需 要顯示的 數(shù)據(jù) 或 者字符， 送到 LCD 顯示 器的 緩沖區(qū)，程序延時 毫秒， 判斷是否 能 夠顯示的個數(shù)，不夠 的話 地址加一 ，則 取下一個要顯示的 數(shù)據(jù) 或 者字符 。該設(shè)計的 模塊設(shè)計 遵守的 要點(diǎn) ， 顯示模塊啟動后，進(jìn)行 初始化 ，進(jìn)行 清屏， 然后 再設(shè) 定 接口 的 數(shù)據(jù)位為 8 位， 其中 顯示的 行數(shù)為 1 行，字型為 57 的 點(diǎn)陣，然后 將其 設(shè)置為整體 方式 顯示，取消光標(biāo)以及 字體閃爍 ， 最后設(shè) 定 為正向 的 增量方式 ，而 且不移位 [11]。 表 31 寄存器選擇控制 RS R/W 操作說明 0 0 寫入指令寄存器（清除屏等） 0 1 讀 busy flag（ DB7），以及讀取位址計數(shù)器（ DB0~DB6）值 山西農(nóng)業(yè)大學(xué)信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 12 1 0 寫入數(shù)據(jù)寄存器（顯示各字型等） 1 1 從數(shù)據(jù)寄存器讀取數(shù)據(jù) 液晶顯示部分與 STC89C52 的接口 如圖 37 所示， STC89C52 的 P0 口作為數(shù)據(jù)線，用 、 和 分別作為 LCD 的 RS、 EN、 R/W。 8 位字符 字符和編碼 的對應(yīng)關(guān)系， CGRAM 是為用戶編寫特殊字符留用的，它的容量僅 有 64 字節(jié)，可以自定義 8 個 57 的 點(diǎn)陣字符或者 4 個 510 的 點(diǎn)陣字符， AC 可以存儲DDRAM 和 CGRAM 的地址，如果地址碼隨指令寫入 IR， 則 IR 自動把地址碼裝入 AC，同時選擇 DDRAM 或 CGRAM， LCD1602 液晶模塊的引腳圖如圖 36所示。 液晶模塊簡介 LCD1602 液晶模塊采用 HD44780 控制器， HD44780 具有簡單而功能較強(qiáng) 山西農(nóng)業(yè)大學(xué)信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 11 的指令集，可以實(shí)現(xiàn)字符移動 、 閃爍等功能， LM016L 與單片機(jī) MCU 通訊可采用 8 位或 4 位并行傳輸兩種方式， HD44780 控制器由兩個 8 位寄存器，指令寄存器（ IR）和數(shù)據(jù)寄存器（ DR）忙標(biāo)志（ BF），顯示數(shù) RAM（ DDRAM），字符發(fā)生器 ROMA（ CGOROM）字符發(fā)生器 RAM（ CGRAM），地址計數(shù)器RAM(AC)。但 是，相 對于內(nèi)帶字符發(fā)生器的控制器來說，顯示 出來的 字符 相對來說 就比較簡單 一些 ，可 以使得 控制器 的 工作 ， 在文本方式 。一個字符 是 由 68 或 者 88 的 點(diǎn)陣組成， 如果想 找到和 屏幕 上 的 某幾個 對應(yīng) 位置顯示 RAM區(qū)的 8個字節(jié)，并且 能夠 使 得 每個字節(jié)不同的位為 “ 1” ，其它的 位 為 “ 0” ，為 “ 1” 的點(diǎn)亮，為 “ 0” 的點(diǎn)暗 。系統(tǒng)顯示 的 部分用 LCD 液晶 顯示 模塊，采用一個 162 字符型 的 液晶顯示模塊。 當(dāng)色彩不變 的 時 候 ，液晶 顯示器 也 會 保持不變，這樣就 沒有必要 考慮 到 刷新率 帶來 的問題。 液晶原理介紹 LCD 液晶顯示器 ， 是一種采用液晶 來 控制透光度 的 技術(shù) ， 來實(shí)現(xiàn)色彩的顯示器， LCD 液晶 顯示器和 CRT 顯示器相比 較 ， LCD 的優(yōu)點(diǎn)是很明顯的。 STC89C52 單片機(jī)內(nèi) 山西農(nóng)業(yè)大學(xué)信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 10 部集成有兩個可編程的定 時 /計數(shù)器： T0 和 T1，它們既可以工作于定時模式，也可以工作于外部事件計數(shù)模式，此外， T1 還可以作為串行口的波特率發(fā)生器。單片機(jī)的中斷系統(tǒng)是通過 4 個相關(guān)的特殊功能寄存器 SCON、 IE、 TCON 以及 IP；由片內(nèi)特殊功能寄存器中的中斷允許寄存器 IE 控制， CPU 是否響應(yīng)中斷請求；由中斷優(yōu)先級寄存器 IP，安排各中斷源的優(yōu)先級；低優(yōu)先級可被高優(yōu)先級中斷，高優(yōu)先級不能被低優(yōu)先級中斷，同一優(yōu)先級內(nèi)各中斷同時提出中斷請求時，由內(nèi)部的查詢邏輯確定其響應(yīng)次序。 SST89V58RD 最高允許振蕩頻率達(dá) 40MHz，因而大大地 提高了指令的執(zhí)行速度 [8]。 8. 片內(nèi)振蕩器和時鐘產(chǎn)生電路，但石英晶體和微調(diào)電容需要外接?，F(xiàn)在新推出的單片機(jī)都不只 5 個中斷源，例如 SST89E58RD 就有 9 個中斷源。為方便設(shè)計串行通信，目前的 52 系列單片機(jī)都會提供 3 個 16 位定時器 /計數(shù)器。 4. 四個 8 位并行 I/O 接口 P0~P3，每個口既可以用作輸入，也可以用作輸出。目前單片機(jī)發(fā)展 的 趨勢是將 ROM 和 RAM 都集成在單片機(jī)里面，這樣既能夠 方便用戶進(jìn)行設(shè)計 ， 又 可以 提高系統(tǒng)的抗干擾 能力 。 Vcc Vss 時鐘電路 CPU 總線控制 ROM/EPROM/Flash 4KB RAM128B SFR 21 個 定時器 /計數(shù)器 2 中斷系統(tǒng) 5 個中斷源 2 個優(yōu)先級 串行口 全雙工 1 個 4 個并行口 山西農(nóng)業(yè)大學(xué)信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 9 3. 片內(nèi)程序存儲器 ROM(4KB)，用以存放程序、 表格和 一些原始數(shù)據(jù)。 圖 35 STC89C52 單片機(jī) STC89C52 單片機(jī)的主要性能： 1. 一個 8 位的微 型 處理器 (CPU)。主控模塊 使用 的 是 核心芯片 為 STC89C52 的 51 系列 單片機(jī)，應(yīng)用 STC89C52 核心芯片來 架構(gòu)最小 的 結(jié)構(gòu)，完成 使用者對 主控模塊 需求 的任務(wù)。整形電路還用 到了 LED 燈來 實(shí)現(xiàn)電路功能， 74HC14 觸發(fā)器用來進(jìn)行集成運(yùn)放，而 LED燈 用來顯示電子脈搏計正在測量脈搏跳動的狀態(tài) [5]。 放大濾波電路 10UFC468KR8567B84AMP1BLM358C1680KR4C3R5680KR2C2R310UFC568KR7VCC231A84AMP1ALM358 圖 33 放大濾波電路 經(jīng)過紅外光電傳感器收集到的脈搏跳動信號， 雖然紅外光電傳感器相較于壓電傳感器對外界干擾已經(jīng)十分微弱， 但是 仍舊需要放大濾波電路進(jìn)行整合，如圖 33 所示， 用 LM358 搭建一個放大、濾波電路，其中 C4 與 R C5 與 R7是電容 電阻組合， 作為高通電路，用來隔絕低頻的干擾 ； R4 與 C R2 與 C2是電阻 電容組合， 作為低通電路進(jìn)行濾波，用來隔絕高頻的干擾。 發(fā)光二極管 先 發(fā)射紅外線， 繼而 光電二極管 來 接收 反射的 信號 。 圖 31 信號采集電路順序 紅外光電傳感器 采集信號的部分采用了紅外光電傳感器，光電傳感器核心芯片是發(fā)光二極管、光敏二極管，作用是通 過發(fā)光二極管發(fā)射紅外線照射手指，紅外線經(jīng)過手指吸收以及衰減，光敏二極管接收到血液透光性的變化，便可以間接采集脈搏跳動，轉(zhuǎn)化為電信號，下面是紅外光電傳感器的原理圖。 山西農(nóng)業(yè)大學(xué)信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 6 3 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計 信號采集電路設(shè)計 信號采集電路是光電傳感器將脈搏信號轉(zhuǎn)換為電信號，這種電信號只有幾十毫伏，只有對這個電信號進(jìn)行放大、整形，成為幾伏、規(guī)則的電信號，使計數(shù)器和蜂鳴器處于正常的工作狀態(tài)。 方案二： 由于方案一中的原因，所以我更改了自己的方案，決定采用 LCD 液晶顯示屏， LCD 液晶顯示屏可以顯示大量 的圖形以及文字 ，清晰可辨 ，并且不存在刷新問題 。 顯示模塊論證與選型 方案一： 在 開題報告中， 開始 一直 是 準(zhǔn)備采用 7 段 的 LED 數(shù)碼管 來 進(jìn)行顯示 的 ，對于 用戶 顯示數(shù)字的 需 求十分合適， 這種顯示方式是應(yīng) 用動態(tài)掃描的辦法 ，若將單片機(jī)與 LED 相互連接 的時候，其 占用的單片機(jī) I/O 口線 比較 少。如果選擇 STC89C52 芯片的話，還有編程、調(diào)試方便等的特點(diǎn) [3]。 主控模塊論證與選型 方案一： 使用 常用 MSP430 類型 的單片機(jī)，這類型 的 單片機(jī) ， 是一種 16 位 的 超低功耗混合 的 信號處理器，這類單片機(jī) 其中 集成了許多 微型處理器 、模擬電路和 數(shù)字電路 ，可以供給強(qiáng)大的電路功能，但是這類單片機(jī)價格昂貴，不適合大規(guī)模的應(yīng)用，而電子脈搏計應(yīng)當(dāng)逐漸普及，并且具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益，所以無法使用這類 MSP430 類型 的單片機(jī)。因此，在恒定波長光源的持續(xù)照射下，經(jīng)過光電傳感器發(fā)射和接收過程中光電信號發(fā)生的轉(zhuǎn)換，就可以間接地采集人體脈搏跳動的信號了 [2]。 方案二： 后來在參考了很多書籍以后，我發(fā)現(xiàn)很難消除在開題報告中希望消除的其他震動帶來的影響，我認(rèn)為由震動識得的脈搏跳動可能還是過于表面，于是發(fā)現(xiàn)在脈搏跳動的時候，血液的透光性會發(fā)生改變，而且光電傳感器具有避免電磁干擾、高絕緣等特性，最后產(chǎn)生了第二個方案，使用光電傳感器作為信號采集的工 具。 信號采集電路論證與選型 信號采集電路的關(guān)鍵芯片是傳感器的選擇，所以接下來的方案就針對傳感器的選擇進(jìn)行討論。當(dāng)脈搏跳動次數(shù)在正常范圍時， 顯