【正文】 設(shè)計 此部分電路的功能是由傳感器將脈搏信號轉(zhuǎn)換為電信號，一般為幾十毫伏，必須加以放大，以達到整形電路所需的電壓，一般為幾伏。其中 EN 是下降沿觸發(fā)的片選信 號， R/W 是讀寫信號， RS 是寄存器選擇信號本模塊設(shè)計要點如下：顯示模塊初始化：首先清屏，再設(shè)置接口數(shù)據(jù)位為 8 位，顯示行數(shù)為 1 行，字型為 57 點陣，然后設(shè)置為整體顯示，取消光標和字體閃爍 ,最后設(shè)置為正向增量方式且不移位 [10]。 表 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 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 所示。IR 用于寄存指令碼，只能寫入不能讀出， DR 用于寄存數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)由內(nèi)部操作自動寫入 DDRAM 和 CGRAM,或者暫存從 DDRAM 和 CGRAM 讀出的 數(shù)據(jù)， BF 13 為 1 時，液晶模塊處于內(nèi)部模式，不響應(yīng)外部操作指令和接受數(shù)據(jù)， DDTAM 用來存儲顯示的字符，能存儲 80 個字符碼， CGROM 由 8 位字符碼生成 5*7 點陣字符 160 中和 5*10 點陣字符 32 種 .8 位字符編碼和字符的對應(yīng)關(guān)系， CGRAM是為用戶編寫特殊字符留用的，它的容量僅 64 字節(jié)，可以自定義 8 個 5*7 點陣字符或者 4 個 5*10 點陣字符， 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 所示。但對于內(nèi)帶字符發(fā)生器的控制器來說，顯示字符就比較簡單了，可讓控制器工作在文本方式，根據(jù)在 LCD 上開始顯示的行列號及每行的列數(shù)找出顯示 RAM 對應(yīng)的地址，設(shè)立光標，在此送上該字符對應(yīng)的代碼即可。 點陣圖形式液晶由 M 行 N 列個顯示單元組成，假設(shè) LCD 顯示屏有 64行，每行有 128 列，每 8 列對應(yīng) 1 個字節(jié)的 8 個位，即每行由 16 字節(jié)，共 168=128 個點組成，屏上 6416 個顯示單元和顯示 RAM 區(qū) 1024 個字節(jié)相對應(yīng)，每一字節(jié)的內(nèi)容和屏上相應(yīng)位置的亮暗對應(yīng)。 顯示接口用來顯示系統(tǒng)的狀態(tài)，命令或采集的電壓數(shù)據(jù)。和 CRT 顯示器相比， LCD 的優(yōu)點是很明顯的。 LCD 液晶顯示器簡介 由于本設(shè)計中要求顯示界面顯示一些參數(shù)，因此這里選用了 LCD1602 作為界面顯示，可以把一些相關(guān)的參數(shù)進行顯示。 單片機最小系統(tǒng)設(shè)計 圖 單片機最小系統(tǒng)電路圖 圖 為單片機最小系統(tǒng)電路圖，單片機最小系統(tǒng)有單片機、時鐘電路、復位電路組成，時鐘電路選用了 12MHZ 的晶振提供時鐘，作用為給單片機提供一個時間基準，其中執(zhí) 行一條基本指令需要的時間為一個機器周期，單片機的復位電路，按下復位按鍵之后可以使單片機進入剛上電的起始狀態(tài)。 在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中，常常會有定時控制需求，如定時輸出、定時檢測、定時掃描等；也經(jīng)常要對外部事件進行計數(shù)。 STC89C52 單片機的中斷系統(tǒng) STC89C52 系列單片機的中斷系統(tǒng)有 5 個中斷源， 2 個優(yōu)先級，可以實現(xiàn)二級中斷服務(wù)嵌套。 11 ： (WR)外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通。 ： (T0)定時 /計數(shù)器 0 的外部計數(shù)輸入。 ： (INT0)外部中斷 0 輸入。 P3 口與其它 I/O 端口有很大的區(qū)別，它的每個引腳都有第二功能，如下： ： (RXD)串行數(shù)據(jù)接收。 P3 口 (～ ， 10~17 腳 )： P3 口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位準雙向 I/O口。 P 口每位能驅(qū)動 4 個 LS 型 TTL 負載。在 P1 口作為輸入口使用時，應(yīng)先向 P1口鎖存地址 (90H)寫入全 1,此時 P1 口引腳由內(nèi)部上拉電阻拉成高電平。 P1 口 (～ ， 1~8 腳 )： P1 口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位準雙向 I/O 口。在 CPU 訪問片外存儲器時， P0 口分時提供低 8 位地址和 8 位數(shù)據(jù)的復用總線。當 P0 口作為輸入口使用時，應(yīng)先向口 鎖存器 (地址 80H)寫入全 1,此時 P0 口的全部引腳浮空，可作為高阻抗輸入。 3．輸入 /輸出端口 P0/P1/P2/P3： P0 口 (～ ， 39~32 腳 )： P0 口是一個漏極開路的 8 位準雙向 I/O 口。對于無片內(nèi) ROM 的 8031 或 8032,需外擴 EPROM，此時必須將EA 引腳接地。當EA 引腳接高電平時， CPU 只訪問片內(nèi) EPROM/ROM 并執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器中的指令，但當 PC(程序計數(shù)器 )的值超過 0FFFH(對 8751/8051 為 4K)時，將自動轉(zhuǎn)去執(zhí)行片外程序存儲器內(nèi)的程序。如有則說明基本上工作正常。 PSEN 端同樣可驅(qū)動 8 個 LS 型 TTL 負 載。此引肢接 EPROM 的 OE 端 (見后面幾章任何一個小系統(tǒng)硬件圖 )。 PSEN(29 腳 )：程序存儲允許輸出信號端。 ALE 端的負載驅(qū)動能力為 8 個 LS 型 TTL(低功耗甚高速 TTL)負載。如果想確定 8051/8031 芯片的好壞，可用示波器查看 ALE 端是否有脈沖信號輸出。 CPU 訪問片外存儲器時， ALE 輸出信號作為鎖存低 8 位地址的控制信號。 ALE/PROG(30 腳 )：地址鎖存允許信號端。當主電源 Vcc 發(fā)生故障，降低到低電平規(guī)定值時，將＋ 5V 電源自動兩個機器周期 (24 個時鐘振蕩周期 )的高電平時，就可以完成復位操作。 2．控制信號引腳 RST,ALE,PSEN 和 EA： RST/VPD(9 腳 )： RST 是復位信號輸入端，高電平有效。 XTAL1(19 腳 )：接外部晶體和微調(diào)電容的另一端；在片內(nèi)它是振蕩電路反相放大器的輸入端。若需采用外部時鐘電路時，該引腳輸入外部時鐘脈沖。 SST89V58RD 最高允許振蕩頻率達 40MHz，因而大大的提高了指令的執(zhí)行速度。 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。現(xiàn)在新推出的單片機都不只 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。目前單片機的發(fā)展趨勢是將 RAM 和 ROM 都集成在單片機里面，這樣既方便了用戶進行設(shè)計又提高了系統(tǒng)的抗干擾性。 3. 片內(nèi)程序存儲器 ROM(4KB)，用以存放程序、一些原始數(shù)據(jù)和表格。 時 鐘 電 路R O M / E P R O M / F l a s h 4 K BR A M 1 2 8 BS F R 2 1 個定 時 個 / 計 數(shù) 器 2C P U總 線 控 制中 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X T A L 2 X T A L 1R S TE AA L EP S E NP 0P 1P 2P 3V s sV c c 圖 STC89C52 單片機結(jié)構(gòu)圖 STC89C52 單片機主要特性 1. 一個 8 位的微處理器 (CPU)。 STC89C52 的存儲器系統(tǒng)由 4K 的程序存儲器 (掩膜 ROM)，和 128B 的數(shù)據(jù)存儲器 (RAM)組成。這些各大電子生產(chǎn)商推出的單片機都兼容 51 指令、并在 51 的基礎(chǔ)上擴展一些功能而內(nèi)部結(jié)構(gòu)是與 51 一致的。 51 系列單片機最初是由 Intel 公司開發(fā)設(shè)計的，但后來 Intel 公司把 51 核的設(shè)計方案賣給了幾家大的電子設(shè)計生產(chǎn)商，譬如 SST、 Philip、 Atmel 等大公司。 系統(tǒng)整體設(shè)計概述 系統(tǒng)總體設(shè)計由 STC89C5按鍵、 LCD160光電 傳感器、時鐘模塊、運放等構(gòu)成，如圖 所示，系統(tǒng)設(shè)有四個按鍵，可以設(shè)置上下限脈搏數(shù)，當超過范圍的時候單片機會驅(qū)動蜂鳴器發(fā)響，脈搏測量的時候需要人把手輕輕的按在光電傳感器上面，由于人脈搏跳動的時候，血液的透光性不一樣會導致接收器那邊接收的信號強弱不一樣，間接的把人脈搏信號傳回，通過運放對其進行放大、整形后連接到單片機的 IO 口，單片機利用外部中斷對其進行計數(shù)，最終換算成人一分鐘脈搏的跳動次數(shù)，最終顯示在液晶屏上。 方案二： 采用光電傳感器提取人體脈搏信號，授予手指組織可以分成皮膚、肌肉、骨骼等非血液組織和血液組織，其中非血液組織的光吸收量是恒定的，而在血液中，靜脈血的搏動相對動脈血是十分微弱的，可以忽略，因此可以認為光透過手指后的變化僅由動脈血的充盈而引起，那么在恒定波長的光源的照射下，通過檢測透過手指的光強將可以間接測量到人體的脈搏信號 [4]。所謂壓電效應(yīng)是指某些電介質(zhì)在受到某一方向的外力作用而發(fā)生形變（包括彎曲和伸縮形變）時，由于內(nèi)部電荷的極化現(xiàn)象，會在其表面產(chǎn)生電荷的現(xiàn)象。 所以本設(shè)計中方案三中的 LCD1602 液顯示屏作為顯示模塊。但是由于數(shù)碼管動態(tài)掃描需要借助 74LS164 移位寄存器進行移位，該芯片在電路調(diào)試時往往有很多障礙，所以不采用 LED 數(shù)碼管作為顯示。 顯示模塊的選型和論證 方案一： 采用點陣式數(shù)碼管顯示，點陣式數(shù)碼管是由八行八列的發(fā)光二極管組成，對于顯示文字比較合適，如采用在顯示數(shù)字顯得太浪費 ，且價格也相對較高，所以不用此種作為顯示。 方案二 采用 51 系列的單片機，該單片機是一個高可靠性，超低價，無法解密，高性能的 8 位單片機， 32 個 IO 口，且 STC 系列的單片機可以在線編程、調(diào)試，方便地實現(xiàn)程序的下載與整機的調(diào)試。其內(nèi)部集成了很多模擬電路、數(shù)字電路和微處理器，提供強大的功能。但人體的生物信號多屬于強噪聲背景下的低頻的弱信號 , 脈搏波信號更是低頻微弱的非電生理信號 ,因此必需經(jīng)過放大和后級濾波以滿足采集的要求。從脈搏波中提取人體的心理病理信息作為臨床診斷和治療的依據(jù)， 歷來都受到中外醫(yī)學界的重視。通過光電式脈搏傳感器所研制的脈搏測量儀已經(jīng)應(yīng)用到臨床醫(yī)學等各個方面并收到了理想效果。 其中光電式脈搏傳感器是根據(jù)光電容積法制成的脈搏傳感器，通過對手指末端透光度的監(jiān)測，間接檢測出脈搏信號。過去在醫(yī)院臨床監(jiān)護和日常中老年保健中出現(xiàn)的日常監(jiān)護儀器，如便攜式電子血壓計，可以完成脈搏的測量 ,但是這種便攜式電子血壓計利用微型氣泵加壓橡膠氣囊，每次測量都需要一個加壓和減壓的過程，存在體積龐大、加減壓過程會有不適、脈搏檢測的精確度低等缺點。指脈測量比較方便、簡單，但因為手指上的汗腺較多，指夾常年使用，污染可能 會使測量靈敏度下降：耳脈測量比較干凈，傳感器使用環(huán)境污染少，容易維護。 脈搏測量儀的發(fā)展與應(yīng)用 隨著科學技術(shù)的發(fā)展，脈搏測量技術(shù)也越來越先進，對脈搏的測量精度也越來越高，國內(nèi)外先后研制了不同類型的脈搏測量儀，而其中關(guān)鍵是對脈搏傳感器的研究。脈象探頭式樣很多，有單部、三部、單點、多點、剛性接觸式、軟性接觸式、氣壓式、硅杯式、液態(tài)汞、液態(tài)水、子母式等組成 ,脈象探頭的主要原件有應(yīng)變片、壓電晶體、單晶硅、光敏元件、 PVDF壓電薄 3 膜等，其中以單部單點應(yīng)變片式為最廣泛，不過近年來正在向三部多點式方向設(shè)計 [2]。 早在 1860年 Vierordt 創(chuàng)建了第一臺杠桿式脈搏描記儀，國內(nèi) 20世紀 50年代初朱顏將脈搏儀引用到中醫(yī)脈診的客觀 化研究方面。為了節(jié)省時間，一般不會作 1 分鐘的測量，通常是測量 10 秒鐘時間內(nèi)心跳的數(shù)，再把結(jié)果乘以 6 即得到每分鐘的心跳數(shù)，即使這樣做還是比較費時，而且精度也不高。為了將傳統(tǒng)的中醫(yī)藥學發(fā)揚光大，促進脈診的應(yīng)用和發(fā)展，必須與現(xiàn)代科技相 結(jié)合，實現(xiàn)更科學、客觀的診斷 [1]。首先，切脈單憑醫(yī)生手指感覺辨別脈象的特征，受到感覺、經(jīng)驗和表述的限制，并且難免存在許多主觀臆斷因素，影響了對脈象判斷的規(guī)范化；其次，這種用手指切脈的技巧很難掌握；再則，感知的脈象無法記錄和保存影響了對脈象機理的研究。脈診作為 “綠色無創(chuàng) ”診斷的手段和方法，得到了中 外人士的關(guān)注。在中醫(yī)四診（望、聞、問、切）中，脈診占有非常重要的位置。脈搏波所呈現(xiàn)出的形態(tài) (波形 )、強度 (波幅 )、速率 (波速 )和節(jié)律(周期 )等方面的綜合信息，在很大程度上反映出人體心血管系統(tǒng)中許多生理病理的血流特征 ,但人體的生物信號多屬于強 噪聲背景下的低頻的弱信號 , 脈搏波信號更是低頻微弱的非電生理信號 , 必需經(jīng)過放大和后級濾波以滿足采集的要求。系統(tǒng)運行中可以通過觀察指示燈閃爍，若均勻閃爍說明測量值準確。 從脈搏波中