【正文】 謝 ............................................................................................................................25參考文獻(xiàn) ..................................................................................................................26附錄 ............................................................................................................................27 基于單片機(jī)的脈搏測量儀設(shè)計摘要： 脈搏測量儀在我們的日常生活中已經(jīng)得到了非常廣泛的應(yīng)用,通過觀測脈搏信號，可以對人體的健康進(jìn)行檢查，通常被用于保健中心和醫(yī)院。為了提高脈搏測量儀的簡便性和精確度，本課題設(shè)計了一種基于 51 單片機(jī)的脈搏測量儀。系統(tǒng)運(yùn)行中可以通過觀察指示燈閃爍，若均勻閃爍說明測量值準(zhǔn)確。經(jīng)測試，系統(tǒng)工作正常，達(dá)到設(shè)計要求。系統(tǒng)可以供用戶測量當(dāng)時的脈搏次數(shù)，同時還可以設(shè)定上限次數(shù)和下限次數(shù)，當(dāng)測量的范圍超過設(shè)定的范圍則驅(qū)動蜂鳴器報警提醒，除此外用戶還可以設(shè)定每天鬧鐘提醒測量，時間可以自行設(shè)定，結(jié)果最終可以把采集到的脈搏信號顯示在LCD1602 上。 photosensor。 Pulse measuring instrument0 引 言脈搏測量在有脈搏時遮擋光線，無脈搏時透光強(qiáng)，所采用的傳感器是紅外接收二極管和紅外發(fā)射二極管。系統(tǒng)可以供用戶測量當(dāng)時的脈搏次數(shù)，同時還可以設(shè)定上限次數(shù)和下限次數(shù)，當(dāng)測量的范圍超過設(shè)定的范圍則驅(qū)動蜂鳴器報警提醒，除此外用戶還可以設(shè)定每天鬧鐘提醒測量，時間可以自行設(shè)定 [1]。系統(tǒng)以 STC89C52 單片機(jī)為核心，以光電傳感器利用單片機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部定時器來計算時間，由光電傳感器感應(yīng)產(chǎn)生信號，單片機(jī)通過對信號累加得到脈搏跳動次數(shù)，時間由定時器定時而得。幾乎世界上所有的民族都用過“摸脈”作為診斷疾病的手段。1 2 第一章 概述 選題的背景和意義脈搏攜帶有豐富的人體健康狀況的信息，自公元三世紀(jì)我國最早的脈學(xué)專著《脈經(jīng)》問世以來，脈學(xué)理論得到不斷的發(fā)展和提高。脈診是我國傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)中最具特色的一項診斷方法，其歷史悠久，內(nèi)容豐富，是中醫(yī)“整體觀念” 、 “辨證論證”的基本精神的體現(xiàn)與應(yīng)用。但由于中醫(yī)是靠手指獲取脈搏信息，雖然脈診具有簡便、無創(chuàng)、無痛的特點易為患者接受，然而在長期的醫(yī)療實踐中也暴露出一些缺陷。脈診的這種定性化和主觀性，大大影響了其精度與可行性，成為中醫(yī)脈診應(yīng)用、發(fā)展和交流中的制約因素。醫(yī)院的護(hù)士每天都要給住院的病人把脈記錄病人每分鐘脈搏數(shù)，方法是用手按在病人腕部的動脈上，根據(jù)脈搏的跳動進(jìn)行計數(shù)。為了提高脈搏測量的精確與速度，多種脈搏測量儀被運(yùn)用到醫(yī)學(xué)上來，從而開辟了一條全新的醫(yī)學(xué)診斷方法。此后隨著機(jī)械及電子技術(shù)的發(fā)展，國內(nèi)外在研制中醫(yī)脈象儀方面進(jìn)展很快，尤其是70年代中期，國內(nèi)天津、上海、江西等地相繼成立了跨學(xué)科的脈象研究協(xié)作組，多學(xué)科共同合作促使中醫(yī)脈象研究工作進(jìn)入了一個新的境界。目前脈搏測量儀在多個領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用，除了應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，如無創(chuàng)心血管功能檢測、妊高癥檢測、中醫(yī)脈象、脈率檢測等等，商業(yè)應(yīng)用也不斷拓展，如運(yùn)動、健身器材中的心率測試都用到了技術(shù)先進(jìn)的脈搏測量儀。起初用于體育測量的脈搏測試集中在對接觸式傳感器的研究，利用此類傳感器所研制的指脈、耳脈等測量儀各有其優(yōu)缺點。但因耳脈較弱，尤其是當(dāng)季節(jié)變化時，所測信號受環(huán)境溫度影響明顯，造成測量結(jié)果不準(zhǔn)確。近年來國內(nèi)外致力于開發(fā)無創(chuàng)非接觸式的傳感器，這類傳感器的重要特征是測量的探測部分不侵入機(jī)體，不造成機(jī)體創(chuàng)傷，能夠自動消除儀表自身系統(tǒng)的誤差，測量精度高，通常在體外，尤其是在體表間接測量人體的生理和生化參數(shù)。具有結(jié)構(gòu)簡單、無損傷、精度高、可重復(fù)使用等優(yōu)點。人體心室周期性的收縮和舒張導(dǎo)致主動脈的收縮和舒張，是血流壓力以波的形式從主動脈根部開始沿著整個動脈系統(tǒng)傳播，這種波成為脈搏波。脈搏波所呈現(xiàn)出的形態(tài)(波形)、強(qiáng)度(波幅)、速率(波速)和節(jié)律( 周4 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,因此對脈搏波采集和處理具有很高的醫(yī)學(xué)價值和應(yīng)用前景。5 第二章 總體方案的論證與設(shè)計 主控模塊的選型和論證方案一：采用 MSP430 系列單片機(jī)，該單片機(jī)是 TI 公司 1996 年開始推向市場的一種 16 位超低功耗的混合信號處理器。不過該芯片昂貴不適合一般的設(shè)計開發(fā) [3]。因此選用方案二中的 51 系列單片機(jī)作為主控芯片。方案二：采用 LED 數(shù)碼管動態(tài)掃描，LED 數(shù)碼管價格雖適中，對于顯示數(shù)字也最合適，而且采用動態(tài)掃描法與單片機(jī)連接時，占用單片機(jī)口線少。方案三：采用 LCD 液晶顯示屏，液晶顯示屏的顯示功能強(qiáng)大，可顯示大量文字，圖形，顯示多樣，清晰可見，對于本設(shè)計而言一個 LCD1602 的液晶屏即可，價格也還能接受，需要的借口線較多，但會給調(diào)試帶來諸多方便。 傳感器的選型和論證6 方案一：采用壓電傳感器用來提取人的脈搏信號，壓電傳感器是利用某些電介質(zhì)受力后產(chǎn)生的壓電效應(yīng)制成的傳感器。通過此現(xiàn)象可以提取出人的脈搏信號。由于光電傳感器較壓電傳感器容易在一般的地方可以買得到，因此這里選用光電傳感器來提取人體脈搏信號。7 第三章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計 主控模塊主控模塊模塊在整個系統(tǒng)中起著統(tǒng)籌的作用，需要檢測鍵盤等各種參數(shù)，同時驅(qū)動液晶顯示相關(guān)參數(shù)，在這里我們選用了 51 系列單片機(jī)中的 STC89C52單片機(jī)作為系統(tǒng)的主控芯片。因此市面上出現(xiàn)了各式各樣的均以 51 為內(nèi)核的單片機(jī) [6]。STC89C52 有 40 個引腳，4 個 8 位并行 I/O 口，1 個全雙工異步串行口，同時內(nèi)含 5 個中斷源，2 個優(yōu)先級，2 個 16 位定時/計數(shù)器。STC89C52 單片機(jī)的基本組成框圖見圖 所示。2. 片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器 RAM(128B)，用以存放可以讀／寫的數(shù)據(jù)，如運(yùn)算的中間結(jié)果、最終結(jié)果以及欲顯示的數(shù)據(jù)等，SST89 系列單片機(jī)最多提供 1K 的RAM。但也有一些單片機(jī)內(nèi)部不帶 ROM/EPROM，如 8031，8032，80C31 等。SST 公司推出的 89 系列單片機(jī)分別集成了16K、32K、64K Flash 存儲器，可供用戶根據(jù)需要選用。5. 兩個定時器／計數(shù)器，每個定時器／計數(shù)器都可以設(shè)置成計數(shù)方式，用以對外部事件進(jìn)行計數(shù)，也可以設(shè)置成定時方式，并可以根據(jù)計數(shù)或定時的結(jié)果實現(xiàn)計算機(jī)控制。6. 五個中斷源的中斷控制系統(tǒng)。7. 一個全雙工 UART(通用異步接收發(fā)送器 )的串行 I／O 口，用于實現(xiàn)單片機(jī)之間或單機(jī)與微機(jī)之間的串行通信。最高允許振蕩頻率為 12MHz。 圖 STC89C52 單片機(jī)管腳圖9 STC89C52 單片機(jī)管腳如圖 所示，部分引腳說明：1．時鐘電路引腳 XTAL1 和 XTAL2：XTAL2(18 腳)：接外部晶體和微調(diào)電容的一端；片內(nèi)它是振蕩電路反相放大器的輸出端，振蕩電路的頻率就是晶體固有頻率。要檢查振蕩電路是否正常工作，可用示波器查看 XTAL2 端是否有脈沖信號輸出。在采用外部時鐘時，該引腳必須接地 [7]。當(dāng)此輸入端保持備用電源的輸入端。RST 引腳的第二功能是 VPD,即接入 RST 端，為 RAM 提供備用電源，以保證存儲在 RAM 中的信息不丟失，從而合復(fù)位后能繼續(xù)正常運(yùn)行。當(dāng) 8051 上電正常工作后，ALE 引腳不斷向外輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率 fOSC 的 1/6。平時不訪問片外存儲器時，ALE 端也以振蕩頻率的 1/6 固定輸出正脈沖，因而 ALE 信號可以用作對外輸出時鐘或定時信號。如有脈沖信號輸出，則8051/8031 基本上是好的。此引腳的第二功能 PROG 在對片內(nèi)帶有 4KB EPROM 的 8751 編程寫入(固化程序) 時，作為編程脈沖輸入端。在訪問片外程序存儲器時，此端定時輸出負(fù)脈沖作為讀片外存儲器的選通信號。PSEN 端有效，即允許讀出EPROM／ROM 中的指令碼。要檢查一個 8051/8031 小系統(tǒng)上電后 CPU 能否正常到 EPROM／ROM 中讀取指10 令碼，也可用示波器看 PSEN 端有無脈沖輸出。EA/Vpp(31 腳)：外部程序存儲器地址允許輸入端/ 固化編程電壓輸入端。當(dāng)輸入信號 EA 引腳接低電平( 接地)時，CPU 只訪問外部 EPROM/ROM 并執(zhí)行外部程序存儲器中的指令，而不管是否有片內(nèi)程序存儲器。此引腳的第二功能是 Vpp 是對 8751 片內(nèi) EPROM 固化編程時，作為施加較高編程電壓(一般 12V～21V)的輸入端 [8]。作為漏極開路的輸出端口，每位能驅(qū)動 8 個 LS 型 TTL 負(fù)載。作輸入口使用時要先寫 1,這就是準(zhǔn)雙向口的含義。在此期間，P0 口內(nèi)部上拉電阻有效。P1 口每位能驅(qū)動 4 個 LS 型 TTL 負(fù)載。P2 口(～ ，21~28 腳) ：P2 口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位準(zhǔn)雙向I/O 口。在訪問片外 EPROM/RAM 時，它輸出高 8 位地址。 P3 口每位能驅(qū)動 4 個 LS 型 TTL 負(fù)載。：(RXD)串行數(shù)據(jù)發(fā)送。：(INT1) 外部中斷 1 輸入。11 ：(T1) 定時/計數(shù)器 1 的外部計數(shù)輸入。：(RD)外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通。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；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。STC89C52 單片機(jī)內(nèi)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 [9]。圖中10K 排阻為 P0 口的上拉電阻，由于 P0 口跟其他 IO 結(jié)構(gòu)不一樣為漏極開路的結(jié)構(gòu)，因此要加上拉電阻才能正常使用。 液晶原理介紹液晶顯示器(LCD) 英文全稱為 Liquid Crystal Display，它一種是采用了液晶控制透光度技術(shù)來實現(xiàn)色彩的顯示器。由于通過控制是否透光來控制亮和暗，當(dāng)色彩不變時，液晶也保持不變，這樣就無須考慮刷新率的問題。本系統(tǒng)顯示部分用的是 LCD 液晶模塊，采用一個 162 的字符型液晶顯示模塊。一個字符由 68 或 88點陣組成，即要找到和屏上某幾個位置對應(yīng)的顯示 RAM 區(qū)的 8 個字節(jié)，并且要使每個字節(jié)的不同的位為‘1’，其它的為‘0’ ，為‘1’ 的點亮，為‘0’ 的點暗，這樣一來就組成某個字符。 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)的指令集，可以實現(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13 RAM(AC)。圖 LCD1602 引腳圖液晶寄存器選擇控制如表 。用 STC89C52 的 P0 口作為數(shù)據(jù)線，用 、 分別作為 LCD 的 EN、R/W、RS。向14 LCD 的顯示緩沖區(qū)中送字符，程序中采用 2 個字符數(shù)組，一個顯示字符，另一個顯示電壓數(shù)據(jù)，要顯示的字符或數(shù)據(jù)被送到