【正文】 較器，當輸入的電壓低于 時，U3B 的第七引腳輸出高電平，發(fā)光二極管 L2 亮，并且輸入單片機進行參與運算處理，反之輸出低電平，發(fā)光二級管 L2 滅。電路如圖所示：圖 波形整形電經(jīng)過比較器 U3B 的輸出波形如圖 所示。17圖 經(jīng)比較器后波形 單片機處理電路 如圖 所示，本部分運用了 ATMEL 公司的 AT89S52 單片機作為核心元件，在這里運用單片機能更快更準確地對數(shù)據(jù)進行運算，而且可以根據(jù)實際情況進行編程，所用外圍元件少，輕巧省電，故障率低。來自傳感和整形輸出電路的脈沖電平輸入單片機 AT89S52 的/INTO 腳，單片機設為負跳變中斷觸發(fā)模式，對脈沖進行技術(shù)，然后 P0 口控制液晶顯示圖 單片機處理電路 顯示電路1602 字符型液晶顯示模塊是工業(yè)字符型液晶，能夠同時顯示 16x02 即 32個字符，專門用于顯示字母、數(shù)字、符號等點陣式 LCD。本設計采用 16 列*218行的字符型 LCD1602 帶背光的液晶顯示屏。1602 液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲器（CGROM)存儲了 160 個不同的點陣字符圖形，這些字符有：阿拉伯數(shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號、和日文假名等，每一個字符都有一個固定的代碼，顯示時模塊把地址中的點陣字符圖形顯示出來，我們就能看到相應的字母。 因為 1602 識別的是 ASCII 碼，所以可以用 ASCII 碼直接賦值，在單片機編程中還可以用字符型常量或變量賦值。1602 液晶模塊內(nèi)部的控制器共有 11條控制指令。模塊的讀寫操作、屏幕和光標的操作都是通過指令編程來實現(xiàn)的。液晶顯示模塊是一個慢顯示器件，所以在執(zhí)行每條指令之前一定要確認模塊的忙標志為低電平，表示不忙，否則此指令失效 [8]。要顯示字符時要先輸入顯示字符地址，也就是告訴模塊在哪里顯示字符。在對液晶模塊的初始化中要先設置其顯示模式，在液晶模塊顯示字符時光標是自動右移的，無需人工干預。每次輸入指令前都要判斷液晶模塊是否處于忙的狀態(tài)。1602 液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲器（CGROM）存儲了 160 個不同的點陣字符圖形。這些字符有：阿拉伯數(shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號、和日文假名等，每一個字符都有一個固定的代碼，比如大寫的英文字母“A”的代碼是01000001B（ 41H） ，顯示時模塊把地址 41H 中的點陣字符圖形顯示出來，我們就能看到字母“A”。液晶顯示電路：液晶的 8 個數(shù)據(jù)端口和 52 單片機的 P0 口相連用于數(shù)據(jù)的傳輸。在顯示電路圖 顯示電路原理圖 中可以看到，液晶顯示器的控制端口 RS，WR，和 EN 分別與單片機的 ， 相連，便于單片機對液晶的初始化和讀寫操作。19P01GNDVC2O3RS4W5E6B789 L位圖 液晶顯示電路圖 液晶顯示電路原理圖其中，液晶 5 端為讀/寫選擇端，因為不從液晶中讀取數(shù)據(jù)，只向其寫入命令和顯示數(shù)據(jù)，因此此端始終選擇為寫狀態(tài)，即低電平接地。液晶 6 端為使能信號，是操作時必須的信號。LCD1602 液晶顯示屏如圖 。20圖 液晶顯示屏實物圖第四章 軟件系統(tǒng) 主程序流程：系統(tǒng)主程序控制單片機系統(tǒng)按預定的操作方式運行, 它是單片機系統(tǒng)程序的框架。系統(tǒng)上電后,對系統(tǒng)進行初始化。初始化程序主要完成對單片機內(nèi)專用寄存器、定時器工作方式及各端口的工作狀態(tài)的設定。系統(tǒng)初始化之后, 進行定時器中斷、外部中斷、顯示等工作，不同的外部硬件控制不同的子程序 [12]。21圖 主程序流程圖 INT 中斷程序流程：外部中斷服務程序完成對外部信號的測量和計算。外部中斷采用邊沿觸發(fā)的方式，當處于測量狀態(tài)的時候，來一個脈沖脈搏次數(shù)就加一，由單片機內(nèi)部定時器控制一分鐘，累加得出一分鐘內(nèi)的脈搏次數(shù)。開始初始化開中斷顯示程序外部中斷 0進入等待按鍵按下脈搏數(shù)+1返回處于檢測？Y22圖 INT中斷程序流程圖 顯示程序流程：顯示程序包括顯示上次的脈搏次數(shù)、本次測量中的時間和脈搏的次數(shù)。從中斷程序中取得結(jié)果后，先顯示上次的脈搏次數(shù)，經(jīng)過10ms的延時后再顯示測試中的脈搏次數(shù)，再經(jīng)過10ms的延時顯示測試中的時間。取結(jié)果延時顯示上次脈搏結(jié)果顯示測試中脈搏結(jié)果顯示子程序圖 顯示程序流程圖23 軟件說明本程序采用C語言，程序的可讀性非常好,程序中對前一次測量的脈搏數(shù)據(jù)進行了自動保存，并且用1602顯示,程序在執(zhí)行過程若發(fā)現(xiàn)有干擾則忽略該干擾而不顯示，進一步減少讀入數(shù)據(jù)的誤差。第五章 抗干擾措施及使用方法 抗干擾措施為了提高測量儀的精確度，系統(tǒng)首先要解決的是硬件方面的干擾問題。光電式脈搏測量儀的測量過程中，前端測量到的脈搏信號十分微弱，容易受到外界環(huán)境干擾，其中主要的干擾源有測量環(huán)境光干擾、電磁干擾、測量運動噪聲。 環(huán)境光對脈搏傳感器測量的影響 在光電式脈搏傳感器中，光敏器件接收到的光信號不僅包含脈搏信息的透射光的信號，而且包含測量環(huán)境下的背景光信號，由于動脈波動引起的光強變化比背景光的變化微弱得多，因此在測量過程當中要保持測量背景光的恒定，減少背景光的干擾 [13]。 測量環(huán)境下的背景光包含環(huán)境光和在測量過程中引起的二次反射光。為了減少環(huán)境光對脈搏信號測量的影響，同時考慮到傳感器使用的方便性，采用密封的指套式包裝方式，整個外殼采用不透光的介質(zhì)和顏色，盡量減小外界環(huán)境24光的影響，為了避免測量過程中的二次反射光的影響，在指套式傳感器的內(nèi)層表面涂上一層吸光材料，這樣能有效減少二次反射光的干擾。 加上指套式外殼后的脈搏傳感器測量到的脈搏波形比較平滑。這是因為加指套式的脈搏傳感器中環(huán)境光在測量過程中基本不受外界環(huán)境光的影響，而且能夠有效減少二次反射光，使照射到手指上的光波長單一，所以得到的脈搏信號較為穩(wěn)定，沒有明顯的重疊雜波信號，能夠很好的體現(xiàn)出脈搏波形的特征。 電磁干擾對脈搏傳感器的影響通過光電轉(zhuǎn)換得到的包含脈搏信息的電信號一般比較微弱，容易受到外界電磁信號的干擾，在傳統(tǒng)的光電式脈搏傳感器電路中，由于光敏器件和放大電路是分離的，那么在信號的傳遞過程就很容易受到外界電磁干擾，通常在一級放大電路采用電磁屏蔽的方式來消除電磁干擾 [14]。本系統(tǒng)采用了新型的光敏器件，在芯片內(nèi)部集成光敏器和一級放大電路，有效地抑制了外界電磁信號對原始脈搏信號的干擾。 工頻干擾是電路中最常見的干擾，脈搏信號變化緩慢，特別容易受到工頻信號的干擾，因此對工頻信號干擾的抑制是保證脈搏信號測量精度的主要措施之一。通常脈搏信號的頻率范圍在 －30Hz 之間，小于工頻 50Hz，因此通過低通濾波器可以有效濾除工頻干擾，這在信號調(diào)理電路中容易實現(xiàn)；同時可以在控制電路中對光源進行脈沖調(diào)制，這樣不但能夠降低系統(tǒng)的功耗，而且能夠在一定程度上減小外界的電磁干擾，在脈搏信號數(shù)據(jù)采集后，可以通過數(shù)據(jù)處理法方法進一步濾除工頻信號的干擾 [15]。 測量過程中運動噪聲的影響 測量過程當中，通常情況下手指和光電式脈搏傳感器可能產(chǎn)生相對的運動，這樣對脈搏測量產(chǎn)生誤差，可以通過 2 個方面減少運動噪聲誤差：一是改善指套式傳感器的機械抗運動性，比如說使指套能夠更緊的套在手指上，不易松動；二是從脈搏信號處理的角度，通過算法來減小誤差。對于傳感器的設計，現(xiàn)在采用的主要是第一個途徑。 測量儀使用方法測量儀通電后，LCD1602 全部顯示 0。把手輕輕置于右下角的傳感器中，以稍微有壓迫感為宜，這時很快就可以看到紅色發(fā)光二極管會伴隨你的脈搏而25閃爍，讓你直觀的看到自己脈搏跳動的速度，按下復位鍵后單片機和顯示部分開始工作，單片機立刻開始計數(shù)，同時 LCD1602 顯示出你的心率和測試的時間，非常方便。如果偶爾出現(xiàn)不穩(wěn)的情況，請按復位鍵對系統(tǒng)進行復位。26第六章 系統(tǒng)調(diào)試 系統(tǒng)調(diào)試 根據(jù)系統(tǒng)設計方案，本系統(tǒng)的調(diào)試可分為兩大部分：模擬部分和純MCU部分。由于在系統(tǒng)設計中采用模塊化設計，所以方便了對各電路功能模塊的逐級測試。斷開兩部分的連接點，先調(diào)試MCU部分。試著輸入一系列脈沖（用適當?shù)碾娮杞诱龢O，間斷性地輸入） ，觀察MCU部分能是否能顯示；模擬部分用不透明的筆在紅外發(fā)射二極管和接收三級管之間搖擺，借助示波器觀察波形效果如何。單片機軟件先在最小系統(tǒng)板上調(diào)試，確保工作正常之后，再與硬件系統(tǒng)聯(lián)調(diào)。最后將各模塊組合后進行整體測試，使系統(tǒng)的功能得以實現(xiàn)。 傳感器的輸出端經(jīng)示波器觀察有幅度很小的正弦波，但經(jīng)整形輸出后檢測到的脈沖還是很弱，在確定電路沒有問題的情況下，加強信號的放大倍數(shù)，調(diào)整電阻RW1和R4的阻值。2. 時鐘的調(diào)試根據(jù)晶體振蕩頻率計算出內(nèi)部定時器的基本參數(shù)，通過運行一段時間可通過秒表來校正后,看時間誤差的量,以這個量為依據(jù)改變程序中的內(nèi)部定時器基本參數(shù),就可使時鐘調(diào)準確。3. 開機后無顯示首先檢查交流電源部分，有無交流，若無則可能保險管或變壓器燒壞，如有繼續(xù)查直流有無，如無則電源已燒壞，可更換解決。4. 顯示正常但經(jīng)適當運動后測量，脈搏次數(shù)沒有增加可能是前置放大級有問題，可采用更換的辦法判斷并排除。5. 進人測量狀態(tài), 但測量值不穩(wěn)定主要是光電傳感器受到電磁波等干擾，其次是損壞或有虛焊。6. 開機后顯示不正?；虬存I失靈可查手指擺放的位置或按鍵電路，若無故障則是硬件損壞。7. 電源的改變27 理論上模擬部分有三處電壓應為9V，但經(jīng)過測試，全部使用 5V電壓也是可行的。 系統(tǒng)檢驗系統(tǒng)未上電狀態(tài)，如圖 所示系統(tǒng)上電后等待測試狀態(tài)，如圖 所示:圖 系統(tǒng)等待測試狀態(tài)28測量結(jié)束后顯示的脈搏次數(shù)，如圖 所示：圖 系統(tǒng)測試狀態(tài) 誤差分析表 誤差分析表實際的脈搏次數(shù)測量得出脈搏次數(shù) 1測量得出脈搏次數(shù) 2測量得出脈搏次數(shù) 3測量得出脈搏次數(shù) 4測量得出脈搏次數(shù) 565 64 64 63 65 6372 70 71 69 69 7076 76 75 75 74 7381 80 80 79 81 8085 83 83 85 82 84注：實際的脈搏次數(shù)以聽診器測出的脈搏次數(shù)為參考值。由于傳感器和其他器件本身并非理想線性，實測數(shù)據(jù)進行了線性補償。由均方差公式得： 2(1)nSsqrX????????=誤差分析：經(jīng)校準，非線性補償后，誤差已基本達到要求。29第七章 總結(jié)與展望單片機近 20 年的飛速發(fā)展，儼然已成為計算機發(fā)展和應用的一個重要方面。另一方面，單片機應用的重要意義還在于，它從根本上改變了傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)設計思想和設計方法。從前必須由模擬電路或數(shù)字電路實現(xiàn)的大部分功能，現(xiàn)在已能用單片機通過軟件方法來實現(xiàn)了。這種軟件代替硬件的控制技術(shù)也稱為微控制技術(shù)，是傳統(tǒng)控制技術(shù)的一次革命。而 51 單片機作為單片機的主流，隨著集成技術(shù)的發(fā)展，51 系列單片機繼承和發(fā)展了 MCS51 系列的技術(shù)特色，有逐漸取而代之之勢。本設計主要是 51 單片機在脈搏測試系統(tǒng)中的應用。重點介紹了單片機的最小系統(tǒng)，通過單片機最小系統(tǒng)實現(xiàn)了脈搏的測量系統(tǒng)，由光電傳感器采集到脈沖信號，經(jīng)過信號的放大、濾波和整形電路將輸出的信號通過單片機的外部中斷獲取并最終在數(shù)碼管上顯示。利用單片機自身的定時中斷、外部中斷、計數(shù)等功能，不僅能顯示出此次脈搏測量的次數(shù)，還能自動儲存這個數(shù)據(jù)。本次所設計的測量儀系統(tǒng)實現(xiàn)簡單、功能穩(wěn)定、使用方便，應用廣泛，具有實際意義。由于時間比較短，同時本人掌握的知識有限，本次設計雖已完成，但其中有很多不足，如程序不夠簡練，電路板不夠美觀，光電傳感器靈敏度不夠高，顯示部分不夠完美等，同時此次設計的測量儀功能比較單一，沒有如語音系統(tǒng)實現(xiàn)自動讀出脈搏次數(shù)