【正文】 的外部計(jì)數(shù)輸入），時(shí)鐘輸出 T2EX（定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 T2的捕捉 /重載觸發(fā)信號(hào)和方向控制） MOSI（在系統(tǒng)編程用） MISO（在系統(tǒng)編程用） SCK（在系統(tǒng)編程用） 圖 34 單片機(jī)微處理系統(tǒng)硬件電路 西南科技大學(xué)城市學(xué)院本科生畢業(yè)論文 14 LCD 顯示硬件電路的設(shè)計(jì) 脈搏信號(hào)經(jīng)過(guò)單片機(jī)處理，得到脈搏波動(dòng)頻率之后，需要在顯示電路中直觀地顯示出來(lái)。所以，需要選用合適的顯示設(shè)備及顯示電路，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)脈搏波動(dòng)頻率信息的顯示。本設(shè)計(jì)中，采用 1602字符液晶屏動(dòng)態(tài)顯示方式來(lái)顯示脈搏波動(dòng)頻率信息。 顯示電路如圖 35所示。 圖 35 LCD1602 液晶顯示 時(shí)序參數(shù) 1602字符液晶屏?xí)r序參數(shù)如表 3 2所示 。 表 32 1602 液晶時(shí)序參數(shù) 時(shí)序參數(shù) 符號(hào) 最大值 典型值 最小值 單位 測(cè)試條件 E信號(hào)周期 tC 400 ns 引腳 E E脈沖寬度 tRW 150 ns 引腳 E E上升 /下降時(shí)間 tR tF 25 ns 引腳 E 地址建立時(shí)間 tSP1 30 ns 引腳 E RS RW 地址保持時(shí)間 tHD1 10 ns 引腳 E RS RW 數(shù)據(jù)建立時(shí)間（讀操作） tD 100 ns 引腳 DBDB7 數(shù)據(jù)保持時(shí)間（讀操作） tHD2 20 ns 引腳 DBDB7 西南科技大學(xué)城市學(xué)院本科生畢業(yè)論文 15 數(shù)據(jù)建立時(shí)間（寫(xiě)操作） tSP2 40 ns 引腳 DBDB7 數(shù)據(jù)保持時(shí)間（寫(xiě)操作） tHD3 10 ns 引腳 DBDB7 硬件端口定義 硬件端口定義及軟件資源分配如表 33所示。 表 33 液晶驅(qū)動(dòng)程序硬件端口資源分配表 硬件端口 分配資源 說(shuō) 明 RS 寄存器選擇控制線(xiàn) RW LCD讀寫(xiě)控制線(xiàn) E 啟用控制線(xiàn)，高電平動(dòng)作 LCD P2 雙向數(shù)據(jù)總線(xiàn) POS_FLAG 20H 字符串顯示位置標(biāo)志，為 0 時(shí)顯示在第一行，為 1 時(shí)顯示在第二行 BLANK 30H 清 行時(shí)填入的空格個(gè)數(shù)控制變量 LCD初始化 液晶顯示模塊 1602的控制指令 :1602的控制指令共 11條 ,其中 9條針對(duì)命令寄存器IR的，另外 2條是針對(duì)數(shù)據(jù)寄存器 DR的，具體指令如表 34所示。 表 34 1602 指令表（注： 表示可以為 0 或 1） 編號(hào) 指 令 RS RW D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 1 清屏顯示 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 2 光標(biāo)返回 0 0 0 0 0 0 0 0 1 3 置輸入模式 0 0 0 0 0 0 0 1 I/D S 4 顯示開(kāi) /關(guān)控制 0 0 0 0 0 0 1 D C B 5 光標(biāo)或字符移位 0 0 0 0 0 1 S/C R/L 6 置功能 0 0 0 0 1 DL N F 7 置字符發(fā)生存儲(chǔ)器地址 0 0 0 1 字符發(fā)生存儲(chǔ)器地址 (AGG) 西南科技大學(xué)城市學(xué)院本科生畢業(yè)論文 16 8 置數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址 0 0 1 顯示數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址 (ADD) 9 讀忙標(biāo)志或地址 0 1 BF 計(jì)數(shù)器地址 (AC) 10 寫(xiě)數(shù)到 CGRAM 或DDRAM 1 0 要寫(xiě)的數(shù)據(jù) 11 從 CGRAM 或DDRAM 讀數(shù) 1 1 讀出的數(shù)據(jù) 上表的相關(guān)命令設(shè)置如表 35所示。 表 35 1602 指令相關(guān)設(shè)置 命 令 設(shè)置 命 令 設(shè)置 I/D 1— 增量方式， 0— 減量方式 S/C 1— 顯示器移位， 0— 光標(biāo)移位 S 1— 不移動(dòng)， 0— 移動(dòng) R/L 1— 右移， 0— 左移 D 1— 顯示， 0— 不顯示 DL 1— 8BIT， 0— 6BIT C 1— 顯示光標(biāo)， 0— 不顯示光標(biāo) N 1— 2 行， 0— 1 行 B 1— 光標(biāo)閃爍， 0— 光標(biāo)不閃爍 F 1— 5*10 字型， 0— 5*7 字型 BF 1— 正在執(zhí)行內(nèi)部操作， 0— 可接收命令 控制信號(hào)（ RS、 RW、 E）與對(duì)應(yīng)功能的真值表如表 36所示。 表 36 控制使能端真值表 RS RW E 功能 RS R/W E 功能 0 0 下降沿 寫(xiě)指令代碼 1 0 下降沿 寫(xiě)數(shù)據(jù) 0 1 上升沿 讀忙標(biāo)志和 AC 碼 1 0 上升沿 讀數(shù)據(jù) 表 37 字符 /圖形點(diǎn)陣 LCD 模組 0000 0010 0011 0100 0101 0110 0111 xxxx0000 (1) 0 @ P ` p xxxx0001 (2) ! 1 A Q a q xxxx0010 (3) ― 2 B R b r xxxx0011 (4) 3 C S c s xxxx0100 (5) $ 4 D T d t xxxx0101 (6) % 5 E U e u 西南科技大學(xué)城市學(xué)院本科生畢業(yè)論文 17 xxxx0110 (7) amp。 6 F V f v xxxx0111 (8) ’ 7 G W g w xxxx1000 (1) ( 8 H X h x xxxx1001 (2) ) 9 I Y i y xxxx1010 (3) * : J Z j z xxxx1011 (4) + 。 K [^ k { xxxx1100 (5) , L l | xxxx1101 (6) = M ] m } xxxx1110 (7) . N ^ n xxxx1111 (8) / ? O _ o 本章小結(jié) 本章主要介紹了以單片機(jī) AT89S51為信息處理核心的脈搏波動(dòng)頻率測(cè)量系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)電路，詳細(xì)分析各部分的硬件電路，并給出了相關(guān)電路原理圖。硬件電路原理圖見(jiàn)附錄 1 西南科技大學(xué)城市學(xué)院本科生畢業(yè)論文 18 第 4 章 智能脈搏器測(cè)量系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 從脈搏傳感器出來(lái)的脈搏信號(hào)，經(jīng)過(guò)放大電路、電壓基準(zhǔn)變化電路、過(guò)零比較器，轉(zhuǎn)換為脈沖信號(hào)之后，需要對(duì)單片機(jī)進(jìn)行編程，實(shí)現(xiàn)對(duì)脈搏波動(dòng)頻率的 測(cè)量、計(jì)算和顯示。 本設(shè)計(jì)中，軟件設(shè)計(jì)采用模塊化結(jié)構(gòu)。根據(jù)脈搏波動(dòng)頻率測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)定功能，將軟件劃分為若干個(gè)功能相對(duì)獨(dú)立的模塊，主要有系統(tǒng)主程序和脈搏波動(dòng)頻率測(cè)量模塊。本章給出主要模塊的程序設(shè)計(jì)思想和流程圖。 脈搏頻率測(cè)量原理 脈沖信號(hào)的頻率是指在單位時(shí)間內(nèi)由信號(hào)所產(chǎn)生的交變次數(shù)或脈沖個(gè)數(shù)，即fx=N/t可以看出測(cè)量 fx必須將 N或 t兩個(gè)量之一作為閘門(mén)或基準(zhǔn)，對(duì)另一個(gè)量進(jìn)行測(cè)量。 周期測(cè)量法：適用于低頻信號(hào)。采用單片機(jī)內(nèi)的一個(gè)定時(shí) /計(jì)數(shù)器，以單片機(jī)內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)機(jī)器周期作為標(biāo)準(zhǔn)時(shí)基信號(hào) Ts，如圖 41所示。 被測(cè)信號(hào)的周期作為信號(hào)閘門(mén)，由程序控制開(kāi)關(guān)對(duì)時(shí)基進(jìn)行計(jì)數(shù)得 nx，因此被測(cè)信號(hào)周期為 Tx nx Ts??錯(cuò)誤 !未找到引用源。 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 。 圖 41 周期測(cè)量法原理 多周期同步法：適用于中頻信號(hào)。其特點(diǎn)是標(biāo)準(zhǔn)頻率信號(hào)不是用來(lái)填充待測(cè)信號(hào)的周期，而是與待測(cè)信號(hào) 分別輸入到兩個(gè)計(jì)數(shù)器進(jìn)行同步計(jì)數(shù)。首先，由單片機(jī)給出閘門(mén)開(kāi)啟信號(hào)，此時(shí)，計(jì)數(shù)器并不開(kāi)始計(jì)數(shù)，而是等到被測(cè)信號(hào)的上升沿到來(lái)時(shí)，才西南科技大學(xué)城市學(xué)院本科生畢業(yè)論文 19 真正開(kāi)始計(jì)數(shù)。然后，兩級(jí)計(jì)數(shù)器分別對(duì)被測(cè)信號(hào)和標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)計(jì)數(shù)。當(dāng)單片機(jī)給出閘門(mén)關(guān)閉信號(hào)后，計(jì)數(shù)器并不立即停止計(jì)數(shù)而是等到被測(cè)信號(hào)上升沿來(lái)到的時(shí)刻才真正結(jié)束計(jì)數(shù)，完成一次測(cè)量過(guò)程。如圖 42所示，可以看出，實(shí)際閘門(mén)與參考閘門(mén)并不嚴(yán)格相等，但最大差值不超過(guò)被測(cè)信號(hào)的一個(gè)周期。設(shè)對(duì)被測(cè)信號(hào)的計(jì)數(shù)值為 Nx，對(duì)時(shí)基信號(hào)的計(jì)數(shù)值為 N0，時(shí)基信號(hào)的頻率為 f0，則被測(cè)信號(hào)的頻率為： 00( ) /Fx N x f N?? 。 圖 42 多周期測(cè)量法原理 頻率測(cè)量法：適用于高頻信號(hào)。充分利用單片機(jī)內(nèi)的兩個(gè)定時(shí) /計(jì)數(shù)器。一個(gè)作為定時(shí)器，給出標(biāo)準(zhǔn)閘門(mén)信號(hào) Tz，另一個(gè)作為計(jì)數(shù)器，對(duì) fx的變化次數(shù)直接進(jìn)行計(jì)數(shù)得 Nx， /Fx Nx Tz? ，如圖 43所示。 西南科技大學(xué)城市學(xué)院本科生畢業(yè)論文 20 圖 43 脈搏波動(dòng)頻率測(cè)量法原理 人體脈搏信號(hào)從時(shí)域上看，是一個(gè)周期性較強(qiáng)的準(zhǔn)周期信號(hào)。脈搏波動(dòng)頻率為60～ 80次 /min，其頻率一般情況下為 1Hz左右，屬于低頻信號(hào)。所以，本設(shè)計(jì)中采用周期測(cè)量法。 系統(tǒng)主程序的設(shè)計(jì) 系統(tǒng)主程序控制單片機(jī)系統(tǒng)按預(yù)定的操作方式運(yùn)行，是單片機(jī)系統(tǒng)程序的框架。系統(tǒng)主程序流程圖如圖 44所示。 系 統(tǒng) 初 始 化 按 鍵 否 ？脈 搏 測(cè) 量 子 程 序是 否 報(bào) 警 ？報(bào) 警L C D 顯 示YNNY開(kāi) 始結(jié) 束 圖 44 系統(tǒng)主程序流程圖 上電后，首先進(jìn)行整機(jī)初始化處理。主程序的初始化模塊主要完成儀器硬件、軟件的初態(tài)設(shè)置，單片機(jī)內(nèi)專(zhuān)用寄存器的設(shè)定，單片機(jī)工作方式及各端口的工作狀態(tài)的規(guī)定。整機(jī)初始化結(jié)束后，檢測(cè) ，如果檢測(cè)到上升沿，則進(jìn)入脈搏波動(dòng)頻率測(cè)量子程序，測(cè)得脈搏波動(dòng)頻率之后，送到 LCD顯示單元進(jìn)行顯示。 智能脈搏器測(cè)量子程序的設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)中對(duì)脈搏頻率的測(cè)量采用周期測(cè)量法。可將單片機(jī)內(nèi)定時(shí) /計(jì)數(shù)器 T0定為16位定時(shí)器，對(duì)內(nèi)部機(jī)器周期計(jì)數(shù)，即方式控制字為 01H。脈搏波動(dòng)頻率測(cè)量子程西南科技大學(xué)城市學(xué)院本科生畢業(yè)論文 21 序流程圖如圖 45所示。定時(shí)器的開(kāi)關(guān)由程序根據(jù) ，檢測(cè)到上升沿時(shí)開(kāi) T0計(jì)數(shù)，當(dāng)緊接著的另一個(gè)上升沿被檢測(cè)到時(shí)關(guān) T0計(jì)數(shù) 。 T0中的計(jì)數(shù)值為 nx，則被測(cè)脈搏信號(hào)周期 Tx nx Ts??（對(duì)于 12MHz晶振， Ts=1μs），每分鐘跳動(dòng)次數(shù) 60/Fx Tx? 。 開(kāi) 始 鍵 按 下 否有 無(wú) 脈 沖計(jì) 數(shù) 并 計(jì) 時(shí)送 L C D 顯 示結(jié) 束 鍵 按 下 否是 否 超 出 范 圍報(bào) 警結(jié) 束YNYNYNYN等 待等 待開(kāi) 始 圖 45 脈搏波動(dòng)頻率測(cè)量子程序流程圖 考慮到脈搏的頻率很低，大約為 1Hz左右，而 16 位定時(shí) /計(jì)數(shù)器的最高計(jì)數(shù)值為65535，這樣定時(shí) /計(jì)數(shù)器將發(fā)生溢出，且最后脈搏波動(dòng)頻率的計(jì)算涉及到雙字節(jié)除法，編程較復(fù)雜。為此，采用 定時(shí)器中斷方式，即在一個(gè)脈搏周期內(nèi)，隔一段時(shí)間西南科技大學(xué)城市學(xué)院本科生畢業(yè)論文 22 T1， T1即為中斷周期。 設(shè) N為每分鐘脈搏跳動(dòng)次數(shù)， T為脈搏跳動(dòng)周期，則 60/NT? 本設(shè)計(jì)中，設(shè)定顯示的每分鐘脈搏跳動(dòng)次數(shù)誤差不超過(guò) 1次，則 260dN dTT? 若 T=2， 60 154dN dT dT?? 則定時(shí)器周期 T? 不超過(guò) 1/15秒 。 若 T=1， 60dN dT? 則定時(shí)器周 期 T? 不超過(guò) 1/60秒。 取 T=1，即定時(shí)器周期 T? 不超過(guò) 1/60秒。 設(shè)中斷周期為 T1，中斷次數(shù)為 n，則： 601N Tn? ? 為方便計(jì)算，?。? 1 21 mT ? 。由于定時(shí)器周期 T? 不超過(guò) 1/60秒，即 1 1/60T ? ， 1 601T ? ，故取 m=7。 即中斷周期為 711 78122 1 2 8 s u s??。每分鐘脈搏跳動(dòng)次數(shù)760 2N n?? ，為方便計(jì)算，取 830 2N n?? 。 系統(tǒng)程序見(jiàn)附錄 3。 本章小結(jié) 本章主要介紹了系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)部分，給出相應(yīng)設(shè)計(jì)模塊的設(shè)計(jì)說(shuō)明及主流程圖。 西南科技大學(xué)城市學(xué)院本科生畢業(yè)論文 23 第 5 章 顯示結(jié)果與分析 智能脈搏器測(cè)量系統(tǒng)的仿真與分析 作為一個(gè)設(shè)計(jì)性的題目，需要在實(shí)際電路中檢驗(yàn)電路設(shè)計(jì)和程序編制的正確性。按照設(shè)計(jì)的硬件電路圖 焊接好電路，焊接的 導(dǎo)線(xiàn)盡量不要冗長(zhǎng) 。 用 proteus仿真，畫(huà)好電路，連接起來(lái)，將程序燒寫(xiě)器編譯好的程序燒入單片機(jī)，運(yùn)行檢查無(wú)錯(cuò)誤后，按下開(kāi)始鍵，再按動(dòng)脈搏，此時(shí)記數(shù)記時(shí)啟動(dòng)，在 LCD上相應(yīng)顯示脈搏搏動(dòng)次數(shù)以及時(shí)間。搏動(dòng)一定次數(shù)后，按下結(jié)束鍵，結(jié)束記時(shí)計(jì)數(shù)并計(jì)算脈搏頻率。在 LCD上得到的顯示結(jié)果，如圖 51所示。仿真開(kāi)始時(shí)，開(kāi)啟秒表，通過(guò)秒表記時(shí)與 LCD顯示上的時(shí)間對(duì)照，時(shí)間上基本無(wú)誤差，并依據(jù)顯示的次數(shù)與時(shí)間，計(jì)算，顯示結(jié)果正確。 加快或放慢波動(dòng)頻率，當(dāng)結(jié)果超出下限 40次 /min或上限 120次 /min時(shí)， 則會(huì)報(bào)警。 圖 51 LCD 顯示結(jié)果 實(shí)際仿真操作過(guò)程中，由于脈搏搏動(dòng)頻率的不同，將得到不同的脈搏波動(dòng)頻率結(jié)果。 本章小結(jié) 本章對(duì)脈搏波動(dòng)頻率測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行了調(diào)試，調(diào)試表明：本設(shè)計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)脈搏波動(dòng)頻率的測(cè)量與顯示，達(dá)到了設(shè)計(jì)的要求。 西南科技大學(xué)城市學(xué)院本科生畢業(yè)論文 24 結(jié)論 本文設(shè)計(jì)的脈搏測(cè)量 器 ，主要用于顯示脈搏波的脈搏波動(dòng)頻率信息。先通過(guò)壓電脈搏傳感器提取出脈搏信號(hào)，經(jīng)信號(hào)放大電路放大，然后將放大后的脈搏信號(hào)通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為單片機(jī)易于處理的脈沖信號(hào)。接著單片機(jī)對(duì)轉(zhuǎn)換后的信號(hào)進(jìn)行處理得出脈搏波動(dòng)頻率信息，最后送到 LCD顯示單元中顯示。 經(jīng)過(guò)調(diào)試表明本設(shè)計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)脈搏波動(dòng)頻率的測(cè)量與顯示，達(dá)到了設(shè)計(jì)的要求。 本設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)內(nèi)容較為簡(jiǎn)單，只涉及到對(duì)脈搏波動(dòng)頻率的測(cè)量，對(duì)于脈搏測(cè)量 器的進(jìn)一步工作展望： （ 1）利用串口通信將脈搏波傳送給計(jì)算機(jī)，利用計(jì)算機(jī)來(lái)對(duì)脈象信息進(jìn)行存儲(chǔ)，并通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)對(duì)脈象信息進(jìn)行圖形再現(xiàn)。 （ 2）本設(shè)計(jì)中只采集了一路脈搏信號(hào)，以后的設(shè)計(jì)中可以采用多路脈搏信號(hào)采集，這樣可以提高系統(tǒng)的準(zhǔn)確度和可靠性。 （ 3）對(duì)采集到的脈搏信號(hào)進(jìn)行分析和處理，做一個(gè)脈搏自動(dòng)檢測(cè)與診斷系統(tǒng)，用戶(hù)可以自己通過(guò)它來(lái)檢測(cè)身體狀況。 通過(guò)這幾個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)生活，我從中感悟了很多，體會(huì)了很多： 理論知識(shí)和實(shí)踐的區(qū)別是很大的。書(shū)本上的 1K電阻就是精確的 1K，但到了真正的實(shí)際電路中，要找到精確的 1K電阻，就不是那么容易的事情了。書(shū)本上的很多東西都是在理想情況下得出來(lái)的，但是，到了實(shí)踐中，就沒(méi)有理想情況了，考慮的問(wèn)題也就多了。 實(shí)踐能力需要平時(shí)的積累和培養(yǎng)。大學(xué)四年，書(shū)本知識(shí)是認(rèn)真學(xué)了，但實(shí)踐動(dòng)手的能力卻沒(méi)有鍛煉起來(lái)。所以導(dǎo)致了在畢業(yè)設(shè)計(jì)中遇到很多困難，一時(shí)不知所措，走了很多彎路，浪費(fèi)了很多時(shí)間。 勤學(xué)好問(wèn)、團(tuán)結(jié)協(xié)作精神的重要性。我的畢業(yè)設(shè)計(jì)要 求和幾個(gè)同學(xué)的有很多類(lèi)似之處，通過(guò)與她們的交流中，我得到了很多有益的幫助。以后走上了工作崗位，團(tuán)結(jié)協(xié)作精神也是至關(guān)重要的。 相信，經(jīng)過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我的所感所悟，一定會(huì)對(duì)今后的學(xué)習(xí)、工作和生活有所幫助。 西南科技大學(xué)城市學(xué)院本科生畢業(yè)論文 25 致謝 到今天，畢業(yè)設(shè)計(jì)也告一段落了，也就意味著我的大學(xué)時(shí)代即將結(jié)束?；叵氘厴I(yè)設(shè)計(jì)這幾個(gè)月，回想大學(xué)這四年的時(shí)光，感慨萬(wàn)千。值得留戀，值得追憶的，實(shí)在太多。還有很多老師，同學(xué)，朋友要感謝。首先，要感謝我的指導(dǎo)老師趙寶康老師，他認(rèn)真負(fù)責(zé)、踏實(shí)努力的工作精神，一絲不茍、嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)的專(zhuān)業(yè)作風(fēng)，給我留下了深刻的印象。 趙老師教給我的不僅是科學(xué)知識(shí)，他還教給了我做人的道理，所有這些都為我今后的人生道路奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，使我受益終生。同時(shí)，也要感謝 輔導(dǎo)員謝江老師， 感謝機(jī)電工程系所有老師四年來(lái)的悉心教誨。 我們所在的實(shí)驗(yàn)室是一個(gè)溫暖的大集體，也要感謝我們實(shí)驗(yàn)室各位老師給我的幫助。也要感謝與我同寢室的同學(xué)四年來(lái)，在工作和學(xué)習(xí)中給與我的鼓勵(lì)和幫助。 最后，我還要向我的父母表示最真誠(chéng)的感謝和祝福，是他們的辛勤和汗水養(yǎng)育了我，是他們的精神鼓舞了我，使我能夠不懈努力和拼搏。 致謝人：李鑫 2021 年 4 月 7 日 西南科技大學(xué)城市學(xué)院本科生畢業(yè)論文 26 參考文獻(xiàn) [1] 張亮 .脈搏采集系統(tǒng)的研制 [D].東北大學(xué)， [2] 劉繼光 .人體脈搏信號(hào)的采集裝置 [D].沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)， 2021. 2122 [3] 何金茂