脈搏測量儀畢業(yè)論文

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本系統(tǒng)以 89S52 單片機作為中心，通過使用單片機來實現(xiàn)系統(tǒng)最核心的計算脈搏功能，在信號的前端處理上，使用光電式傳感器采集人體脈搏信號，然后經(jīng)過放大、施密特觸發(fā)器整形、定時等一系列操作，將脈搏信號轉(zhuǎn)換為同頻率的脈沖信號輸入到單片機內(nèi)，并利用單片機對其進行定時。定時的方法是利用單片機的定時器，計算一次心跳的時間，然后由該周期

2、計算出頻率，繼而就可以求出一分鐘的脈搏數(shù)。按照理論來說，只要有一次心跳信號就可以。但是要考慮到計算的精確性，可以設定為測量五次心跳信號在進行濾波，然后再求脈搏，就可以使結果，比較精確。結果將最終送至LED顯示器來進行顯示。</p><p>　　關鍵詞:人體脈搏信號，單片機，光電傳感器</p><p><b>　　Abstract</b></p><

3、p>　　This system takes the 89S52 single chip as the center, through the use of single chip to achieve the system is the core of the calculation function in the signal pulse, front-end processing, the use of photoelectr

4、ic sensor pulse signal of human body, and then after amplification, shaping, Schmidt trigger timing and a series of operations, the pulse signals are converted to the same frequency pulse signal input to the microprocess

5、or using single chip microcomputer, and the timing. Timing method i</p><p>　　Key words: pulse signal of human body microcontroller photoelectric sensor</p><p><b>　　目 錄</b></p>

6、<p><b>　　摘 要</b></p><p><b>　　Abstract</b></p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　第1章 緒 論1</p><p>　　1.1脈搏測量儀的前景1</p><p&g

7、t;　　1.2脈搏測量儀的發(fā)展趨勢：2</p><p>　　第2章 總體設計方案3</p><p>　　2.1光敏式脈搏測量儀的系統(tǒng)結構3</p><p>　　2.1.1 測試儀的結構3</p><p>　　2.1.2光電脈搏測試儀的特點4</p><p><b>　　2.2設計方案5</

8、b></p><p><b>　　2.3儀表功能5</b></p><p>　　2.4 人體脈搏測量儀的設計思想與過程6</p><p>　　2.3.1設計步驟6</p><p>　　2.4.2硬件電路設計6</p><p>　　2.4.3軟件程序設計6</p>&l

9、t;p>　　2.4.4性能指標6</p><p>　　第3章 硬件的設計7</p><p>　　3.1器件的選擇7</p><p>　　3.1.1單片機選擇7</p><p>　　3.1.2鍵盤顯示芯片選擇7</p><p>　　3.1.3晶振的選擇7</p><p>　　3

10、.2主機單元設計8</p><p>　　3.3人機接口單元設計10</p><p>　　3.4信號采集及處理12</p><p>　　第4章 軟件設計13</p><p>　　4.1 主程序設計13</p><p>　　4.1.1變量和常量說明14</p><p>　　4.1.2

11、程序流程圖14</p><p>　　4.2中斷程序設計14</p><p>　　4.3鍵處理模塊設計15</p><p>　　4.4數(shù)據(jù)處理17</p><p>　　4.4.1數(shù)據(jù)計算17</p><p>　　4.4.2數(shù)據(jù)處理17</p><p>　　第5章 運行與調(diào)試19&

12、lt;/p><p>　　5.1 硬件調(diào)試19</p><p>　　5.1.1硬件調(diào)試的方法19</p><p>　　5.1.2硬件調(diào)試的故障與解決方法19</p><p>　　5.2軟件調(diào)試19</p><p>　　5.2.1主程序調(diào)試19</p><p>　　5.2.2鍵盤顯示器程序調(diào)試

13、19</p><p>　　5.2.3 5045的調(diào)試20</p><p>　　5.2.4 外部中斷INT0的調(diào)試20</p><p>　　第6章 誤差分析22</p><p>　　6.1脈搏測量儀精度等級介紹22</p><p>　　第7章 計算機輔助設計23</p><p>

14、<b>　　7.1原理圖23</b></p><p>　　7.2 PCB圖23</p><p>　　7.2.1元件列表23</p><p><b>　　總 結24</b></p><p><b>　　致 謝25</b></p><p>&l

15、t;b>　　參考文獻26</b></p><p><b>　　附錄一 原理圖</b></p><p><b>　　附錄二 PCB圖</b></p><p><b>　　附錄三 元件列表</b></p><p><b>　　第1章 緒 論<

16、/b></p><p>　　1.1脈搏測量儀的發(fā)展前景</p><p>　　在我國傳統(tǒng)中醫(yī)學的診斷中，“望、聞、問、切”是基本的四個方面。而在其中，切，也就是脈診，占有非常重要的地位。通過脈診，醫(yī)生可以對患者的身體狀況有一個大概的了解，進而對癥下藥。脈搏信號可以直接反映出患者心臟的部分狀況，我國傳統(tǒng)中醫(yī)學認為，通過脈診可以了解到患者臟腑氣血的盛衰，可以探測到病因，病位，預測療效等。&

17、lt;/p><p>　　鑒于脈診的重要性，人們對于脈搏測量一直非常關注，然而診脈技巧不是容易掌握的，不僅需要名醫(yī)的指導傳授更需要長時間的摸索積累。隨著現(xiàn)代生物醫(yī)學的發(fā)展，完全可以借助儀器儀表獲取脈搏信息，如脈象儀，這種儀器功能強大不僅能精確繪制脈搏波形，同時能進行頻譜分析，早在1860年Vierordt創(chuàng)建了第一臺杠桿式脈搏掃描儀，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。此后隨著機械及電子技

18、術的發(fā)展，國內(nèi)外在研制中醫(yī)脈象儀方面進展很快，尤其是70年代中期，國內(nèi)天津、上海、廣州、江西等地相繼成立了跨學科的脈象研究協(xié)作組，多學科共同合作促使中醫(yī)脈象研究工作進入了一個新的境界。但不論從體積還是價格都無法在家庭使用，因此應設法設計家用便攜式脈搏測試系統(tǒng)，目前有的便攜式脈搏測試系統(tǒng)只能測脈搏次數(shù)，如歐姆龍電子血壓脈搏測試儀，有的用的是采集終端，數(shù)據(jù)處理、繪圖均由基于PC機的LabVIEW完成，不夠方便。也有的脈搏測試系統(tǒng)是基于單片機

19、的，由于本身位數(shù)的限制其速度和精度都不高。國外對脈搏信息的提取也做了很多研究，但大多數(shù)仍復雜不夠方便。</p><p>　　脈搏是人體的重要體征之一，通過的脈搏的測量可以掌握人的身體情況，對疾病的預防和救治有著重要的意義。隨著科技的進步，脈搏測量在各個領域都起了重要的作用，例如軍事，消防，采礦等領域。軍事上，可以將靈巧穩(wěn)定性高的測量儀佩戴在軍人身上，實時測量他們的脈搏，并在超出安全極限值時報警，這樣就避免了訓練時

20、超過人體負荷帶來的不必要的傷亡[1]。</p><p>　　脈搏測量儀在消防領域也起了重要作用。消防員在救火時都處在很危險的環(huán)境下，火場的情況隨時都會對消防員的人身安全造成威脅。通過佩戴脈搏測量儀可以監(jiān)控現(xiàn)場的安全情況，并測量出消防員的身體狀況，避免了無謂的犧牲。同樣在例如采礦等危險工作，都可以通過脈搏測量來監(jiān)控作業(yè)人員的身體請況，可以起到對危險情況的預防，甚至在危機情況下的及時救助[2]。</p>

21、<p>　　因此脈搏測量有很深的研究意義，要把它創(chuàng)新，使它的應用領域更廣，是個任重道遠的工作。</p><p>　　1.2脈搏測量儀的發(fā)展趨勢：</p><p>　　自動測量脈搏并且對所得到的脈搏進行自動分析。</p><p>　　目前很多脈搏測量儀都具有檢測血氧等其他功能，但是對這些信號的分析和診斷還需要一些有經(jīng)驗的醫(yī)生觀察，進行分析后才能確認結果，浪

22、費大量的人力，且由人為引入的誤差較大。因此，未來脈搏自動檢測的內(nèi)容將更加詳細，自動分析診斷功能也更強大。</p><p>　　數(shù)字化技術等先進技術的應用。</p><p>　　隨著數(shù)字科學技術的發(fā)展，脈搏測量儀集成度將更高，更便于攜帶。數(shù)字信號處理的運用將使干擾更小，測量更為準確。</p><p><b>　　多功能化越來越明顯</b><

23、/p><p>　　目前的脈搏測量儀，一般都具有測試血氧，心電圖等等功能，單純的脈搏測量儀已近很少見。隨著電子技術的發(fā)展，脈搏測量儀必然可以實現(xiàn)更多的功能[3]。</p><p>　　從脈搏波中提取人體的生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。幾乎世界上所有的民族都用過“摸脈”作為診斷疾病的手段。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

24、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)學價值和應用前景。但人體的生物信號多屬于強噪聲背景下的低頻弱信號， 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。</p><p>　　第2章 總體設計方案</p><p>　　2.1光敏式脈搏測量儀的系統(tǒng)結構</p><p>

25、　　脈搏測量儀的設計，必須是通過采集人體脈搏變化引起的一些生物信號，然后把生物信號轉(zhuǎn)化為物理信號，使得這些變化的物理信號能夠表達人體的脈搏變化，最后要得出每分鐘的脈搏次數(shù)，就需要通過相關的硬件電路及芯片來處理物理變化并存儲脈搏次數(shù)。在硬件設計中一般的物理信號就是壓電變化，有了這個系統(tǒng)的設計思路，本課題就此開始實施。</p><p>　　2.1.1 測試儀的結構</p><p>　　光電脈搏

26、測試儀是利用光電傳感器座位變換元件，把采集到的用于檢測脈搏跳動的紅外光轉(zhuǎn)化成電信號，用電子儀表進行測量和顯示的裝置。本系統(tǒng)的組成包括光電傳感器、信號處理、單片機電路、數(shù)碼顯示、電源等部分。</p><p><b>　　光電傳感器</b></p><p>　　即將非電量（紅外光）轉(zhuǎn)換成電量的轉(zhuǎn)換元件，它由紅外發(fā)射二極管和接收三極管組成，它可以將接收到的紅外光波按一定的函

27、數(shù)關系（通常是線性關系）轉(zhuǎn)換成便于測量的物理量（如電壓、電流或頻率等）輸出[4]。</p><p><b>　　信號處理</b></p><p>　　即處理光電傳感器采集到的低頻信號的模擬電路（包括放大、濾波、整形等）。</p><p><b>　　單片機電路</b></p><p>　　即利用單片

28、機自身的定時中斷計數(shù)功能對輸入的脈沖電平進行運算得出心率（包括AT89S52、外部晶振、外部中斷等）。</p><p><b>　　數(shù)碼顯示</b></p><p>　　即把單片機計算得出的結果用8位LED數(shù)碼管靜態(tài)掃描來顯示便于直接準確無誤的讀出數(shù)據(jù)。</p><p><b>　　電源</b></p>&l

29、t;p>　　即光電傳感器、信號處理、單片機提供的電源，可以使5V-9V的交流或直流的穩(wěn)壓電源。</p><p>　　2.1.2光電脈搏測試儀的特點</p><p>　　與傳統(tǒng)的脈搏測試儀相比，光電式脈搏測量儀具有以下特點：</p><p>　　測量的探測部分不侵入機體，不造成機體創(chuàng)傷，通常在體外。</p><p>　　傳感器可重復使用且

30、速度快，精度高。</p><p>　　測試的適用電壓為5V-9V的直流電壓。</p><p>　　穩(wěn)定性好、磨損小、壽命長、維修方便。</p><p>　　由于結構簡單，因此體積小、重量輕、性價比優(yōu)越。</p><p>　　測量的有效范圍為50次-199次/分鐘[4]。</p><p><b>　　2.2設計

31、方案</b></p><p>　　本系統(tǒng)通過脈搏傳感器采集脈搏信息輸出電壓信號，經(jīng)信號放大電路對其進行放大。然后，將放大后的脈搏信號通過電壓基準變化電路和過零比較器轉(zhuǎn)換為單片機易于處理的脈沖信號。通過單片機編程對脈沖信號進行處理，實現(xiàn)對脈搏波動頻率的測量和計算，最終在LED中直觀地顯示出來。通過調(diào)試，表明本系統(tǒng)可以實現(xiàn)對脈搏波動頻率的測量，為醫(yī)生的診斷提供客觀依據(jù)，具有一定的臨床應用價值[5]。<

32、;/p><p><b>　　2.3儀表功能</b></p><p>　　設計單片機脈搏測量儀，使其能夠?qū)崟r準確的測量被測者每分鐘脈搏跳動次數(shù)。儀表具有鍵盤輸入、LED顯示、自動報警等功能。由參數(shù)設定鍵、減鍵、增鍵、閃爍移位鍵、確認鍵這五個鍵來控制八位數(shù)碼管顯示，來實現(xiàn)移位、參數(shù)設定等功能。當測量值超出報警上、下限報警指示燈自動點亮。另外系統(tǒng)無需每次開機重新設定標準值，同時

33、具有看門狗功能。</p><p>　　2.4 人體脈搏測量儀的設計思想與過程</p><p>　　設計可分為硬件電路設計和軟件程序設計兩部分?？刂葡到y(tǒng)由單片機來接收信號，經(jīng)過單片機的處理，顯示脈搏的變化。</p><p><b>　　2.4.1設計步驟</b></p><p><b>　?。?）手畫原理圖&l

34、t;/b></p><p>　?。?）根據(jù)原理圖焊接電路板</p><p><b>　　（3）編寫軟件程序</b></p><p><b>　?。?）調(diào)試電路板</b></p><p>　　（5）在計算機上用PROTEL畫原理圖及PCB圖</p><p><b&g

35、t;　　（6）寫畢業(yè)論文</b></p><p>　　2.4.2硬件電路設計</p><p>　　硬件電路設計：根據(jù)上述所要實現(xiàn)的功能，可選擇如下芯片AT89S52,串行 E²PROM芯片X5045,芯片的詳細介紹見第三章。選擇好所用芯片后繪制硬件電路圖，并應用Protle99SE軟件繪制電路原理圖和PCB圖，最后根據(jù)原理圖焊接電路板。</p><

36、;p>　　2.4.3軟件程序設計</p><p>　　程序選用匯編語言編寫，可分為：主程序（內(nèi)部變量及定時器初始化、X5045初始化、HD7279初始化、休眠），中斷子程序（鍵處理模塊、顯示模塊）。程序的詳細介紹見第四章。</p><p><b>　　2.4.4性能指標</b></p><p>　　本課題設計的單片機脈搏測量儀用三位LED

37、顯示器顯示一分鐘人體脈搏跳動的次數(shù)，并且超過設定的量程上下線時自動報警。使醫(yī)院檢查病人的脈搏次數(shù)更方便省時。</p><p>　　(1)范 圍：0~199次/分</p><p>　　(2)工作溫度：0~55℃</p><p>　　(3)供 電：220V±10％,50HZ</p><p>　　第3章 硬件的設計</

38、p><p><b>　　3.1器件的選擇</b></p><p>　　3.1.1單片機選擇</p><p>　　AT89S52是美國復ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS8位單片機，片內(nèi)含8Kbytes的可反擦寫的只讀程序存儲器（PEROM）和256bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術生產(chǎn)

39、，與標準MCS-51指令系統(tǒng)及8052產(chǎn)品引腳兼容，片內(nèi)置通用8位中央處理器（CPU）和FLASH存儲單元，功能強大AT89C52單片機適用于許多較為復雜控制應用場合。本次設計采用該芯片主要從經(jīng)濟實用方面考慮[2]。</p><p>　　3.1.2鍵盤顯示芯片選擇</p><p>　　該類型芯片具有的功能有：</p><p>　　1.CPU接受來自鍵盤的輸入數(shù)據(jù)，并

40、作預處理；</p><p>　　2.數(shù)據(jù)顯示的管理和數(shù)據(jù)顯示器的控制。從經(jīng)濟角度考慮還是選擇HD7279，而且在市場上也容易買到。HD7279是管理鍵盤和LED顯示器的專用智能控制芯片，采用串行接口方式，可同時驅(qū)動8位弓共陰極LED數(shù)碼管或者64位獨立LED發(fā)光二極管，同時能對多達8*8的鍵盤矩陣進行監(jiān)視，具有自動消除抖動并識別按鍵代碼的功能。從而可以提高CPU的工作效率，同時其串行接口方式占用更少的端口線，又可

41、簡化CPU接口電路的設計[5]。</p><p>　　3.1.3晶振的選擇</p><p>　　(1)晶體振蕩器的主要特性之一是工作溫度內(nèi)的穩(wěn)定性，它是決定振蕩器</p><p>　　價格的重要因素。穩(wěn)定性愈高或溫度范圍愈寬，器件的價格亦愈高[7]。</p><p>　　(2)峰值測出。許多應用，例如通信網(wǎng)絡、無線數(shù)據(jù)傳輸、ATM和SONET

42、</p><p>　　要求必需滿足嚴格的拌動指標。需要密切注意在這些系統(tǒng)中應用的振蕩器的抖動和相位噪聲特性。</p><p>　　(3)振蕩器的頻率穩(wěn)定性亦受到振蕩器電源電壓變動以及振蕩器負載變動</p><p>　　的影響。正確選擇振蕩器可將這些影響減到最少。設計者應在建議的電源電壓容差和負載下檢驗振蕩器的性能。不能期望只能額定驅(qū)動 15PF 的振蕩器在驅(qū)動 50

43、PF 時會有好的表現(xiàn)。在超過建議的電源電壓下工作的振蕩器亦會呈現(xiàn)壞的波形和穩(wěn)定性。</p><p>　　基于單片機的內(nèi)部振蕩方式所的到的時鐘信號比較的穩(wěn)定，本設計采用內(nèi)部振蕩方式。電路如圖3.1 </p><p>　　圖3.1 振蕩電路［5］</p><p>　　XTAL1 和XTAL2 為輸入和輸出，可分別作為一個反相放大器的輸入和輸出此管腳可配置為使用內(nèi)部

44、振蕩器。要使用外部時鐘源驅(qū)動器件時，XTAL2 可以不連接而由XTAL1 驅(qū)動外部時鐘信號無占空比的要求，因為時鐘通過觸發(fā)器二分頻輸入到內(nèi)部時鐘電路，但高低電平的最長和最短時間必須符合手冊的規(guī)定。</p><p>　　電容器C1、C2起到了穩(wěn)定振蕩頻率的作用，快速起振的作用，其電容值一般是5～30pF。晶振頻率的典型值是12MHz，所以在設計中電容值是33pF，晶振選用了12MHz的［1］。</p>

45、<p><b>　　3.2主機單元設計</b></p><p>　　主板由AT89S52，X5045，7279組成，是儀表的核心。利用X5045串行E²PROM存儲8通道的測量值上下限和報警上下限，并且具有看門狗定時器功能，來進行數(shù)據(jù)采集等過程的設置和控制，振蕩電路在單片機內(nèi)部產(chǎn)生脈沖信號，C1、C2為30pF，晶振振蕩頻率為12MHZ。</p><

46、p>　　X5045是單片機系統(tǒng)電路的一個輔助芯片，它將復位，電壓檢測，看門狗定時器和塊鎖保護的串E²PROM功能集合成一個芯片內(nèi)[6]；采用SPI串行外設接口方式，降低了系統(tǒng)成本并減少了對電路板空間的要求，提高了系統(tǒng)的可靠性 。</p><p>　?。?）X5045有4種基本功能:上電復位,看門狗定時器,低電壓檢測和SPI串行E²PROM. <

47、;/p><p><b>　?、偕想姀臀?lt;/b></p><p>　　當器件通電并超過Vcc門限電壓(內(nèi)部門限值VTRIP時,X5045內(nèi)部的復位電路將會提供一個約為200ms復位脈沖(引腳RESET)讓微處理器能夠正常復位。</p><p>　?、诳撮T狗定時器 </p><p>　

48、　看門狗定時器對微處理器提供了一種對外界干擾而引起程序陷入死循環(huán)或"跑飛"狀態(tài)的保護功能.X5045內(nèi)部的一個控制寄存器中有兩位可編程位決定了定時周期的長短.當系統(tǒng)出現(xiàn)故障時,在設定的時間內(nèi)如果沒有對X5045進行訪問,則看門狗定時器以RESET信號作為輸出響應,即變?yōu)楦唠娖?延時約200ms以后RESET由高電平變?yōu)榈碗娖?非CS的下降沿復位看門狗定時器。</p><p><b>

49、　?、鄣碗妷簷z測</b></p><p>　　工作過程中X5045監(jiān)測電源電壓下降并且在電源電壓跌落到Vcc門限電壓(VTRIP)以下時,會產(chǎn)生一個復位脈沖,復位脈沖保持有效直到電源電壓降到1V以下.如果電源電壓在降落到VTRIP后延時約200ms,復位信號消失,使得微處理器可以繼續(xù)工作。</p><p>　?、艽蠩²PROM存儲器</p><p

50、>　　圖3.2 X5045與單片機典型接口電路</p><p>　　X5045的存儲器部分是具有Xicor公司的塊鎖保護CMOS4KB串行E²PROM.它被組織成8位的結構,由一個四線構成的SPI總線方式進行操作,一次最多可寫16B。</p><p>　　單片機與X5045引腳的連接和相關的地址分配如下：</p><p>　　(1)CS1:片選端,

51、低電平單片機與有效,與P1.0相連; </p><p>　　(2)SO:串行數(shù)據(jù)輸出端,與P1.1相連;</p><p>　　(3)CK:串行時鐘輸入端,與P1.2相連;</p><p>　　(4)SI:串行數(shù)據(jù)輸入端,與P1.3相連。</p><p>　　MCS5-2內(nèi)部有一個用于構成振蕩器的可控高增益反向放大器。兩個引腳XTAL1和XTA

52、L2分別是該放大器的輸入端和輸出端。在片外跨接一晶振和兩個匹配電容就構成一個子激蕩器。振蕩頻率根據(jù)實際要求的工作速度，從幾百千赫至24MHZ可適當選取某一頻率。匹配電容要根據(jù)石英晶體振蕩器的要求選取[2]。</p><p>　　3.3人機接口單元設計</p><p>　　鍵盤和顯示器實現(xiàn)人機之間的相互作用.鍵盤和顯示器是由7279管理,用來實現(xiàn)5個按鍵的功能和8個顯示器的顯示功能.前四位顯

53、示通道號,后四位顯示測量值。7279需要下拉電阻R=100K，位選電阻R=10K，還需要一個振蕩電路，典型值為R=1.5K、C=15Pf。</p><p>　　HD7279是管理鍵盤和LED顯示器的專用智能控制芯片，該芯片采用串行接口方式，可同時驅(qū)動8位共陰極LED數(shù)碼管或64位獨立LED發(fā)光二極管，同時能對8ⅹ8的鍵盤矩陣進行監(jiān)視，具有自己消除鍵抖動并識別按鍵代碼的功能。從而可以提高CPU的工作效率，同時其串行

54、接口方式又可簡化CPU接口電路的設計[2]。 </p><p>　?。?）HD7279的主要特點</p><p>　　①與CPU間采用串行接口方式,僅占用4根端口線;</p><p>　?、趦?nèi)部含有譯碼器,可直接接收BCD碼或16進制碼,同時具有兩種譯碼器方式,實現(xiàn)LED數(shù)碼管位尋址和段尋址,消

55、隱和閃爍性等多種控制指令,編程靈活;</p><p>　?、垩h(huán)左移和循環(huán)右移指令;</p><p>　　④內(nèi)部含有驅(qū)動器,無需外圍元件可直 接驅(qū)動LED; </p><p>　?、菥哂袠O聯(lián)功能,可方便的實現(xiàn)多于8位顯示或多于64鍵的鍵盤接口;</p><p>　　⑥具有自動

56、消除抖動并識別按鍵鍵值的功能.</p><p>　　單片機與HD7279引腳的連接和相關的地址分配如下： </p><p>　　(1)CS2;片選端,低電平有效,與P1.4相連;</p><p>　　(2)CLK:串行時鐘輸入端,與P1.5相連;</p><p>　　DATA:串行數(shù)據(jù)輸入/輸出端,與P1.6相連;</p>&l

57、t;p>　　KEY:按鍵有效信號端,與P1.7相連.</p><p>　　7279的CS，DATA，CLK，KEY口與單片機P1.4，P1.5，P1.6，P1.7相連，當單片機訪問7279時，CS為低電平，DATA為單片機和7279之間的數(shù)據(jù)傳輸端，單片機通過KEY來判斷是否有按鍵，無按鍵為高電平，有按鍵為低電平并保持，直到按鍵松開。如下圖3.3所示</p><p>　　圖3.3 鍵

58、盤和顯示器電路圖</p><p>　　3.4信號采集及處理</p><p>　　目前脈搏波檢測系統(tǒng)有以下幾種方法：光電容積脈搏波法、液體耦合腔脈搏傳感器、壓阻式脈搏傳感器以及應變式脈搏傳感器。近幾年來，光電檢測技術在臨床醫(yī)學應用中發(fā)展很快，這主要是由于光能避免強烈的電磁干擾，具有很高的絕緣性，且可非侵入地檢測病人各種癥狀信息，具有結構簡單、無損傷、精度高、可重復好等優(yōu)點。用光電法提取指尖脈

59、搏信息受到了從事生物醫(yī)學儀器工作的專家和學者的重視。</p><p>　　脈搏信號的采集由單片機的INT0 來完成。所選脈搏傳感器的輸出信號為一方波信號，當下降沿到來時，激活INT0中斷，然后由單片機內(nèi)部進行相關處理，完成信號的處理過程。最后通過主板上的8個LED顯示器顯示出來。在調(diào)試過程中使用信號發(fā)生器來模擬脈沖信號，信號發(fā)生器的頻率大小可以自動調(diào)節(jié)，便于試驗的軟硬件調(diào)試。</p><p&g

60、t;　　圖3.4 斯密特觸發(fā)器與AT89S52連接圖</p><p>　　光電傳感器輸出的是不規(guī)則的波，通過斯密特觸發(fā)器整形成方波，連接到AT89S52。如圖3.4</p><p><b>　　第4章 軟件設計</b></p><p>　　4.1 主程序設計</p><p>　　程序設計采用模塊化設計， 50ms定時

61、采用89C52內(nèi)部T1，工作在方式1，由于晶振為12MHz，1個機器周期1微秒，所以T1預裝初始值=65536-50000=15536=3CB0H。X5045看門狗定時器周期設置為200ms。</p><p>　　4.1.1變量和常量說明</p><p>　　表4.1 片內(nèi)RAM主要變量分配偽指令表</p><p>　　4.1.2程序流程圖</p>

62、<p>　　1）內(nèi)部變量及定時器初始化：將89S52用到的RAM區(qū)地址的內(nèi)容全部清零，以及X5045、7279和89S52用到的變量進行偽指令定義并將89C52的定時器T1設置為50ms定時。</p><p>　　2）X5045初始化：將X5045設置為看門狗200ms定時和無寫保護單元。</p><p>　　3）7279初始化：對7279進行一次復位。</p>&

63、lt;p>　　4）當各初始化完成后系統(tǒng)進入空閑方式的休眠狀態(tài)，等待系統(tǒng)定時器的中斷喚醒。</p><p>　　圖4.1 主程序流程圖</p><p><b>　　4.2中斷程序設計</b></p><p>　　在中斷中要完成對定時器的重新賦值，采樣處理，按鍵處理，顯示處理，以及對X5045進行“喂狗”處理。程序流程如圖4.2</p

64、><p>　　1）定時器重裝：重新對定時器TI進行50ms的初值定義。</p><p>　　2）采樣：當一個時間片結束的時候，通過ADC0809的IN0口進行采樣，并將采樣值由DAC0832直接輸出。</p><p>　　3）鍵處理：對是否有按鍵進行判斷，若有按鍵則根據(jù)按鍵進行相應的處理。</p><p>　　4）顯示：對當前測量值或各個設定值進

65、行顯示。</p><p>　　5）喂狗：對X5045進行喂狗處理 </p><p>　　圖4.2 中斷服務程序流程圖</p><p>　　4.3鍵處理模塊設計</p><p>　　鍵處理任務模塊程序流程圖如圖4.3所示，在每個時間片內(nèi)調(diào)度一次，由于查詢按鍵的間隔為50ms，超過了鍵抖動持續(xù)時間，無須編制按鍵防抖動設計。</p>

66、<p>　　圖4.3 鍵處理模塊程序流程圖</p><p><b>　　設定鍵設計 </b></p><p>　　進入設定鍵程序之后，根據(jù)狀態(tài)值的不同，調(diào)用不同的子程序。SET_STA為0，表示采樣。SET_STA為1，表示裝入量程上限值。SET_STA為2，表示裝入量程下限值。SET_STA為3，表示裝入報警上限值。SET_STA為4，表示裝入報警下

67、限[2]。</p><p><b>　　圖4.4 按鍵設計</b></p><p><b>　　4.4數(shù)據(jù)處理</b></p><p>　　4.4.1 數(shù)據(jù)計算</p><p>　　計算脈搏個數(shù)首先要計算信號方波的周期T</p><p>　　脈搏測量時采用周期定時的方法，用T

68、0定時655536us。當有脈沖進來時開啟T0定時，在T0定時中斷里設置軟時鐘，每一個溢出周期加1,。當再次有脈沖信號時，關閉T0定時中斷，記錄軟時鐘的個數(shù)P，并且計算周期T</p><p><b>　　T的計算公式如下：</b></p><p>　　T=65536*p+TH0TL0</p><p>　　P為軟時鐘的計數(shù)，TH0TL0為定時器關

69、閉時的計時</p><p>　　此時先計算出一個脈沖周期時間，然后利用周期計算脈搏個數(shù)，計算公式如下</p><p>　　脈沖的個數(shù) f=60000000/T</p><p>　　此計算用到了四字節(jié)除以三字節(jié)的算法子程序。</p><p>　　4.4.2 數(shù)據(jù)處理</p><p>　　因為存在信號干擾，所以測量結果存在

70、較大的誤差，為了使測量結果更精確，需要進行濾波處理。此次設計采用中值濾波。每采樣三次，進行濾波程序。采樣結果分別存放在R2，R3，R4.</p><p>　　MAIN: MOV A,R2</p><p><b>　　CLR C</b></p><p>　　SUBB A,R3</p><p>　　JC

71、FLT11</p><p>　　MOV A,R2</p><p>　　XCH A,R3</p><p>　　MOV R2,A</p><p>　　FLT11: MOV A,R3</p><p><b>　　CLR C</b></p><p>　　SUB

72、B A,R4</p><p>　　JC FLT12</p><p>　　MOV A,R4</p><p>　　XCH A,R3</p><p>　　XCH A,R4</p><p><b>　　CLR C</b></p><p><b>　

73、　SUBB A,R2</b></p><p>　　JNC FLT12 </p><p>　　MOV A,R2</p><p><b>　　MOV R3,A</b></p><p>　　FLT12: SJMP FLT12</p><p>　　第5章 運行與調(diào)試

74、</p><p><b>　　5.1 硬件調(diào)試</b></p><p>　　5.1.1硬件調(diào)試的方法</p><p>　　把萬用表跳到歐姆檔（短路測試），分別對照電路原理圖依次測量各個觸電是否導通（如萬用表“嘀嘀”聲，說明線路正常）。</p><p>　　5.1.2硬件調(diào)試的故障與解決方法</p><

75、p>　　故障： 在連接傳感器時，沒有弄清傳感器三個接線分別所接位置，險些燒壞傳 感器。</p><p>　　解決方法：知詢老師，上網(wǎng)查找，得到正確的管腳圖</p><p><b>　　5.2軟件調(diào)試</b></p><p>　　5.2.1主程序調(diào)試</p><p>　　主程序

76、主要有調(diào)用初始化HD7279顯示程序，判斷定時時間是否到0.5秒，如果到則調(diào)用鍵、顯示、等程序。</p><p>　　故障：1.注意程序中英輸入的區(qū)別（仿真器僅僅識別英文輸入字體）</p><p>　　2.程序中的偽指令之間不要相互占用地址或空間</p><p>　　3.子程序中應仔細檢查是否有死循環(huán)</p><p>　　4．LJMP和LC

77、ALL的誤用</p><p>　　5.子程序中沒有RET，使得程序無法正常返回</p><p>　　5.2.2鍵盤顯示器程序調(diào)試</p><p>　　鍵盤顯示器采用的是串行通訊的8位顯示芯片HD7279，而整個軟件程序的編寫最終都要鍵盤顯示程序輸出顯示，故鍵盤顯示器程序成為整個軟件程序的基礎。本次鍵盤設計采用5個按鍵完成，分別為設定、增鍵、減鍵、左移鍵、確認鍵，按鍵

78、代碼分別為： 20H、18H、10H、08H、00H。按鍵程序之中設有查鍵程序，每當有按鍵按下是，則判斷是否次按鍵有權限，如增爍鍵只能在閃爍鍵按下后才能操作有效。而這里要注意的是每當相應的鍵值處理程序運行完畢時，應加返回語句。</p><p>　　故障1：增鍵和減鍵，不按正常順序加減。</p><p>　　解決方法：鍵處理后，KEY-FIG置1</p><p>　　

79、故障2：增加時，出現(xiàn)其他字母</p><p>　　解決方法：設置顯示方式時，不正確。改用正確的方式即對</p><p>　　故障3: 健值保持不住</p><p>　　解決方法:在采樣時先判斷SET_STA是否為零</p><p>　　5.2.3 5045的調(diào)試</p><p>　　1.故障及調(diào)試：子程序OUTBYT

80、 </p><p>　　OUTBYT: MOV R7,#08H</p><p>　　ORTBYT1: CLR SCK</p><p><b>　　RLC A</b></p><p>　　MOV SI,C</p><p><b>　　SETB SCK</b><

81、;/p><p>　　DJNZ R7,OUTBYT1</p><p><b>　　CLR SCK</b></p><p><b>　　RET</b></p><p>　　多加了一句，CLR SCK，刪除此句即可</p><p>　　2. 故障及調(diào)試：子程序WRDI</

82、p><p>　　WRDI: LCALL STAX</p><p>　　MOV A, WRDI-INST</p><p>　　LCALL OUTBYT</p><p>　　LCALL ENDX </p><p><b>　　RET</b></p><p>　　語句WRDI-

83、INST應改為#WRDI-INST</p><p>　　5.2.4 外部中斷INT0的調(diào)試</p><p>　　1.故障：報警時，上電，報警燈就亮</p><p>　　解決方法：子程序READI(從E²PROM地址單元中讀取數(shù)據(jù))中R0指向的單元已經(jīng)加一，可在主程序中又加了一次一，刪除一個即對。</p><p>　　2.故障：不實

84、時采樣</p><p>　　解決方法：把采來的值先放入顯示緩沖區(qū) </p><p>　　3.故障：上電顯示000，其他鍵都不好使</p><p>　　解決方法：偽指令覆蓋</p><p>　　4.故障：不實時采樣</p><p>　　解決方法：把采來的值先放入顯示緩沖區(qū)</p><p><

85、b>　　第6章 誤差分析</b></p><p>　　6.1脈搏測量儀精度等級介紹</p><p>　　儀表精度通常是用儀表相對百分誤差δ的大小來衡量的。儀表的相對百分誤差是指該儀表測量時的顯示值接近真實值的準確程度。相對百分誤差的計算公式為： </p><p>　　相對誤差=X-X0/量程上限-量程下限</p><p&

86、gt;　　其中x為測量值，x0為標準值。</p><p>　　儀表精度等級是指儀表在規(guī)定的工作條件下，允許的最大相對百分誤差。按照國家統(tǒng)一規(guī)定所劃分的等級有：……，0.05，0.1，0.25，0.35，0.5，1.0，1.5，2.5，4.0，……，所謂一級表，即該儀表允許的最大相對百分誤差為1％，其余類推[18]。</p><p>　　健康成年人的脈搏在60—80個/分鐘，消防員在執(zhí)行任務

87、時的脈搏在60—120個/分鐘內(nèi)。該測量儀可以測出實時的脈搏個數(shù)，對消防員的安全起了保障作用。</p><p>　　但是本次設計的脈搏測量儀也有一定的誤差，同過信號發(fā)生器，對真實情況進行了模擬，具體如下表。</p><p><b>　　表6.1</b></p><p>　　但是有于現(xiàn)場環(huán)境及人為等因素，實驗會有一定誤差，下圖為實際測量值與理論值

88、的對比</p><p>　　第7章 計算機輔助設計</p><p><b>　　7.1原理圖</b></p><p>　　(1)原理圖的設計主要包括</p><p>　　AT89C52的時鐘設計，HD7279A的鍵盤/顯示的設計，X25045讀寫的設計，ADC0809采樣的設計和模擬傳感器的電橋的設計。</p>

89、;<p><b>　　(2)設計步驟</b></p><p>　?、偈紫刃陆ㄔ韴D，設定圖紙。</p><p><b>　?、诜胖迷骷?lt;/b></p><p><b>　?、圻M行原理圖布線。</b></p><p><b>　?、苷{(diào)整布線。</

90、b></p><p>　?、葸M行元件編號和封裝。</p><p><b>　　⑥進行ERC檢查。</b></p><p><b>　　⑦生成網(wǎng)絡表。</b></p><p><b>　　7.2 PCB圖</b></p><p>　　根據(jù)已繪制好的原

91、理圖 生成的網(wǎng)絡表進行電路板的設計，在電路板的設計過程中，要注意元件的封裝和尺寸的大小，在確認無誤的情況下，方可進行電路板的設計。</p><p>　　(1)制作電路板的步驟</p><p>　　(2)制作原理圖并生成網(wǎng)絡表。</p><p>　　(3)在keepout層畫出板的邊界</p><p><b>　　(4)裝入元件庫。&

92、lt;/b></p><p><b>　　(5)手工布局。</b></p><p><b>　　(6)自動布線</b></p><p><b>　　7.2.1元件列表</b></p><p>　　用已經(jīng)繪制完成的原理圖通過PROTEL99軟件自動生成元件列表。</p

93、><p><b>　　總 結</b></p><p>　　通過做畢業(yè)設計的這些日子，我收獲很多。不論是學習還是工作，生活方面都讓我受益匪淺。</p><p>　　剛做畢業(yè)設計時，我沒有擺正積極心態(tài)，以為做畢業(yè)設計很簡單，老師也不會要求很嚴格?？墒菨u漸發(fā)現(xiàn)做什么事都要有個良好積極的心態(tài)，老師也耐心教導我，使我有了好好做畢業(yè)設計的決心。萬事開頭難，開

94、始編程就遇到很多問題，程序不知如何下手，原來學習的知識連接不起來，而且知識遺漏的太多，如此情況下我又有些灰心。</p><p>　　在老師和同學的開導下，我又開始一點點復習以前所學的單片機知識，并及時向老師提問。在編程的過程中我成長很多，不僅鞏固了以前所學的知識，而且對單片機有了更深的理解。調(diào)試程序是最難的時候，常常為找不出問題的所在而苦惱。有時由于自己的不認真，很小的一個錯誤就造成程序不能正常運行，于是苦苦尋找

95、，不得其解，身心疲憊。不過在老師和同學的幫助之下，問題都迎刃而解。</p><p>　　做畢業(yè)設計的這些日子，讓我懂得了無論做什么都要有個積極良好的心態(tài)，尤其是對研究方面，更要有嚴謹?shù)膽B(tài)度。生活中我是一個大大咧咧的人，通過這些天的磨煉，我的耐心認真都有所提高。</p><p>　　我很慶幸，很感謝畢業(yè)設計這些日子，因為我成長了很多，對我以后的人生受益匪淺。</p><p

96、><b>　　致 謝</b></p><p>　　在做畢業(yè)設計這些日子，我成長了很多，也受獲頗深，這是我大學四年的一個總結，也是我今后人生的起點。</p><p>　　在這里，我要對給予我鼓勵和幫助的老師同學表示深深的感謝。我要感謝劉老師對我的諄諄教導，感謝她為我耐心解答不懂之處，我被她高超的學術水平和嚴謹?shù)膶W者風范深深感染，同時也感謝魏老師和其他老師在大學四

97、年里的關懷和幫助，為以后在工作中打下了良好的基礎！感謝我的同學，感謝他們與我共同走過四年大學生活，感謝他們在學習和生活中給我的每一份鼓勵和幫助！</p><p>　　在畢業(yè)設計期間里，我不僅學到了更多的大學課堂之外的知識，而且調(diào)整了知識結構，使之更加緊密性，強化了自己的動手能力，尤其重要的是，我掌握了整個設計的理論過程以及實現(xiàn)方法和步驟，為以后做類似方面的工作打下了良好的基礎。同時，劉老師精心指導使我的畢業(yè)設計能

98、夠順利完成。經(jīng)過這次的激勵，我一定會以更加飽滿的熱情面對今后的工作和生活。在今后的工作和生活中，在彌補自己不足之處的同時，充分發(fā)揮自己的長處，努力為學校爭得榮譽，爭取為社會作出自己最大的貢獻。</p><p>　　最后，謝謝對本論文進行審閱的各位老師。本次設計作為我在大學中的最后一份答卷，是我在大學四年里所學的知識的一次綜合運用的體現(xiàn)。由于時間的倉促，加上本人知識和能力有限，在本次畢業(yè)設計中肯定還存在著許多不足之

99、處，誠懇地希望各位老師提出問題并加以指正。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 劉繼光，人體脈搏信號的采集裝置[D]，沈陽工業(yè)大學，2006</p><p>　　[2]魏立峰、王寶興《單片機原理與應用技術》，北京大學出版社，2006.8</p><p>　　[3]蔡啟明種測定勞動強度

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103、的研究與實現(xiàn)[D]，浙江大學，2006</p><p>　　[14]杜維，張宏建，樂嘉華，過程檢測技術與儀表[M]，北京：化學工業(yè)出版社，1998，</p><p><b>　　附錄一 原理圖</b></p><p><b>　　主板</b></p><p><b>　　附錄二 PCB圖&