基于c51单片机的脉搏测量仪设计

基于c51单片机的脉搏测量仪设计内容摘要：

83。 14 谢 辞 16 参考文献 17 附 录 18 桂林电子科技大学课程设计（论文）报告用纸 第 1 页 共 26 页 引 言 脉搏波所呈现出来的形态、强度、速率和节律等方面的综合信息，能反映出人体心血管系统中许多生理疾病的血流特征。 本系统采用 STC89S51 单片机为核心而制作的一种实用型脉搏测量仪。 采用 HK2020A 集成化脉搏传感器作为传感器对人体的脉搏心率警醒数据采集。 得到的信号送入 STC89S51 单片机进行处理。 单片机将采集到的脉搏心率在数码管上实时显示出来，同时还设置了脉搏测量仪的上下限报警电路。 本文首先描述本设计的整体思路，然后介绍各个部分设计中的细节问题，最后提出一些完善本设计的改 进意见。 从脉搏波中提取人体的生理病理信息作为临床诊断和治疗的依据，历来都受到中外医学界的重视。 几乎世界上所有的民族都用过“摸脉”作为诊断疾病的手段。 脉搏波所呈现出的形态 (波形 )、强度 (波幅 )、速率 (波速 )和节律 (周期 )等方面的综合信息，在很大程度上反映出人体心血管系统中许多生理病理的血流特征 ,因此对脉搏波采集和处理具有很高的医学价值和应用前景。 1 系统方案选择与论证 任务 基于 C51 单片机的脉搏测量仪设计 要求 （ 1）通过脉搏传感器采样脉搏信号，设计脉搏波检测电路，通过数码管 来 显示脉搏次数。 （ 2）将脉冲波送入单片机，采用单片机构成脉搏检测仪，要求实时脉搏 次数 对 超限时用蜂鸣器报警。 系统基本方案 根据题目的要求系统模块可以基本划分为：脉搏传感器部分、单片机处理电路部分及显示电路部分。 为实现各模块的功能，分别做了几种不同的设计方案病进行了论证 各 个 部分电路的方案选择及论证 （ 1）脉搏传感器部分 传感器又称为换能器、变换器等。 脉搏传感器是脉搏检测系统中重要的组成部分，桂林电子科技大学课程设计（论文）报告用纸 第 2 页 共 26 页 脉搏传感器电路 STC89C51单片机处理电路 数码管 显示电路 蜂鸣器 报警电路 震荡电路 复位电路 其基本功能是将切脉压力和桡动脉搏动压力这样一些物理量 (非电量 )转换成为便于测量的电量。 脉搏传感器的精度、灵 敏度、抗干扰能力及安装方式决定了脉搏测量精度，因此其选型对整个设计具有决定性的作用。 本设计中，采用 HK2020A 集成化脉搏传感器， HK2020A 集成化脉搏传感器采用高度集成化工艺将 力敏元件 (PVDF 压电膜 )、灵敏度温度补偿元件、感温元件、信号调理电路集成在传感器内。 压电式原理采集信号，模拟信号输出，输出同步于脉搏波动的脉冲信号，脉搏波动一次输出一正脉冲。 该产品可用于脉率检测，如运动、健身器材设备中的心率测试。 （ 2）单片机选择 51 单片机是 INTEL 公司生产的。 它具有结构简单，价格便宜，易于开发 的特点。 通用型，有总线扩展，有较强的位处理功能，有全双工异步串行通信口。 但是其功能相对较少，访问外部数据有瓶颈，作电压范围窄。 本设计中，单片机只需要对脉搏信号的波动频率进行测量、计算和显示，对单片机的要求不是很高。 而对 51 单片机，本人比较熟悉，所以，本设计中选择 51单片机作为信息处理中心。 （ 3）显示部分 根据题目要求，设计出来的系统是可以设定报警的范围的。 对显示部分采用以下方案：采用数码管。 数码管具有功耗小、轻薄短小无辐射危险，简单方便 等特点。 系统各模块的最终方案 根据以上分析，结合器件和 设备等因素，确定如下方案： 1. 采用 STC89C51 单片机作为控制器，分别对输入、显示、信号的处理 和 控制。 2. 传感器部分采用光 HK2020A 集成化脉搏传感器，该器件结构简单、可靠性高、抗干扰能力强。 3. 显示用数码管显示实时脉搏数和蜂鸣器报警上下限数值。 系统的基本框图如下图 所示。 图 设计框图 桂林电子科技大学课程设计（论文）报告用纸 第 3 页 共 26 页 单片机处理电路 单片机处理电路如图 图 单片机处理电路 系列单片机的主要性能特 点 STC89C51 系列单片机是宏晶科技推出的新一代超强抗干扰、高速、低功耗的单片机，指令代码与传统 8051 单片机完全兼容。 MCS－ 51 的主要特点为： ◆ CPU 为 8位； ◆片内带振荡器，频率范围为 ~12MHz； ◆片内带 128 字节的数据存储器；（ RAM） ◆片内带 4KB 的 Flash 程序存储器；（ ROM） ◆程序存储器的寻址空间为 64KB；（需要扩展 ROM） ◆片外数据存储器的寻址空间为 64KB；（需要扩展 RAM） ◆ 128 位（ 16 字节）用户位寻址空间；（在 128 个字节中） ◆ 18 个字节特殊功能寄存器 SFR（ MCS— 52 子系列为 21 个）； ◆ 4 个 8 位的并行 I/O 接口： P0、 P P P3； ◆ 2 个 16 位定时器 /计数器 T0、 T1；（ MCS52子系列为 3个， T2） ◆ 2 个优先级别的 5个中断源；（高、低 2 个） STC89C51单片机 桂林电子科技大学课程设计（论文）报告用纸 第 4 页 共 26 页 ◆ 1 个全双工的串行 I/O 接口，可多机通信； ◆片内采用单总线结构； ◆有较强的位处理能力； 系列单片机的基本组成 图 框图 图 DIP 管脚图 AT89C51 与 51 系列中各种型号芯片的引脚互相兼容。 目前多采用 40 只引脚双列直桂林电子科技大学课程设计（论文）报告用纸 第 5 页 共 26 页 插，如图。 引脚按其功能可分为如下 3 类：【要熟练记住】 ①电源及时钟引脚 — － VCC、 VSS； XTAL XTAL2； ②控制引脚 — － /RST VPD 、 /ALE PROG 、 PSEN 、和 /EAVPP ； ③ I/O 口引脚 —— P0、 P P P3，为 4 个 8 位 I/O 口。 1. 电源引脚 VSS（ 20 脚）：接地， 0V 参考点。 VCC（ 40 脚）： 5V电源。 【提供掉电、空闲、正常工作电压】 图 2．外接晶体引脚 XTAL1（ 19 脚）：接外部晶体振荡器的一端。 当使用芯片内部时钟时，此脚用于外接石英晶体振荡器和微调电容；当使用外部时钟时，对于 HMOS 单片机，此引脚接地；对于 CMOS 单片机，此引脚作为外部振荡信号的输入端。 XTAL2（ 18 脚）：接外部晶体振荡器的另一端，当使用芯片内部时钟时，此脚用于外接石英晶体振荡器和微调电容。 当使用外部时钟时，对于 HMOS 单片机，此引脚接外部振荡源；对于 CMOS 单片机，此引脚悬空不接。 桂林电子科技大学课程设计（论文）报告用纸 第 6 页 共 26 页 89C51晶体振荡器频率可在 6MHZ～ 40MHZ之间选择，常选 6MHz或 12MHz的石英晶体。 电容的值没有严格要求，但其取值对振荡器的频率输出的稳定性、大小、振荡电路起振速度稍有影响， C C2 可在 20pF~100pF 之间选择。 当外接晶体振荡器时，电容可选30pF177。 10pF ；外接陶瓷振荡器时，电容可选 40pF177。 10pF。 3. 控制信号或与其它电源复用引脚 （ 1） /RST VPD （ 9 脚）：复位端。 当输入的复位信号持续 2 个以上机器周期 （ 12个晶体振荡周期）高电平即为有效，用于完成单片机的复位初始化操作。 正常工作时，此脚电平应 ≤。 在 VCC 发生故障、降低到电平规定值掉电期间，此引脚可接备。