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基于单片机的心率测量系统.doc

发布时间：2022-06-25 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：1.58M 资料格式：doc 举报 版权申诉
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    Abstract:
    目 录
    引 言
    1 系统方案选择与论证
    1.1 任务
    1.2 要求
    1.3 系统基本方案
    1.3.1各个部分电路的方案选择及论证
    1.3.2系统各模块的最终方案
    2.系统硬件设计
    2.1单片机处理电路
    2.1.1STC89C51系列单片机的主要性能特点
    2.1.2C51系列单片机的基本组成
    2.2 复位电路
    2.2.1单片机复位电路
    2.2.2测试复位电路
    2.3 振荡电路
    2.4 脉搏传感器部分
    2.4.1HK-2000A 集成化脉搏传感器
    2.4.2脉搏传感器接收电路
    2.4.3电源电路
    2.5显示报警部分
    2.5.1数码管显示电路
    2.5.2报警电路
    3 软件设计
    3.1 程序设计
    3.2 程序调试
    4结 论
    谢 辞
    参考文献
    附 录
    摘 要 脉搏传感器采样脉搏信号，采用 STC89C51 单片机作为控制器，脉搏传感器 输出方波传入单片机，单片机每接收一个脉冲波形，数码管就计数一次。脉搏次 数超限时用蜂鸣器报警。三极管加大功率 ，驱动器件工作。单片机软件设计， 设置中断向量，编程执行。 关键词：STC89C51 单片机、脉搏测量仪、软件设计 Abstract: Pulse sensor sampling pulse signal, using STC89C51 MCU as controller, pulse sensor output square wave into single chip microcomputer chip, each receiving a pulse waveform, digital tube counting time. Pulse frequency overrun with buzzer alarm. The three transistor to increase power, driving device. MCU software design, set the interrupt vector, programming executive. Key words: STC89C51 monolithic integrated circuit. pulse measuring instrument. Software design.
    桂林电子科技大学课程设计（论文）报告用纸 第 1 页 共 26 页 目 录 引 言 ······························································································1 1 系统方案选择与论证 ································································· 1 1.1 任务 ················································································································ 1 1.2 要求 ················································································································ 1 1.3 系统基本方案 ································································································· 1 1.3.1 各个部分电路的方案选择及论证 ································································ 1 1.3.2 系统各模块的最终方案 ··············································································· 2 2.系统硬件设计 ··············································································3 2.1 单片机处理电路 ······························································································ 3 2.1.1STC89C51 系列单片机的主要性能特点 ·························································3 2.1.2C51 系列单片机的基本组成 ··········································································4 2.2 复位电路 ·········································································································7 2.2.1 单片机复位电路 ···························································································7 2.2.2 测试复位电路 ······························································································ 7 2.3 振荡电路 ·········································································································8 2.4 脉搏传感器部分 ····························································································· 8 2.4.1HK-2000A 集成化脉搏传感器 ·······································································8 2.4.2 脉搏传感器接收电路 ··················································································· 9 2.4.3 电源电路 ···································································································· 10 2.5 显示报警部分 ································································································ 10 2.5.1 数码管显示电路 ·························································································10 2.5.2 报警电路 ···································································································· 11 3 软件设计 ················································································· 11 3.1 程序设计 ····································································································· 11
    桂林电子科技大学课程设计（论文）报告用纸 第 2 页 共 26 页 3.2 程序调试 ······································································································· 13 4 结 论 ························································································· 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 HK-2000A 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 1.1 任务 基于 C51 单片机的脉搏测量仪设计 1.2 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。 1.3 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 1.3.1 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 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 HK-2000A 集成化脉搏传感器，HK-2000A 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。 1.3.2 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 HK-2000A 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 1.1 所示。 脉 搏 传 感 器 电路 震荡电路 复位电路 STC89C51 单片机处 理电路 图 1.1 设计框图 数码管显 示电路 蜂鸣器报 警电路
    桂林电子科技大学课程设计（论文）报告用纸 第 3 页 共 26 页 2.系统硬件设计 2.1 单片机处理电路 单片机处理电路如图 2.1 所示 STC89C51 单片机 图 2.1 单片机处理电路 2.1.1STC89C51 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 1.2~12MHz； ◆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、P1、P2、P3； ◆2 个 16 位定时器/计数器 T0、T1；（MCS-52 子系列为 3 个，T2） ◆2 个优先级别的 5 个中断源；（高、低 2 个）
    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； 2.1.2C51 系列单片机的基本组成 图 2.2 框图 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 图 2.3 DIP 管脚图
    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 2.3 所示。 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；XTAL1、XTAL2； ②控制引脚—－ RST VPD 、 / ALE PROG 、 PSEN 、和 /EA VPP ； / ③I/O 口引脚——P0、P1、P2、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 2.4 总线分布 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。
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