基于單片機的脈搏測量儀畢業(yè)設(shè)計論文

1、<p>　　*************學院</p><p>　　**********學年</p><p><b>　　第二學期</b></p><p><b>　　畢業(yè)論文</b></p><p>　　課題名稱： 基于單片機設(shè)計的脈搏測量儀 </p><p&

2、gt;　　設(shè)計時間： ************************ </p><p>　　系 部： 電子信息工程系 </p><p>　　班 級： *****電氣技術(shù) </p><p>　　姓 名： ***********

3、 </p><p>　　指導教師： ****************** </p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　第一章 引 言10</p><p>　　第二章 硬件電路設(shè)計11</p><p>　　2.1 AT89C2

4、051主要性能11</p><p>　　2.2  AT89C2051的結(jié)構(gòu)框圖12</p><p>　　2.3  AT89C2051的引腳說明13</p><p>　　2.4 復位電路15</p><p>　　2.5 振蕩電路15</p><p>　　第三章 基本結(jié)構(gòu)模塊16<

5、/p><p>　　3.1 脈搏波檢測電路16</p><p>　　3.2 脈搏信號拾取電路16</p><p>　　3.3 信號放大18</p><p>　　3.4 波形整形部分20</p><p>　　第四章 整體電路分析21</p><p>　　4.1 光發(fā)射電路21&l

6、t;/p><p>　　4.2 光電轉(zhuǎn)換電路21</p><p>　　4.3 信號采集及處理系統(tǒng)22</p><p>　　4.4 過采樣技術(shù)的應(yīng)用22</p><p>　　4.5 整體硬件電路設(shè)計23</p><p>　　第五章 軟件設(shè)計25</p><p>　　5.1 程序設(shè)計

7、25</p><p><b>　　結(jié)束語29</b></p><p><b>　　致 謝31</b></p><p><b>　　參考文獻32</b></p><p>　　附錄………………………………………………………………………………………………..33</p&

8、gt;<p>　　基于單片機設(shè)計的脈搏測量儀</p><p>　　[摘 要] 醫(yī)院的護士每天都要給住院的病人把脈記錄病人每分鐘脈搏數(shù)，方法是用手按在病人腕部的動脈上，根據(jù)脈搏的跳動進行計數(shù)。為了節(jié)省時間，一般不會作1分鐘的測量，通常是測量10秒鐘時間內(nèi)心跳的數(shù)，再把結(jié)果乘以6即得到每分鐘的心跳數(shù)，即使這樣做還是比較費時，而且精度也不高。本文介紹一種用單片機制作的脈搏測量儀，只要人把手指放在傳感器內(nèi)

9、2秒鐘就可以精確測量出每分鐘脈搏數(shù)，測量結(jié)果用三位數(shù)字顯示。</p><p>　　[關(guān)鍵詞]：AT89C2051 單片機 脈搏測量儀</p><p>　　Single-chip design based on the pulse measuring instrument</p><p><b>　　Zhou Jing</b></p>

10、;<p>　　0601 Electrical Technology</p><p>　　Abstract: Nurse hospital wants to give in hospital every day the patient takes the pulse to record the patient each minute pulse number, the method is with t

11、he hand according to on the patient wrist's department artery, carries on the counting according to pulse's beat. For the saving of time, will not make 1 minute survey generally, usually will be surveys in 10 sec

12、onds time palpitation's number, will be multiplied by again the result 6 namely obtains each minute palpitation number, even if wil</p><p>　　Key words: AT89C2051 monolithic integrated circuit pulse meas

13、uring instrument</p><p><b>　　第一章 引 言 </b></p><p>　　脈搏測量屬于檢測有無脈博的測量，有脈搏時遮擋光線，無脈搏時透光強，所采用的傳感器是紅外接收二極管和紅外發(fā)射二極管。用于體育測量用的脈搏測量大致有指脈和耳脈二種方式。這二種測量方式各有優(yōu)缺點，指脈測量比較方便、簡單，但因為手指上的汗腺較多，指夾常年使用，污染可能

14、會使測量靈敏度下降；耳脈測量比較干凈，傳感器使用環(huán)境污染少，容易維護。但因耳脈較弱，尤其是當季節(jié)變化時，所測信號受環(huán)境溫度影響明顯，造成測量結(jié)果不準確。</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)等方面的綜合信息，在很大程度上反

15、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。</p><p>　　處理具有很高的醫(yī)學價值和應(yīng)用前景。但人體的生物信號多屬于強噪聲背景下的低頻的弱信號, 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>　　第二章 硬件電路設(shè)計</p><p>　　2.1 AT89C2051主要性能</p&

16、gt;<p>　　AT89C2051是ATMEL公司生產(chǎn)的帶2K字節(jié)閃速可編程可擦除只讀存儲器(EEPROM)的8位單片機,它具有如下主要特性：</p><p>　　（1）和MCS-51產(chǎn)品的兼容 </p><p>　?。?）2K字節(jié)可重編程閃速存儲器 </p><p>　?。?）耐久性：1,000寫／擦除周期 </p><p&

17、gt;　?。?）2.7V～6V的操作范圍 </p><p><b>　?。?）全靜態(tài)</b></p><p>　　圖2-1 AT89C2051的結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　操作：0Hz～24MHz ·兩級加密程序存儲器 ·128×8位內(nèi)部RAM ·15根可編程I/O引線 ·兩個16

18、位定時器/計數(shù)器 ·六個中斷源 ·可編程串行UART通道 ·直接LED驅(qū)動輸出 ·片內(nèi)模擬比較器 ·低功耗空載和掉電方式·和MCS-51產(chǎn)品的兼容 ·2K字節(jié)可重編程閃速存儲器 ·耐久性：1,000寫／擦除周期 ·2.7V～6V的操作范圍 ·全靜態(tài)操作：0Hz～24MHz ·兩級加密程序存儲器 ·

19、128×8位內(nèi)部RAM ·15根可編程I/O引線 ·兩個16位定時器/計數(shù)器 ·六個中斷源 ·可編程串行UART通道 ·直接LED驅(qū)動輸出 ·片內(nèi)模擬比較器 ·低功耗空載和掉電方式·和MCS-51產(chǎn)品的兼容 ·2K字節(jié)可重編程閃速存儲器 ·耐久性：1,000寫／擦除周期 ·2.7V～6V的操作范圍

20、 ·全靜態(tài)操作：0Hz～24MHz ·兩級加密程序存儲器 ·128×8位內(nèi)部RAM ·15根可編程I/O引線 ·兩個16位定時器/計數(shù)器 ·六個中斷源 ·可編程串行UART通道 ·直接LED驅(qū)動輸出 ·片內(nèi)模擬比較器 ·低</p><p>　　2.2  AT89C2051的結(jié)

21、構(gòu)框圖</p><p>　　AT89C2051是一帶有2K字節(jié)閃速可編程可擦除只讀存儲體(EEPROM)的低電壓,高性能8位CMOS微型計算機。如圖10.2所示。它采用ATMEL的高密非易失存儲技術(shù)制造并和工業(yè)標準MCS—51指令集和引腳結(jié)構(gòu)兼容。通過在單塊芯片上組合通用的CPL1和閃速存儲器,ATMEL AT89C2051是一強勁的微型計算機,它對許多嵌入式控制應(yīng)用提供一高度靈活和成本低的解決辦法。</p

22、><p>　　圖2-2 AT89C2051內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　此外,從AT89C2051內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖也可看出,其內(nèi)部結(jié)構(gòu)與8051內(nèi)部結(jié)構(gòu)基本一致（除模擬比較器外）,引腳RST、XTAL1、XTAL2的特性和外部連接電路也完全與51系列單片機相應(yīng)引腳一致,但P1口、P3口有其獨特之處。</p><p>　　2.3  AT89C2051的引腳說明&

23、lt;/p><p>　　AT89C2051是一個有20個引腳的芯片,引腳如圖10.1所示,與8051內(nèi)部結(jié)構(gòu)進行對比可發(fā)現(xiàn),AT89C2051減少了兩個對外端口（即P0、P2口）,使它最大可能地減少了對外引腳,因而芯片尺寸有所減少。</p><p>　　AT89C2051芯片的20個引腳功能為：</p><p>　　1. Vcc：電源電壓。</p><

24、;p>　　2. GND：地。 </p><p>　　3. P1口：P1口是一8位雙向I/O口?？谝_P1.2～P1.7提供內(nèi)部上拉電阻。 P1.0和P1.1要求外部上拉電阻。P1.0和P1.1還分別作為片內(nèi)精密模擬比較器的同相輸入(AIN0)和反相輸入（AIN1)。P1口輸出緩沖器可吸收20mA電流并能直接驅(qū)動LED顯示。當P1口引腳寫入“1”時,其可用作輸入端。當引腳P1.2～P1.7用作輸入并被外部拉低

25、時,它們將因內(nèi)部的上拉電阻而流出電流(IIL)。 P1口還在閃速編程和程序校驗期間接收代碼數(shù)據(jù)。</p><p>　　4. P3口：P3口的P3.0～P3.5、P3.7是帶有內(nèi)部上拉電阻的七個雙向I/0引腳。P3.6用于固定輸入片內(nèi)比較器的輸出信號并且它作為一通用I/O引腳而不可訪問。P3口緩沖器可吸收20mA電流。當P3口引腳寫入“1”時,它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可用作輸入端。用作輸入時,被外部拉低的P3口引腳

26、將用上拉電阻而流出電流(IIL)。P3口還用于實現(xiàn)AT89C2051的各種功能,如下表10-1所示。P3口還接收一些用于閃速存儲器編程和程序校驗的控制信號。</p><p>　　5. RST：復位輸入。RST一旦變成高電平,所有的I/O引腳就復位到“1”。當振蕩器正在運行時,持續(xù)給出RST引腳兩個機器周期的高電平便可完成復位。每一個機器周期需12個振蕩器或時鐘周期。</p><p>　　6

27、. XTAL1：作為振蕩器反相放大器的輸入和內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入。</p><p>　　7. XTAL2：作為振蕩器反相放大器的輸出。</p><p>　　表1-1  P3口的功能</p><p>　　從上述引腳說明可看出，AT89C2051沒有提供外部擴展存儲器與I/O設(shè)備所需的地址、數(shù)據(jù)、控制信號,因此利用AT89C2051構(gòu)成的單片機應(yīng)用系統(tǒng)不能在

28、AT89C2051之外擴展存儲器或I/O設(shè)備，也即AT89C2051本身即構(gòu)成了最小單片機系統(tǒng)。</p><p><b>　　2.4 復位電路</b></p><p>　　圖2-3 復位電路圖</p><p>　　時鐘電路工作后，在REST管腳上加兩個機器周期的高電平，芯片內(nèi)部開始進行初始復位（如圖2—3）。</p><

29、p><b>　　2.5 振蕩電路</b></p><p>　　圖2-4 振蕩電路圖</p><p>　　本設(shè)計晶振選擇頻率為12MHz，電容選擇30pF如圖（2－4）。經(jīng)計算得單片機工作胡機器周期為：</p><p>　　12×（1÷12M）=1us。</p><p>　　第三章 基本結(jié)

30、構(gòu)模塊</p><p>　　3.1 脈搏波檢測電路</p><p>　　目前脈搏波檢測系統(tǒng)有以下幾種檢測方法：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(yīng)變式脈搏傳感器。近年來, 光電檢測技術(shù)在臨床醫(yī)學應(yīng)用中發(fā)展很快, 這主要是由于光能避開強烈的電磁干擾, 具有很高的絕緣性, 且可非侵入地檢測病人各種癥狀信息。用光電法提取指尖脈搏光信息受到了從事生物醫(yī)學儀器工作的專家和

31、學者的重視。本系統(tǒng)設(shè)計了指套式的透射型光電傳感器, 實現(xiàn)了光電隔離,減少了對后級模擬電路的干擾，結(jié)構(gòu)如圖1 所示。</p><p>　　圖3-1 透射式光電傳感器圖</p><p>　　傳感器由發(fā)光二級管和光敏二極管組成, 其工作原理是: 發(fā)光二極管發(fā)出的光透射過手指,經(jīng)過手指組織的血液吸收和衰減，由光敏二極管接收。由于手指動脈血在血液循環(huán)過程中呈周期性的脈動變化，所以它對光的吸收和衰減

32、也是周期性脈動的, 于是光敏二極管輸出信號的變化也就反映了動脈血的脈動變化。</p><p>　　3.2 脈搏信號拾取電路</p><p>　　如圖2所示，IClA為單位增益緩沖器，用于產(chǎn)生2.5V的基準電壓。 </p><p>　　圖3-2 信號拾取器圖</p><p>　　紅外接收二極管在紅外光的照射下能產(chǎn)生電能，單個二極管能產(chǎn)

33、生O.4 V電壓，0.5 mA電流。BPW83型紅外接收二極管和IR333型紅外發(fā)射二極管工作波長都是940 nm，在指夾中，紅外接收二極管和紅外發(fā)射二極管相對擺放以獲得最佳的指向特性。紅外發(fā)射二極管中的電流越大，發(fā)射角度越小，產(chǎn)生的發(fā)射強度就越大。在圖l中，RO選100 Ω是基于紅外接收二極管感應(yīng)紅外光靈敏度考慮的。R0過大，通過紅外發(fā)射二極管的電流偏小，BPW83型紅外接收二極管無法區(qū)別有脈搏和無脈搏時的信號。反之，R0過小，通過的

34、電流偏大，紅外接收二極管也不能準確地辨別有脈搏和無脈搏時的信號。當紅外發(fā)射二極管發(fā)射的紅外光直接照射到紅外接收二極管上時，IC1B的反相輸入端電位大于同相輸入端電位，Vi為“O”。當手指處于測量位置時，會出現(xiàn)二種情況：一是無脈期。雖然手指遮擋了紅外發(fā)射二極管發(fā)射的紅外光，但是，由于紅外接收二極管中存在暗電流，仍有l(wèi)μA的暗電流會造成Vi電位略低于2.5 V。二是有脈期。當有跳動的脈搏時，血脈使手指透光性變差，紅外接收二極管中的暗電流減小

35、，Vi電位上升。</p><p>　　由此看來，所謂脈搏信號的拾取實際上是通過紅外接收二極管，在有脈和無脈時暗電流的微弱變化，再經(jīng)過IClB的放大而得到的。所拾取的信號為2μV左右的電壓信號。</p><p>　　3.3 信號放大</p><p>　　按人體脈搏在運動后最高跳動次數(shù)達240次/分計算來設(shè)計低通放大器，它由IC2A和C04等組成，如圖2所示。轉(zhuǎn)折頻

36、率由R07、C04、R08和C05決定，放大倍數(shù)由R08和R06的比值決定。</p><p>　　圖3-3 低通濾波器圖</p><p>　　根據(jù)二階低通濾波器的傳遞函數(shù)，可得</p><p><b>　?。?）</b></p><p>　　放大倍數(shù)為 H=-R08/R06 =-22

37、 （2）</p><p>　　取0.707倍零頻增益計算高頻轉(zhuǎn)折頻率，即</p><p>　　fH = 7.7Hz （3）</p><p>　　按人的脈搏最高為4 Hz考慮，低頻特性是令人滿意的。</p><p>　　需要說明的

38、是，以上分析是在忽略C03的條件下做出的，如果考慮C03的話，那么：</p><p>　　由此可見，C03沒有影響頻率特性的分析，它的作用只是隔直。</p><p>　　二級放大器兼比較器如圖4所示。Rpll用以調(diào)整系統(tǒng)的放大倍數(shù)，C06用以防止放大器自激。采用二級放大，零點漂移不很明顯，在O.1 V左右。所以將比較器的閾值電壓設(shè)計成O.25 V，以確保濾除干擾信號。采用比較器的好處是能有

39、效地克服零點漂移所造成的影響，提高測量的準確性。</p><p>　　圖3-4 二級放大器和比較器圖</p><p>　　3.4 波形整形部分</p><p>　　波形整形電路如圖5所示，IC3A是CD4528型單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器，有效脈寬為0.05 s．其寬度由R22和C20決定。IC3B也組成一個單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器，脈寬為240ms。D2、Dl和T3等組成一個

40、或非門，只有C，E兩點均為低電平時，信號放大器整機輸出才是高電平。設(shè)計這個電路的目的是為了在輸出端輸出一個窄脈沖，并且要在由R13和C07決定的時間內(nèi)任何信號都不會干擾輸出。R23和C21充電時間的長短決定了計數(shù)脈沖的寬度，一般不希望它太寬。波形整形時序如圖6所示。</p><p>　　圖3-5 波形整形線路圖</p><p>　　第四章 整體電路分析</p><p

41、>　　4.1 光發(fā)射電路</p><p>　　經(jīng)實驗可知,采用GaAs紅外發(fā)光二極管作為光源時，可基本抑制由呼吸運動造成的脈搏波曲線的漂移。脈搏波檢測以光電檢測技術(shù)為基礎(chǔ)，因此受周圍雜散光、暗電流等各種干擾影響較大。為了克服這一問題本系統(tǒng)采用脈沖振幅光調(diào)制技術(shù)。脈沖調(diào)制傳送的是調(diào)制信號的采樣值，只要采樣頻率奈奎斯特采樣頻率，則可由采樣脈沖來恢復原信號，而不會導致失真。系統(tǒng)對紅外二極管的驅(qū)動脈沖信號的頻率選

42、定為工頻整數(shù)倍400Hz以降低工頻干擾。脈沖載波由ADuC841內(nèi)部16位數(shù)模轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生。為了保證紅外發(fā)光二極管的光源穩(wěn)定，本文采用運放op495和NPN型三極管作為恒流源電路向發(fā)光二極管提供穩(wěn)定的工作電流，光源驅(qū)動電路如圖4-1所示。</p><p>　　4.2 光電轉(zhuǎn)換電路</p><p>　　光敏二極管的特性是將光信號轉(zhuǎn)換為電流，而隨后的A/D轉(zhuǎn)換電路是以電壓為檢測對象。因此，接收

43、電路中應(yīng)采用電流電壓變換電路，將電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號。運算放大器與電阻R形成電流電壓變換電路，如圖4-2所示。（圖中S_GND為信號地，運算放大器工作正負電源為5V、0V，為避免信號丟失，將信號抬高至VS_GND=1V。）電路輸出電壓。</p><p>　　圖4-1 發(fā)光二極管驅(qū)動電路圖</p><p>　　圖4-2 光敏二極管的電流電壓轉(zhuǎn)換電路圖</p><p&

44、gt;　　4.3 信號采集及處理系統(tǒng) </p><p>　　由于光電脈搏波屬于緩慢變化的微弱生理信號，信噪比低，極易受到環(huán)境噪聲和肢體運動的干擾。傳統(tǒng)的光電脈搏波信號檢測電路都采用高增益放大器，以獲得較高的檢測靈敏度，這種設(shè)計思路導致了檢測信號動態(tài)范圍縮小，在受到運動干擾時，將導致由于干擾信號而帶來的光電脈搏波信號檢測的飽和失真。本系統(tǒng)采用過采樣技術(shù)，通過對信號的高速采樣來提高采樣精度，相當于用高分辨率的ADC

45、對信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，達到了提高信噪比并改善動態(tài)范圍的效果。因此本系統(tǒng)對經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換后的信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換而不需要任何信號調(diào)理（放大和濾波）電路。</p><p>　　4.4 過采樣技術(shù)的應(yīng)用</p><p>　　所謂過采樣技術(shù)是指以遠遠高于奈奎斯特(Nyquist)采樣頻率的頻率對模擬信號進行采樣的方法。由信號采樣量化理論可知，若輸入信號的最小幅度大于量化器的量化電平△，并且輸入信號的幅度

46、隨機分布，則量化噪聲的總功率是一個常數(shù)，在0～fs／2的頻帶范圍內(nèi)均勻分布[8]。因此量化噪聲電平與采樣頻率成反比，如果提高采樣頻率，則可以降低量化噪聲電平，而由于基帶是固定不變的，因而減少了基帶范圍內(nèi)的噪聲功率，提高了信噪比，從而提高分辨率，并且采樣頻率每提高4倍，則信噪比提高4倍，相當于A/DC的分辨率提高1位。</p><p>　　本文設(shè)計的脈搏檢測系統(tǒng)正是利用了這一原理，在A/DC過采樣之后進行數(shù)字濾波，

47、大部分噪聲被數(shù)字濾波器濾掉，這樣量化噪聲就降低了，即提高了系統(tǒng)信噪比。系統(tǒng)采用FIR結(jié)構(gòu)的滑動平均濾波器，在過采樣之后對數(shù)據(jù)進行數(shù)字抽取濾波。滑動平均濾波器系統(tǒng)傳遞函數(shù)為。</p><p>　　該濾波器的作用是濾波、抽取和抗混疊。濾波器為一個數(shù)字低通濾波器，主要是濾除采樣信號頻帶以外的高頻量化噪聲，并維持信號頻帶以內(nèi)的信號基本不變，相當于增加了數(shù)字信號的有效分辨率；抽取是將采樣得到的高速低分辨率的數(shù)字信號的抽樣頻

48、率降至奈奎斯特采樣頻率，進而完成高分辨率數(shù)字信號的重構(gòu)；抗混疊主要是濾除降低取樣頻率后可能出現(xiàn)的混疊噪聲。</p><p>　　本文利用ADμC841單片機內(nèi)部的12位ADC對光電轉(zhuǎn)換后的0～2.5V 的電信號進行采樣，由于本身具有一定的分辨率，要求的過采樣倍數(shù)不會太高，ADC的速度可以滿足應(yīng)用。而數(shù)字濾波和抽取均通過軟件來實現(xiàn)，配置靈活。</p><p>　　4.5 整體硬件電路設(shè)計&

49、lt;/p><p>　　電路的原理圖見圖4-3。電路由傳感器電路、信號放大和整形電路、單片機電路、數(shù)碼顯示電路等部分組成。</p><p>　　圖4-3 電路的原理圖</p><p>　　傳感器主要由紅外線發(fā)射二極管和接收二極管組成，測量的原理如下：將手指放在紅外線發(fā)射二極管和接收二極管中間，隨著心臟的跳動，血管中血液的流量將發(fā)生變化。由于手指放在光的傳遞路徑中，血管

50、中血液飽和程度的變化將引起光的強度發(fā)生變化，因此和心跳的節(jié)拍相對應(yīng)，紅外接收二極管的電流也跟著改變，這就導致紅外接收二極管輸出脈沖信號。脈沖信號由F1~F3、R3~R5、C1、C2等組成的低通放大器進行放大，再經(jīng)由F4、R6、R7、C3組成的放大器進一步放大，其輸出信號送給由F5、F6、RP1、R8等組成的施密特觸發(fā)器進行整形后輸出，輸出的脈沖信號作為單片機的外部中斷信號。可變電阻RP1用來調(diào)整施密特觸發(fā)器的閥值電壓，從而調(diào)整電路的靈敏

51、度。</p><p>　　AT89C2051、X1、R10、C5等組成單片機電路。單片機電路對P3.2輸入的脈沖信號進行計算處理后把結(jié)果送到數(shù)碼管顯示。發(fā)光二極管VD3作脈搏測量狀態(tài)顯示，脈搏每跳動一次發(fā)光二極管就點亮一次。</p><p>　　數(shù)碼管DS1~DS3、VT1~VT3、R12~R21等組成數(shù)碼顯示電路。本機采用動態(tài)掃描顯示的方式，使用共陽數(shù)碼管， P3.3-P3.5口作三個數(shù)

52、碼管的動態(tài)掃描位驅(qū)動碼輸出，通過三極管驅(qū)動數(shù)碼管。P1.0-P1.6口作數(shù)碼顯示七段筆劃字形碼的輸出，用以驅(qū)動數(shù)碼管的各字段。</p><p><b>　　第五章 軟件設(shè)計</b></p><p><b>　　5.1 程序設(shè)計</b></p><p>　　本系統(tǒng)的硬件平臺的核心為ADuC841，其片內(nèi)微控制器是一個優(yōu)化

53、的單指令周期8052 閃存MCU，它的指令系統(tǒng)保持與8051指令系統(tǒng)兼容。ADuC內(nèi)程序主要功能為：</p><p><b>　　（1）系統(tǒng)初始化；</b></p><p>　?。?）改變DAC0電平狀態(tài)，驅(qū)動紅外光二極管；</p><p>　?。?）管理ADC進行數(shù)據(jù)采集；</p><p>　　（4）數(shù)字濾波處理；&l

54、t;/p><p>　?。?）與中央監(jiān)測系統(tǒng)或計算機進行實時數(shù)據(jù)傳輸。</p><p>　　本文選用ADI公司的單片機ADC841，其內(nèi)部集成了速度可達400k的12位逐次逼近型ADC，模擬輸入范圍是0－2.5v，則分辨率為0.6mv/LSB。從軟件需求和單片機速度出發(fā)，將ADC采樣率fs定為102.4kHz，為便于計算，將過采樣倍數(shù)k定為64，則下抽取后采樣率為f為：fs/k=1600Hz，是

55、頻率為400Hz載波的四倍，滿足奈奎斯特采樣定理。由于過采樣倍數(shù)k為64，按每提高4倍采樣率就能提高一位分辨率來計算，獲得的ADC有效分辨率能提高3位，最后能達到約15位精度，其分辨率可達到0.0763mv/LSB。</p><p>　　過采樣和數(shù)字濾波的實現(xiàn)都是在AD中斷服務(wù)程序中實現(xiàn)的。集成于單片機上的ADC由定時器2產(chǎn)生用于A/D轉(zhuǎn)換的重復觸發(fā)信號，因此需要通過設(shè)置T2寄存器重新裝載的值來獲得102.4kH

56、z的采樣率，參考信號取自片上自帶的2.5V基準電壓，設(shè)置ADCCON1＝#0B2H，ADCCON2＝#00H。定時器2是一個具有16位自動重裝載功能的定時器，作定時器用時，TH2和TL2計的是機器周期數(shù)，TH2和TL2內(nèi)容的自動重裝載通過寄存器RCAP2H和RCAP2L來實現(xiàn)。對這四個寄存器都進行初始化，自動裝載值為#0FFCAH。</p><p>　　在數(shù)據(jù)采集中, 為了保證采集數(shù)據(jù)的不失真和適當?shù)木_度, 必

57、須選擇合適的采樣頻率。人體脈搏正常跳動約為60次/ 分左右,即跳動頻率在1Hz 左右，本系統(tǒng)為了更好的消除50Hz工頻干擾，系統(tǒng)以50Hz的數(shù)據(jù)輸出率對數(shù)據(jù)進行下抽取，抽樣比為2048。中斷程序中的數(shù)字處理包括如下步驟：(1)將脈沖載波的高電平時段內(nèi)的數(shù)據(jù)累加2048/（2*64）＝16次，(2)將脈沖載波低電平時段內(nèi)的數(shù)據(jù)累加2048/（2*64）＝16次,(3)用步驟(1)中的數(shù)據(jù)減去步驟(2)中的數(shù)據(jù)，便得到了解調(diào)后以50Hz的數(shù)

58、據(jù)輸出率輸出的一個數(shù)據(jù)點。經(jīng)過上述對信號的解調(diào)，有效去除背景光、雜散光的干擾。程序同時實現(xiàn)了過采樣算法中的濾波和下抽取。</p><p>　　脈率計算程序包括如下步驟：將得到的數(shù)據(jù)以雙字節(jié)存入ADC841的XRAM中（2304字節(jié)）。從0000H 開始,在60個樣本數(shù)據(jù)中尋找最大值, 并確定其位置即波峰位置, 之后尋找緊挨著它的第二個波峰,采用軟件計數(shù)器計算兩者間的距離即其點數(shù)，然后按照脈率計算公式：脈率＝采樣頻

59、率/ 相鄰兩波峰×60 ＝50×60/ 相鄰兩波峰，計算出脈率, 并將其存儲。</p><p>　　當脈搏檢測系統(tǒng)與中央監(jiān)測系統(tǒng)或計算機進行實時數(shù)據(jù)傳輸時，通過設(shè)置定時器T3的控制寄存器T3CON為#86H，T3FD為 08H，得到9600的串口波特率。ADuC841發(fā)送握手信號與系統(tǒng)機建立通信，當握手成功后，系統(tǒng)開中斷并將轉(zhuǎn)換處理后的數(shù)據(jù)送交系統(tǒng)應(yīng)用程序進行處理。所得到的光電脈搏波波形如圖5

60、-1所示。</p><p>　　圖5-1 光電脈搏波波形顯示圖</p><p><b>　　結(jié)束語</b></p><p>　　脈搏檢測中關(guān)鍵技術(shù)是傳感器的設(shè)計與傳感器輸出的微弱信號提取問題, 本文設(shè)計的脈搏波檢測系統(tǒng)以光電檢測技術(shù)為基礎(chǔ)，并采用了脈沖振幅光調(diào)制技術(shù)消除周圍雜散光、暗電流等各種干擾的影響。并利用過采樣技術(shù)和數(shù)字濾波等數(shù)字信號處

61、理方法，代替實現(xiàn)模擬電路中的放大濾波電路的功能。本系統(tǒng)模擬電路簡單，由ADC841芯片實現(xiàn)脈搏信號采集，信號處理和脈搏次數(shù)的計算等功能，因此體積小，功耗低，系統(tǒng)穩(wěn)定性高。本系統(tǒng)可實現(xiàn)脈搏波的實時存儲并可實現(xiàn)與上位機(PC 機)的實時通訊, 因此可作為多參數(shù)病人中心監(jiān)護系統(tǒng)的一個模塊完成心率檢測和脈搏波形顯示。</p><p>　　當該放大器用于集群脈搏測量儀時，一定要注意不同信號通道之間的相互影響，建議把各個放大

62、器的電源分開。此外，測量通道需要一個開關(guān)電路，當指夾懸空時，這個開關(guān)電路關(guān)閉單穩(wěn)態(tài)電路，切斷信號通路，防止亂計。幾年的生產(chǎn)實踐證明，該放大處理電路穩(wěn)定可靠。下面是筆者在設(shè)計中獲得的一些體會。采用二級放大好于三級放大，個別三級放大電路板的零點漂移大得足以達到滿幅，使得測量不準確。每個單級放大器放大倍數(shù)最好不要大于30，以免自激振蕩。本信號放大器的高頻轉(zhuǎn)折頻率由C05、C04、R07、R08和R06決定，C05、C04通常選聚丙烯電容器或聚

63、碳酸酯電容器，R07、R08和R06通常選金屬膜五色環(huán)電阻。</p><p>　　IClA、R02和R03組成電壓跟隨器，設(shè)計值為2.5V，精確度由R02和R03決定，最好用金屬膜五色環(huán)電阻器。隔直電容器C03的漏電要小，選用鉭電解電容器為佳。IClA和IC1B要選用偏置電流小、輸入失調(diào)電壓小的運算放大器?？紤]到性價比，筆者使用了TLC2264和TLC2262。</p><p>　　通過這

64、次畢業(yè)設(shè)計，加強了我動手、思考和解決問題的能力。我覺得做畢業(yè)設(shè)計同時也是對課本知識的鞏固和加強，平時看課本時，有時問題老是弄不懂，做完設(shè)計，那些問題就迎刃而解了。而且還可以記住很多東西。比如PLC的功能，平時看課本，這次看了，下次就忘了，主要是因為沒有動手實踐過吧！認識來源于實踐，實踐是認識的動力和最終目的，實踐是檢驗真理的唯一標準。作為畢業(yè)的學生，能夠搞這樣的關(guān)于PLC技術(shù)的設(shè)計，確實從中學到了很多的知識。在項目設(shè)計方面，打破了以往單

65、純?yōu)榻鉀Q問題的觀念，樹立了良好的項目設(shè)計思想。在內(nèi)容設(shè)計方面，比較深入的學習了PLC方面的知識，補充了自己知識上的不足，更重要的是給自己找到了一個發(fā)展的方向。</p><p>　　在這個過程中，受到了我們老師和同學的熱切關(guān)注和耐心輔導，特別xx老師對我進行了系統(tǒng)的講解和指導，對設(shè)計提出了很多建設(shè)性的意見及建議，對我的設(shè)計起到了指導性和決定性的作用，使我深刻的體會到了良師益友給我?guī)淼膸椭诖吮硎旧钌畹母兄x！感謝

66、xx老師給了我們這個機會去更深層次的學習對于PLC的理解能力和分析設(shè)計能力，感謝這次畢業(yè)設(shè)計帶給我的豐收的碩果，感覺系統(tǒng)的總結(jié)了3年來所學的專業(yè)知識很有用途，同時激發(fā)了我對于PLC這個領(lǐng)域的極大興趣，我將以此為起點，去更加努力的學習深造爭做PLC領(lǐng)域的專業(yè)人才，為自己爭光，為母校添彩。</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　在這次畢業(yè)設(shè)計的

67、過程中，我的指導老師xx老師給予了我很大的幫助，提供了相關(guān)的資料，對我的畢設(shè)作品給予了指導和支持。使我順利圓滿的完成了此次畢業(yè)設(shè)計。在此，向xx老師表示衷心的感謝！同時，也要感謝學院提供計算機等設(shè)施，使我的設(shè)計得以順利完成。</p><p>　　寒窗幾載，春花秋實。大學三年是我一生的重要階段，是學習專業(yè)知識及提高各方面能力為以謀生發(fā)展的重要階段。從跨入大學的校門的那一刻起我就把這一信念做為人生的又一座右銘。<

68、;/p><p>　　古人云：預則立，不預則廢。祖先曾經(jīng)教導我們：一年之計在于春，一日之計在于晨。作為即將走向社會的我們又何嘗不是如此？一個沒有規(guī)劃的人生，就象一場沒有球門的足球賽，一場亂踢；一個沒有規(guī)劃的人生，就象一葉在茫茫大海上漫無目標的小舟，隨波飄蕩。在我們即將走向社會的時候，我們必須對自己的職業(yè)生涯進行規(guī)劃。羅素曾說：選擇職業(yè)就是選擇你自己的將來。因此我們要針對社會需要，結(jié)合自身的情況及早做好相應(yīng)準備，為我們走

69、向社會打下堅實的基礎(chǔ)。俗話說：磨刀不誤砍柴功。為適應(yīng)社會需要，促進自我發(fā)展，我們除了學好本專業(yè)外，還應(yīng)輔修相關(guān)轉(zhuǎn)業(yè)知識，積極參加社會實踐活動，培養(yǎng)工作能力，努力提高綜合素質(zhì)，同時努力培養(yǎng)特長，形成自身競爭優(yōu)勢。</p><p>　　最后，再次感謝學院給了我們機會，以及電子信息工程系的各位老師和許多的朋友、同學在各個方面給予了我很多的幫助和支持，讓我堅持到了最后，謝謝你們！</p><p>

70、<b>　　參考文獻</b></p><p>　　1. 歐陽俊.基于BL-410 的指端脈搏波采集系統(tǒng)應(yīng)用研究.2004.第11卷第2期</p><p>　　2. 韓文波.光電式脈搏波監(jiān)測系統(tǒng).長春光學精密機械學院學報.1999.第22卷第4期</p><p>　　3. 朱國富，廖明濤，王博亮.袖珍式脈搏波測量儀.電子技術(shù)應(yīng)用.1998.第1期

71、</p><p>　　4. 劉云麗，徐可欣等.微功耗光電式脈搏測量儀.電子測量技術(shù).2005.第二期</p><p>　　5. 程詠梅，夏雅琴，尚嵐.人體脈搏波信號檢測系統(tǒng).北京生物醫(yī)學工程.2006.第25卷</p><p>　　6. 劉文，楊欣，張鎧麟.基于AT89C2051單片機的指脈檢測系統(tǒng)的研究.醫(yī)療裝備.2005</p><p>

72、　　7. 張毅坤.單片微型計算機原理及應(yīng)用. 西安電子科技大學出版社. 1998.9第1版</p><p>　　8．任為民.電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計. 中央廣播電視大學出版社.1997年5月第1版</p><p>　　9. 朱月秀.單片機原理與應(yīng)用.科學出版社.2004.2</p><p>　　10. 李世馨.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ).高等教育出版社.2001.12 3<

73、/p><p><b>　　附錄</b></p><p><b>　　程序源代碼</b></p><p>　　#include <reg51.h></p><p>　　unsigned char i,j,t,m,DelayTime,DispBuf[3]；</p><p>

74、;　　unsigned int n,mb；</p><p>　　unsigned char code</p><p>　　BitTab[3]={0xf7,0xef,0xdf}； //位驅(qū)動碼</p><p>　　unsigned char code</p><p>　　DispTab[10]={0x81,0xcf,0x92,0x86,0xc

75、c,0xa4,0xa0,0x8f,0x80,0x84}； //字形碼</p><p>　　sbit P3_0=P3^0；</p><p>　　void delay(DelayTime)；</p><p>　　main() //主程序</p><p><b>　　{</b></p>&

76、lt;p>　　TMOD=0x01；//定時器T0工作于方式1</p><p><b>　　TH0=0xec；</b></p><p>　　TL0=0x78；//T0定時時間為5ms</p><p>　　IE=0X83； //開中斷</p><p>　　IT0=1； //外部中斷0為邊沿觸發(fā)方式</

77、p><p>　　TR0=1； //開定時器T0</p><p>　　for( ) //脈搏指示燈控制</p><p><b>　　{</b></p><p>　　if(P3_0==0)</p><p><b>　　{</b></p><p>　

78、　delay(200);</p><p><b>　　P3_0=1;</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　externa

79、l0() interrupt 0//外部中斷服務(wù)程序</p><p><b>　　{</b></p><p>　　P3_0=0； //點亮指示燈</p><p><b>　　if(n==0)</b></p><p><b>　　mb=0；</b></p&

80、gt;<p><b>　　else</b></p><p>　　mb=12000/n； //計算每分鐘脈搏數(shù)</p><p>　　DispBuf[2]=mb%10； //取個位數(shù)</p><p><b>　　mb=mb/10;</b></p><p>　　DispBuf[1]

81、=mb%10； //取十位數(shù)</p><p>　　DispBuf[0]=mb/10； //取百位數(shù)</p><p><b>　　n=0；</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　Timer0() interrupt 1 //定時中斷服務(wù)程序</p>&l

82、t;p><b>　　{</b></p><p><b>　　TH0=0xec；</b></p><p><b>　　TL0=0x78；</b></p><p>　　t=BitTab[j]； //取位值</p><p>　　P3=P3|0x38； //P3.3-P3.

83、5送1</p><p>　　P3=P3&t； //P3.3-P3.5輸出取出的位值</p><p>　　t=DispBuf[j]； //取出待顯示的數(shù)</p><p>　　t=DispTab[t]； //取字形碼</p><p>　　P1=t； //字型碼由P3輸出顯示</p><p>　　

84、j++； //j作為數(shù)碼管的計數(shù)器,取值0-2,顯示程序通過它確認顯示哪個數(shù)碼管</p><p><b>　　if(j==3)</b></p><p><b>　　j=0；</b></p><p><b>　　n++；</b></p><p>　　if(n==2000)

85、//10秒鐘測不到心率,n復位</p><p><b>　　n=0；</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　void delay(DelayTime)//延時子程序</p><p><b>　　{</b></p><p>