基于单片机的脉搏测量仪设计论文(编辑修改稿)

基于单片机的脉搏测量仪设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

V c c 图 STC89C52 单片机结构图 STC89C52 单片机主要特性 1. 一个 8 位的微处理器 (CPU)。 2. 片内数据存储器 RAM(128B)，用以存放可以读／写的数据，如运算的中间结果、最终结果以及欲显示的数据等， SST89 系列单片机最多提供 1K 的 RAM。 3. 片内程序存储器 ROM(4KB)，用以存放程序、一些原始数据和表格。 但也 8 有一些单片机内部不带 ROM/EPROM，如 8031， 8032， 80C31 等。 目前单片机的发展趋势是将 RAM 和 ROM 都集成在单片机里面，这样既方便了用户进行设计又提高了系统的抗干扰性。 SST 公司推出的 89 系列单片机分别集成了 16K、32K、 64K Flash 存储器，可供用户根据需要选用。 4. 四个 8 位并行 I／ O 接口 P0~P3，每个口既可以用作输入，也可以用作输出。 5. 两个定时器／计数器，每个定时器／计数器都可以设置成计数方式，用以对外部事件进行计数，也可以设置成定时方式，并可以根据计数或定时的结果实现计算机控制。 为方便设计串行通信，目前的 52 系列单片机都会提供 3 个 16 位定时器 /计数器。 6. 五个中断源的中断控制系统。 现在新推出的单片机都不只 5 个中断源，例如 SST89E58RD 就有 9 个中断源。 7. 一个全双工 UART(通用异步接收发送器 )的串行 I／ O 口，用于实现单片机之间或单机与微机之间的串行通信。 8. 片内振荡器和时钟产生电路，但石英晶体和微调电容需要外接。 最高允许振荡频率为 12MHz。 SST89V58RD 最高允许振荡频率达 40MHz，因而大大的提高了指令的执行速度。 12345678RESET91011121314151617XTAL218XTAL119VSS202122232425262728PSEN29ALE30EA313233343536373839VCC40U5单片机 图 STC89C52 单片机管脚图 STC89C52 单片机管脚如图 所示，部分引脚说明： 9 1．时钟电路引脚 XTAL1 和 XTAL2： XTAL2(18 脚 )：接外部晶体和微调电容的一端；片内它是振荡电路反相放大器的输出端，振荡电 路的频率就是晶体固有频率。 若需采用外部时钟电路时，该引脚输入外部时钟脉冲。 要检查振荡电路是否正常工作，可用示波器查看 XTAL2 端是否有脉冲信号输出。 XTAL1(19 脚 )：接外部晶体和微调电容的另一端；在片内它是振荡电路反相放大器的输入端。 在采用外部时钟时，该引脚必须接地 [7]。 2．控制信号引脚 RST,ALE,PSEN 和 EA： RST/VPD(9 脚 )： RST 是复位信号输入端，高电平有效。 当此输入端保持备用电源的输入端。 当主电源 Vcc 发生故障，降低到低电平规定值时，将＋ 5V 电源自动两个机器周 期 (24 个时钟振荡周期 )的高电平时，就可以完成复位操作。 RST 引脚的第二功能是 VPD,即接入 RST 端，为 RAM 提供备用电源，以保证存储在 RAM 中的信息不丢失，从而合复位后能继续正常运行。 ALE/PROG(30 脚 )：地址锁存允许信号端。 当 8051 上电正常工作后， ALE 引脚不断向外输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率 fOSC 的 1/6。 CPU 访问片外存储器时， ALE 输出信号作为锁存低 8 位地址的控制信号。 平时不访问片外存储器时， ALE 端也以振荡频率的 1/6 固定输出正脉冲，因而 ALE 信号 可以用作对外输出时钟或定时信号。 如果想确定 8051/8031 芯片的好坏，可用示波器查看 ALE 端是否有脉冲信号输出。 如有脉冲信号输出，则8051/8031 基本上是好的。 ALE 端的负载驱动能力为 8 个 LS 型 TTL(低功耗甚高速 TTL)负载。 此引脚的第二功能 PROG 在对片内带有 4KB EPROM 的 8751 编程写入 (固化程序 )时，作为编程脉冲输入端。 PSEN(29 脚 )：程序存储允许输出信号端。 在访问片外程序存储器时，此端定时输出负脉冲作为读片外存储器的选通信号。 此引肢接 EPROM 的 OE 端 (见后面几章任何一个小系统硬件图 )。 PSEN 端有效，即允许读出 EPROM／ ROM 中的指令码。 PSEN 端同样可驱动 8 个 LS 型 TTL 负载。 要检查一个 8051/8031 小系统上电后 CPU 能否正常到 EPROM／ ROM 中读取指令码，也可用示波器看PSEN 端有无脉冲输出。 如有则说明基本上工作正常。 10 EA/Vpp(31 脚 )：外部程序存储器地址允许输入端 /固化编程电压输入端。 当EA 引脚接高电平时， CPU 只访问片内 EPROM/ROM 并执行内部程序存储器中的指令，但当 PC(程序计数器 )的值超过 0FFFH(对 8751/8051 为 4K)时，将自动转去执行片外程序存储器内的程序。 当 输入信号 EA 引脚接低电平 (接地 )时， CPU 只访问外部 EPROM/ROM 并执行外部程序存储器中的指令，而不管是否有片内程序存储器。 对于无片内 ROM 的 8031 或 8032,需外扩 EPROM，此时必须将EA 引脚接地。 此引脚的第二功能是 Vpp 是对 8751 片内 EPROM 固化编程时，作为施加较高编程电压 (一般 12V～ 21V)的输入端 [8]。 3．输入 /输出端口 P0/P1/P2/P3： P0 口 (～ ， 39~32 脚 )： P0 口是一个漏极开路的 8 位准双向 I/O 口。 作为漏极开路的输出端口，每位能驱动 8 个 LS 型 TTL 负载。 当 P0 口作为输入口使用时，应先向口锁存器 (地址 80H)写入全 1,此时 P0 口的全部引脚浮空，可作为高阻抗输入。 作输入口使用时要先写 1,这就是准双向口的含义。 在 CPU 访问片外存储器时， P0 口分时提供低 8 位地址和 8 位数据的复用总线。 在此期间，P0 口内部上拉电阻有效。 P1 口 (～ ， 1~8 脚 )： P1 口是一个带内部上拉电阻的 8 位准双向 I/O 口。 P1 口每位能驱动 4 个 LS 型 TTL 负载。 在 P1 口作为输入口使用时，应先向 P1口锁存地址 (90H)写入全 1,此时 P1 口引脚由内部上拉电阻拉成高电平。 P2 口 (～ ， 21~28 脚 )： P2 口是一个带内部上拉电阻的 8 位准双向 I/O口。 P 口每位能驱动 4 个 LS 型 TTL 负载。 在访问片外 EPROM/RAM 时，它输出高 8 位地址。 P3 口 (～ ， 10~17 脚 )： P3 口是一个带内部上拉电阻的 8 位准双向 I/O口。 P3 口每位能驱动 4 个 LS 型 TTL 负载。 P3 口与其它 I/O 端口有很大的区别，它的每个引脚都有第二功能，如下： ： (RXD)串行数据接收。 ： (RXD)串行数据发送。 ： (INT0)外部中断 0 输入。 ： (INT1)外部中断 1 输入。 ： (T0)定时 /计数器 0 的外部计数输入。 ： (T1)定时 /计数器 1 的外部计数输入。 11 ： (WR)外部数据存储器写选通。 ： (RD)外部数据存储器读选通。 STC89C52 单片机的中断系统 STC89C52 系列单片机的中断系统有 5 个中断源， 2 个优先级，可以实现二级中断服务嵌套。 由片内特殊功能寄存器中的中断允许寄存器 IE 控制 CPU 是否响应中断请求；由中断优先级寄存器 IP 安排各中断源的优先级；同一优先级内各中断同时提出中断请求时，由内部的查询逻辑确定其响应次序。 在单片机应用系统中，常常会有定时控制需求，如定时输出、定时检测、定时扫描等；也经常要对外部事件进行计数。 STC89C52 单片机内集成有两个可编程的定时 /计数器： T0 和 T1，它们既可以工作于定时模式，也可以工作于外部事件计数模式，此外， T1 还可以作为串行口的波特率发生器 [9]。 单片机最小系统设计 图 单片机最小系统电路图 图 为单片机最 小系统电路图，单片机最小系统有单片机、时钟电路、复位电路组成，时钟电路选用了 12MHZ 的晶振提供时钟，作用为给单片机提供一个时间基准，其中执行一条基本指令需要的时间为一个机器周期，单片机的复位电路，按下复位按键之后可以使单片机进入刚上电的起始状态。 图中 10K 排阻 12 为 P0 口的上拉电阻，由于 P0 口跟其他 IO 结构不一样为漏极开路的结构，因此要加上拉电阻才能正常使用。 LCD 液晶显示器简介 由于本设计中要求显示界面显示一些参数，因此这里选用了 LCD1602 作为界面显示，可以把一些相关的参数进行显示。 液晶原理介绍 液晶显示器 (LCD)英文全称为 Liquid Crystal Display，它一种是采用了液晶控制透光度技术来实现色彩的显示器。 和 CRT 显示器相比， LCD 的优点是很明显的。 由于通过控制是否透光来控制亮和暗，当色彩不变时，液晶也保持不变，这样就无须考虑刷新率的问题。 显示接口用来显示系统的状态，命令或采集的电压数据。 本系统显示部分用的是 LCD 液晶模块，采用一个 162 的字符型液晶显示模块。 点阵图形式液晶由 M 行 N 列个显示单元组成，假设 LCD 显示屏有 64行，每行有 128 列，每 8 列对应 1 个字节的 8 个位，即每行由 16 字节，共 168=128 个点组成，屏上 6416 个显示单元和显示 RAM 区 1024 个字节相对应，每一字节的内容和屏上相应位置的亮暗对应。 一个字符由 68 或 88 点阵组成，即要找到和屏上某几个位置对应的显示 RAM 区的 8 个字节，并且要使每个字节的不同的位为 „1‟，其它的为 „0‟，为 „1‟的点亮，为 „0‟的点暗，这样一来就组成某个字符。 但对于内带字符发生器的控制器来说，显示字符就比较简单了，可让控制器工作在文本方式，根据在 LCD 上开始显 示的行列号及每行的列数找出显示 RAM 对应的地址，设立光标，在此送上该字符对应的代码即可。 液晶模块简介 LCD1602 液晶模块采用 HD44780 控制器， hd44780 具有简单而功能较强的指令集，可以实现字符移动，闪烁等功能， LM016L 与单片机 MCU 通讯可采用8 位或 4 位并行传输两种方式， hd44780 控制器由两个 8 位寄存器，指令寄存器（ IR）和数据寄存器（ DR）忙标志（ BF），显示数 RAM（ DDRAM），字符发生器 ROMA（ CGOROM）字符发生器 RAM（ CGRAM），地址计数器 RAM(AC)。 IR 用于寄存指令码，只能写入不能读出， DR 用于寄存数据，数据由内部操作自动写入 DDRAM 和 CGRAM,或者暂存从 DDRAM 和 CGRAM 读出的数据， BF 13 为 1 时，液晶模块处于内部模式，不响应外部操作指令和接受数据， DDTAM 用来存储显示的字符，能存储 80 个字符码， CGROM 由 8 位字符码生成 5*7 点阵字符 160 中和 5*10 点阵字符 32 种 .8 位字符编码和字符的对应关系， CGRAM是为用户编写特殊字符留用的，它的容量仅 64 字节，可以自定义 8 个 5*7 点阵字符或者 4 个 5*10 点阵字符， AC 可以存储 DDRAM 和 CGRAM 的地址，如果地址码随指令写入 IR,则 IR 自动把地址码装入 AC，同时选择 DDRAM 或CGRAM， LCD1602 液晶模块的引脚图如图 所示。 图 LCD1602 引脚图 液晶寄存器选择控制如表。 表 寄存器选择控制 RS R/W 操作说明 0 0 写入指令寄存器（清除屏等） 0 1 读 busy flag（ DB7），以及读取位址计数器（ DB0~DB6）值 1 0 写入数据寄存器（显示各字型等） 1 1 从数据寄存器读取数据 液晶显示部分与 STC89C52 的接口 如图 所示。 用 STC89C52 的 P0 口作为数据线，用 、 、 分别作为 LCD 的 EN、 R/W、 RS。 其中 EN 是下降沿触发的片选信号， R/W 是读写信号， RS 是寄存器选择信号本模块设计要点如下：显示模块初始化：首先清屏，再设置接口数据位为 8 位，显示行数为 1 行，字型为 57 点阵，然后设置为整体显示，取消光标和字体闪烁 ,最后设置为正向增量。