电子脉搏计设计毕设论文

电子脉搏计设计毕设论文内容摘要：

89C52 芯片的话，还有编程、调试方便等的特点 [3]。 所以， 最后 选 用 51 系列的单片机 ， 作为 了 主控芯片， 并且 采用了 STC89C52芯片， 作为电子脉搏计 使用 的核心芯片。 显示模块论证与选型 方案一： 在 开题报告中， 开始 一直 是 准备采用 7 段 的 LED 数码管 来 进行显示 的 ，对于 用户 显示数字的 需 求十分合适， 这种显示方式是应 用动态扫描的办法 ，若将单片机与 LED 相互连接 的时候，其 占用的单片机 I/O 口线 比较 少。 由于数码管动态扫描 ，需 要借助 74LS164 移位寄存器 来 进行移位，所以在电路调试的时候 ，仍然 具有很多障碍， 则 不用 LED 的 7 段数码管 来 作为显示元件 [4]。 方案二： 由于方案一中的原因，所以我更改了自己的方案，决定采用 LCD 液晶显示屏， LCD 液晶显示屏可以显示大量 的图形以及文字 ，清晰可辨 ，并且不存在刷新问题。 所以我选择了型号为 LCD1602 的液晶显示屏，这样使得输出结果更好，方便电路调试，只是唯一的缺点就是使用的 I/O 口线比较多， 但是却可以方便地通过交互的界面，更好地进行 监测， 所以 在比较以后 ，采用 LCD1602 型号的液晶显示屏。 山西农业大学信息学院毕业设计 6 3 系统硬件电路设计 信号采集电路设计 信号采集电路是光电传感器将脉搏信号转换为电信号，这种电信号只有几十毫伏，只有对这个电信号进行放大、整形，成为几伏、规则的电信号，使计数器和蜂鸣器处于正常的工作状态。 设计的信号采集电路应是下图的顺序。 图 31 信号采集电路顺序 红外光电传感器 采集信号的部分采用了红外光电传感器，光电传感器核心芯片是发光二极管、光敏二极管，作用是通 过发光二极管发射红外线照射手指，红外线经过手指吸收以及衰减，光敏二极管接收到血液透光性的变化，便可以间接采集脉搏跳动，转化为电信号，下面是红外光电传感器的原理图。 D1LED0MK1光电二极管150RR1+5VAGND33KR2+5VAGND 图 32 红外光电传感器 如图 32 所示，红外 光电传感器 采用了 ST188 型号 ，由 +5V 电源供电， R1为 150Ω， R2 为 33KΩ， 将 手指放在 高发射功率的 发光二极管 以及高灵敏度的 光电二极管 之 间。 发光二极管 先 发射红外线， 继而 光电二极管 来 接收 反射的 信号。 人脉搏跳动 的状态 是呈周期性变化 的 ，动脉血液和循环也是相应具有周期性的，光电传感器 放大滤波电路 整形电路 山西农业大学信息学院毕业设计 7 因此光敏二极管得到的信号反映 了动脉血的脉动变化。 放大滤波电路 10UFC468KR8567B84AMP1BLM358C1680KR4C3R5680KR2C2R310UFC568KR7VCC231A84AMP1ALM358 图 33 放大滤波电路 经过红外光电传感器收集到的脉搏跳动信号， 虽然红外光电传感器相较于压电传感器对外界干扰已经十分微弱， 但是 仍旧需要放大滤波电路进行整合，如图 33 所示， 用 LM358 搭建一个放大、滤波电路，其中 C4 与 R C5 与 R7是电容 电阻组合， 作为高通电路，用来隔绝低频的干扰 ； R4 与 C R2 与 C2是电阻 电容组合， 作为低通电路进行滤波，用来隔绝高频的干扰。 整形电路 经过 放大、滤波以后的电信号虽然已经可以被辨识，但是仍旧有低频的干扰且 不规则，这样的电信号不能直接提供给 LCD1602 液晶显示屏以及蜂鸣器 识别 ，因此必须对电信号进行整形，用如图 34 左图 所示的施密特触发器，来提高抗低频的干扰。 整形电路还用 到了 LED 灯来 实现电路功能， 74HC14 触发器用来进行集成运放，而 LED灯 用来显示电子脉搏计正在测量脉搏跳动的状态 [5]。 1A11Y22A32Y43A53Y6GND74Y84A95Y105A116Y126A13VCC14U174HC14VCCD1LED01KR6VCC 图 34 整形电路 山西农业大学信息学院毕业设计 8 主控模块 主控模块在电子脉搏计系统中起统筹的作用，主控模块需要承担检测光电传感器、键盘等参数，驱动 LCD1602 液晶显示屏显示测量结果的任务。 主控模块 使用 的 是 核心芯片 为 STC89C52 的 51 系列 单片机，应用 STC89C52 核心芯片来 架构最小 的 结构，完成 使用者对 主控模块 需求 的任务。 STC89C52 芯片的特点 如图 35 所示， STC89C52 型号的 芯片具有 40 个引脚， 其中有 4 个 8 位的并行 I/O 口， 2 个 16 位 的 定时 /计数器， 1 个全双工 的 异步串行口， 2 个 优先级以及 5 个 中断源， 4KB 的程序存储器（ 即 掩膜 ROM） 以及 128B 容量 的数据存储器（ RAM） [6]。 图 35 STC89C52 单片机 STC89C52 单片机的主要性能： 1. 一个 8 位的微 型 处理器 (CPU)。 2. 片内数据存储器 RAM(128B)，用 来 存放可以读 /写的数据， 像 运算的 最终 结果、 中间 结果以及 将要 显示的数据等， STC89 系列 的 单片机 ， 最多 可以 提供 1K 的 RAM。 Vcc Vss 时钟电路 CPU 总线控制 ROM/EPROM/Flash 4KB RAM128B SFR 21 个 定时器 /计数器 2 中断系统 5 个中断源 2 个优先级 串行口 全双工 1 个 4 个并行口 山西农业大学信息学院毕业设计 9 3. 片内程序存储器 ROM(4KB)，用以存放程序、 表格和 一些原始数据。 但是 也有一些单片机 的 内部不带 ROM/EPROM， 例 如 8031， 8032， 80C31 等 型号。 目前单片机发展 的 趋势是将 ROM 和 RAM 都集成在单片机里面，这样既能够 方便用户进行设计 ， 又 可以 提高系统的抗干扰 能力。 STC 公司推出的 89系列单片机分别集成了 16K、 32K、 64K 的 Flash 存储器，可 根据 用户 的 需要 进行选型 [7]。 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，因而大大地 提高了指令的执行速度 [8]。 STC89C52 芯片的中断系统 以 STC89C52 为芯片的 51 系列单片机，其中断系统共有 5 个中断源， 2 个优先级，可以实现二级中断服务嵌套，中断技术主要用于实时控制与检测，并且能够做 出快速的反应和及时的处理。 单片机的中断系统是通过 4 个相关的特殊功能寄存器 SCON、 IE、 TCON 以及 IP；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；低优先级可被高优先级中断，高优先级不能被低优先级中断，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。 在单片机的应用系统中，使用者常常会有定时控制的需求，例如定时检测、定时输出、定时扫描等；也经常要对外部事件进行计数。 STC89C52 单片机内 山西农业大学信息学院毕业设计 10 部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。 LCD 液晶显示器简介 因为在设计 的过程 中 ， 要在显示界面设 定 脉搏跳动 次数 的上限和下限 ， 以方便 进行 实时监测，在测量 以后 得到的结果 ，如果 不在 设定 脉搏范围的时候蜂鸣器会发出蜂鸣，所以 对电子脉搏计的设计上 选用了 LCD1602 液晶显示屏作为显示 界面 ， 以 方便 对 电子脉搏计 的 功能实现。 液晶原理介绍 LCD 液晶显示器 ， 是一种采用液晶 来 控制透光度 的 技术 ， 来实现色彩的显示器， LCD 液晶 显示器和 CRT 显示器相比 较 ， LCD 的优点是很明显的。 由于通过控制 能 否透光 ， 来控制亮和暗。 当色彩不变 的 时 候 ，液晶 显示器 也 会 保持不变，这样就 没有必要 考虑 到 刷新率 带来 的问题。 显示 的 接口 是 用来显示系统状态 的 ，命令或 者 采集电压数据 的。 系统显示 的 部分用 LCD 液晶 显示 模块，采用一个 162 字符型 的 液晶显示模块。 点阵图 种类的 液晶 是 由 M 行 N 列个显示单元 所 组成，假设 LCD 显示屏 一共 有 64 行， 其中 每行 都 有 128 列，每 8 列 相 对应 具有 1 字节的 8 个位，即每一 行 都 由 16 个 字节，共 有 168=128 个点组成， 屏幕上有 6416 个显 示单元和显示屏幕 RAM 区 1024 个字节相对应，每一字节的内容和 屏幕 上 ， 相应位置的亮暗对应。 一个字符 是 由 68 或 者 88 的 点阵组成， 如果想 找到和 屏幕 上 的 某几个 对应 位置显示 RAM区的 8个字节，并且 能够 使 得 每个字节不同的位为 “ 1” ，其它的 位 为 “ 0” ，为 “ 1” 的点亮，为 “ 0” 的点暗。 这样一来 ， 就 会 组成某个字符 [9]。 但 是，相 对于内带字符发生器的控制器来说，显示 出来的 字符 相对来说 就比较简单 一些 ，可 以使得 控制器 的 工作 ， 在文本方式。 依照 在 LCD 上 ， 开始显示的行列 序 号 以 及每行的列数 ， 找出显示 RAM 相 对应的地址，设 定 光标，在 这里需要 该字符 相 对应的代码 便 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 山西农业大学信息学院毕业设计 11 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 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 57 的 点阵字符 160 中和 510 的 点阵字符 32 种 [10]。 8 位字符 字符和编码 的对应关系， CGRAM 是为用户编写特殊字符留用的，它的容量仅 有 64 字节，可以自定义 8 个 57 的 点阵字符或者 4 个 510 的 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 36所示。 图 36 LCD1602 引脚 液晶 寄存器选择控制如 下面的表 31 所示。 表 31 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 山西农业大学信息学院毕业设计 12 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 37 所示， STC89C52 的 P0 口作为数据线，用 、 和 分别作为 LCD 的 RS、 EN、 R/W。 其中 的 EN。