基于单片机的脉搏心率测量仪-参考论文

基于单片机的脉搏心率测量仪-参考论文内容摘要：

号输入端， “V+”、 “V”为正、负电源端， “Vo”为输出端。 两个信号输入端中， Vi（ ）为反相输入端，表示运放输出端 Vo 的信号与该输入端的相位相反； Vi+（ +）为同相输入端，表示运放输出端 Vo 的信号与该输入端的相位相同。 LM358 的引脚排列见图。 图 图 由于 LM358 二运放电路具 有电源电压范围宽，静态功耗小，可单电源使用， 价格低廉等优点，因此被广泛应用在各种电路中。 13 放大电路 按人体脉搏心率在运动后跳动次数达 200次 /分钟的计算来设计低通放大器，如图 所示。 R C6 组成低通滤波器以进一步滤除残留的干扰，截止频率由 R C6决定，运放 16 LM358将信号放大，放大倍数由 R12和 R13的比值决定。 图 低通放大电路 根据一阶有源滤波电路的传递函数，可得： A(s)?V0(s)A0? sV(s)i1?wc放大倍数为 ： 200。 截止频率为：。 按人体的脉搏心率跳动为 200 次 /分钟时的频率是 Hz考虑，低频特性是令人满意的。 经过低通放大后输出的信号是叠加有噪声的脉动正弦波。 波形如图。 14 图 波形整形电路 波形整形电路如图 ， LM358是一个电压比较器。 当有输入信号时， LM358在比较器输入信号的每个后沿到来时输出低电平，用发光二极管 D1 作脉搏心率测量状态显示，脉搏心率每跳动一次发光二极管就亮一次。 同时，该脉冲电平送到单片机 /INTO脚，进行对心率的计算和显示。 输出波形如图。 15 17 图 波形整形电路 经过比较器 LM358的输出波形： 图 16 百度搜索 “就爱阅读 ”,专业资料、生活学习 ,尽在就爱阅读网,您的在线图书馆 ! 单片机处理电路 如图 ，本部分运用了 STC 公司的 89C52单片机作为核心元件，在这里运用单片机能更快更准确地对数据进行运算，而且可以根据实际情况进行编程，所用外围元件少，轻巧省电，故 障率低。 来自传感和整形输出电路的脉冲电平输入单片机 89C52的/INTO脚，单片机设为负跳变中断触发模式，故每次脉冲下降沿到达时触发单片机产生中断并进行计时，来一个脉冲脉搏心率次数就加一；定时器中断主要完成一分钟的定时功能。 单片机对一分钟内的脉冲次数进行累加，通过 P0、 P1 18 口把测量过程和结果送到 LCD1602显示出来 [9]。 图 单片机处理电路 显示电路 本设计的显示采用 LCD1602来显示。 单片机的 P0口， P1口控 制显示器。 显示电路如图。 17 图 显示电路 18 LCD1602 的综述 1602LCD是指显示的内容为 16X2,即可以显示两行，每行16 个字符液晶模块（显示字符和数字）。 目前市面上字符液晶绝大多数是基于 HD44780 液晶芯片的，控制原理是完全相同的，因此基于 HD44780 写的控制程序可以很方便地应用于市面上大部分的字符型液晶。 LCD1602 的结构 工业字符型液晶，能够同时显示 16x02即 32个字符。 （ 16列 2行） 注：为了表示的方便 ，后文皆以 1表示高电平 ， 19 0 表示低电平。 1602 液晶也叫 1602 字符型液晶，它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块。 它由若干个 5X7或者 5X11 等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符，每位之间有一个点距的间隔，每行之间也有间隔，起到了字符间距和行间距的作用，正因为如此所以它不能很好地显示图形（用自定义 CGRAM，显示效果也不好）。 1602LCD是指显示的内容为 16X2,即可以显示两行，每行16个字符液晶模块（显示字符和数字）。 目前市面上字符液晶绝大多数是基于 HD44780 液晶芯片的，控 制原理是完全相同的，因此基于 HD44780 写的控制程序可以很方便地应用于市面上大部分的字符型液晶。 ⑵ 管脚功能 1602采用标准的 16脚接口，其中： 第 1脚： VSS为电源地 第 2 脚： VCC接 5V电源正极 第 3脚： V0 为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高（对比度过高时会产生 “鬼影 ”，使用时可以通过一个 10K的电位器调整对比度）。 19 第 4脚： RS为寄存器选择，高电平 1时选择数据寄存器、 20 低电平 0时选择指令寄存器。 第 5脚： RW 为读写信号线，高 电平 (1)时进行读操作，低电平 (0)时进行写操作。 第 6脚： E(或 EN)端为使能 (enable)端 ,高电平（ 1）时读取信息，负跳变时执行指令。 第 7～ 14脚： D0～ D7为 8位双向数据端。 第 15～ 16脚：空脚或背灯电源。 15脚背光正极， 16脚背光负极。 ⑶ 特性 5V工作电压，对比度可调 内含复位电路 提供各种控制命令 ,如：清屏、字符闪烁、光标闪烁、显示移位等多种功能 有 80字节显示数据存储器 DDRAM 内建有 192个 5X7点阵的字型的字符发生器 CGROM 8个可由用户自定义的 5X7 的字符发生器 CGRAM 管脚功能 1602采用标准的 16脚接口，其中： 第 1 脚： VSS为电源地 第 2 脚： VCC接 5V电源正极 第 3脚： V0 为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高（对比度过高时会 产生 “鬼影 ”，使用时可以通过一个 10K的电位器调整对比度）。 20 第 4脚： RS为寄存器选择，高电平 1时选择数据寄存器、 21 低电平 0时选择指令寄存器。 第 5脚： RW 为读写信号线，高电平 (1)时进行读操作，低电平 (0)时进行写操作。 第 6脚： E(或 EN)端为使能 (enable)端。 第 7～ 14脚： D0～D7为 8位双向数据端。 第 15～ 16脚：空脚或背灯电源。 15脚背光正极， 16脚背光负极。 特性应用 +，对比度可调 内含复位电路 提供各种控制命令 ,如：清屏、字符闪烁、光标闪烁、显示移位等多种功能 有 80字节显示数据存储器 DDRAM 内建有 192个 5X7点阵的字型的字符发生器 CGROM 8个可由用户自定义的 5X7 的字符发生器 CGRAM 微功耗、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧，常用在袖珍式仪表和低功耗应用 系统中。 LCD1602指令集 1602通过 D0~D7的 8位数据端传输数据和指令。 显示模式设置： (初始化 ) 0011 0000 [0x38] 设置 162显示， 57点阵， 8位数据接口； 显示开关及光标设置： (初始化 ) 0000 1DCB D显示 (1 有效 )、 C光标显示 (1 有效 )、 B光标闪烁 (1 有效 ) 0000 01NS N=1(读或写一个字符后地址指针加1 amp。 光标加 1)， N=0(读或写一个字符后地址指针减 1 amp。 光标 22 减 1)， S=1 且 N=1 (当写一个字符后，整屏显示左 移 ) 21 百度搜索 “就爱阅读 ”,专业资料、生活学习 ,尽在就爱阅读网,您的在线图书馆 ! s=0 当写一个字符后，整屏显示不移动 数据指针设置： 数据首地址为 80H，所以数据地址为 80H+地址码 (027H，4067H) 其他设置： 01H(显示清屏，数据指针 =0，所有显示 =0)； 02H(显示回车，数据指针 =0)。 22 脉搏心率测量仪电路原理图 图 电路原理图 23 23 第 4 章 软件系统 主程序流程： 系统主程序控制单片机系统按预定的操作方式运行 , 它是单片机系统程序的框架。 系统上电后 ,对系统进行初始化。 初始化程序主要完成对单片机内专用寄存器、定时器工作方式及各端口的工作状态的设定。 系统初始化之后 , 进行定时器中断、外部中断、显示等工作，不同的外部硬件控制不同的子程序 [12]。 流程如图。 开始初始化开中断显示程序 图 主程序流程图 定时器中断程序流程： 定时器中断服 务程序由一分钟计时、按键检测、有无测试信号判断等部分组成。 当定时器中断开始执行后，对一分钟开始计时， 1s计时到之后继续检测下 1s，直到 60s到了再停止并保存测得的脉搏心率次数。 同时可以对按键进行检测，只要复位测试值就可以重新开始测试。 主要完成一分钟的定时功能和保存测得的脉搏心率次数。 流程如图。 24 图 定时器中断程序流程图 INT 中断程序流程： 24 外部中断服务程序完成对外部信号的测量和计算。 外部中断采用边沿触发的方式，当处于测量状态的时候，来一个脉冲脉 搏心率次数就加一，由单片机内部定时器控制一分钟，累加得出一分钟内的脉搏心率次数。 流程如图。 25 图 INT 中断程序流程图 显示程序流程： 显示程序包括显示上次的脉搏心率次数、本次测量中的时间和脉搏心率的次数。 从中断程序中取得结果后，先显示上次的脉搏心率次数，经过 10ms 的延时后再显示测试中的脉搏心率次数，再经过 10ms 的延时显示测试中的时间。 流程如图。 图 显示程序流程图 26 25 百 度搜索 “就爱阅读 ”,专业资料、生活学习 ,尽在就爱阅读网,您的在线图书馆 ! 软件说明 本程序采用 C语言，程序的可读性非常好。 程序中对前一次测量的脉搏心率数据进行了自动保存，并。