基于单片机的智能脉搏测试仪设计毕业设计word格式

基于单片机的智能脉搏测试仪设计毕业设计word格式内容摘要：

可编程串行 UART 通道 （ 11） 低功耗空闲和掉电模式 AT89C51 的结构 此次设计所使用的 AT89C51 的封装形式是 DIP40。 如图 所示。 6 图 AT89C51 的封装形式 引脚功能： Vcc：电源电压 GND： 接 地 P0 口： P0 口是一组 8 位漏极开路型双向 I／ 0 口，也即地址／数据总线复用口。 作为输出口用时，每位能吸收电流的方式驱动 8 个 TTL 逻辑门电路，对端口写 “ 1” 可作为高阻抗转入端用。 Pl 口： P1 是 — 个带内部上拉电阻的 8 位双向 I／ O 口， P1 的输出缓冲级可驱动 (吸收或输出电流 )4 个 TTL 逻辑门电路。 对端口写 “ 1” ，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。 作输入口使用 时，因内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电萌。 P2 口： P2 是一个带有内部上拉电阻的 8 位双向 I／ O 口， P2 的输 出缓冲级可驱动（吸收或输出电流 )4 个 TTL 逻辑门电路。 对端口写 “ 1” ，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时 ，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流。 P3 口 ： ① 可以作为输入 /输出口，外 接输入 /输出设备。 ② 作为第二功能使用，每一位功能定义如表 所示。 7 表 P3 口的第二功能 RST：复位输入。 当振荡器工作时， RST 引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。 ALE/PROG： 当访问外部程序存储器或数据存储器时， ALE(地址锁存允许 )输出脉冲用于锁存地址的低 8 位字节。 即使不访问外部存储器， ALE 仍以时钟振器频率的 1／ 6 输出固定的正脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。 PSEN：程序存储允许（ PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89C51 由外部程序 存储器取指令 (或数据 )时．每个机器周期两次 PSEN 有效，即输出两个脉冲。 在此期间，当访问外部数据存储器，这两次有效的 PSEN信号不出现。 EA／ VPP： EA ＝ 0，单片机只访问外部程序存储器。 EA ＝ 1，单片机访问内部程序存储器。 XTALI： 振荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输入端。 XTAL2： 振荡器反相放大器的输出端。 脉搏信号采集 目前脉搏波检测系统有以下几种检测方法：光电容积脉搏波法、液体耦合腔脉搏传感器、压阻式脉搏传感器以及应变式脉搏传感器。 近年来 , 光电检测技术在临床医学应用中发展很快 , 这主要是由于光能避开强烈的电磁干扰 , 具有很高的绝缘性 , 且可非侵入地检测病人各种症状信息 ,具有结构简单、无损伤、精度高、可重复好等优点。 用光电法提取指尖脉 搏光信息受到了从事生物医学仪器工作的专家和学者的重视。 8 光电 传感器的原理 根据朗伯一比尔 (Lamber— Beer)定律，物质在一定波长处的吸光度和他的浓度成正比。 当恒定波长的光照射到人体组织上时，通过人体组织吸收、反射衰减后 ， 测量到的光强将在一定程度上反映了被照射部位组织的结构特征。 脉搏主要由人体动脉舒张和收缩产生的，在人体指尖 组织中的动 脉成分含量高，而且指尖厚度相对其他人体组织而言比较薄，透过手指后检测到的光强相对较大，因此光电式脉搏传感器的测量部位通常在人体指尖。 手指组织可以分成皮肤、肌肉、骨骼等非血液组织和血液组织，其中非血液组织的光吸收量是恒定 的，而在血液中，静脉血的搏动相对于动脉血是十分微弱的，可以忽略。 因此可以认为光 透过手指后的变化仅由动脉血的充盈而引起的，那么在恒定波长的光源 照射下，通过检测透过手指的光强将可以间接测量到人体的脉搏信号。 光电 传感器的结构 传感器由红外发光二级管和红外接收三极管组成。 采用 GaAs 红外 发光二极管作为光源时，可基本抑制由呼吸运动造成的脉搏波曲线的漂移。 红外接收三极管在红外光的照射下能产生电 能，它的特性是将光信号转换为电信号。 在 本设计中 ，红外接收三 极管和红外发射二极管相对摆放以获得最佳的指向特性。 从光源发出的光除被手指组织吸收以外，一部分由血液漫反射返回， 其余部分透射出来。 光电式脉搏传感器按照光的接收方式可分为透射式和反射式 2 种。 其中透射式的发射光源与光敏 接收器件的距离相等并且对称布置，接收的是透射光，这种方法可较好地反映出心律的时间关系。 因此本系统采用 了指套式的透射型光电传感器 , 实现了 光电隔离 ,减少了对后级模拟电路的干扰。 结构如图 所示。 图 透 射式光电传感器 光电传感器检测原理 9 检测 原理是 : 随着心脏的搏动，人体组织半透明度随之改变：当血液送到人体组织时，组织的半透明度减小，当血液流回心脏，组织半透明度则增大；这种现象在人体组织较薄的手指尖、耳垂等部位最为明显。 因此本设计将红外发光二极管产生的红外线照射到人体的 手指 部位， 经过手指组织的反 射和衰减由 装在该部位旁边的 光敏三 管来 接收其透 射光 并把它转换成电信号。 由于手指动脉血在血液循环过程中呈周期性的脉动变化，所以它对 光的反射和衰减也是周期性脉动的 , 于是红外接收 三极管输出信号的变化也就反映了动脉血的脉动变化。 故只要把此电信号转换成脉冲并进行整形、计数和显示，即可实时的测出脉搏的次数。 信号采集 电路 图 是脉搏信号的 采集 电路， U3 是 红外发射和接收装置，由于 红外发射二极管中的电流越大，发射角度越小，产生的发射强度就越大，所以对 R21 阻值的选取要求较高。 R21 选择 270Ω 同时也是基于 红外接收 三 极管感应红外光灵敏度 考虑的。 R21 过大，通过红外发射二极管的电流偏小， 红外接收 三 极管无法区别有脉搏和无脉搏时的信号。 反之 ， R21 过小，通过的电流偏大， 红外接收 三极管 也不能准确 地辨别有脉搏和无脉搏时的信号。 当手指离开传感器或检测到较强的干扰光线 时， 输入端的直流电压会出现很大变化，为了使它不致泄露到 U2B 输入端而造成错误指示，用 C C9 串联组成的双极性耦合电容把它隔断。 当手指处于测量位置时，会出现二种情 况：一是无脉期。 虽然手指遮挡了红外发射二极管发射的红外光，但是由于红外接收三极管中存在暗电流，会造成输出电压 略低。 二是有脉期。 当有跳动的脉搏时，血脉使手指透光性变差，红外接收三极管中的暗电流减小， 输出 电压 上升。 但 该传感器输出信号 的频率很低，如当脉搏只有为 50 次 /分钟时， 只 有 ， 200 次 /分钟时也只有 ，因此信号首先经 R2 C10 滤波以滤除高频干扰 ，再由耦合电容 C C9 加到线性放大输入端。 10 图 信号采集电路 信号 放大 整形 脉搏信号介绍 由于光电传感器所输出的信号波源强度比较弱，且为类似于正弦波波形， 如图 所示， 所以对信号进行放大整形处理，使其以较强方波形式输出。 图 脉搏仿真信号正弦波 放大 整形 电路 11 图 放大整形电路 图 为正弦信号通过放大整形电路之后得到的方型波。 图 整形后的方波 图 为脉搏信号在放大整形前后的对比。 图 脉搏信号对比 单片机处理电路 12 如图 ，本部分运用了 ATMEL 公司的 89C51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 89C51 的 ，单片机设为 下降沿 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 一个脉冲脉搏次数就加一 ； 定时器中断 主要完成 十秒钟 的定时功能。 单片机对 十秒钟 内的脉冲 次数 进行累加 并进行计算得出所测人一分钟的脉搏次数 ，通过 P0、 P2 口把测量过程和结果 送到数码管显示出来。 图 单片机处理电路 显示电路 LED 的综述 在单片机的应用系统中，为了便于人们观察和监视单片机的运行情况，常常 需要用显示器显示运行的中间结果、状态等信息，因此显示器也是不可缺少的外 部设备之一。 显示器的种类很多，从液晶显示、发光二极管显示到 CRT 显示器， 都可以与微机配接。 在单片机应用系统 中常用的显示器主要有发光二极管数码显 示器，简称 LED 显示器。 LED 显示器具有耗电省、成本低廉、配置简单灵活、 13 安装方便、耐振动、寿命长等优点。 但显示内容有限，不能显示图形，因而其应用有局限性。 如图 为共阴极数码管结构。 图 共阴极数码管结构 LED 数码管的显示方法 静态显示方式是指当显示器显示某一字符时，发光二极管的位选始终被选中。 在这种显示方式下，每一个 LED 数码管显示器都需要一个 8 位的输出口进行控制。 由于单片机本身提供的 I/O 口有限，实际使用中，通常通过扩展 I/O口的形式 解决输出口数量不足的问题。 静态显示主要的优点是显示稳定，在发光二极管导通电流一定的情况下显示器的亮度大，系统运行过程中，在需要更新显示内容时， CPU 才去执行显示更新子程序，这样既节约了 CPU 的时间，又提高了 CPU 的工作效率。 其不足之处是占用硬件资源较多，每个 LED 数码管需要独占 8 条输出线。 随着显示器位数的增加，需要的 I/O 口线也将增加。 动态显示方式是指一位一位地轮流点亮每位显示器（称为扫描），即每个数码管的位选被轮流选中，多个数码管公用一组段选，段选数据仅对位选选中的数码管有效。 对于每一位显示器来说，每隔 一段时间点亮一次。 显示器的亮度既与导通电流有关，也与点亮时间和间隔时间的比例有关。 通过调整电流和时间参数。