1、毕业设计论文基于单片机的电子脉搏计的设计摘 要人们在日常生活或是医学上常常是通过测量脉搏跳动的力度和频率来检测身体的健康状况，而普通的方法是用手按在人腕部的动脉上，根据脉搏的跳动进行计数，这样不仅测量时间长而且精度不高，为了节省测量时间，一般不采用长时间测量，而是几秒钟之内测出脉搏数。本文介绍一种基于 STC89C52 单片机的电子脉搏计，通过测量腕部动脉的压力，把压力转变为电信号，送入单片机，可以在 3 秒钟之内精确测量出每分钟脉搏数，测量结果用三位 LED 数码管显示，并且脉搏波形通过串口送入 PC 机，实时显示脉搏波形。脉搏计是最常用的医疗检查设备之一，实时准确的脉搏测量在日常生活、患者
2、监控、临床治疗及体育运动等方面都有着广泛的应用。脉搏测量包括瞬时脉搏测量和平均脉搏测量。瞬时脉搏可以反映心率的快慢，同时能反映心率是否匀齐；平均脉搏测量虽然只能反映心率的快慢，但记录方便。本文设计的电子脉搏计可以把这两个参数在测量时都记录下来并且显示，瞬时测量结果通过PC 机实时显示，平均脉搏测量结果通过 LED 七段数码管显示。关键词：STC89C52 单片机 脉搏 串口Based on SCM electronic pulse plan designAbstractPeople in daily life or medicine is often measured by the pulse
3、 frequency and strength to detect the health status of body by hand, and ordinary people by the arteries in the wrist, according to a pulse count, thus not only beat measuring time long and accuracy is not high, in order to save the measuring time, generally does not use the long time measurement, b
4、ut a few seconds pulse count. Measured This paper introduces a STC89C52 MCU based on the electronic pulse plan, by measuring the pressure, the wrist artery pressure into electrical signals, into a single-chip microcomputer, can accurate measurement in three seconds per minute, a pulse with measureme
5、nt results number three LED digital display, and pulse tube through a serial port into PCS, real-time display pulse waveform.Pulse meter is one of the most commonly used in the medical examination device, real-time accurate measurement of the pulse of daily life, patient monitoring, clinical treatme
6、nt and other aspects of sports have a wide range of applications. Pulse measurements include transient pulse measurement and the average pulse measurement. Instantaneous heart rate may reflect the speed of the pulse, while heart rate can reflect whether the uniform homogeneous; average heart rate, p
7、ulse measurement can only reflect the speed though, but the record of convenience. This design of elec- tronic pulse meter to measure these two parameters are recorded and displayed the time, instantaneous measurements in real time through the PC, shows that the average pulse measurements by seven s
8、egment LED digital display.Keywords: STC89C52; microcontroller; pulse; the serial interface目 录1 引言 .12 总体设计思路 .12.1 方案设计与选取 .12.1.1 总体流程图 .12.1.2 方案选择 .12.2 总体电路图 .23 硬件电路结构模块 .43.1 单片机的选取 .43.1.1 STC89C52 引脚功能说明 .43.1.2 振荡电路 .53.1.3 复位电路 .53.2 AD 转换电路模块 .63.2.1 ADC0809 引脚功能 .63.2.2 ADC0809 主要特性 .73
9、.2.3 ADC0809 工作过程 .73.2.4 ADC0809 与单片机接口电路 .83.2.5 ADC0809 与 PC 机连接 .93.3 传感器的选取 .104 软件程序设计 .134.1 脉搏计数模块的设计 .134.1.1 脉搏计数程序方案的选取 .134.1.2 脉搏计数代码设计 .144.2 LED 数码管显示模块设计 .154.2.1 显示模块的选取 .154.2.2 LED 数码管与单片机的接口电路 .164.2.3 LED 数码管驱动程序的设计 .174.3 AD 转换模块的设计 .184.4 串口发送程序设计 .194.5 上位机程序及界面设计 .204.5.1 上位
10、机程序的设计 .204.5.2 上位机界面的设计 .214.6 扩展血压计功能 .225 软硬件调试 .236 结论 .27谢辞 .28参考文献 .29附录 .30外文资料 .36毕 业 设 计11 引言随着经济的飞速发展和人民生活水平的日益提高，有关心脑血管疾病的发病率与死亡率正在呈逐年上升趋势，这就需要一种方便的方法来测量心脑血管的健康状况，可以实时观测和评估人体的健康状况。从古到今中外医学界都重视从脉搏波中提取人体的健康状况，并作为临床诊断和治疗的依据。世界上几乎所有的民族都用过摸脉来作为诊断疾病的手段，因为脉搏处跳动压力比较明显。脉搏波所显示出的波形、压力强度、频率和节奏等方面的综合信
11、息，在很大程度上可以反映出人体心脑血管系统中许多生理病理的健康状况。直接用手摸脉测量误差较大，并且无法实时观测。如果采用电子测量计，有利于精确测量，还可以借助 PC 机进行高效、合理的判断和分析。随着集成电路技术的发展，电子脉搏计必然向微型化、大众化、智能化的方向发展。脉搏计是最常用的医疗检查设备之一，实时准确的脉搏测量在日常生活、患者监控、临床治疗及体育运动等方面都有着广泛的应用。脉搏测量包括瞬时脉搏测量和平均脉搏测量。瞬时脉搏可以反映心率的快慢，同时能反映心率是否匀齐；平均脉搏测量虽然只能反映心率的快慢，但记录方便。本设计这两个参数在测量时都会被记录并且显示，瞬时测量结果通过 PC 机实时
12、显示，平均脉搏测量结果通过 LED 七段数码管显示。为了适应人们生活中的需要，本文设计一款基于压电传感器的电子脉搏计，实现瞬时脉搏测量和平均脉搏测量，并将测量结果用数字显示。该电子脉搏计具有误差小，体积小易于携带的特点。家中备有这样的一款脉搏计，就可以在日常生活中监控自己和家人的心率变化，可以有效防止和控制多种疾病的发生和变化，达到日常保健的目的。测量范围广，测量精度高，显示采用三位十进制数显示。其设计思路是用压电传感器把待检测对象的脉搏跳动转变成电信号,但是由于信号比较微弱，需要经过传感器内部放大整形滤波后才可以得到规则的脉冲波形。处理后的信号经过单片机定时计数后通过译码电路就可以从数码管直
13、接读出被测对象的脉搏数了。同时记录每一次脉搏跳动的间隔和力度，实时记录绘制曲线，分析数据。定时由基准时间产生电路完成。STC89C52 单片机构成的控制电路在硬件的作用下控制脉搏信号放大、整形和倍频后再通过软件进入定时计数器的时间。该基于单片机的电子脉搏计优点是制作简单，使用元器件少，工作稳定可靠，显示直观，误差不大于 1%，成本低廉且能节电。毕 业 设 计22 总体设计思路2.1 方案设计与选取2.1.1 总体流程图设计的总体流程图如图2-1所示：图 2-1 总体流程图2.1.2 方案选择方案1：1.信号采集 脉搏传感器将脉搏跳动的压力信号转换为与此相对应的电信号。2.放大电路 将传感器所采
14、集到的微弱电流电压放大，可采用高输入阻抗的非门进行放大。3.低通滤波 空气中存在的高频信号对信号采集有影响，需要进行滤除，只让低频脉冲信号通过。对脉搏信号进行采集的时候，空气中交流工频干扰最大，根据有源滤波的原理，在接至非门的输入与输出之间作为直流偏置电阻上并联一个电容。4.整形电路 可用两个非门组成的施密特触发器对放大后的信号进行整形。5.计数、译码、显示 用来读出脉搏数，并以十进制数的形式由数码管显示。方案2：1.信号采集 脉搏传感器将脉搏跳动的压力信号转换为与此相对应的电信号。2.放大电路 用普通运放进行发大，为达到高输入阻抗的要求，采用同相比例放大。3.低通滤波 在运放的反馈电阻上并联
15、一个电容，达到滤波的效果。4.整形电路 通过集成运算放大电路运放组成的单限比较器进行脉冲整形。方案3：1.信号采集与放大 与方案 1 和方案 2 中不同的是信号的采集和放大用一个MB-4 型传感器实现，传感器不仅能把压力信号转变为电信号，而且还能通过传感器内部电路把信号放大输出。信号采集 放大整形 单片机模数变换数码管显示上位机显示毕 业 设 计32.波形整形 由于单片机中断不识别脉搏波，所以放大后的信号通过 555 芯片构建的施密特触发器，将放大后的脉搏波转变为单片机实现的方波信号。3.模数变换 将信号送入模数变换后将模拟信号转变为数字信号送入单片机，为上位机波形显示部分做准备。4.数码管显
16、示 用来读出脉搏数，并以十进制数的形式由数码管显示。通过以上方案对比观察可以得出，方案 3 中传感器的选取简单易行，节约了许多外围电路的空间，缩小了整体电路的体积，更加便于携带，如果价格合适的话，是最优的方案选择。波形整形部分，方案 3 中的由 555 定时器构成的施密特触发器，电路搭构简单易行，与前两个方案相比减少了电路器件的繁琐度。采用数码管显示，节约设计成本，而且可以实现实时显示的功能。综合考虑，设计选择方案 3 的整体设计思路进行设计。2.2 总体电路图总体电路图如图 2-2 所示：图 2-2 总体电路图单片机的 P1 口八个引脚分别与 LED 数码管的八段段码显示控制端相连接，构成了
17、片选控制端，单片机的 P3.3 P3.5 引 脚 分 别 接 到 LED 数 码 管 位 选 控 制 端 ，当 程 序 控 制 单 片 机 发 送 相 应 的 字 符 时 ， 数 码 管 便 会 相 应 的 点 亮 ， 从 而 实 现 每 分 钟毕 业 设 计4脉 搏 数 目 的 显 示 ， 这 就 是 显 示 模 块 的 设 计 。ADDA、 ADDB、 ADDC3 位 地 址 输 入 线 接 地 ， 即 选 用 IN0 通 道 ， 模 拟 信 号通 过 IN0 通 道 输 入 ； 时 钟 控 制 信 号 通 过 CLOCK 端 口 输 入 ， 时 钟 频 率 选 择 为500kHz； A/
18、D 转 换 启 动 脉 冲 输 入 端 START 与 单 片 机 的 P2.4 引 脚 相 连 ； 数 据 输出 允 许 信 号 输 入 端 OE 与 单 片 机 的 P2.5 引 脚 相 连 ， 通 过 单 片 机 的 P2.4 与 P2.5引 脚 控 制 ADC0809 芯 片 。 当 转 换 完 成 后 数 据 通 过 ADC0809 的 OUT1 OUT8引 脚 送 入 单 片 机 的 P0.0 P0.7 引 脚 进 行 处 理 。总体电路框图用信号发生器代替传感器模拟采集到的信号，一路送入单片机，经过单片机的处理后送 LED 数码管显示每分钟的脉搏数。一路送到 ADC0809 芯片
19、进行模数转换，并将转换后的信号送入单片机，信号经过单片机的处理后送到上位机实时显示脉搏波波形。毕 业 设 计53 硬件电路结构模块3.1 单片机的选取考虑到单片机作为整体电路设计的核心工作单元，选取 STC89C52 型号的单片机作为总处理器。STC89C52 是一种带 8K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM-Flash Programable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8 的微处理器，俗称单片机。该器件采用 ATMEL 高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的 MCS-51 指令集和输出管脚相兼容。其芯片引脚图如下图
20、3-1 所示：图 3-1 STC89C52 芯片引脚图STC89C52 主要功能：兼容 MCS51 指令系统、32 个双向 I/O 口、3 个 16 位可编程定时/计数器中断、2 个串行中断、2 个外部中断源、 2 个读写中断口线、低功耗空闲和掉电模式、8K 可反复擦写 Flash ROM、 256x8bit 内部 RAM、时钟频率 0到 24MHz、可编程 UART 串行通道、共 6 个中断源、3 级加密位、软件设置睡眠和唤醒功能。3.1.1 STC89C52 引脚功能说明1可编程输入/输出引脚：STC89C52 单片机有 4 组 8 位的可编程 I/O 口，分别位 P0、P1、P2、P3 口，每个口有 8 根引脚，共 32 根。
