1、I辽 宁 工 业 大 学单片机原理及接口技术 课程设计（论文）题目： 心搏跟踪记录仪设计 院（系）： 电气工程学院 专业班级： 学 号： 学生姓名： 指导教师： （签字）起止时间：2013.06.24-2013.07.12本科生课程设计（论文）II课程设计（论文）任务及评语院（系）：电气工程学院 教研室： 学 号 学生姓名 专业班级课程设计（论文）题目 心搏跟踪记录仪设计课程设计（论文）任务由 1 只压力（或声音）传感器来记录心脏搏动情况，代替心电图实现对病人病情的分析。每秒采样 10 次，心搏记录时间达 10 分钟。设计任务：1. CPU 最小系统设计（包括 CPU 选择，晶振电路，复位电路
2、）2. 心搏测量传感器选择及信号放大电路设计3. 10 分钟心搏记录 RAM 选择与设计4. 程序流程图设计及程序编写技术参数：1噪声测量范围：30-130dB2工作电源 220V设计要求：1、分析系统功能，尽可能降低成本，选择合适的单片机、传感器及模拟量输入电路等；2、应用专业绘图软件绘制硬件电路图和软件流程图；3、按规定格式，撰写、打印设计说明书一份，其中程序开发要有详细的软件设计说明，详细阐述系统的工作过程，字数应在 4000 字以上。进度计划第 1 天 查阅收集资料第 2 天 总体设计方案的确定第 3-4 天 CPU 最小系统设计第 5 天 心搏测量传感器及信号放大电路设计第 6 天
3、10 分钟心搏记录 RAM 选择与设计第 7 天 程序流程图设计第 8 天 软件编写与调试第 9 天 设计说明书完成第 10 天 答辩指导教师评语及成绩平时： 论文质量： 答辩： 总成绩： 指导教师签字： 年 月 日本科生课程设计（论文）III注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算本科生课程设计（论文）IV摘 要随着社会的发展与进步，我们的生活节奏也越来越快，面对每天繁忙的工作生活，我们不一定能像以前那样定期抽出时间去为自己身体做一次体检。而事实上我们身体承受的负荷却越来越大，相比于以前我们需要给自己的身体以更多的关注，甚至是时刻了解它的健康状况。身体的健康与否在很多方
4、面都会有所体现。比如一个人的心率值就基本能反映一个人心脏是否正常工作的。大家都知道心脏是我们人体中最重要的器官之一，使我们生命的源动力。所以我们能时刻了解它的状态是很重要的。由于我们平时不一定总是能抽出时间去做体检，所以我们需要一个简单的，便于操作的，可靠性高的心搏跟踪记录仪来帮助我们在短时间内测到我们的心率值。让我们能及时了解到我们现在心脏以及身体的状态。关键词：心率值，便于操作，可靠性高，心搏跟踪。本科生课程设计（论文）V目 录第 1 章 绪论 .11.1 心搏跟踪记录仪概况 .11.2 本文研究内容 .1第 2 章 CPU 最小系统设计 .22.1 心律跟踪记录仪总体设计方案 .22.2
5、 CPU 的选择 .32.3 数据存储器扩展 .32.4 复位电路设计 .42.5 时钟电路设计 .52.6 CPU 最小系统图 .6第 3 章 心搏跟踪记录仪输入输出接口电路设计 .73.1 心搏跟踪记 录仪传感器的选择 .73.2 A/D 转换器选择 .73.3 信号采集电路 .83.4 信号比较电路 .93.5 A/D 转换电路 .93.6 显示电路 .103.7 系统总体设计原理图 .11第 4 章 心搏跟踪记录仪软件设计 .134.1 主程序与中断程序流程图 .134.2 测量程序清单 .144.3 中断服务子程序设计 .14第 5 章 课程设计总结 .17参考文献 .18本科生课程
6、设计（论文）0第 1 章 绪论1.1 心搏跟踪记录仪概况在社会飞速发展的今天，人们的物质文化生活得到了极大的提高，但同时多种疾病威胁着人们的生命；而心脏病的发作又是人们难以预防的突发致命疾病，所以健康也被越来越多的人所重视。本设计要解决的问题就是可以测量心率、预防心脏病等心脏方面疾病的心搏跟踪记录仪。心搏是人体的一项重要生理参数，在现代医学中，心搏对于血液循环和心脏功能领域的研究具有重要意义。通过测量人的心搏，便可初步判断人的健康状况。随着人们生活水平的提高，地球环境遭到破坏，多种疾病威胁着人们的生命；而心脏病的发作又是人们难以预防的突发致命疾病。因此，心搏跟踪记录仪很快产生，并得到发展。随着
7、单片机技术的发展、人们的生活节奏加快，设计一种以使用方便为前提，能够快速测出人心搏的心搏跟踪记录仪，不仅是临床者的欲求，也是体育训练者和外出旅游者的需求，因此，心搏跟踪记录仪有着广阔的市场前景。心搏跟踪记录仪是医学中用来测量人体心率的装置，高精度心搏跟踪记录仪的研究开发历来是医学仪器领域的一项重要课题。1.2 本文研究内容本文阐述了基于单片机设计的心率计的设计原理与实现方法。以AT89C51单片机为基础，实现了心率计的各种功能。文中详细地描述了心率计的设计过程，包括：取样电路、放大电路、比较电路、A/D转换电路和单片机处理电路和显示电路，同时还提出了基于单片机的编码、译码程序设计流程图。第一步
8、：对本论文的选题的目的和意义以及论文的结构进行了阐述。第二步：介绍了系统整体方案的设计与原理总图，简要的介绍了设计的原理和框图介绍。第三步：详细介绍了系统所需的主要元器件和详细介绍了单片机最小系统，对取样电路、放大电路、比较电路、A/D转换电路和单片机处理电路和显示电路进行了设计。第四步：在硬件设计的基础上，阐述了对软件的设计并介绍了程序计算方法，给出了程序主程序和子程序。第五步：总结本文的研究工作。本科生课程设计（论文）1第 2 章 CPU 最小系统设计2.1 心律跟踪记录仪总体设计方案图 2.1 过程原理框图各模块功能：要实现对脉搏的测量，首先要用传感器模块测量得到脉搏信号。信号得到后，因
9、为原始信号比较微弱，需要用放大器模块将其放大到一个合适的幅度。放大后的信号中会夹杂有各种噪声，因此需要经过滤波器模块对其进行滤波处理，以消除噪声，提高信号信噪比。为使信号能够在计数器中实现计数，需要对信号进行整形电路模块处理，将信号由一个不规则信号整理为可用于计数的方波或脉冲信号。信号经过整形后，由于设计要求实现在短时间内测量一分钟心率的功能，需要在计数前对信号通过倍频器模块进行倍频处理，以实现上述功能。经过之前一系列处理后，信号将进入计数器模块进行计数，其中计数器需要用相应的定时器模块配合完成该步骤，定时器模块同样要实现短时间内测量一分本科生课程设计（论文）2钟心率的功能。计数器模块输出的信
10、号是可用于显示器模块显示的七位BCD码，将其连入显示器模块显示。同时将该信号送入比较器模块中与预设的数值进行比较，当测量值在预设范围之外时将通过报警模块电路进行LED灯报警，表示所测得的心率超出正常范围。2.2 CPU 的选择AT89C51单片机是一种低功耗、高性能、包含4KB的闪速存储器（Flash Memory）的8位CMOS微控制器。这种器件系以ATMEL高密度不挥发的存储技术制造，与工业标准MCS51指令系统和引脚完全兼容。片内闪速存储器的程序代码或数据可在线写入，也看通过常规的编程器编程。1234567891011121314151617181920 2122232425262728
11、29303132333435363738394089C51P1.0P1.1P1.2P1.3P1.0P1.0P1.0P1.0RESETRXD、P3.0TXD、P3.1INT0、P3.2INT1、P3.3T0、P3.4T1、P3.5WR、P3.6RD、P3.7XTAL2XTAL1VSS P2.0P2.1P2.2P2.3P2.4P2.5P2.6P2.7PSENALE/PROGEA/VPPVCCP0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7. .图 2.2 AT89C51 引脚图2.3 数据存储器扩展89C51单片机共有4个8位并行I/O口，这些I/O口一般是不能完全提供给用户本科生
12、课程设计（论文）3使用的，在外部扩展存储器时，提供给用户使用的I/O口只有P1、P3的部分口线。因此在大部分的89C51单片机应用系统中都不可避免地要进行I/O口的扩展。本设计中我们通过74LS373进行扩展。74LS373是一种带三态门的8D锁存器，其管脚示意图如下图2.3a所示。其中D0-D7为8个输入端；Q0-Q7为8个输入端；LE为数据打入端：当LE为“1”时，锁存器输出状态同输入状态：当LE“0”时，数据打入端锁存器； 为输出允许端：当 =0时，三态门打开； =1时，三态门关闭，OEOEOE输出高祖。常用的接口芯片：6116可编程通用并行接口。HM6116有11条地址线（A0-A10
13、）、8条数据线（I/O1-I/O8）、1条电源线、1条接地线GND和3条控制线片选信号CE、写允许信号WE和输出允许信号OE。这3个控制信号的组合控制HM6116芯片的工作方式。6116的引脚如下图2.3b所示。D03 Q0 2D14 Q1 5D27 Q2 6D38 Q3 9D413 Q4 12D514 Q5 15D617 Q6 16D718 Q7 19OE1LE1174LS373.图 2.3a 74LS373 引脚图 图 2.3b 6116 的引脚图2.4 复位电路设计复位电路是使单片机的CPU或系统中的其他部件处于某一确定的初始状态，并从这上状态开始工作，除了进入系统的正常初始化之外，当由
14、于程序运行出现错误或操作错误使系统处于死锁状态时，为了摆脱困境，也需 按复位电路以重新启动。复位电路包括上电复位，按键电平复位，按键脉冲复位。本设计中采用按键电平复位。按键电平复位是通过是复位端经过电阻与VCC电源接通而实现的，如下图：复位信号及其产生：RST引脚是复位信号的输入端，复位信号时高电平本科生课程设计（论文）4有效，其有效时间持续24个振荡脉冲周期（即2个机器周期）以上。6.2kC10pVCCRESET200VCC. .图 2.4 复位电路2.5 时钟电路设计时钟电路由一个晶体振荡器12MHZ和两个33pF的瓷片电容组成。时钟电路产生单片机工作所需要的时钟信号，而时序所研究的是指令执行中各信号之间的相互关系。单片机本身就如一个复杂的同步时序电路，为了保证同步工作方式的实现，电路应在唯一的时钟信号控制下严格工作。振荡电路产生的振荡脉冲并不直接使用，而是经分频后再为系统所用振荡脉冲经过二分频后才作为系统的时钟信号。在二分频的基础上再三分频产生ALE信号，再二分频的的基础上再六分频得到机器周期信号。单片机芯片内部有一个高增益反相放大器，其输入端为芯片引脚XTAL1，输出端为引脚XTAL2，在芯片外部通过两个引脚跨接晶体振荡器和微调电容，形成反馈电路，就构成了一个稳定的自激振荡器，如图2.5所示。
