心搏跟踪记录仪.doc

课程设计（论文）任务及评语院（系）：信息科学与工程学院 教研室：电气学 号030303108姓名王爱萍专业班级电气034课程设计（论文）题目心搏跟踪记录仪课程设计（论文）任务心搏跟踪记录仪用来记录心脏搏动情况，以实现对病人病情的分析。设计者完成心搏跟踪记录仪的硬件和软件设计。任务包括：1、心搏测量传感器的选择2、信号通道的设计3、20分钟心搏记录数据空间的计算及RAM选择、CPU及外围电路设计4、电池稳压电路的设计5、心搏信号恢复输出电路设计6、串行通讯RS232口的硬件设计。7、写出程序流程图及汇编程序。指导教师评语及成绩成绩： 指导教师签字： 年 月 日目 录第1章心搏跟踪记录仪课设目的与要求11.1 心搏跟踪记录仪课程设计目的11.2 心搏跟踪记录仪课程设计的实验环境及预备知识11.4 心搏跟踪记录仪课程设计要求1第2章心搏跟踪记录仪设计内容22.1心搏跟踪记录仪原理框图42.2 心搏跟踪记录仪51兼容芯片选择42.3心搏跟踪记录仪传感器及其放大电路设计52.4心搏跟踪记录仪电池稳压电源电路设计52.5心搏跟踪记录仪D/A转换电路设计62.6心搏跟踪记录仪A/D转换电路设计72.7心搏跟踪记录仪串行通讯RS-232设计92.8心搏跟踪记录仪通信信道设计92.8.1输入通信信道92.8.2输出通信信道10第3章心搏跟踪记录仪的整体设计103.1各片的地址范围103.2整体电路图113.3程序流程图123.4程序12第4章课设总结14参考文献14第1章心搏跟踪记录仪课设目的与要求1.1 心搏跟踪记录仪课程设计目的心搏跟踪记录仪课程设计是在教学及实验基础上，对所学理论知识的深化和提高。更好地用所学过的芯片，例如：ADC0809，DAC0832在心搏中的应用。用所学知识，设计与制造出具有较复杂功能的小型单片机系统，并在实践的基本技能方面进行一次系统的训练。 能够较全面地巩固和应用“单片机”课程中所学的基本理论和基本方法，并初步掌握小型单片机系统设计的基本方法。 培养独立思考、独立收集资料、独立设计规定功能的单片机系统的能力；培养分析、总结及撰写技术报告的能力。1.2 心搏跟踪记录仪课程设计的实验环境及预备知识主要是利用windows操作系统及应用软件进行绘图和编程。熟悉单片机与接口技术课程的相关知识及电子线路CAD工具软件。1.3心搏跟踪记录仪课程设计要求心搏跟踪记录仪课程设计要求如下： (1)、对设计课题进行简要阐述，并说明设计任务及具体要求。 (2)、论述系统设计方案，并画出总体电路结构图及功能分割图。(3)、能够较熟练地应用电子线路CAD工具完成单片机系统的硬件设计任务。(4)、各功能模块设计说明、设计实现过程及源程序。 (5)、能够熟练地用一种编辑软件程序，掌握单片机系统软件设计的基本方法(6)、课程设计报告应内容完整、字迹工整、图表整齐规范、数据详实。(7)、字数4000左右，有系统电气原理图课程设计总结(8)、课程设计总结第2章心搏跟踪记录仪设计内容2.1心搏跟踪记录仪原理框图原理：由传感器测得的心博信号，传到放大器进行放大处理，在传给A/D将模拟信号转化成数字信号，完成采样的过程,再发给CPU ，进行读取，再通过D/A进行数字信号转化为模拟信号，在输出显示.这就是概况的原理过程.传感器放大器A/D89C52D/A显示电源2.2心搏跟踪记录仪51兼容芯片选择AT89C52是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，功能强大的AT89C52单片机可为您提供许多较复杂系统控制应用场合各引脚功能简要介绍如下：（1）、主电源引脚VSS（20脚）：电路电平。VCC（40脚）：正常运行和编程校验时为+5V电源。（2）、外接晶振或外部振荡引脚XTAL1（19脚）：接外部晶振的一个引脚。XTAL2（18脚）：接外部晶振的另一个引脚。（3）、控制、选通或电源复用引脚RST/VPD（9脚）：复位信号引脚。ALE/PROG（30脚）：ALE为允许地址锁存信号输出。/PSEN（29脚）访问外部程序存储器选通信号，低电平有效。VPP/EA（31脚）/EA为访问内部或外部程序存储器选择信号。（4）、多功能I/O口引脚AT89C52单片机的结构与8051单片机的结构基本机同，其中有利条主电源引脚，2条外接晶体引脚，4条控制或与其他电源复用的引脚，32条I/O引脚。与8051不同之处有以下4点： （1）有CHMOS工艺的节能运行方式；（2）增加了一个16们的定时器T2；（3）片内RAM由128B增加为256B；（4）ROM类型属于Flash存储器。89C52主要功能性能兼容MCS51指令系统8k可反复擦写(1000次）Flash ROM32个双向I/O口256x8bit内部RAM3个16位可编程定时/计数器中断时钟频率0-24MHz2个串行中断共6个中断源低功耗空闲和掉电模式3级加密位2读写中断口线软件设置睡眠和唤醒功能2.3心搏跟踪记录仪电池稳压电源电路的设计由于AT89C52的工作电源为+5V，帮此需用稳压电源将12V电压变为5V。该稳压电路采用Motorala的MPC 1000正电压集成稳成器，它可提供3A的输出电流。RSCP在一般情况下，可用康铜电阻丝来制作，也可用计算长度长50%的铜导线来代替，方法是逐步缩短其长度直到获得需要的限制电流为负导线直径应接安全电流值来选择。本实验由于要求输出电流不大帮此选10K电阻。稳压电路如下图所示：2.4心搏跟踪记录仪传感器及其放大电路的设计本电路用的为AD620运算放大器，仅需外接一个电阻就能使增益在11000范围内调整，AD620电源电压范围在2V18V，最大输入失调电压为125V，最大输入失调浮移为1V/，最小共模抑制比（G=10）为93bd。AD620组成压力测量放大电路，4个30K电压式电力传感器组成一个桥，当传感器上无压力存在时，电桥处于平衡状态，无电压输出，当传感器上受到压力作用时，电桥就失去平衡，输出电压经AD620放大作用为DC转换器的输入。2.5心搏跟踪记录仪D/A转换电路设计（1）、基本原理与结构D/A转换器有串行和并行两种。在测控系统中，常对转速度有一定要求，主要采用并行D/A转换器。它是将离散的数字量转换成连续变化的摸拟量电压或电流。基本原理构成的数/模转换器，将数字量的所有位同时进行转换。（2）、DAC0832的结构与特性DAC0832是采用先进的CMOS/SI-CR工艺的8位D/A转换器，可直接与主机相连接。在电路中采用了CMOS电流开关控制电路。从面达到较低的功耗和较低的输出漏电流误差。DAC0832D/A转换器是由输入数据寄存器、DAC寄存器和D/A转换器等所组成的CMOS集成器件，其主要特点是内部设有两个独立的8位寄存器，因而具有双缓冲器功能，能将转换的数据寄存在DAC寄存器中供D/A转换器进行转换的同时，又可接受新的转换数据装入输入寄存器。这就可根据需要实现快速修改DAC0832的输出。引脚介绍：/CS片选信号输入端，低电平有效。ILE允许转换数据输入锁存信号端，高电平有效。/WR写信号1输入端，低电平有效。/XFER写信号2输入端，低电平有效。D0D78位转换数据输入端。IO1、IO2DAC电流输出端。RFB放大反馈电阻连接端。VREF标准电压输入端。AGND模似量接地。DGND数字量接地端。DAC0832本身是输出电流型的，当D/A转换结果需要电压输出时，可在DAC0832的IO1、IO2输出端加接一个地运算放大器，将电流信号变换成电压输出。由于DAC0832是双缓冲器，因此，其硬件接口简单。如图所示：在图中，将VCC和ILE并接于+5V，/WR1、/WR2并接于8051的/WR、/CS和/XFER并接于8051的P2。7（采用地址线选法）。这样DAC0832的地址为7FFFH（只要P2。7=0，其他的线选地址均应为1的地址均可）。DAC0832的输出（IO1、IO2）经运放VREF接+10V或-10V时，VOUT=0+10V或-100V；当VREF接+5v或-5V时，则VOUT=0+5V或VOUT=-50V。每当主机对DAC0832进行一次写操作，把一个8位二进制数数字量输出到DAC0832的输入数据寄存器，锁存于DAC寄存器。经D/A转换，就输出一个对应的电流或电压。由于DAC0832具有双缓冲器功能,可利用此特点配置多片DAC0832,实现同时输出多个摸拟量,达到多维控制等.DAC0832的主要技术指标为：分辨率：8位电流建立时间：1S线性度：（在整个温度范围内）8、9或者10位增益温度系数：0.0002%FS/单一电源：+5V+15V（直流）功耗：20mw2.6心搏跟踪记录仪A/D转换电路设计ADC0809是最常用的8位A/D转换器,属逐次型。ADC0809由一+5V电源供电，片内带有锁存功能8路摸拟电子开关，可对0+5v 8路的输入模拟电压信号分时进行转换，完成一次转换，完成一次转换约需100S，输出具有TTL三态锁存缓冲器，可直接与MCS-51系列单片机数据总线相接，通过适当的外接电路，还可以对0+5V的双极性模拟信号进行A/D转换。（1）、ADC0809内部结构与外特性ADC0809是CMOS工艺次逼近型A/D转换器，其字长为8位，可8路输入模拟量分时转换的集成芯片。ADC0809片内集成8路模拟多路开关，地址锁存与译码、8位A/D转换器以8位三态输出锁存器四部分组成。D0D7：8位二进制数字量输出端口。IN0IN7：8路模拟量开关输入端口。VCC：+5V工作电压源。GND：接地端。VREF（+）、VREF（-）：参考电压（+）、（-）连接端。START：A/D转换启动信号输入端口，高电平有效。ALE：地址锁存允许信号输入端口，在下降沿将地址存锁存器。EOC：A/D转换结束信号输出端口。OE：完成转换后数字量输出允许控制信号输入端口CLK：时钟信号输入端。A、B、C：地址输入端。用3位二进制数编码组3：8译码输出，选通8路模拟电子开关，实现IN0IN7 8路选1。A、B、C 3位地址的输入与8路通道的对应关系如下：被选通的通道 C B A被选通的通道C B AIN0 0 0 0IN41 0 0IN1 0 0 1IN51 0 1IN2 0 1 0IN61 1 0IN3 0 0 1IN71 1 1（2）、ADC0809主要技术指标：分辨率：8位总的不可调误差为1/2LSB 或1LSB转换时间为100S无零点和满刻度调整单一+5V供电，模拟输入电压为05V8路通道转换，带锁存控制逻辑具有锁存的三态输出，输出与TTL兼容功耗为：15mw根据对ADC0809的转换结束输出信号EOC的不同处理方法，可分为：查询方式和中断方式。如图所示，8051配置ADC0809的硬件接口电路： 由图可见，借用主机的ALE作为ADC0809的CLK，由于ADC0809片内设有地址译码锁存器，所以0809的多路编码A、B、C直接与P0.0P0.2相连，这里采用地址线选方式，用P2.6与/WR、/RD组合作为0809的START、ALE和OE的信号。它们之间有如下关系：ALE=START=WR+P2.6和OE=RD+P2.6，可见，当P2.6为低电平时为有效。这样，在软件编程时ADC0809的地址为：P2.6即A14=0，由A0、A1、A2给出通道（IN0IN7）的选通地址码，每执行一条输出指令，选通某通道启动一次A/D转换。转换结束后执行一条输入指令，读取转换结果，以完成一次A/D转换。2.7心搏跟踪记录仪串行通讯RS-232设计目前RS-232C共有25条线，大多采用DB-25型25针的连接器，它的每根引针号都按规定连接RS-232C所用的信号线，把数据终端与数据通信设备连接起来。RS-232总线上传输的信息与MCS-51系列单片机的UART格式相同，只是信息的逻辑电平进行了变换。其串行通信的格式如图所示：MCS-51单片机的串行口直接与RS-232C串行口通信硬件的连接： TXD89C52RXD终端引脚描述9针连接器25针连接器功能DCD18接收线路信号检测，输入RXD23接收数据，输入TXD32发送数据，输出DTR420数据终端准备就绪，输出GND57接地DSR66数据通信设备就绪，输入RTS74请求发送，输出CTS85准许发送，输入RI922振铃检测2.8心搏跟踪记录仪通信信道设计2.8.1模拟量的输入通道模拟量输入通道，一般由信号测量与处理装置、模拟多路开关、数据放大器、模/数（A/D）转换器等部分组成，它们的共同作用，是把从生产过程检测到的模拟信号，经过一系列处理后，再转换成二进制数字信号，最后经由I/O接口电路送入微机进处理。它的主要功能为：1、 将产生被控物理量，经过各种测量仪表检测变成统一电流信号电压信号。2、 将转换成电信号的各种模拟量，按照规定的顺序，通过采样开关送入数据放大器，进行适当放大，一般放大为0-5V电压，以满足模/数的转换需要。3、 经过模/数转换器，将模拟电压转换成相应的数字值。4、 采样必要的抗干扰措施，以确保有用信号的正确输入。本课设通道方案为：各个通道模拟信号，先经过各自的放大器进入A/D转换器，原理如上图所示，在这个方案中，如果有多路进行通信时，可以经过模拟开关，分时进入A/D转换器。采样保持A/D转换器逻辑控制放大器信号输出2.8.2模拟量输出通道模拟量输出通道主要是D/A转换器和输出电路组成的。其结构如D/A转换器输出电路通道1第3章心搏跟踪记录仪的整体设计 31各片的地址范围Y00006264（1）0000H1FFFHY10016264（2）2000H3FFFHY20106264（3）4000H5FFFHY30116264（4）6000H7FFFHY4100ADC0809首地址为8FFFHY5101DAC0832首地址为9FFFHY6110未用Y7111未用32整体电路图3.3程序流程图（一）主程序流程图 （二）A/D采样程序流程序 主程序开始初始化子程序定时器T1中断程序A/D采样子程序显示程序结束 选择通道启动A/D延时存到外部RAMT1定时到否？A/D程序开始返回（三）、D/A采样程序流程图开始读取采样值输出 3.4程序主程序如下：ORG OOOOHAJMP START ；转向主程序ORG 001BH AJMP TT0 ；转向定时器T1中断服务程序ORG 0050H ；主程序从0500H单元开始START: MOV A, #00H MOV R1, #7FH MOV R0, #00HLOOP0: MOV R0, A INC R0 DJNZ R1, LOOP0 ；内部RAM从007FH单元清零 MOV TMOD, #10H ；设置T1为定时器模式1 MOV TH1, #OD8H MOV TL1, #OFOH ；设置定时初值 MOV IE , #88H ；开CPU中断，开T1中断 SETB TR1 ；启动定时器T1 MOV 69H, #100 ；赋毫秒计数值 MOV 79H, #60 ；赋秒计数值 MOV 89H, #20 ；赋分计数值LOOP1: LCALL AD ；调用AD子程序 LCALL DA ；调用DA子程序 AJMP LOOP1 AD: MOV R1, #00H ；外部RAM存储单元初始地址（以下19行为AD采样程序） MOV R2, #00H ； AD1: MOV DPTR, #8FF0H ；选A/D通道IN0 MOV DPTR, A ；启动0809 MOV R3, #20 HZ: DJNZ R3, HZ ；延时 HB: JB P3.3, HR ；寻问是否转换完？ MOV A, DPTR ；A/D转换结果送入外部RAM中 MOV DPL, R2 MOV DPTR A INC R2 DEL: MOV R7, #25 DEL1: MOV R6, #20 DEL2: DJNZ R6, DEL2 DJNZ R7, DEL1 ；每隔1ms采样一次的延时 JNB 4FH, AD1节 ；是否循环完？ RET DA: MOV DPTR, #9FFFH ；设置D/A的地址（以下8行为DA输出程序） MOV R2, #00H ；外部RAM的地址 MOV R1, #00H DA1: MOV A, R2 ；将地址相对的内容传送到累加器A中 MOV DPTR, A ；输出 INC R2 AJMP DA1 ；循环输出 RET ORG 0100H ；以下为定时程序