脉搏计的设计

0脉搏计摘要脉搏主要由人体动脉舒张和收缩产生。从脉搏波中提取人体的生理病理信息作为临床诊断和治疗的依据，历来都受到中外医学界的重视。脉搏信号检测系统可以实现对脉搏的快速、准确测量。该系统是基于52单片机的系统，主要分为硬件和软件两部分。系统硬件电路设计主要包括：脉搏信号调理电路、LED显示电路；软件部分主要是利用C语言通过Keil编程控制单片机完成工作任务。仿真、调试采用proteus进行，最终完成满足设计要求的脉搏信号测量系统。本系统可显示测量结果。【关键词】：脉搏波；52单片机；硬件电路；Keil；1AbstractThepulsemainlyduetothehumanarterydiastolicandsystolic.Usingthebodysphysiologicalandpathologicalinformationwhichextractedfromthepulsewaveasthebasisoftheclinicaldiagnosisandtreatment,hasalwaysbeenthefocusoftheglobalmedicalcommunity.Thepulsesignalmeasuringsystemcanachievemeasuringpulsequicklyandaccurately.Thesystemisbasedon52single-chipsystemanddividedintotwopartsofhardwareandsoftware.Thepartofhardwaredesignincludes:thepulsesignalconditioningcircuit,thesamplingcircuitandthedisplaycircuit；thesoftwarepartmainlyusetheKeilwhichrelyonCprogramminglanguagetocontrolMCUtocompletetasks.UsingtheProteustosimulatinganddebugging.Thissystemcandisplaythemeasureresults.【Keywords】：pulsewave；52MCU；hardware；circuit；Keil；目录前言.3第一章脉搏与测量仪器.4第1.1节脉搏信号测量仪的发展.4第1.2节课题设计的目的与意义.5第二章设计思路.6第2.1节方案选择.6第2.2节模块设计.7第2.3节系统设计.7第三章硬件设计.8第3.1节单片机的功能和特点.8第3.2节脉搏传感器.13第3.3节双运算放大电路.15第3.4节显示电路.16第四章软件设计.19第4.1节Proteus软件使用方法.19第4.2节系统程序设计.20第五章系统调试与测试.24第5.1节系统调试.24第5.2节系统检测.24第5.3节误差分析.26结论.27致谢.28参考文献.29附录.301前言脉搏波所呈现出来的形态、强度、速率和节律等方面的综合信息，能反映出人体心血管系统中许多生理疾病的血流特征。从脉搏波中提取人体的生理病理信息作为临床诊断和治疗的依据，历来都受到中外医学界的重视。几乎世界上所有的民族都用过“摸脉”作为诊断疾病的手段。脉搏波所呈现出的形态(波形)、强度(波幅)、速率(波速)和节律(周期)等方面的综合信息，在很大程度上反映出人体心血管系统中许多生理病理的血流特征,因此对脉搏波采集和处理具有很高的医学价值和应用前景。脉搏信号检测仪是治疗心血管类疾病的主要依据，具有诊断可靠，方法简便，对病人无损害等优点，在现代医学中变得越来越重要。脉搏信号检测系统是基于52单片机的设计，具有很高的医学价值和应用前景。本设计通过采用光电传感器采集人体手指生物信号转变经运算放大整合以显示出人体的实际脉搏。在测量脉搏时只需要动用一根手指，具有方便，快捷，对病人无损害，精确度高等优点。2第一章脉搏与测量仪器第11节脉搏信号测量仪的发展心血管疾病是危害人类健康的第一大病症,脉搏波所呈现出的形态、强度、速率和节律等方面的综合信息,能准确反映出人体心血管系统的许多生理病理状况。通过对脉搏波信号的检测和分析,可快捷地得出被测者的各项心血管血流参数,从而客观、准确地评价被测者的心血管功能状态，这在预测心血管疾病以及指导心血管相关疾病的治疗中有着极其重要的意义。脉搏信号检测仪是治疗此类疾病的主要依据，其诊断可靠、方法简便、对病人无损害的优点在现代医学中具有很高的利用价值。1.1.1脉搏概述脉搏即动脉搏动，随着心脏节律性的收缩和舒张，动脉管壁出现相应的扩张和回缩，在表浅动脉上可触到搏动。正常人的脉搏和心跳是一致的。正常成人为60100次/分，通常为7080次/分，平均约72次/分；老年人则较慢，一般为5560次/分。正常人的脉率规则，不会出现脉搏间隔时间长短不一的现象；正常人的脉搏强弱也是均等的，不会出现强弱交替的现象。临床上有许多疾病，特别是心脏病可使脉搏发生异常变化。因此，测量脉搏对患有心血管类疾病的病人来讲是一个不可缺少的检查项目。我国传统医学中医更将切脉作为诊治疾病的主要方法。1.1.2脉搏信号测量仪的应用医院的护士每天都要给住院的病人把脉记录病人每分钟脉搏数，方法是用手按在病人腕部的动脉上，根据脉搏的跳动进行计数。为了节省时间，一般都是测量10秒钟内心脏跳动的次数，再把结果乘以6，即得到每分钟的心跳数。可是这样做还是比较费时，而且精度也不高。为了提高脉搏测量的速度和准确度，多种脉搏测量仪相继被运用到医学上来，从而开辟了一种全新的医学诊断方法。早在1860年，Vierordt研发了第一台杠杆式脉搏描记仪，20世纪50年代初，朱颜将脉搏仪引用到了中医脉诊上。此后，随着科学技术的飞速发展，国内外在脉象仪方面的研究进展迅速。到70年代中期，全国各地如上海、江西，都相继成立了跨学科的脉象研究协作组，多学科共同合作，促使中医脉象研究工作进入了一个新的境界。与此同时，脉搏测量仪在商业上的应用也在不断拓展，如运动器材、健身器材中的心率测试都用到了脉搏测量仪。随着科学技术的发展，脉搏测量技术越来越先进，对脉搏的测量精度也越来越高。国内外先后研制了不同类型的脉搏测量仪，其中关键就是对3脉搏传感器的研究。过去，在医院临床和中老年日常保健中出现的日常监护仪器，如便携式电子血压计，也可以对脉搏进行测量，但是这种便携式电子血压计存在体积庞大、加减压过程会出现不适、脉搏检测的精确度低等缺点。近年来，国内外致力于开发无创非接触式的传感器。这类传感器的一大重要特征就是测量的探测部分通常在体外，尤其是在体表就可以间接测量到人体的生理参数，对机体不造成任何创伤，测量精度高，并且能够自动消除仪表自身系统的误差。第12节课题设计的目的与意义人体心室周期性的收缩和舒张导致主动脉的收缩和舒张，血流压力以波的形式从主动脉根部开始沿着整个动脉系统传播，这种波称为脉搏波。脉搏波所呈现出的形态(波形)、强度(波幅)、速率(波速)和节律(周期)等方面的综合信息，在很大程度上反映出人体心血管系统的许多血流特征，因此对脉搏波的采集和处理具有很高的医学价值和应用前景。历来中外医学界都把从脉搏波中提取到的人体的生理病理信息作为临床诊断和治疗的重要依据。4第二章设计思路第21节方案选择2.1.1脉搏信号测量仪的几种设计方案脉搏测量仪的设计，必须是通过采集人体脉搏变化引起的一些生物信号，然后把生物信号转化为物理信号，使得这些变化的物理信号能够表现人体的脉搏变化，再通过相应的硬件电路及芯片来处理物理变化并存储脉搏次数，最终得出每分钟的脉搏次数，在硬件设计中物理信号一般就是电压变化。图2-1信号拾取电路方案一：采用红外发光二极管实现。随着心脏的搏动，人体组织的半透明度会随之改变。当血液送到人体组织时，组织的半透明度减小；当血液流回心脏时，组织的半透明度增大。这种现象在人体组织较薄的手指尖、耳垂等部位尤为明显。因此，可以采用红外发光二极管产生红外线照射到人体的上述部位，并用装在该部位另一侧或旁边的红外光电管来检测机体组织的透明度并把它转换成电信号。由于这种信号的频率与人体每分钟的脉搏次数成正比，因此只要把它转换成脉冲并进行整形、计数和显示，就能实现实时检测脉搏次数的目的。图2-1为采用红外发光二极管实现脉搏信号测量仪的信号拾取电路。方案二：采用压电陶瓷片实现。随着心脏的搏动，人体手腕的脉搏和颈部的脉搏搏动较为明显，因此可以将压电传感器放于上述部位进行对脉搏信号的采集，当脉搏跳动时，压电陶瓷片会产生相应地信号。把压电传感器测到的信号转换成脉冲并进行整形、计数和显示，就能实现实时检测脉搏次数的目的。5经比较，由于方案一只需人的一个小手指就可以方便快速的采集人体心率信号，所以选方案一。第22节模块设计当手指放在红外发射二极管和接收三极管中间，随着心脏的跳动，人体组织半透明度随之改变。由于手指放在光的传递途径中，血管中血液饱和度的变化会引起光的强度发生变化，因此和心跳的频率相对应，红外接收三极管的电流也跟着改变，这就使红外接收三极管输出脉冲信号。该信号经放大，滤波，整形后输出，再送入单片机进行计算，显示，就能实现实时检测心跳的目的，再通过报警电路就可实现报警功能。图2-2为系统的总体结构框图。图2-2总体结构框图第2.3节系统设计脉搏信号测量仪的硬件电路部分包括信号调理电路、LM358运放以及基于52单片机的显示电路。6第三章硬件设计第3.1节单片机的功能和特点3.1.1单片机的主要性能AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。AT89S52具有以下标准功能：8k字节Flash，256字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。3.1.2单片机的管脚介绍图3-1为单片机的管脚图。图3-189C52的结构框图7下面简单介绍AT89S52各引脚的功能。VCC：电源。GND：地。P0口：P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。对P0端口写“1”时，引脚用做高阻抗输入。当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用。在这种模式下，P0具有内部上拉电阻。在Flash编程时，P0口也用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。在程序校验时，需要外部上拉电阻。P1口：P1口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1输出缓冲器能驱动4个TT逻辑电平。当对P1端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。当作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。此外，P1.0和P1.2分别作为定时器/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和定时器/计数器2的触发输入（P1.1/T2EX），具体如表1-1所示。在Flash编程和校验时，P1口接收低8位地址字节。P2口：P2口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2输出缓冲器能驱动4个TT逻辑电平。对P2端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。当作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器（如执行MOVXDPTR）时，P2口送出高8位地址。在这种应用中，P2口使用很强的内部上拉发送1。在使用8位地址（如MOVXRI）访问外部数据存储器时，P2口输出P2锁存器的内容。在Flash编程和校验时，P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。P3口：P3口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2输出缓冲器能驱动4个TT逻辑电平。对P3端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。当作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。P3口也作为AT89S52特殊功能（第二功能）使用，如表1-2所示。在Flash编程和校验时，P3口也接收一些控制信号。RST:复位输入。在晶振工作时，RST脚持续两个机器周期高电平将使单片机复位。看门狗计时完成后，RST脚输出96个晶振周期的高电平。特殊寄存器AUXR（地址8EH）上的DISRTO位可以使此功能无效。在DISRTO默认状态下，复位高电平有效。ALE/PROG：地址锁存控制信号（ALE）在访问外部程序存储器时，锁存低8位地址的输出脉冲。在Flash编程时，此引脚（PROG）也用做编程输入脉冲。在一般情况下，ALE以晶振六分之一的固定频率输出脉冲，可用来作为外部定时器或时钟使用。然而，特别强调，在每次访问外部数据存储器时，ALE脉冲将会跳过。如果需要，通过将地址为8EH8的SFR的第0位置“1”，ALE操作将无效。这一位置“1”，ALE仅在执行MOVX或MOVC指令时有效。否则，ALE将被微弱拉高。这个ALE使能标志位（地址为8EH的SFR的第0位）的设置对微控制器处于外部执行模式下无效。PSEN：外部程序存储器选通信号（PSEN）是外部程序存储器选通信号。当AT89S52从外部程序存储器执行外部代码时，PSEN在每个机器周期被激活两次，而在访问外部数据存储器时，PSEN将不被激活。EA/VPP：访问外部程序存储器控制信号。为使能从0000H到FFFFH的外部程序存储器读取指令，EA必须接GND。为了执行内部程序指令，EA应该接VCC。在Flash编程期间，EA也接收12伏VPP电压。XTAL1：振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。XTAL2：振荡器反相放大器的输出端。3.1.3单片机的最小系统单片机最小系统分别由复位电路、晶振电路等组成。如图3-2所示。图3-2单片机最小系统（1）复位电路图3-3复位电路图9任何单片机在工作之前都要有个复位的过程，什么是复位呢？举个简单的例子，在我们上课之前往往会响起预备铃。预备铃一响，大家就自动地从操场、走廊等地方走进教室。在这样一段时间里，是不存在老师的干预的。同样的对于单片机来说，其复位过程就相当于预备铃，即程序在做准备工作的过程，但还没有开始执行。显然，准备工作不需要太长的时间，复位只需要5ms就可以了。那么单片机是如何进行复位的呢？这个很简单，只需按照要求，在单片机的RST引脚（9脚）上加时间不少于5ms的高电平就可以了。为了达到这个要求，可以采取很多种方法。图3-3为单片机的复位电路图，这种复位电路的工作原理是：通电时，电容两端相当于短路，于是RST引脚上为高电平，然后电源通过电阻对电容充电，RST端电压慢慢下降，降到一定程度，即为低电平，单片机开始正常工作。（2）晶振电路图3-4晶振电路图晶振电路即时钟电路，顾名思义其作用就是给单片机输入时钟信号。图3-4为单片机的晶振电路图。本系统采用频率为12MHz的晶振加于单片机的XTAL1(19脚)和XTAL2(18脚)并通过22pF的电容接地为单片机提供工作时钟。计算得单片机工作的机器周期为：12（112M）=1s。3.1.4单片机的主要功能部件1.中断系统：CPU暂时中止其正在执行的程序，转去执行请求中断的外设或事件的服务程序，等处理完毕后再返回执行原来被中止的程序,叫做中断。图3-5为中断示意图。10图3-5中断示意图1.设置中断的作用和目的（1）提高CPU工作效率。（2）具有实时处理功能：在实时控制中，现场的各种参数、信息均随时间和现场而变化。这些外界变量可以根据要求随时向CPU发出中断申请，请求CPU及时处理中断请求。若中断条件满足，CPU就会马上做出响应，进行相应的处理，从而实现实时处理。（3）具有故障处理功能：针对难以预料的情况或故障，如掉电、存储出错、运算溢出等，可通过中断系统由故障源向CPU发出中断请求，再由CPU转到相应的故障处理程序进行处理。2.定时器/计数器：1.组成结构主要介绍定时器0（T0）和定时器1（T1）的结构与功能。图3-6是定时器/计数器的结构框图。由图可知，定时器/计数器由定时器0、定时器1、定时器方式寄存器TMOD和定时器控制寄存器TCON组成。图3-6为单片机的定时器/计数器逻辑结构图。11图3-6定时器/计数器结构图2.工作原理计数方式时，T的功能是计来自T0(P3.4)T1(P3.5)的外部脉冲信号的个数。输入脉冲由1变0的下降沿时，计数器的值增加1直到回零产生溢出中断，表示计数已达预期个数。外部输入信号的下降沿将触发计数，识别一个从1到0的跳变需2个机器周期，所以，对外部输入信号最高的计数速率是晶振频率的1/24。若晶振频率为6MHz，则计数脉冲频率应低于1/4MHz。当计数器满后，再来一个计数脉冲，计数器全部回0。定时方式时，T记录单片机内部振荡器输出的脉冲(机器周期信号)个数。每一个机器周期使T0或T1的计数器增加1，直至计满回零自动产生溢出中断请求。第3.2节脉搏传感器3.2.1脉搏传感器的选择脉搏传感器，即能感受外周血管搏动并转换成可用输出信号的传感器。目前脉搏传感器主要分为：红外脉搏传感器、光电脉搏传感器、数字式脉搏传感器及集成化脉搏传感器等等。光电检测方法具有精度高、反应快、非接触等优点，而且可测参数多，传感器的结构简单，形式灵活多样，因此，我们选择使用光电传感器。3.2.2光电传感器传感器的介绍光电传感器是各种光电检测系统中实现光电转换的关键元件，它是把光信号（红外、可见及紫外光辐射）转变成为电信号的器件。光电式传感器是以光电器件作为转换元件的传感器。它可用于检测直接引起光量变化的非电量，如光强、光照度、辐射测温、气体成分分析等；也可用来检测能转换成光12量变化的其他非电量，如零件直径、表面粗糙度、应变、位移、振动、速度、加速度，以及物体的形状、工作状态的识别等。光电式传感器具有非接触、响应快、性能可靠等特点，因此在工业自动化装置和机器人中获得广泛应用。3.2.3光电传感器检测原理随着心脏的搏动，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。因此本设计将光敏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二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,于是光敏接收二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。图3-7光电传感器3.2.4传感器电路图3-8是脉搏信号的采集电路，U3是红外发射接收装置，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R6阻值的选取要求较高。R6选择330同时也是基于红外接收二极管感应红外光灵敏度考虑的。R6过大，通过红外发射二极管的电流偏小，红外接收二极管无法区别有脉搏和无脉搏时的信号。反之，R6过小，通过的电流偏大，红外接收二极管也不能准确的辨别有脉搏和无脉搏时的信号。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，但是由于红外接收二极管中存在暗电流，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，红外接收二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50次/分钟时，只有0.78HZ，200次/分钟时也只有3.33HZ，因此信号首先经R8，C6滤波以滤除高频干扰，再由电容C9加到线性放大输入端。13图3-8信号采集电路第3.3节运算放大电路LM358P是一块双运算放大电路。该电路由二个独立的高增益运算放大器组成，具有内部频率补偿，该电路可在较宽的电源电压范围内单电源工作，亦可在双电源条件下工作，该电路在家用电器上和工业自动化及光电机一体化等领域中有广泛的应用。3.3.1LM358P特点其特点如下：电源电压工作范围宽；内含频率补偿电路，外围元件少；静态电流小；与数字集成电路兼容；输出电压范围宽；共模输入电压范围宽；封装形式:SOP8/DIP8。3.3.2功能框图与引脚说明1.功能框图图3-9功能框图2.引脚说明14表3-1引脚说明3.3.3运算放大电路图3-10运算放大电路将传感器电路检测到的信号进行低通滤波和整合传输到单片机中去。第3.4节显示电路本设计采用LCD1602字符型显示器。3.4.1LCD1602的管脚功能图3-11为LCD1602的逻辑符号图。图3-11LCD1602逻辑符号图LCD1602是点阵字符型LCD，它是2行*16个字符的液晶显示器，即可以同时显示3215个字符。各引脚功能如下：VSS：电源端，接地；VDD：电源端，接+5V；VEE：电源端，LCD亮度调节，电压越低，屏幕越亮，使用时可以用一个电位器调整其亮度；RS：寄存器选择输入端。RS=0时，选择指令寄存器，可以写指令、读LCD忙标志和作为地址计数器；RS=1时，选择数据寄存器，可以写或读数据；R/W：读/写控制信号端。R/W=1时为读操作，R/W=0时为写操作，R/W与RS配合使用，可进行写指令、读LCD忙标志、写数据等操作；E：命令使能端，E由高电平跳变为低电平时，LCD模块执行命令；D0D7：8位双向数据线。可以以8位或4位方式读/写数据，要注意的是，若选用4位，则只用D4D7。3.4.2LCD1602的内部结构1602点阵字符型LCD显示模块（LCM）由LCD控制器、LCD驱动器、LCD显示装置（液晶屏）等组成，主要用于显示数字、字母、图形符号等，内部结构框图如图3-12所示。图3-12LCD1602内部结构框图3.4.3LCD1602的硬件连接图16图3-13为本设计中液晶显示器LCD1602与单片机的硬件连接图。图3-13LCD1602的硬件连接图如图所示，单片机P0口接LCD1602的8位数据线（D0D7）；由于52单片机的P0口内部是开漏的，不管驱动能力多大，都相当于它是没有电源的，而LCD1602显示屏需要电源才能够驱动电亮，因此，需要接上拉电阻R10提供驱动电源。17第四章软件设计第4.1节Proteus软件使用方法4.1.1Proteus仿真软件ProteusISIS是英国Labcenter公司开发的电路分析与实物仿真软件。它运行于Windows操作系统上，可以仿真、分析各种模拟器件和集成电路，该软件的特点是：实现了单片机仿真和数字电路仿真相结合。具有模拟电路仿真、数字电路仿真、单片机及其外围电路组成的系统的仿真、RS232动态仿真、I2C调试器、SPI调试器、键盘和LCD系统仿真的功能；有各种虚拟仪器，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等。支持主流单片机系统的仿真。目前支持的单片机类型有：68000系列、8051系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列以及各种外围芯片。提供软件调试功能。在硬件仿真系统中具有全速、单步、设置断点等调试功能，同时可以观察各个变量、寄存器等的当前状态，因此在该软件仿真系统中，也必须具有这些功能；同时支持第三方的软件编译和调试环境，如KeilC51uVision2等软件。具有强大的原理图绘制功能。总之，该软件是一款集单片机和电路分析于一身的仿真软件，功能极其强大。本章介绍ProteusISIS软件的工作环境和一些基本操作。4.1.2进入ProteusISIS双击桌面上的ISIS6Professional图标或者单击屏幕左下方的“开始”“程序”“Proteus7.1Professional”“ISIS7.1Professional”，出现如图4-1所示。图4-1Proteus启动时的屏幕4.1.3工作界面ProteusISIS的工作界面是一种标准的Windows界面，如图4-2所示。包括：标题栏、18主菜单、标准工具栏、绘图工具栏、状态栏、对象选择按钮、预览对象方位控制按钮、仿真进程控制按钮、预览窗口、对象选择器窗口、图形编辑窗口。图4-2ProteusISIS的工作界面在利用Proteus进行仿真的条件下，通过不停的调试与改正，以达到实验目的。第4.2节系统程序设计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。4.2.1本设计的主程序流程图图4-3主程序流程图19先由光电传感器接受到生物信号转化为电信号，再通过LM358进行放大滤波整形，然后传输到单片机中去，最后在显示器中显示出测量结果。4.2.2显示程序选用1602液晶屏，在液晶屏的第一行将显示出字符“Heartrate:”,在第二行显示出“000/min”。while(1)if(n10)n=0;jj=0;ci=0;TimeNum0=H;TimeNum1=e;TimeNum2=a;TimeNum3=r;TimeNum4=t;TimeNum5=;TimeNum6=r;TimeNum7=a;TimeNum8=t;TimeNum9=e;TimeNum10=;/显示英文字符ShowString(0,TimeNum);ShowString(1,Test1);elseif(w=0&EX0=0)delay();EX0=1;TimeNum10=:;ShowString(0,TimeNum);WriteCommand(0x80+0x40+5);/writecommand第二行显示WriteData(LCD1602_Tableci/100);/writedata显示测量结果WriteData(LCD1602_Tableci%100/10);/writedataWriteData(LCD1602_Tableci%10);/writedataWriteData(/);/writedataWriteData(m);/writedataWriteData(i);/writedataWriteData(n);/writedata204.2.3脉搏计算流程图图4-4脉搏计算流程图external0()interrupt0/外部中断服务程序w=w;/取反if(w=0)EX0=0;/清除计算相关寄存器ET0=1;TH0=0x0;TL0=0x0;n=0;elsetime=n*65536+TH0*256+TL0;/计算两次脉搏跳动的时间间隔（单片机定时计数器计数值）ddjj=30000000/time;/计算出1分钟，即60s的脉搏跳动次数jj+;if(jj10)jj=0;for(j=0;jddk+1)21tmp=ddk;ddk=ddk+1;ddk+1=tmp;if(dd550/在一定的条件下，取出中间的值取平均值，并加以修正TH0=0x0;TL0=0x0;n=0;/计数器清零4.2.4仿真图图4-4仿真图由于Proteus中无法找到本设计所需要的光电传感器元件，这里我用一个固定的方波信号来代替传感器的检测信号以实现仿真。22第五章系统调试和测试第5.1节系统调试根据系统设计方案，本系统的调试可分为两大部分：模拟部分和纯MCU部分。由于在系统设计中采用模块化设计，所以方便了对各电路功能模块的逐级测试。断开两部分的连接点，先调试MCU部分。试着输入一系列脉冲（用适当的电阻接正极，间断性地输入），观察MCU部分能是否能显示；模拟部分用不透明的笔在红外发射二极管和接收三级管之间摇摆，借助示波器观察波形效果如何。单片机软件先在最小系统板上调试，确保工作正常之后，再与硬件系统联调。最后将各模块组合后进行整体测试，使系统的功能得以实现。1.放大倍数的增加传感器的输出端经示波器观察有幅度很小的正弦波，但经整形输出后检测到的脉冲还是很弱，在确定电路没有问题的情况下，加强信号的放大倍数，调整电阻R23和R27的阻值。2.时钟的调试根据晶体振荡频率计算出内部定时器的基本参数，通过运行一段时间可通过秒表来校正后,看时间误差的量,以这个量为依据改变程序中的内部定时器基本参数,就可使时钟调准确。3.开机后无显示首先检查交流电源部分，有无交流，若无则可能保险管或变压器烧坏，如有继续查直流有无，如无则电源已烧坏，可更换解决。4.显示正常但经适当运动后测量，脉搏次数没有增加可能是前置放大级有问题，可采用更换的办法判断并排除。5.进人测量状态,但测量值不稳定主要是光电传感器受到电磁波等干扰，其次是损坏或有虚焊。6.开机后显示不正常或按键失灵可查手指摆放的位置或按键电路，若无故障则是硬件损坏。第5.2节系统检测系统上电后等待测试状态，上电液晶屏第二行显示000，会闪烁。如图5.1所示。23图5.1系统上电实物图测量中显示的数据：把手指放到红外发射和接受管之间，调节滑动变阻器，直到脉搏信号处理指示灯闪烁急促为止。如图5.2所示。图5.2测试过程中实物图24测量结束后显示的脉搏次数：手指放大约10秒钟液晶屏上会显示脉搏跳动次数，这次测得为80。如图5.3所示。图5.3测试结果显示第5.3节误差分析实际的脉搏次数测量得出脉搏次数1测量得出脉搏次数2测量得出脉搏次数3测量得出脉搏次数4测量得出脉搏次数5656464636563727071696970767675757473818080798180858383858284注：实际的脉搏次数以听诊器测出的脉搏次数为参考值。经过多次测量与实际测量值相对比，误差已基本达到要求。25结论脉搏检测中关键技术是传感器的设计与选择问题,本次设计的脉搏波检测系统以光电检测技术为基础。并利用过采样技术和数字滤波等数字信号处理方法，代替实现模拟电路中的放大滤波电路的功能。通过这次毕业设计，加强了我动手、思考和解决问题的能力。我觉得做毕业设计同时也是对课本知识的巩固和加强，平时看课本时，有时问题老是弄不懂，做完设计，那些问题就迎刃而解了。而且还可以记住很多东西。平时看课本，这次看了，下次就忘了，主要是因为没有动手实践过吧！认识来源于实践，实践是认识的动力和最终目的，实践是检验真理的唯一标准。作为毕业的学生，能够搞这样的关于单片机技术的设计，确实从中学到了很多的知识。在项目设计方面，打破了以往单纯为解决问题的观念，树立了良好的项目设计思想。在内容设计方面，比较深入的学习了单片机方面的知识，补充了自己知识上的不足，更重要的是给自己找到了一个发展的方向。26致谢首先，由衷地感谢老师在毕业设计中给予我的悉心教导。从最初的选题，到收集资料，到开题报告、外文翻译，再到硬件图设计、软件仿真，到最终的论文定稿，吴老师都给予了我耐心的指导和无私的帮助。从选题到开题报告，到课题的设计，到论文的书写，都严格把关，循循善诱，在此我表示衷心的感谢。同时，感谢所有任课老师和同学们在这四年里对我的关心，正是有他们的帮助和鼓励，才让我在大学四年取得种种收获，才让我拥有四年美好而宝贵的回忆。在此向他们表示真切的谢意。最后，再次感谢身边所有关心、帮助过我的老师和同学们。27参考文献1刘鹏,李小昊,王为.基于光电传感器和示踪法的径流流速测量系统的研究J.农业工程学报，2007，23(5)：61-63.2李瑜芳.传感器原理及其应用M.四川：电子科技大学出版社，2008.72-73.3刘文，唐辉，商洪涛.光电传感器在脉搏传感器中的研究J.中国医学装备，2005，09(3)：176-177.4杨西明，朱骐.单片机编程与应用入门M.北京：机械工业出版社，2004.108-110.5何立明，张俊谟.单片机中级教程M.北京：北京航空航天出版社，2002.47-51.6陆晓燕.单片机原理及接口技术教学探索J.电子世界,2012，08(23)：132-133.7董晓红.单片机原理及接口技术M.西安：西安电子科技大学出版社，2004.208-210.8王纪伟.基于AT89S52单片机脉搏测量器的设计J.新天地-开拓教育新天地.2011，11(12)：53-54.9张齐，杜群贵.单片机应用系统设计技术基于C语言编程M.北京：电子工业出版社，2004.55-5