基于单片机的智能脉搏测试仪

竞赛实训课程设计报告系别:信息科学与电气工程学院班级:姓名:学号:指导教师:实践地点:实验楼406时间:2014至2014课程设计任务书题目竞赛实训学院信息科学与电气工程学院专业电气工程及其自动化班级学生姓名学号5月19日至66月9日至6指导教师(签字)院长(签字)2014年一、设计内容及要求根据参赛的需要，综合运用单片机〔含ARM〕、模拟/数字电子技术、传感器、Protel等相关知识，自拟题目，完本钱次课程设计。全部题目要求经过老师的审定，并以实物形式调试完成，最后参加最终的课程设计作品辩论。1~2人一组，鼓励单人单组。二、设计原始资料单片机原理及应用教程范立南2006年1月单片机开发实验板、开发模块单片机综合实验台〔箱〕、单片机实验指导书PC三、设计完成后提交的文件和图表1．计算说明书局部1〕方案论证报告打印版或手写版2〕程序流程图3〕具体程序代码2．图纸局部绘制所设计系统的具体电路原理图3.其他资料提交所设计作品演示的视频文件以及相关作品的照片四、进程安排教学内容学时地点资料查阅与学习讨论4天现代电子技术实验室分散设计14天现代电子技术实验室编写报告1.5天现代电子技术实验室成果验收1.5天现代电子技术实验室五、主要参考资料《电子设计自动化技术根底》马建国、孟宪元编清华大学出版2004年4月《实用电子系统设计根底》姜威2023年1月《单片机系统的PROTEUS设计与仿真》张靖武2007年4月指导老师成绩辩论小组成绩总成绩目录第一章引言11．1概述11.2基于单片机的脉搏测试仪的开展与应用11.3本设计的主要内容2第二章整体方案分析32.1任务32.2要求32.3系统的整体方案32.4方案的比照和论证3脉搏传感器的选择32.4.2单片机的选择42.5设计时要考虑的问题5环境光对脉搏传感器测量的影响5电磁干扰对脉搏传感器的影响6测量过程中运动噪声的影响62.6本章小结6第三章硬件电路设计分析73.1控制器73.2脉搏传感器模块9模块电器参数9引脚功能介绍93.3.1SIM900A介绍103.3.2SIM900A模块主要特点：103.4本章小结10第四章软件系统114.1主程序流程114.2显示数码管124.3GSM/GPRS模块124.4本章小结12第五章课程设计总结13参考文献14基于单片机的便携式脉搏测试仪设计摘要随着生物医学工程技术的开展,医学信号测量仪器日新月异。生物医学测量与临床医学和保健医疗的联系日益紧密。通过对人体各种生理信号的检测，能更好的认识人体的生命现象。脉象包含丰富的人体健康状况信息,脉诊技术应客观化、定量化。本设计主要是基于单片机的便携式脉搏测试仪的具体实现方法，利用光电式传感器,设计脉搏信号获取的方法。本设计主要是基于单片机的便携式脉搏测试仪的具体实现方法，利用光电传感器产生脉冲信号，经过放大整形后，输入单片机内进行相应的控制，从而测量出一分钟内的脉搏跳动次数，快捷方便。本设计以单片机为核心，由脉搏检测传感器采集脉搏信号，得到每分钟的脉搏搏动次数〔即心率〕，并在数码管上显示心率，同时还设置了脉搏测量仪的上下限报警电路。通过观测脉搏信号，可以对携带人的健康进行监测。当监测到携带人脉搏处于非正常状态时，会利用GSM模块及时地将地址信息传送给被接收人，使其更好的了解到携带人的身体状况及地址，防止意外发生。本设计是基于单片机的便携式脉搏测试仪的设计，对携带人的平安监测与及时定位实现具有积极的促进作用。关键词：脉搏；单片机；光电传感器；监测；定位第一章引言1．1概述多年来，心率测试仪在心脑血管疾病的研究和诊断方面发挥出显著的作用，它记录的心脏活动时的生物电信号，已成为临床诊断的重要依据。临床上使用的心电监护仪虽然功能强大，测量精度高，但因为价格高昂，不利于家庭的普及。就算是在医院，护士每天监控病人病情而进行的心率测试也是常用手测。因为正常人的心率和脉搏跳动的次数是一样的，所以可以用测量脉搏的方法来测心率。因此，本设计采用的是设计一种脉搏测试仪测量脉搏数从而实现心率的测量的方法。脉搏测试仪是用来测量一个人脉搏跳动次数的电子仪器，也是心电图的主要组成局部,因此，在现代医学上具有重要的作用。目前检测脉搏的仪器虽然很多，但是能实现精确测量、精确显示且计时功能准确等多种功能的便携式全数字脉搏测量装置很少。随着人们生活环境和经济条件的改善，以及文化素质的提高，其生活方式，保健需求以及疾病种类、治疗措施等发生了明显的变化。但在目前，我国的心脑血管疾病仍呈逐年上升趋势。其发病率和死亡率均居各种疾病之首，是人类死亡的主要原因之一。因此，认识、预防及早期发现这些疾病是十分必要的。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。本设计旨在设计出一种以单片机为核心的一种实用型便携式脉搏测试仪。采用脉搏检测传感器对人体的脉搏进行数据采集。得到的信号送入进行滤波、放大、整形等处理之后送入单片机进行处理。单片机将采集到的脉搏数在数码管上实时显示出来，同时还设置了脉搏测量仪的上下限报警电路〔在非正常范围内将会发送短信定位地址〕功能。本设计首先描述本设计的整体思路，然后介绍各个局部设计中的细节问题，最后提出一些完善本设计的改良意见。本设计所设计的基于单片机的便携式脉搏测试仪，系统性能良好，结构简单，性价比高，输出显示稳定，比拟适合群众化。适合家庭进行平安监测以及医院护士进行每日的临床记录。这使我们可以更好的测试心率，检测是否患有一些心血管疾病，甚至于不在老人身边时也可以随时监测其平安信息，做到有意外情况时及时的了解到地理信息，更好的展开救护工作。1.2基于单片机的脉搏测试仪的开展与应用在我国传统中医学的诊断中，“望、闻、问、切〞是最根本的四个方面。而在其中，切，也就是脉诊，占有非常重要的地位。通过脉诊，医生可以对患者的身体状况有一个大概的了解，进而对症下药。脉搏信号可以直接反响出患者心脏的局部状况，我国传统中医学认为，通过脉诊可以了解到患者脏腑气血的盛衰，可以探测到病因，病位，预测疗效等。鉴于脉诊的重要性，人们对于脉搏测量一直非常关注，早在1860年Vierordt创立了第一台杠杆式脉搏描记仪，国内20世纪50年代初朱颜将脉搏仪引用到中医脉诊的客观化研究方面。此后随着机械及电子技术的开展，国内外在研制中医脉象仪方面进展很快，尤其是70年代中期，国内天津、上海、广州、江西等地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。随着科学技术的开展，脉搏测量技术也越来越先进，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，而其中关键是对脉搏传感器的研究。而由于脉搏传感器的不同，现今市场上的脉搏测试仪的脉率采集主要有三种方法：采用一对红色发光二极管实现、采用反射式的红外管实现和采用压电陶瓷芯片实现。近年来国内外致力于开发无创非接触式的传感器，这类传感器的重要特征是测量的探测局部不侵入机体，不造成机体创伤，能够自动消除仪表自身系统的误差，测量精度高，通常在体外，尤其是在体表间接测量人体的生理和生化参数。脉搏测量仪的开展主要向以下几个趋势：1、自动测量脉搏并且对所得到的脉搏进行自动分析目前很多脉搏测量仪都具有检测血氧等其他的功能，但是对这些信号的分析和诊断还需要一些有经验的医生观察，进行分析后才能确认结果，浪费大量的人力，且由人为引入的误差较大。因此，未来脉搏自动检测的内容将更加详细，自动分析诊断功能也更强大。2、数字化技术等先进技术的应用随着数字科学技术的开展，脉搏测量仪集成度将更高，更便于携带。数字信号处理的运用将使干扰更小，测量更为准确。3、多功能化越来越明显目前的脉搏测量仪，一般都具有测试血氧，心电图等等功能，单纯的脉搏测量仪已经很少见。随着电子技术的开展，脉搏测量仪必然可以实现更多的功能。1.3本设计的主要内容本设计以单片机为核心，由脉搏检测传感器采集脉搏信号，得到每分钟的脉搏搏动次数〔即心率〕，并在数码管上显示心率，同时还设置了脉搏测量仪的上下限报警电路。通过观测脉搏信号，可以对老人的健康进行监测。当监测到携带人脉搏处于非正常状态时，会利用GSM模块及时地将地址信息传送给被接收人，使其更好的了解到携带人的身体状况及地址，防止意外发生。本设计是基于单片机的便携式脉搏测试仪的设计，对老人的平安监测与及时定位实现具有积极的促进作用。本设计的工作是围绕着脉搏检测传感器检测脉搏波而单片机进行控制进行的。本设计的设计内容安排如下：第一章为引言。简要介绍了心率测试仪设计的目的和意义，并对基于单机的便携式脉搏测试仪的现状和应用以及未来的发转走势做了简单的阐述，指出了本设计的主要技术内容，即心率的测试。第二章为整体方案的分析。顾名思义第二章是对整个方案的详细的比照与选择并确定最终方案。在确定方案之前我必须先明确本设计的任务与要求，之后是各个局部的比照选择。第三章是本设计的核心。在这里给出了整体的硬件电路设计思路，并且对电路的各个局部进行分析与解释。第四章表达程序的编程方案，给出程序的框架结构图并对整个设计进行总结，而且对以后的设计工作进行了展望。第二章整体方案分析2.1任务基于单片机的便携式脉搏测试仪的设计。本设计以单片机为核心，由脉搏检测传感器采集脉搏信号，得到每分钟的脉搏搏动次数〔即心率〕，并在数码管上显示心率，同时还设置了脉搏测量仪的上下限报警电路。通过观测脉搏信号，可以对老人的健康进行监测。当监测到携带人脉搏处于非正常状态时，会利用GSM模块及时地将地址信息传送给被接收人，使其更好的了解到携带人的身体状况及地址，防止意外发生。2.2要求(1)通过脉搏传感器采样脉搏信号，设计脉搏波检测电路，通过数码管来显数脉搏次数。(2)将脉冲波送入单片机，采用单片机构成脉搏波检测仪，要求实现脉搏波次数超出设定上下限时驱动GSM模块向外界发出求救信息及地理位置。2.3系统的整体方案本设计的系统模块可以根本划分为：脉搏传感器局部、单片机处理电路局部、显示电路局部和GSM模块局部。本设计所设计的基于单片机的便携式脉搏测量仪将利用脉搏检测传感器采集脉搏信号，再对其进行整形、计数和显示，就能实现实时检测脉搏次数的目的，再通过GSM模块可实现报警功能。本设计结构硬件框图如图2.1所示。图2.1硬件框图2.4方案的比照和论证脉搏传感器的选择传感器又称为换能器、变换器等。脉搏传感器是脉搏检测系统中重要的组成局部。1、光电式传感器血液是高度不透明的液体，光照在一般组织中的穿透性要比血液中大几十倍，据此特点，采用光电效应手指脉搏传感器来拾取脉搏信号。反向偏压的光敏二极管，它的反向电流具有随光照强度增加而增加的光电效应特性，在一定光强范围内，光敏二极管的反向电流与光强呈线性关系。指端血管的容积和透光度随心搏改变时，将使光电三极管极管收到不同的光强，并由此产生的光电流均随之作相应变化。常用检测脉搏的光电传感器一般是红外对管。红外对管将对管夹于手指端部，通过手指的血液浓度会随着心脏的跳动发生变化，红外对管对应的信号便会发生相应的变化，采集此信号经过放大，滤波，比拟等处理便可以得到理想的信号。红外对管对脉搏的检测的根本原理：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、耳垂等部位最为明显。光电式传感器具有灵敏度高，易于操作，响应速度快，结构简单等优点。虽然外部光源的变化对测量结果的影响较大，但我们进行测量的地方一般都是在室内，有稳定的光源，所以在正常的操作过程中只要稍微注意下光源的问题就可以了。2、压电式传感器目前常用的是一次性心电电极，它是用印刷方法制得的Ag/Agcl传感器。这种传感器采用接扣与敏感区别离的方法，能明显的减少由于人体运动产生的干扰。电极的好坏对采集到的心电信号质量起着至关重要的作用，采用的电极应有贴力强，能紧附在人体外表，柔软、吸汗、极化电压低、导电性良好等特点。中选用电极传感器时，需要3个电极分别置于左右手和左腿，构成标准导联。临床上为了统一和便于比拟所获得的脉搏信号，在检测脉搏信号时，对电极的位置，引线与放大器的连接方式都有严格的统一规定。目前市场上有一种采用新型高分子压电材料聚偏氟乙烯研制的压电传感器，其灵敏度高,频带范围好，结构简单，便于使用。当手指前端受到轻微的压力时，可以感觉到手指前端在血压的作用下有一张一弛的感觉，将这个信号用传感器提取出来，转变为电信号，通过指脉的波形检测，就可以获得人体的脉搏信号。压电式传感器有着结构简单，实时性好，工作频带宽，应用电路简单等诸多优点，并且价格低廉。但压电式传感器直接与人体相接触，容易因为人体肌肉的颤抖等而产生干扰。而肌肉的颤抖不是人能主动控制的，所以说这局部的误差很难控制。并且使用压电式传感器测脉搏还容易受到外界其他信号的干扰。3、集成传感器当前，市面上有很多类型的集成心电传感器，其灵敏度高，集成度高，直接就可以反映出心率的变化，且已包含了滤波等抗干扰电路，波形经过放大可以直接处理使用。缺点是价格非常昂贵，一般均在五百元以上，就本次设计来说，考虑到经费以及锻炼自己的目的，不选择使用该型传感器。综合考虑种种情况，结合本系统的设计要求以及经费的考虑，本设计采用光电式传感器。单片机的选择单片机的选择主要是在AT89C2051和AT89C52之间做选择。1、AT89C2051单片机AT89C2051是一个带有2K字节闪速可编程可擦除只读存储器〔EEPROM〕的低电压，高性能8位CMOS微处理器。它采用ATMEL的高密非易失存储技术制造并和工业标准MCS-51指令集和引脚结构兼容。通过在单块芯片上组合通用的CPLI和闪速存储器，ATMEL的AT89C2051是一强劲的微型处理器，它对许多嵌入式控制应用提供一定高度灵活和本钱低的解决方法。AT89C2051提供以下标准功能：2K字节闪速存储器，128字节RAM，15根I/O口，两个16位定时器，一个五向量两级中断结构，一个全双工串行口，一个精密模拟比拟器以及两种可选的软件节电工作方式。空闲方停止CPU工作但允许RAM、定时器/计数器、串行工作口和中断系统继续工作。掉电方式保存RAM内容但振荡器停止工作并禁止有其它部件的工作到下一个硬件复位。2、AT89C52单片机在众多的单片机系列中，AT89C52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系列可编程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，也适用于常规编程。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得AT89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超高效的解决方案。AT89C52具有以下标准功能：8K字节Flash，256字节RAM，32位I/O口线，3个16位定时器/计数器，一个响亮2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89C52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。AT89C52单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且廉价的方案。经过比拟，本设计采用AT89C52单片机。显示局部的选择根据题目要求，设计出来的系统是可以设定报警的范围的。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、本钱低廉、配置简单灵活、安装方便、耐振动、寿命长等优点。但与LCD相比显示内容有限，不能显示图形，因而其应用有局限性。LED数码管显示器是由发光的二极管显示字段组成的。在单片机应用系统中使用最多的就是七段LED数码管，有共阴极和共阳极两种。七段LED数码管显示器有8个发光二极管，其中从a~g管脚输入显示代码，可显示不同的数字或字符，Dp显示小数点。共阴极LED数码管显示器的公共端为发光二极管阴极，通常接地，当发光二极管的阳极为高电平时，发光二极管点亮。共阳极的LED数码管显示器的公共端为发光二极管的阳极，通常接+5V电源，当发光二极管的阴极为低电平时，发光二极管点亮。通过比拟，我们可以发现LED动态显示更加适合本设计，所以就采用此方法。2.5设计时要考虑的问题环境光对脉搏传感器测量的影响在光电式脉搏传感器中，光敏器件接收到的光信号不仅包含脉搏信息的透射光的信号，而且包含测量环境下的背景光信号，由于动脉波动引起的光强变化比背景光的变化微弱得多，因此在测量过程当中要保持测量背景光的恒定，减少背景光的干扰。测量环境下的背景光包含环境光和在测量过程中引起的二次反射光。为了减少环境光对脉搏信号测量的影响，同时考虑到传感器使用的方便性，采用密封的指套式包装方式，整个外壳采用不透光的介质和颜色，尽量减小外界环境光的影响，为了防止测量过程中的二次反射光的影响，在指套式传感器的内层外表涂上一层吸光材料，这样能有效减少二次反射光的干扰。加上指套式外壳后的脉搏传感器测量到的脉搏波形比拟平滑。这是因为加指套式的脉搏传感器中环境光在测量过程中根本不受外界环境光的影响，而且能够有效减少二次反射光，使照射到手指上的光波长单一，所以得到的脉搏信号较为稳定，没有明显的重叠杂波信号，能够很好的表达出脉搏波形的特征。电磁干扰对脉搏传感器的影响通过光电转换得到的包含脉搏信息的电信号一般比拟微弱，容易受到外界电磁信号的干扰，在传统的光电式脉搏传感器电路中，由于光敏器件和放大电路是别离的，那么在信号的传递过程就很容易受到外界电磁干扰，通常在一级放大电路采用电磁屏蔽的方式来消除电磁干扰。本系统采用了新型的光敏器件，在芯片内部集成光敏器和一级放大电路，有效地抑制了外界电磁信号对原始脉搏信号的干扰。工频干扰是电路中最常见的干扰，脉搏信号变化缓慢，特别容易受到工频信号的干扰，因此对工频信号干扰的抑制是保证脉搏信号测量精度的主要措施之一。通常脉搏信号的频率范围在0.330Hz之间，小于工频50Hz，因此通过低通滤波器可以有效滤除工频干扰，这在信号调理电路中容易实现；同时可以在控制电路中对光源进行脉冲调制，这样不但能够降低系统的功耗，而且能够在一定程度上减小外界的电磁干扰，在脉搏信号数据采集后，可以通过数据处理法方法进一步滤除工频信号的干扰。测量过程中运动噪声的影响测量过程中，通常情况下手指和光电式脉搏传感器可能产生相对的运动，这样会使脉搏的测量产生误差，可以通过两个方面减少运动噪声误差：一是改善指套式传感器的机械运动性，比方说使指套能够更紧的套在手指上，不易松动；二是从脉搏处理的角度，通过算法来减少误差。对于本设计的传感器的设计来说，采用的是第一个途径。2.6本章小结本章主要介绍了常见的用于脉搏检测的三种传感器，并对这三种感器的优缺点进行了比拟。本设计采用的单片机芯片的型号是AT89C52，在本章主要介绍了它的一些特点。本设计还列出了常见的干扰因素。最后，给出了最终的设计方案和硬件框图。第三章硬件电路设计分析3.1控制器经过第2章的表达已经确定了完本钱设计所需要的主要元器件，所以本章开始讲述基于单片机的智能手环的设计的硬件电路的设计。3.1.1AT89C52AT89C52是一个低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含8kbytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256bytes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，AT89C52单片机在电子行业中有着广泛的应用。3.1.2AT89C52的特点1、兼容MCS51指令系统2、8kB可反复擦写(大于1000次〕FlashROM；3、32个双向I/O口；4、256x8bit内部RAM；5、3个16位可编程定时/计数器中断；6、时钟频率0-24MHz；7、2个串行中断，可编程UART串行通道；8、2个外部中断源，共8个中断源；9、2个读写中断口线，3级加密位；10、低功耗空闲和掉电模式，软件设置睡眠和唤醒功能；11、有PDIP、PQFP、TQFP及PLCC等几种封装形式，以适应不同产品的需求。此次设计所使用的AT89C52的封装形式是PDIP。DIP管脚图如图3.1所示。图3.1DIP管脚图AT89C52与51系列中各种型号芯片的引脚互相兼容。目前多采用40只引脚双列直插，如图3.1所示。引脚按其功能可分为如下3类：1、电源及时钟引脚——VCC、XTAL1、XTAL2；2、控制引脚——RST、ALE/PROG、PSEN、和EA/VPP；3、I/O口引脚——P0、P1、P2、P3，为4个8位I/O口。1、电源及时钟引脚(1)电源引脚VCC：5V电压。GND：接地。(2)外接晶体引脚XTAL1：振荡器反相放大器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。2、控制引脚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。一般情况下，ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。要注意的是：每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。对Flash存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲〔PROG〕。如有必要，可通过对特殊功能存放器〔SFR〕区中的8EH单元的D0位置位，可禁止ALE操作。此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE禁止位无效。PSEN：程序储存允许〔PSEN〕输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89C52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，将跳过两次PSEN信号。EA/VPP：外部访问允许。欲使CPU仅访问外部程序存储器〔地址为0000H—FFFFH〕，EA端必须保持低电平〔接地〕。需注意的是：如果加密位LB1被编程，复位时内部会锁存EA端状态。Flash存储器编程时，该引脚加上+12V的编程允许电源Vpp，当然这必须是该器件是使用12V编程电压Vpp。3、I/O口引脚P0口：P0口是一组8位漏极开路型双向I/O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P0写“1〞时，可作为高阻抗输入端用。在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址〔低8位〕和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。Pl口：P1是一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(IIL)。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P2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(IIL)。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3.1所示。端口引脚第二功能P3.0RXD(串行输入口)P3.1TXD〔串行输出口〕P3.2INT0(外中断0)P3.3INT1〔外中断1〕P3.4T0〔定时/计数器0〕P3.5T1〔定时/计数器1〕P3.6WR(外部数据存储器写选通)P3.7RD(外部数据存储器读选通)表3.1P3口的第二功能3.2脉搏传感器模块脉搏传感器模块采用的是指夹式获取指尖心率数据，传感器采样原理是通过高穿透率的IR红外发射管发射不可见光，照射指尖，红外发射管对面是对应的红外接收管。在心跳不同时间，指尖的毛细血管的血量是不一样的，发射管的红外光透过手指，红外接收管接收到经过信号放大从而根据透过手指的红外光判断心率。模块电器参数输入VCC3V-5V；输出AO信号可调；输出DO信号为上下电平引脚功能介绍VCC，GND电源接口EN选通引脚：连接VCC选通，悬空或者连接GND不选通，控制IR发射AO模拟信号输出，输出为心率波形，可通过示波器，单片机AD采集信号。DO数字信号输出，通过模块上运放的比拟电路输出上下电平的心率信号，方便心率计数。3.3GSM/GPRS模块本模块最主要的局部就是SIM900A。SIM900A介绍SIM900A模块是一款尺寸紧凑的GSM/GPRS模块，采用SMT封装，基于STE的单芯片案，采用ARM926EJ-S架构,性能强大，可以内置客户应用程序。可广泛应用于车载跟踪、车队管理、无线POS、手持PDA、智能抄表与电力监控等众多方向。SIM900A模块主要特点：SMT封装：易于客户生产加工尺寸小：24*24*3mm功耗低：待机模式电流低于18mA、sleep模式低于2mA供电范围宽：3.2～4.8V支持频段：GSM/GPRS900/1800MHz语音编码：支持半速率、全速率、增强型速率支持回声抑制算法，可以基于不同客户设备通过AT命令调节回音抑制消除。3.4本章小结本章是本设计的核心，主要介绍了AT89C52单片机的结构与引脚功能、脉搏传感器模块与GSM/GPRS模块。为下一步更好的进行设备组装奠定了根底。第四章软件系统硬件电路设计完成以后，系统的主要功能将依赖于系统软件来实现。系统能否正常可靠地工作，除了硬件的合理设计外，与功能完善的软件设计是分不开的。4.1主程序流程主流程如图4.1所示图4.1主程序流程图在软件设计中，一般采用模块化的程序设计方法，它具有明显的优点。把一个多功能的复杂的程序划分为假设干个简单的、功能单一的程序模块，有利于程序的设计和调试，有利于程序的优化和分工，提高了程序的阅读性和可靠性，使程序的结构层次一目了然。应用系统的程序由包含多个模块的主程序和各种子程序组成。各程序模块都要完成一个明确的任务，实现某个具体的功能，在具体需要时调用相应的模块即可。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存放器、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显示数码管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。本设计的显示采用LED数码管动态扫描来显示。所谓动态显示就是一位一位地轮流点亮各位显示器〔扫描〕，对于显示器的每一位而言，每隔一段时间点亮一次。虽然在同一时刻只有一位显示器在工作〔点亮〕，但利用人眼的视觉暂留效应和发光二极管熄灭时的余辉效应，看到的却是多个字符“同时〞显示。显示器亮度既与点亮时的导通电流有关，也与点亮时间和间隔时间的比例有关。调整电流和时间参