单片机的心率测量仪的设计
2017年 3 月 28 日本次设计是利用单片机，从而来实现心率计的测量仪。整篇设计以52单片机为核心，利用光电传感器进行测量，然后将采集到的数据经过放大整形之后，通过脉冲信号传送给单片机。接着单片机进行数据处理，最后将心率数通过显示模块显示出来。利用这种方法，可以清楚的记录人在一分钟之内，心跳的次数。同时，本次设计还对该系统设定了一个范围，当心率超过或者低于这个范围，就会启动报警模块，这时候蜂鸣器就会响，以此来提醒人们。
【 key words 】 : SCM heart rate 目录
一．绪论 1
（一) 选题的背景和意义 1
（二）心率测量仪的发展与应用 1
二、方案的设计与论证 2
（一）主控系统 2
（二）显示模块的方案和论证 2
三、硬件设计 4
（一）总体设计 4
（二）单片机及其最小系统 4
（三）信号采集电路 6
（四）信号放大电路 6
（五）显示电路 7
（六）报警模块 7
（七）电源模块 8
（八）按键模块 8
（九）系统电路图 9
四、软件设计 10
（一）主程序流程： 10
（二）定时器中断程序流程： 10
（三）INT中断程序流程： 11
（四）显示程序流程： 12
五、系统调试 13
（一）电路仿真 13
（二）硬件调试 14
（三）软件调试 14
（四）实物图 14
结论 15
致谢 16
附录一 原理图 17
附录二 PCB图 18
附录三 元器件清单 19
附录四 源程序 19
一．绪论
（一) 选题的背景和意义
随着科技的发展，人们的生活水平逐渐提高。人生的物质上的生活已经达到了一定的满足，人们开始越来越关注自己的健康了。为了更好的了解自己的身体状况，可以用测量心率的方法来了解自己的健康。在古时候，医疗设备还没有这么发达的时候
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5`1^9`1^6^0`7^2#
，医生都是通过把脉的手法，对病人进行诊断，通过对心率的变化情况，来反映患者的病情。为了使古代的这种方法，发扬光大，以此设计了心率计。
以前，医生通过把脉看病，记录一段时间内心跳的次数，从而来判断病情。本次设计的心率计不需要等待太长的时间，如果要记录一个病人一分钟内的心跳次数，只需通过心率计先记录10秒的心跳次数，然后再乘以6。这大大减少了测量时间，也减少了医生的时间，医生可以通过心跳的次数，更快的给予病人最好的治疗。
随着时代的发展，电子信息技术的发展也越来越快，各种先进的电子仪器也不断问世，各种医疗器械也是不断涌现出来。心率测量仪在医疗器械中也是越来越精确了，这对于医生的诊断起到了莫大的帮助，对于人们生活中的运动、健身也有很好的保障。
（二）心率测量仪的发展与应用
电子技术迅速发展的今天，各种设备都在迅速发展，心率测量也不例外。对于心率计做的越来越小，越来越精确。但是人们在制作心率计的时候，不仅要考虑到它本身的外观，还要考虑外界对它的影响，毕竟是医疗仪器，讲究的卫生，准确，容不得一丁点的马虎。
在制作心率计的过程中，我们必须要考虑传感器的选择，这显得尤为重要。有些国家将无创非接触式传感器作为自己研究的方向。因为这种传感器，不仅误差极小，而且对人体又不造成损害，能够准确测量人体的各项生理指标。还有一种传感器可供选择，那就是光电式心率传感器，这种传感器也有很多优点比如说：它的精确度比较高、可以重复使用、结构比较简单、使用时间比较长等等。
人的心脏在跳动的时候，会有心室的收缩和舒张，然后导致血液的流动，带动整个身体的“运转”，血液的流动就像是一种波的传输。我们可以通过心率计进行采集，然后进行放大处理，观察波的强度、速率、形态等变化，以此来给病人看病，得到更好的治疗。 二、方案的设计与论证
根据课题设计要求，确定如下方案：利用传感器对心跳进行测量，将产生的信号通过整形放大后，传送给单片机，最后单片机对该信号进行处理，单片机还可以通过时钟电路，进行计数功能。每跳一次进行记录，最后观察结果。该方案符合该设计的需求，测量准确，方便快捷。
（一）主控系统
根据设计的需求，该设计有多个输入，也牵扯到很多程序控制，以此，有两种方案可供选择：
方案一：
选用CPLD作为核心部件，它的功能是处理、控制。CPLD是利用VHDL语言编程的，它有许多优点，比如说：编程简单、易于理解，运行速度快，开发的周期比较短。但CPLD也有很多不足之处。虽然CPLD对处理数据反应很迅速，但是设计的心率计无需这么高的运算速度。
方案二：
可以选用单片机作为该系统的核心芯片，单片机的功能比较齐全，还有灵活、方便等特点。可以接受来自传感器发送的信号，抗干扰的能力比较强，符合本次设计的要求。
综上所述：两种方案各有优缺点，但是考虑到本次设计的要求，还是选用52单片机比较合适。该单片机价格低廉，操作灵敏，所以本设计主控器选用方案二。
（二）显示模块的方案和论证
方案一：
可以采用的显示器件为：共阴极数码管。利用数码管，将所有的阴极连接在一起，大大减少了设计过程中线的连接。可以通过编写程序，对数码管进行赋值，从而来显示输出状态。由于要用到两位数码管，价格也比较高，因此不作为显示。
方案二
利用LED数码管进行数值的显示，虽然LED数码管的价格中等，也能准确显示数值。但是在与单片机进行接口连接的时候，占用了单片机大量的接口，还需借助74164移位寄存器，增加了系统的难度。不宜选择
方案三：
利用液晶显示器作为显示电路。LCD1602液晶显示器可以显示多个数据信息，其中包括交通灯的倒计时间和额外的附加信息等，显示功能强大。它还有价格低廉、可以显示各种数值等特点。
综上所述：经过以上三种方法的比较，考虑到各个方面，本次设计选用液晶显示器作为显示电路。本设计选用方案三。
（三）传感器的选型和论证
方案一：
可以利用压电传感器进行心率的测量。其原理是：利用外力对传感器发生形变，产生极化现象，然后会在其表面产生电荷。利用这种产生电荷的现象可以测量出人的心率。
方案二：
可以利用光电传感器进行心率的测量。可以通过光源照射人的手指，进而进行人体心率的测量。
【 key words 】 : SCM heart rate 目录
一．绪论 1
（一) 选题的背景和意义 1
（二）心率测量仪的发展与应用 1
二、方案的设计与论证 2
（一）主控系统 2
（二）显示模块的方案和论证 2
三、硬件设计 4
（一）总体设计 4
（二）单片机及其最小系统 4
（三）信号采集电路 6
（四）信号放大电路 6
（五）显示电路 7
（六）报警模块 7
（七）电源模块 8
（八）按键模块 8
（九）系统电路图 9
四、软件设计 10
（一）主程序流程： 10
（二）定时器中断程序流程： 10
（三）INT中断程序流程： 11
（四）显示程序流程： 12
五、系统调试 13
（一）电路仿真 13
（二）硬件调试 14
（三）软件调试 14
（四）实物图 14
结论 15
致谢 16
附录一 原理图 17
附录二 PCB图 18
附录三 元器件清单 19
附录四 源程序 19
一．绪论
（一) 选题的背景和意义
随着科技的发展，人们的生活水平逐渐提高。人生的物质上的生活已经达到了一定的满足，人们开始越来越关注自己的健康了。为了更好的了解自己的身体状况，可以用测量心率的方法来了解自己的健康。在古时候，医疗设备还没有这么发达的时候
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5`1^9`1^6^0`7^2#
，医生都是通过把脉的手法，对病人进行诊断，通过对心率的变化情况，来反映患者的病情。为了使古代的这种方法，发扬光大，以此设计了心率计。
以前，医生通过把脉看病，记录一段时间内心跳的次数，从而来判断病情。本次设计的心率计不需要等待太长的时间，如果要记录一个病人一分钟内的心跳次数，只需通过心率计先记录10秒的心跳次数，然后再乘以6。这大大减少了测量时间，也减少了医生的时间，医生可以通过心跳的次数，更快的给予病人最好的治疗。
随着时代的发展，电子信息技术的发展也越来越快，各种先进的电子仪器也不断问世，各种医疗器械也是不断涌现出来。心率测量仪在医疗器械中也是越来越精确了，这对于医生的诊断起到了莫大的帮助，对于人们生活中的运动、健身也有很好的保障。
（二）心率测量仪的发展与应用
电子技术迅速发展的今天，各种设备都在迅速发展，心率测量也不例外。对于心率计做的越来越小，越来越精确。但是人们在制作心率计的时候，不仅要考虑到它本身的外观，还要考虑外界对它的影响，毕竟是医疗仪器，讲究的卫生，准确，容不得一丁点的马虎。
在制作心率计的过程中，我们必须要考虑传感器的选择，这显得尤为重要。有些国家将无创非接触式传感器作为自己研究的方向。因为这种传感器，不仅误差极小，而且对人体又不造成损害，能够准确测量人体的各项生理指标。还有一种传感器可供选择，那就是光电式心率传感器，这种传感器也有很多优点比如说：它的精确度比较高、可以重复使用、结构比较简单、使用时间比较长等等。
人的心脏在跳动的时候，会有心室的收缩和舒张，然后导致血液的流动，带动整个身体的“运转”，血液的流动就像是一种波的传输。我们可以通过心率计进行采集，然后进行放大处理，观察波的强度、速率、形态等变化，以此来给病人看病，得到更好的治疗。 二、方案的设计与论证
根据课题设计要求，确定如下方案：利用传感器对心跳进行测量，将产生的信号通过整形放大后，传送给单片机，最后单片机对该信号进行处理，单片机还可以通过时钟电路，进行计数功能。每跳一次进行记录，最后观察结果。该方案符合该设计的需求，测量准确，方便快捷。
（一）主控系统
根据设计的需求，该设计有多个输入，也牵扯到很多程序控制，以此，有两种方案可供选择：
方案一：
选用CPLD作为核心部件，它的功能是处理、控制。CPLD是利用VHDL语言编程的，它有许多优点，比如说：编程简单、易于理解，运行速度快，开发的周期比较短。但CPLD也有很多不足之处。虽然CPLD对处理数据反应很迅速，但是设计的心率计无需这么高的运算速度。
方案二：
可以选用单片机作为该系统的核心芯片，单片机的功能比较齐全，还有灵活、方便等特点。可以接受来自传感器发送的信号，抗干扰的能力比较强，符合本次设计的要求。
综上所述：两种方案各有优缺点，但是考虑到本次设计的要求，还是选用52单片机比较合适。该单片机价格低廉，操作灵敏，所以本设计主控器选用方案二。
（二）显示模块的方案和论证
方案一：
可以采用的显示器件为：共阴极数码管。利用数码管，将所有的阴极连接在一起，大大减少了设计过程中线的连接。可以通过编写程序，对数码管进行赋值，从而来显示输出状态。由于要用到两位数码管，价格也比较高，因此不作为显示。
方案二
利用LED数码管进行数值的显示，虽然LED数码管的价格中等，也能准确显示数值。但是在与单片机进行接口连接的时候，占用了单片机大量的接口，还需借助74164移位寄存器，增加了系统的难度。不宜选择
方案三：
利用液晶显示器作为显示电路。LCD1602液晶显示器可以显示多个数据信息，其中包括交通灯的倒计时间和额外的附加信息等，显示功能强大。它还有价格低廉、可以显示各种数值等特点。
综上所述：经过以上三种方法的比较，考虑到各个方面，本次设计选用液晶显示器作为显示电路。本设计选用方案三。
（三）传感器的选型和论证
方案一：
可以利用压电传感器进行心率的测量。其原理是：利用外力对传感器发生形变，产生极化现象，然后会在其表面产生电荷。利用这种产生电荷的现象可以测量出人的心率。
方案二：
可以利用光电传感器进行心率的测量。可以通过光源照射人的手指，进而进行人体心率的测量。
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