51单片机的心率计设计
目 录
引言 1
一、系统的总设计 1
二、元器件介绍 1
（一）、蜂鸣器、按键和LED的介绍 1
（二）、74HC573和74HC138芯片介绍 2
（三）、 LM358芯片介绍 3
（四）、ST188反射型光电传感器的介绍 3
（五）、数码管的介绍 4
（六）、主控芯片AT89C51单片机的简介 5
三、硬件电路设计 6
（一）、 晶振时钟电路 6
（二）、 复位电路 7
（三）、 电源电路 8
（四）、数码管显示电路设计 8
（五）、按键电路设计 9
（六）、 报警电路设计 9
（七）、信号放大电路设计 9
四、系统软件设计 10
（一）、系统软件设计整体思路 10
五、 仿真及程序调试 10
总结 14
参考文献 15
附录一：系统原理图 16
附录二：系统源程序 17
致谢 20
引言
一、系统的总设计
本设计中使用51内核芯片单片机是AT89C51，通过2个22P电容和1个12MHz的晶振组成的晶振电路，系统的时钟脉冲就是由它提供，还有通过1个电阻和1个电解电容和1个按键组成的复位电路，通过使用1个按键控制此心率计开始测试，使用1个LM358芯片通过一些电容电阻构成放大电路将心跳电信号信息放大，使用2个2位的共阴数码管对时间和测试者心跳次数的显示，使用一个无源蜂鸣器作为1分钟检测完毕后的一个结束提示音，运用这些电路组成其中51单片机全权负责整个系统的执行控制过程。如图1所示： *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥3^5`1^9`1^6^0`7^2$
图1 系统总设计图
二、元器件介绍
（一）、蜂鸣器、按键和LED的介绍
蜂鸣器可分为2种，一种是无源蜂鸣器，一种是有源蜂鸣器，此二者的区分在于，有源蜂鸣器直接给高或低电平就能驱动发声，但是无源蜂鸣器需要给他一定的脉冲触发信号才能使蜂鸣器发声，在此设计中我们使用的是无源蜂鸣器，即在控制他的时候我们必须输出一定频率的脉冲方能时此蜂鸣器发声报警。
按键通常是一种控制器件，通常被用来对需要控制的电路开或断即接通状态或者断开状态，内部的电流是很小的，应而可以达到手动控制的作用。在这里我们设计中使用的常用的按键，其按下后会有些许的波动，导致高低电平不稳，所以在后面的程序编写过程中需要专门用软件来消抖，一般其抖动的时间在10ms左右，如果不想再软件上做消抖处理也可以在硬件上做消抖，可以在按键那并接一个RC电路，那样就可以起到充放电延时的作用。这样一来单片机就可以对按键按下和按键断开有一个稳定的判断识别了。
LED也叫做发光二极管，具有正负极，它是一种半导体固态的器件，其具有将电能转化为光能的功能，它的英文名全称是Light emitting diode。
其内部有一个PN结组成，当给发光二极管正极加上约2V电压的时候就会发光，如果正负极接反的话不导通，电压过大会烧坏发光二极管。一般其导通电压是2V左右，电流是10ma。
（二）、 74HC573和74HC138芯片介绍
74HC573是八进制三态非反转透明锁存器，是一种高性能硅门器件。输入是和标准的CMOS输出兼容的，如果加上上拉电阻他们能和TTL兼容。其中有一个管脚是锁存使能管脚，当这个管脚为高电平时，数据将被锁存到寄存器中，即使断电也能保存。
管教图如图2所示：
图2 74HC573管脚图
74HC138为38译码器，它具有3输入8输出的，故名又为38译码器。3个输入分别是A,B,C，输出是Y0-Y7。当输入A为高电平，BC为低电平的时候对应的Y1输出一个低电平。如果ABC均为低电平，那么Y0输出一个低电平，如此往下推里即可。
管脚图如图3所示：真值表如图4所示：
图3 74HC138管脚图
图4 74HC138真值表
（三）、 LM358芯片介绍
LM358它拥有2个运算放大器，其内部含有两个相互独立并且具有高增益和内部频率补偿的双运算放大器。因此该运放芯片非常适用于电源电压范围非常宽的单电源应用，也非常适合双电源的工作模式，在标准的工作条件下，其芯片内电源电流和电源电压是没有任何关系的。它能在传感器检测后作为放大器，也可以在直流增益模块或者和其他所有可以用的单电源供电使用。其芯片内部结构如图5所示：
图5 LM358 管脚图
（四）、ST188反射型光电传感器的介绍
反射型它是指光源发射器与光电接收器一同放在被测指尖的下方，并且是想靠在一起，通过发光二极管发射出光纤，通过光敏三极管因为血压的变化而引起的光线发射率变化所做出的响应，经过一定的判断相似的处理后可以得到一个周期性变化的指尖脉搏波信号。本设计采用的就是反射式探头，如图6所示：
图6 反射式探头
ST188反射型传感器具有采用高发射功率红外光电二极管 和高灵敏度光电晶体管组成。它的检测距离在4mm到13mm之间。其中A-K为红外发射管，C_E为红外接收管。
ST188的引脚图如图7所示：
图7 ST188引脚图
如果元件没有反射红外线时，ce之间是截止的状态，没有电流流过，输出电压为电源电压即高电平。如果物体有反射红外线时，be饱和导通ce也就导通了，输出端就相当于接地。输出电压为低电平。其工作状态表格如图8所示：
图8 ST188的工作状态表格
（五）、数码管的介绍
数码管是由7段或者8段LED发光二极管组成一个8字形的器件。这8个发光二极管可以采用共阴接在一起或者共阳一端接在一起，也就出现现在的共阴数码管和共阳数码管。其中区分就是共阴是将所有阴极一端接在一起共地，只需要控制他们的阳极就可以显示相应的段。共阳也就一个原理。其具体的管脚如图9所示：
图9 LED的管脚图
如果为共阳数码管要显示0，那么可以让ABCDEF段输出高电平，其他为低电平。这就可以显示一个数字0.其他的也是一个原理，只要让对应组成数字模型的LED亮即可。
（六）、主控芯片AT89C51单片机的简介
单片机又称单片微控制器，它把一个计算机系统集成到一个芯片里。简单的来讲，就是把我们电脑主板上是由CPU处理、程序存储器、数据存储器、输入输出电路IO、显示设备等模块集成到了一块微小的芯片之内。它体积小，价格便宜，功能丰富，调写程序便利。因为它兼容了传统的8051系列MCS-51指令单片机，移植性能强，相对高性能的单片机来讲，它使用起来是很便利的。
引言 1
一、系统的总设计 1
二、元器件介绍 1
（一）、蜂鸣器、按键和LED的介绍 1
（二）、74HC573和74HC138芯片介绍 2
（三）、 LM358芯片介绍 3
（四）、ST188反射型光电传感器的介绍 3
（五）、数码管的介绍 4
（六）、主控芯片AT89C51单片机的简介 5
三、硬件电路设计 6
（一）、 晶振时钟电路 6
（二）、 复位电路 7
（三）、 电源电路 8
（四）、数码管显示电路设计 8
（五）、按键电路设计 9
（六）、 报警电路设计 9
（七）、信号放大电路设计 9
四、系统软件设计 10
（一）、系统软件设计整体思路 10
五、 仿真及程序调试 10
总结 14
参考文献 15
附录一：系统原理图 16
附录二：系统源程序 17
致谢 20
引言
一、系统的总设计
本设计中使用51内核芯片单片机是AT89C51，通过2个22P电容和1个12MHz的晶振组成的晶振电路，系统的时钟脉冲就是由它提供，还有通过1个电阻和1个电解电容和1个按键组成的复位电路，通过使用1个按键控制此心率计开始测试，使用1个LM358芯片通过一些电容电阻构成放大电路将心跳电信号信息放大，使用2个2位的共阴数码管对时间和测试者心跳次数的显示，使用一个无源蜂鸣器作为1分钟检测完毕后的一个结束提示音，运用这些电路组成其中51单片机全权负责整个系统的执行控制过程。如图1所示： *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥3^5`1^9`1^6^0`7^2$
图1 系统总设计图
二、元器件介绍
（一）、蜂鸣器、按键和LED的介绍
蜂鸣器可分为2种，一种是无源蜂鸣器，一种是有源蜂鸣器，此二者的区分在于，有源蜂鸣器直接给高或低电平就能驱动发声，但是无源蜂鸣器需要给他一定的脉冲触发信号才能使蜂鸣器发声，在此设计中我们使用的是无源蜂鸣器，即在控制他的时候我们必须输出一定频率的脉冲方能时此蜂鸣器发声报警。
按键通常是一种控制器件，通常被用来对需要控制的电路开或断即接通状态或者断开状态，内部的电流是很小的，应而可以达到手动控制的作用。在这里我们设计中使用的常用的按键，其按下后会有些许的波动，导致高低电平不稳，所以在后面的程序编写过程中需要专门用软件来消抖，一般其抖动的时间在10ms左右，如果不想再软件上做消抖处理也可以在硬件上做消抖，可以在按键那并接一个RC电路，那样就可以起到充放电延时的作用。这样一来单片机就可以对按键按下和按键断开有一个稳定的判断识别了。
LED也叫做发光二极管，具有正负极，它是一种半导体固态的器件，其具有将电能转化为光能的功能，它的英文名全称是Light emitting diode。
其内部有一个PN结组成，当给发光二极管正极加上约2V电压的时候就会发光，如果正负极接反的话不导通，电压过大会烧坏发光二极管。一般其导通电压是2V左右，电流是10ma。
（二）、 74HC573和74HC138芯片介绍
74HC573是八进制三态非反转透明锁存器，是一种高性能硅门器件。输入是和标准的CMOS输出兼容的，如果加上上拉电阻他们能和TTL兼容。其中有一个管脚是锁存使能管脚，当这个管脚为高电平时，数据将被锁存到寄存器中，即使断电也能保存。
管教图如图2所示：
图2 74HC573管脚图
74HC138为38译码器，它具有3输入8输出的，故名又为38译码器。3个输入分别是A,B,C，输出是Y0-Y7。当输入A为高电平，BC为低电平的时候对应的Y1输出一个低电平。如果ABC均为低电平，那么Y0输出一个低电平，如此往下推里即可。
管脚图如图3所示：真值表如图4所示：
图3 74HC138管脚图
图4 74HC138真值表
（三）、 LM358芯片介绍
LM358它拥有2个运算放大器，其内部含有两个相互独立并且具有高增益和内部频率补偿的双运算放大器。因此该运放芯片非常适用于电源电压范围非常宽的单电源应用，也非常适合双电源的工作模式，在标准的工作条件下，其芯片内电源电流和电源电压是没有任何关系的。它能在传感器检测后作为放大器，也可以在直流增益模块或者和其他所有可以用的单电源供电使用。其芯片内部结构如图5所示：
图5 LM358 管脚图
（四）、ST188反射型光电传感器的介绍
反射型它是指光源发射器与光电接收器一同放在被测指尖的下方，并且是想靠在一起，通过发光二极管发射出光纤，通过光敏三极管因为血压的变化而引起的光线发射率变化所做出的响应，经过一定的判断相似的处理后可以得到一个周期性变化的指尖脉搏波信号。本设计采用的就是反射式探头，如图6所示：
图6 反射式探头
ST188反射型传感器具有采用高发射功率红外光电二极管 和高灵敏度光电晶体管组成。它的检测距离在4mm到13mm之间。其中A-K为红外发射管，C_E为红外接收管。
ST188的引脚图如图7所示：
图7 ST188引脚图
如果元件没有反射红外线时，ce之间是截止的状态，没有电流流过，输出电压为电源电压即高电平。如果物体有反射红外线时，be饱和导通ce也就导通了，输出端就相当于接地。输出电压为低电平。其工作状态表格如图8所示：
图8 ST188的工作状态表格
（五）、数码管的介绍
数码管是由7段或者8段LED发光二极管组成一个8字形的器件。这8个发光二极管可以采用共阴接在一起或者共阳一端接在一起，也就出现现在的共阴数码管和共阳数码管。其中区分就是共阴是将所有阴极一端接在一起共地，只需要控制他们的阳极就可以显示相应的段。共阳也就一个原理。其具体的管脚如图9所示：
图9 LED的管脚图
如果为共阳数码管要显示0，那么可以让ABCDEF段输出高电平，其他为低电平。这就可以显示一个数字0.其他的也是一个原理，只要让对应组成数字模型的LED亮即可。
（六）、主控芯片AT89C51单片机的简介
单片机又称单片微控制器，它把一个计算机系统集成到一个芯片里。简单的来讲，就是把我们电脑主板上是由CPU处理、程序存储器、数据存储器、输入输出电路IO、显示设备等模块集成到了一块微小的芯片之内。它体积小，价格便宜，功能丰富，调写程序便利。因为它兼容了传统的8051系列MCS-51指令单片机，移植性能强，相对高性能的单片机来讲，它使用起来是很便利的。
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