单片机的心率计设计制作
摘 要本文以心率计为研究核心，经过了资料查阅、器件对比选择、软硬件设计以及调试等过程，最终设计了一款能够实现实现心率值快速检测并且具有报警功能的心率计控制系统，本系统在硬件上以STC89C51单片机作为主控单片机，在其片外搭配了红外对管、放大器以及液晶屏等模块构成了硬件框架，在软硬件设计上，本文以先搭建硬件系统后进行软件程序代码编写的顺序进行设计，通过Protel、Keil以及Visio等软件平台的辅助，大大加快了毕业设计的进程。
目录
一、 引言 1
（一） 课题的开发背景 1
（二） 国内外发展现状 1
（三） 本文主要研究内容 1
二、 方案选择及元器件介绍 3
（一） STC89C51单片机简要介绍 3
（二） 红外对管介绍 3
（三） LM358运算放大器概述 4
三、 硬件系统设计 5
（一） 心率计系统的硬件结构框图设计 5
（二） STC89C51单片机最小系统设计 5
1. 复位电路设计 6
2. 时钟电路设计 6
（三） 红外对管电路设计 7
（四） LM358放大及比较电路设计 7
（五） 点阵显示器电路设计 8
（六） 报警电路设计 9
（七） 按键电路 9
四、 软件系统设计 11
（一） 心率计系统的软件工作流程设计 11
（二） 点阵显示工作流程设计 12
五、 实物制作与安装 14
（一） 实物制作 14
（二） 问题总结 15
总 结 16
参考文献 17
致 谢 18
附录一 原理图 19
附录二 程序 20
引言
课题的开发背景
当前心率计系统正在以迅猛的发展速度和强大的市场潜力为基础快速进入市场，虽然目前市场上存在各种类型和特长不一的心率计系统产品，但是仍然不能满足人们的需求，与此同时随着经济的不断发展，人们对于心率计系统的功能和性能要求也在不断提升，越来越多的现有心率
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
计产品已经不能满足于人们高质量的工作生活标准，面临着被淘汰的境遇，而以新型高性能处理器为主控核心心率计产品也在不断替换老旧产品。
我国在加入世贸组织后迎来了经济全球化大发展，国外中高端产品以较低的生产成本进入国内市场，使得市面上现有心率计产品得到了冲击，另外国内对于心率计产品的研发较晚，因此处于一定的劣势，目前市场上对于心率计产品最大的研究重点是在实现心跳、脉搏快速检测等功能的同时，要使得其功耗降到最低。目前心率计系统大多以高性能的单片机或者FPGA等微处理器作为主控器件，其中以32位单片机作为处理器的心率计系统占据市场的半壁江山，单片机以其丰富的外设以及方便配置的管脚特点赢得了设计人员的青睐，并且低廉的生产成本使得单片机成为绝大多数心率计系统设计师的首选，本课题将提出一款通过51单片机来实现的心率计系统，考虑到最低的设计成本以及最高的性价比，课题将以大学期间所学的所有专业知识作为基础和背景，通过C语言进行程序设计，并结合关于心率计系统的文献综述和老师同学的帮助下齐力完成本课题。
国内外发展现状
综合目前国内市场上心率计系统产品价格区间来分析，其中价格处于上层的高端产品七成以上品牌来自于国外进口，而中低端价格区间中国内品牌占据绝大多数份额，而高端产品在价格方面具有较大优势，由于其与中低端产品的价格差距较小，因此购买者在选购时往往忽略价格差异而容易选用高端的国外品牌。从技术角度来分析，由于国外对于开发研究较早，因此在研发技术上处于绝对的制高点，而以国内的研究现状来看，要赶超国外的优秀技术，还需要沉下心来进行刻苦钻研，要走一段较长的研发之路。
本文主要研究内容
本文从多个角度对心率计控制系统进行了描述和展现，首先将这种系统的起源发展背景以及目前国内外企业、高校的研究成果现状进行了探讨和阐述，并分析研究了目前这种控制系统投入市场后所存在的普遍缺点；论文第二章紧接着对控制系统的总体结构框架进行了设计，选取了相应的元器件及模块，以便下文对软硬件系统进行设计；第三和第四两章着重对本次所设计的控制系统的硬件以及软件系统进行了设计，并对设计过程以及设计原理进行了详细描述；在软硬件系统都设计完毕后，下列为本课题将要实现的功能指标：
1、以STC89C51单片机作为主控芯片，通过对液晶屏、报警器、外部管脚中断以及定时器的驱动，实现心率计系统；
2、通过红外对管电路的配置，实现红外线的发射和接收，通过两者的配合，实现对脉搏的检测，并将脉搏动作转换为电压信号；
3、单片机通过对电压信号周期的测量，实现心率数的计算；
4、通过LCD1602液晶屏的配置，实现对脉搏数的显示；
5、具有正常心率范围设置功能，当心率超过正常范围时，发出报警信号。
方案选择及元器件介绍
STC89C51单片机简要介绍
下图所示的芯片就是本系统将要使用到的STC89C51单片机芯片，这款单片机是一款历史较为悠久的8位控制器（所谓8位则是指其内部CPU在处理一次数据时，能够同时对八位二进制数据进行处理），在数据处理能力上，虽然相对于现在的16位以及32位单片机来说，其处理速度相差甚远，但是它的内部结构以及处理稳定度还是很值得肯定的。
图1 STC89C51单片机
红外对管介绍
为了实现对心率的检测，本系统将采用红外线发射与接收的方式来实现间接的心率测量，其所依据的原理是通过红外线发射管发射出一定强度的红外线信号，将该信号穿过手指等部位，由于在每次心跳时血液中的血球蛋白密度会瞬间增加，而血球蛋白对红外线有着很强的吸收作用，因此通过手指末端的红外线会随着心跳发生时强度瞬间降低，通过红外线接收管来实现对穿过手指后的红外线进行接收并转换为电压信号，该电压信号的大小与接收到的红外线强度成正比，因此通过红外线接收管输出的电压信号为交流信号，其频率值与心率值相同，下图中的二极管即为本课题将要采用的红外线发射管（透明）和红外线接收管（黑色），只需要为其分别施加一定的直流电压即可使其完成红外线的发射和接收功能。
图2 红外对管
LM358运算放大器概述
本文采用目前市面上性价比非常高的LM358芯片作为微弱心率信号的放大机制。LM358具有宽电压供电能力，能够在直流3V至30V之间实现稳定的电压放大动作，该特点使得它能够应用于绝大多数高精度直流放大以及音频放大场合，用户在使用它时一般无需进行供电电压转换。L
图3 LM358芯片
硬件系统设计
心率计系统的硬件结构框图设计
上文主要是对心率计控制系统的发展背景、国内外发展现状以及所要使用到的芯片进行了选取，本章将开始进行控制系统的硬件电路进行设计，硬件系统主要包括51单片机最小系统的设计以及外围模块电路的设计。
目录
一、 引言 1
（一） 课题的开发背景 1
（二） 国内外发展现状 1
（三） 本文主要研究内容 1
二、 方案选择及元器件介绍 3
（一） STC89C51单片机简要介绍 3
（二） 红外对管介绍 3
（三） LM358运算放大器概述 4
三、 硬件系统设计 5
（一） 心率计系统的硬件结构框图设计 5
（二） STC89C51单片机最小系统设计 5
1. 复位电路设计 6
2. 时钟电路设计 6
（三） 红外对管电路设计 7
（四） LM358放大及比较电路设计 7
（五） 点阵显示器电路设计 8
（六） 报警电路设计 9
（七） 按键电路 9
四、 软件系统设计 11
（一） 心率计系统的软件工作流程设计 11
（二） 点阵显示工作流程设计 12
五、 实物制作与安装 14
（一） 实物制作 14
（二） 问题总结 15
总 结 16
参考文献 17
致 谢 18
附录一 原理图 19
附录二 程序 20
引言
课题的开发背景
当前心率计系统正在以迅猛的发展速度和强大的市场潜力为基础快速进入市场，虽然目前市场上存在各种类型和特长不一的心率计系统产品，但是仍然不能满足人们的需求，与此同时随着经济的不断发展，人们对于心率计系统的功能和性能要求也在不断提升，越来越多的现有心率
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
计产品已经不能满足于人们高质量的工作生活标准，面临着被淘汰的境遇，而以新型高性能处理器为主控核心心率计产品也在不断替换老旧产品。
我国在加入世贸组织后迎来了经济全球化大发展，国外中高端产品以较低的生产成本进入国内市场，使得市面上现有心率计产品得到了冲击，另外国内对于心率计产品的研发较晚，因此处于一定的劣势，目前市场上对于心率计产品最大的研究重点是在实现心跳、脉搏快速检测等功能的同时，要使得其功耗降到最低。目前心率计系统大多以高性能的单片机或者FPGA等微处理器作为主控器件，其中以32位单片机作为处理器的心率计系统占据市场的半壁江山，单片机以其丰富的外设以及方便配置的管脚特点赢得了设计人员的青睐，并且低廉的生产成本使得单片机成为绝大多数心率计系统设计师的首选，本课题将提出一款通过51单片机来实现的心率计系统，考虑到最低的设计成本以及最高的性价比，课题将以大学期间所学的所有专业知识作为基础和背景，通过C语言进行程序设计，并结合关于心率计系统的文献综述和老师同学的帮助下齐力完成本课题。
国内外发展现状
综合目前国内市场上心率计系统产品价格区间来分析，其中价格处于上层的高端产品七成以上品牌来自于国外进口，而中低端价格区间中国内品牌占据绝大多数份额，而高端产品在价格方面具有较大优势，由于其与中低端产品的价格差距较小，因此购买者在选购时往往忽略价格差异而容易选用高端的国外品牌。从技术角度来分析，由于国外对于开发研究较早，因此在研发技术上处于绝对的制高点，而以国内的研究现状来看，要赶超国外的优秀技术，还需要沉下心来进行刻苦钻研，要走一段较长的研发之路。
本文主要研究内容
本文从多个角度对心率计控制系统进行了描述和展现，首先将这种系统的起源发展背景以及目前国内外企业、高校的研究成果现状进行了探讨和阐述，并分析研究了目前这种控制系统投入市场后所存在的普遍缺点；论文第二章紧接着对控制系统的总体结构框架进行了设计，选取了相应的元器件及模块，以便下文对软硬件系统进行设计；第三和第四两章着重对本次所设计的控制系统的硬件以及软件系统进行了设计，并对设计过程以及设计原理进行了详细描述；在软硬件系统都设计完毕后，下列为本课题将要实现的功能指标：
1、以STC89C51单片机作为主控芯片，通过对液晶屏、报警器、外部管脚中断以及定时器的驱动，实现心率计系统；
2、通过红外对管电路的配置，实现红外线的发射和接收，通过两者的配合，实现对脉搏的检测，并将脉搏动作转换为电压信号；
3、单片机通过对电压信号周期的测量，实现心率数的计算；
4、通过LCD1602液晶屏的配置，实现对脉搏数的显示；
5、具有正常心率范围设置功能，当心率超过正常范围时，发出报警信号。
方案选择及元器件介绍
STC89C51单片机简要介绍
下图所示的芯片就是本系统将要使用到的STC89C51单片机芯片，这款单片机是一款历史较为悠久的8位控制器（所谓8位则是指其内部CPU在处理一次数据时，能够同时对八位二进制数据进行处理），在数据处理能力上，虽然相对于现在的16位以及32位单片机来说，其处理速度相差甚远，但是它的内部结构以及处理稳定度还是很值得肯定的。
图1 STC89C51单片机
红外对管介绍
为了实现对心率的检测，本系统将采用红外线发射与接收的方式来实现间接的心率测量，其所依据的原理是通过红外线发射管发射出一定强度的红外线信号，将该信号穿过手指等部位，由于在每次心跳时血液中的血球蛋白密度会瞬间增加，而血球蛋白对红外线有着很强的吸收作用，因此通过手指末端的红外线会随着心跳发生时强度瞬间降低，通过红外线接收管来实现对穿过手指后的红外线进行接收并转换为电压信号，该电压信号的大小与接收到的红外线强度成正比，因此通过红外线接收管输出的电压信号为交流信号，其频率值与心率值相同，下图中的二极管即为本课题将要采用的红外线发射管（透明）和红外线接收管（黑色），只需要为其分别施加一定的直流电压即可使其完成红外线的发射和接收功能。
图2 红外对管
LM358运算放大器概述
本文采用目前市面上性价比非常高的LM358芯片作为微弱心率信号的放大机制。LM358具有宽电压供电能力，能够在直流3V至30V之间实现稳定的电压放大动作，该特点使得它能够应用于绝大多数高精度直流放大以及音频放大场合，用户在使用它时一般无需进行供电电压转换。L
图3 LM358芯片
硬件系统设计
心率计系统的硬件结构框图设计
上文主要是对心率计控制系统的发展背景、国内外发展现状以及所要使用到的芯片进行了选取，本章将开始进行控制系统的硬件电路进行设计，硬件系统主要包括51单片机最小系统的设计以及外围模块电路的设计。
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/dzxx/txgc/936.html
