stc89c51单片机的心率计设计与实现
摘 要本文主要围绕“心率计控制系统”进行了全方位的介绍，不仅对这种系统的起源发展背景以及国内外的研究现状做了综合分析，更在此基础上制定了本文的设计目标。笔者选用了目前单片机市场上最畅销的STC89C51单片机作为主要控制器芯片，并结合了其他必要的功能芯片，设计出了一款能够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，该系统不仅在硬件上突破了目前相关产品的成本消耗，更将硬件系统结构简化到最精，大幅度地降低了电能消耗、提高了待机时长，另外由于采用了普及程度较为广泛的C语言进行了程序代码的设计和开发，因此大大减少了软件系统的设计周期。本文最终通过Proteus软件对所设计的系统进行了全面的仿真，对各种能指标进行了检验，检验结果显示系统的各项性能完全达标。
目录
一、 引言 1
（一） 电子心率计控制系统发展背景 1
（二） 心率计系统的国内外发展现状 1
（三） 本文主要设计内容 2
二、 方案选择及元器件介绍 3
（一） 控制芯片的选取 3
（二） STC89C51处理器简介 4
（三） 红外对管介绍 4
（四） LM358运算放大器概述 5
（五） LCD1602液晶屏简介 5
三、 硬件系统设计 7
（一） 心率计控制系统的硬件结构设计 7
（二） 51单片机最小系统 7
（三） 红外对管电路设计 8
（四） LM358放大及比较电路设计 9
（五） 液晶屏电路设计 10
（六） 报警电路设计 11
四、 软件系统设计 13
（一） 心率计控制系统的主程序流程设计 13
（二） 液晶屏显示流程设计 14
（三） 报警电路工作流程设计 15
五、 实物展示 16
图19 实物图总 结 17
总 结 18
参考文献 19
致 谢 20
附录一 原理图 20
附录一 原理图 21
附录二 元件列表 22
附录三 程序 23
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
引言
电子心率计控制系统发展背景
本文将要介绍一种通过51单片机作为主要控制器来实现的一款智能型心率计控制系统，这款系统的实现将突破目前市面上相关产品的平均性能，并且在功能上将得到较大的扩展。心率计系统已经在人们的生产生活中出现了较长一段时间，起初在单片机技术还未成熟并推向使用前，逻辑电路以及cpld等一些具有逻辑运算功能的芯片在控制届大行其道，是大多数控制系统的首要选择，通过这些具有简单运算功能的芯片能够实现一些常见的按键检测、报警器驱动以及数码管显示等功能，这一时期的心率计控制系统已经具有了一些简单的功能设置、报警信号发出以及测量参数显示等基本功能，但是离今天以单片机等微处理器作为主控器的心率计控制系统还具有相当大的一段距离，无论是在功能还是用户使用体验上，都不能最大满足用户的需求。在这一现状下，心率计控制系统的设计师们意识到只有采用更高性能并且集成度更高的控制器芯片才能够设计出具有突破意义的产品来，因此在二十世纪九十年代当单片机生产技术和使用方法得到大规模的普及之后，各行各业的电子设计师们开始了对单片机系统的开发，其中在心率计控制系统领域，设计师们将以往的逻辑门电路或者cpld等一些主控器进行剔除，接着将微处理器芯片进行嵌入，通过程序代码的编写和编译并烧写，这样就使得心率计控制系统具有了一定程度的智能意义，因为它将设计师的思想换算成软件代码并下载到了微处理器芯片中进行对心率计控制系统中其他模块的驱动，实现具有一定智能化的操作。另外通过单片机等微处理器的嵌入，能够更好的实现心率计控制系统与用户之间的交互，由于单片机等芯片具有几十个甚至上百个管脚，因此能够实现更多模块的驱动。本次毕业设计就将以C51单片机来作为主控器，设计一款能够突破现有产品性能，改进目前相关产品所存在的普遍缺点，并且能通过软硬件的不断优化，将控制系统的功能损耗降低到最小。
心率计系统的国内外发展现状
国内外大多数企业已经普遍掌握了生产制造中高以上性能的心率计控制系统产品，但一些具有高端性能的心率计产品只占有很少的比例，这些顶尖技术只有世界上一些少有国家或者研究团队掌握，因此生产成本非常高，导致这些高端产品并不能够在市面上进行普及。许多科研单位和研究小组为了打破这种局面，开始着重开始对心率计控制系统进行研究，不但在硬件上更在软件上寻找突破口，使用更高性能的传感器和更先进的处理器来构建心率计系统的整体框架，相信这种少有高端技术垄断的局面在不久的将来很快会被打破。
本文主要设计内容
本文提出了采用8位型51单片机作为主控核心的心率计控制系统，通过将这种性价比超高并且带有高稳定性性能的芯片嵌入到这种系统中，能够大幅度地降低目前市场上相关产品的生产成本，并且在很大程度上改进了相关产品所存在的普遍缺点。在论文的结构安排上，论文的第一部分主要通过到图书馆以及互联网查阅资料对心率计控制系统的发展背景进行了简要的阐述，并对目前国内外相关院校、企业或者兴趣小组的研究成果进行了调查与对比，从而分析出他们的研究现状；论文第二部分快速确定了心率计控制系统的主控核心单片机即51单片机，该核心确立后，通过查阅大量资料，选择出了单片机外围模块所要使用的型号，并对其性能特点进行了简要介绍；论文的第三部分是心率计控制系统的硬件设计部分，在这一部分，笔者将详细描述控制系统的硬件结构以及各个模块电路的设计过程；论文的第四部分是软件设计部分，在这一部分，笔者将通过流程图形式对程序的设计过程进行详细的分析，下列为本课题将要实现的功能指标：
能够实现心率的快速测量。
误差率要求小于1%。
具有液晶显示功能。
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
控制芯片的选取
本文主要进行系统控制芯片的选取和各器件的相关介绍，首先我从大学期间接触过的几款单片机中选取了两款进行了细致的比较和考核，最终决定从这两款单片机中选择其中一个作为此次毕业设计的主控单片机，第一款单片机是我大三学习过程中接触到的一款高性能单片机STM32，其内核架构采用了M3系列的ARM，该单片机由意法半导体公司推出，是一款典型的32位微处理器，其中我对F103Z系列有过一段短暂的学习和使用经历；第二款单片机是美国ATMEL公司产出的STC89C51单片机，对于这款芯片我已经有了近三年的学习经验。
如果采用STM32单片机作为本文的主控单片机，那么将带来三大方面的优势，首先最主要的是STM32单片机内部采用了高稳定度的PLL（锁相环）技术；第二大优势是其内部丰富的资源模块；第三大优势是它的学习资料丰富性，图1为STM32单片机的外形图。
目录
一、 引言 1
（一） 电子心率计控制系统发展背景 1
（二） 心率计系统的国内外发展现状 1
（三） 本文主要设计内容 2
二、 方案选择及元器件介绍 3
（一） 控制芯片的选取 3
（二） STC89C51处理器简介 4
（三） 红外对管介绍 4
（四） LM358运算放大器概述 5
（五） LCD1602液晶屏简介 5
三、 硬件系统设计 7
（一） 心率计控制系统的硬件结构设计 7
（二） 51单片机最小系统 7
（三） 红外对管电路设计 8
（四） LM358放大及比较电路设计 9
（五） 液晶屏电路设计 10
（六） 报警电路设计 11
四、 软件系统设计 13
（一） 心率计控制系统的主程序流程设计 13
（二） 液晶屏显示流程设计 14
（三） 报警电路工作流程设计 15
五、 实物展示 16
图19 实物图总 结 17
总 结 18
参考文献 19
致 谢 20
附录一 原理图 20
附录一 原理图 21
附录二 元件列表 22
附录三 程序 23
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
引言
电子心率计控制系统发展背景
本文将要介绍一种通过51单片机作为主要控制器来实现的一款智能型心率计控制系统，这款系统的实现将突破目前市面上相关产品的平均性能，并且在功能上将得到较大的扩展。心率计系统已经在人们的生产生活中出现了较长一段时间，起初在单片机技术还未成熟并推向使用前，逻辑电路以及cpld等一些具有逻辑运算功能的芯片在控制届大行其道，是大多数控制系统的首要选择，通过这些具有简单运算功能的芯片能够实现一些常见的按键检测、报警器驱动以及数码管显示等功能，这一时期的心率计控制系统已经具有了一些简单的功能设置、报警信号发出以及测量参数显示等基本功能，但是离今天以单片机等微处理器作为主控器的心率计控制系统还具有相当大的一段距离，无论是在功能还是用户使用体验上，都不能最大满足用户的需求。在这一现状下，心率计控制系统的设计师们意识到只有采用更高性能并且集成度更高的控制器芯片才能够设计出具有突破意义的产品来，因此在二十世纪九十年代当单片机生产技术和使用方法得到大规模的普及之后，各行各业的电子设计师们开始了对单片机系统的开发，其中在心率计控制系统领域，设计师们将以往的逻辑门电路或者cpld等一些主控器进行剔除，接着将微处理器芯片进行嵌入，通过程序代码的编写和编译并烧写，这样就使得心率计控制系统具有了一定程度的智能意义，因为它将设计师的思想换算成软件代码并下载到了微处理器芯片中进行对心率计控制系统中其他模块的驱动，实现具有一定智能化的操作。另外通过单片机等微处理器的嵌入，能够更好的实现心率计控制系统与用户之间的交互，由于单片机等芯片具有几十个甚至上百个管脚，因此能够实现更多模块的驱动。本次毕业设计就将以C51单片机来作为主控器，设计一款能够突破现有产品性能，改进目前相关产品所存在的普遍缺点，并且能通过软硬件的不断优化，将控制系统的功能损耗降低到最小。
心率计系统的国内外发展现状
国内外大多数企业已经普遍掌握了生产制造中高以上性能的心率计控制系统产品，但一些具有高端性能的心率计产品只占有很少的比例，这些顶尖技术只有世界上一些少有国家或者研究团队掌握，因此生产成本非常高，导致这些高端产品并不能够在市面上进行普及。许多科研单位和研究小组为了打破这种局面，开始着重开始对心率计控制系统进行研究，不但在硬件上更在软件上寻找突破口，使用更高性能的传感器和更先进的处理器来构建心率计系统的整体框架，相信这种少有高端技术垄断的局面在不久的将来很快会被打破。
本文主要设计内容
本文提出了采用8位型51单片机作为主控核心的心率计控制系统，通过将这种性价比超高并且带有高稳定性性能的芯片嵌入到这种系统中，能够大幅度地降低目前市场上相关产品的生产成本，并且在很大程度上改进了相关产品所存在的普遍缺点。在论文的结构安排上，论文的第一部分主要通过到图书馆以及互联网查阅资料对心率计控制系统的发展背景进行了简要的阐述，并对目前国内外相关院校、企业或者兴趣小组的研究成果进行了调查与对比，从而分析出他们的研究现状；论文第二部分快速确定了心率计控制系统的主控核心单片机即51单片机，该核心确立后，通过查阅大量资料，选择出了单片机外围模块所要使用的型号，并对其性能特点进行了简要介绍；论文的第三部分是心率计控制系统的硬件设计部分，在这一部分，笔者将详细描述控制系统的硬件结构以及各个模块电路的设计过程；论文的第四部分是软件设计部分，在这一部分，笔者将通过流程图形式对程序的设计过程进行详细的分析，下列为本课题将要实现的功能指标：
能够实现心率的快速测量。
误差率要求小于1%。
具有液晶显示功能。
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
控制芯片的选取
本文主要进行系统控制芯片的选取和各器件的相关介绍，首先我从大学期间接触过的几款单片机中选取了两款进行了细致的比较和考核，最终决定从这两款单片机中选择其中一个作为此次毕业设计的主控单片机，第一款单片机是我大三学习过程中接触到的一款高性能单片机STM32，其内核架构采用了M3系列的ARM，该单片机由意法半导体公司推出，是一款典型的32位微处理器，其中我对F103Z系列有过一段短暂的学习和使用经历；第二款单片机是美国ATMEL公司产出的STC89C51单片机，对于这款芯片我已经有了近三年的学习经验。
如果采用STM32单片机作为本文的主控单片机，那么将带来三大方面的优势，首先最主要的是STM32单片机内部采用了高稳定度的PLL（锁相环）技术；第二大优势是其内部丰富的资源模块；第三大优势是它的学习资料丰富性，图1为STM32单片机的外形图。
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