红外脉搏测试仪的设计与实现
摘 要单片机控制系统指的是以单片机芯片作为控制器并结合其他必要功能模块的角色而实现的一种能够实现测量、报警、显示等功能的自动控制系统，它的出现和普及很大程度上改变了人们的生活方式，因此本次毕业设计以单片机控制系统作为研究对象，设计了一款能够实现人体脉搏数快速测量以及脉搏异常报警等功能的电子系统。在硬件系统上使用了目前在大学教学和市场上最受欢迎的51单片机作为控制器芯片，在其片外配置了红外对管以及LM358运算放大器等功能模块；在软件上通过C语言编写了程序代码，并通过Keil软件环境进行了程序代码的优化和编译。在硬件系统和软件系统都设计完毕后，对这款控制系统进行了大量的测试和优化，在测试过程中系统表现出了非常高的稳定性和使用价值，非常适合进行大量生产并逐步取代相关产品。
目录
一、 引言 1
二、 方案选择及元器件介绍 3
（一） 系统主控核心的选取 3
（二） AT89C51型控制器介绍 4
（三） 红外对管介绍 4
（四） LM358运算放大器概述 5
（五） LCD1602液晶显示器介绍 6
三、 硬件系统设计 8
（一） 红外脉搏测试仪控制系统的硬件结构设计 8
（二） 单片机最小系统设计 8
1. 复位电路的设计 9
2. 时钟电路的设计 9
（三） 红外对管电路设计 9
（四） LM358放大及比较电路设计 10
（五） 显示模块电路设计 11
（六） 报警电路设计 12
（七） 按键电路设计 12
四、 软件系统设计 14
（一） 红外脉搏测试仪控制系统的主程序流程设计 14
（二） 液晶显示器工作流程设计 15
五、 实物制作与安装 17
总 结 19
参考文献 20
致 谢 21
附录一 原理图 22
附录二 PCB 23
附录三 元件列表 24
附录四 程序 25
一、引言
红外脉搏测试仪系统已经在人们的生产生活中出现
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
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界大行其道，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，这一时期的红外脉搏测试仪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红外脉搏测试仪控制系统还具有相当大的一段距离，无论是在用户使用体验上还是功能上，都不能最大满足用户的需要。在这一现状下，红外脉搏测试仪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，其中在红外脉搏测试仪控制系统领域，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，这样就使得红外脉搏测试仪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红外脉搏测试仪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，能够更好的实现红外脉搏测试仪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，并且能够通过软硬件的不断优化，将控制系统的功耗降到最低。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。
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红外脉搏测试仪控制系统产品，但一些具有高端性能的红外脉搏测试仪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，开始着重开始对红外脉搏测试仪控制系统进行研究，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红外脉搏测试仪系统的整体框架，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。
本次论文结构安排如下：
第一部分为论文设计的引言部分，对红外脉搏测试仪系统的发展背景以及发展现状做了简要介绍，并通过将国内外相关企业、研究小组对该系统的实现程度进行了对比，最终确立了本文的研究目标和指标。
第二部分对控制系统的总体设计方案进行了设计，主要对控制系统所使用的控制器、液晶屏、传感器以及其他一些所需器件进行了简要介绍，为下文的软硬件电路设计做了铺垫。
第三部分为红外脉搏测试仪控制系统的硬件电路设计部分节，对51单片机最小系统以及外围电路的详细原理图进行了设计。
第四部分为红外脉搏测试仪控制系统的软件部分设计，通过对主程序以及子程序的流程图分析来描述系统的设计思路。
下列为本红外脉搏测试仪系统将要实现的功能指标：
能够实现脉搏的快速测量。
误差率要求小于1%。
具有液晶显示功能。
具有正常脉搏范围设置功能，当脉搏超过正常范围的时候，发出报警信号。
二、方案选择及元器件介绍
（一）系统主控核心的选取
本部分开始进行硬件相关元器件的选择以及特性描述，其中对于软硬件系统的主控核心是最重要的，因为这将决定最终是否能够实现最终的指标和功能，这主要体现在功能、性价比以及功耗等几个方面，因此本部分首先对主控核心即单片机进行选择。
方案一：选择我较为熟悉的Arduino Mega 2560单片机作为本系统的主控核心部分，由于之前在学习51过程中，触及到了一些关于Mega 2560的学习，感受到了Mega 2560单片机的高效性、多资源性以及艺术性，因此对于Mega 2560单片机有着较好的使用体验，所谓高效性指的是Mega 2560高速的数据处理速度以及常用资源都被囊括在了同一片内，因此在硬件设计过程中就不需要在外部配置相关的硬件芯片，如DA模数转换器、AD模数转换器等常用器件；多资源性与高效性是一种因果关系，正是因为Mega 2560内部配置了很多常用的模块如AD、DA、IIC、SPI以及UART等模块，才使得拥护能够在极短的时间内开发出自己所需要的产品；而艺术性指的是该系列单片机（Arduino）是由意大利一所艺术类团队设计出来的，之所以要设计这款单片机是为了解决他们在进行艺术设计过程中所面临的一些难题，因此他们在设计这款单片机时或多或少的掺杂了很多艺术成分，如Mega 2560开发板的外观设计、开发环境IDE的界面人机感受等。然而如果将其运用在该系统所带来的难题主要是我目前对该单片机不是非常熟悉，如果遇到难题需要耗费很多的时间去解决。
目录
一、 引言 1
二、 方案选择及元器件介绍 3
（一） 系统主控核心的选取 3
（二） AT89C51型控制器介绍 4
（三） 红外对管介绍 4
（四） LM358运算放大器概述 5
（五） LCD1602液晶显示器介绍 6
三、 硬件系统设计 8
（一） 红外脉搏测试仪控制系统的硬件结构设计 8
（二） 单片机最小系统设计 8
1. 复位电路的设计 9
2. 时钟电路的设计 9
（三） 红外对管电路设计 9
（四） LM358放大及比较电路设计 10
（五） 显示模块电路设计 11
（六） 报警电路设计 12
（七） 按键电路设计 12
四、 软件系统设计 14
（一） 红外脉搏测试仪控制系统的主程序流程设计 14
（二） 液晶显示器工作流程设计 15
五、 实物制作与安装 17
总 结 19
参考文献 20
致 谢 21
附录一 原理图 22
附录二 PCB 23
附录三 元件列表 24
附录四 程序 25
一、引言
红外脉搏测试仪系统已经在人们的生产生活中出现
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
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界大行其道，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，这一时期的红外脉搏测试仪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红外脉搏测试仪控制系统还具有相当大的一段距离，无论是在用户使用体验上还是功能上，都不能最大满足用户的需要。在这一现状下，红外脉搏测试仪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，其中在红外脉搏测试仪控制系统领域，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，这样就使得红外脉搏测试仪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红外脉搏测试仪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，能够更好的实现红外脉搏测试仪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，并且能够通过软硬件的不断优化，将控制系统的功耗降到最低。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。
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红外脉搏测试仪控制系统产品，但一些具有高端性能的红外脉搏测试仪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，开始着重开始对红外脉搏测试仪控制系统进行研究，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红外脉搏测试仪系统的整体框架，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。
本次论文结构安排如下：
第一部分为论文设计的引言部分，对红外脉搏测试仪系统的发展背景以及发展现状做了简要介绍，并通过将国内外相关企业、研究小组对该系统的实现程度进行了对比，最终确立了本文的研究目标和指标。
第二部分对控制系统的总体设计方案进行了设计，主要对控制系统所使用的控制器、液晶屏、传感器以及其他一些所需器件进行了简要介绍，为下文的软硬件电路设计做了铺垫。
第三部分为红外脉搏测试仪控制系统的硬件电路设计部分节，对51单片机最小系统以及外围电路的详细原理图进行了设计。
第四部分为红外脉搏测试仪控制系统的软件部分设计，通过对主程序以及子程序的流程图分析来描述系统的设计思路。
下列为本红外脉搏测试仪系统将要实现的功能指标：
能够实现脉搏的快速测量。
误差率要求小于1%。
具有液晶显示功能。
具有正常脉搏范围设置功能，当脉搏超过正常范围的时候，发出报警信号。
二、方案选择及元器件介绍
（一）系统主控核心的选取
本部分开始进行硬件相关元器件的选择以及特性描述，其中对于软硬件系统的主控核心是最重要的，因为这将决定最终是否能够实现最终的指标和功能，这主要体现在功能、性价比以及功耗等几个方面，因此本部分首先对主控核心即单片机进行选择。
方案一：选择我较为熟悉的Arduino Mega 2560单片机作为本系统的主控核心部分，由于之前在学习51过程中，触及到了一些关于Mega 2560的学习，感受到了Mega 2560单片机的高效性、多资源性以及艺术性，因此对于Mega 2560单片机有着较好的使用体验，所谓高效性指的是Mega 2560高速的数据处理速度以及常用资源都被囊括在了同一片内，因此在硬件设计过程中就不需要在外部配置相关的硬件芯片，如DA模数转换器、AD模数转换器等常用器件；多资源性与高效性是一种因果关系，正是因为Mega 2560内部配置了很多常用的模块如AD、DA、IIC、SPI以及UART等模块，才使得拥护能够在极短的时间内开发出自己所需要的产品；而艺术性指的是该系列单片机（Arduino）是由意大利一所艺术类团队设计出来的，之所以要设计这款单片机是为了解决他们在进行艺术设计过程中所面临的一些难题，因此他们在设计这款单片机时或多或少的掺杂了很多艺术成分，如Mega 2560开发板的外观设计、开发环境IDE的界面人机感受等。然而如果将其运用在该系统所带来的难题主要是我目前对该单片机不是非常熟悉，如果遇到难题需要耗费很多的时间去解决。
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/dzxx/txgc/973.html
