单片机的脉搏测量仪设计
单片机的脉搏测量仪设计[20200131184658]
【摘要】
脉搏测量仪在我们的日常生活中已经得到了非常广泛的应用。为了提高脉搏测量仪的简便性和精确度，本课题设计了一种基于51单片机的脉搏测量仪，该系统以AT89C51单片机为核心，以红外发光二极管和光敏三极管为传感器，利用单片机系统内部定时器来计时，由光敏三极管感应产生脉冲，单片机通过对脉冲累加得到脉搏跳动次数，时间由定时器定时而得。系统运行中能显示脉搏次数和时间，系统停止运行时，能够显示总的脉搏次数和时间。
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关键字:】脉搏测量仪；AT89C51单片机；传感器
一、引言 1
（一）课题研究的背景、意义 1
（二）研究动态 1
（三）课题主要研究内容 1
二、总体设计 1
三、硬件设计 2
（一）AT89C51单片机概述 2
（二）脉搏信号采集模块 4
（三）信号放大电路 6
（四）波形整形电路 7
四、软件设计 9
（一）主程序 9
（二）定时器中断程序流程 10
（三）INT中断程序 11
（四）显示程序 11
总结 12
附录 13
附录一 系统原理图 13
附录二 PCB图 14
附录三 程序 15
参考文献 17
致谢 18
一、引言
（一）课题研究的背景、意义
脉搏携带有丰富的人体健康状况的信息。在中医四诊中，脉诊占有非常重要的位置。但由于中医是靠手指获取脉搏信息，在长期的医疗中暴露出了一些问题。比如：护士每天都要给住院的病人把脉记录病人每分钟脉搏数，但为了节省时间，一般不会作一分钟的测量，通常是测量10秒钟时间内心跳的数，再把结果乘以6即得到每分钟的心跳数，即使这样做还是比较费时，而且精度也不高。为了提高脉搏测量的精确与速度，就产品了脉搏测量仪这种电子仪器。
（二）研究动态
随着科学技术的发展，脉搏测量技术也越来越先进，对脉搏的测量精度也越来越高，国内外先后研制了不同类型的脉搏测量仪，而其中关键是对脉搏传感器的研究。起初用于体育测量的脉搏测试集中在对接触式传感器的研究，利用此类传感器所研制的指脉、耳脉等测量仪各有其优缺点。指脉测量比较方便、简单，但因为手指上的汗腺较多，指夹常年使用，污染可能会使测量灵敏度下降：耳脉测量比较干净，传感器使用环境污染少，容易维护。但因耳脉较弱，尤其是当季节变化时，所测信号受环境温度影响明显，造成测量结果不准确。过去在医院临床监护和日常中老年保健中出现的日常监护仪器，如便携式电子血压计，可以完成脉搏的测量,但是这种便携式电子血压计利用微型气泵加压橡胶气囊，每次测量都需要一个加压和减压的过程，存在体积庞大、加减压过程会有不适、脉搏检测的精确度低等缺点。
（三）课题主要研究内容
由于在人体指尖组织中的动脉成分含量高，而且指尖厚度相对其他人体组织而言比较薄，透过手指后检测到的光强相对较大，因此光电式脉搏传感器的测量部位在人体指尖。将一对红外发射与接收探头置于手指两侧，当动脉血管随心脏周期性的收缩和舒张，动脉血管的血液容积随之发生变化时，红外接收探头便接收到随心脏周期性地收缩和舒张的动脉搏动光脉冲信号，从而采集到心脏搏动信号。
二、总体设计
脉搏测量仪的设计，必须是通过采集人体脉搏变化引起的一些生物信号，然后把生物信号转化为物理信号，使得这些变化的物理信号能够表达人体的脉搏变化，最后要得出每分钟的脉搏次数，就需要通过相应的硬件电路及芯片来处理物理变化并存储脉搏次数。
本系统由单片机、光电传感器、信号处理、数码显示、电源等部分组成。测量仪利用光电传感器作为变换原件，把采集到的用于检测脉搏跳动的红外光转换成电信号，送入单片机处理，再通过显示电路进行显示，硬件框图如下图2.1 所示。
图2.1 脉搏测量仪的工作原理
三、硬件设计
（一）AT89C51单片机概述
1.AT89C51的组成
一个8位CPU；
128字节特殊功能寄存器；
128字节数据存储器；
4K字节内部程序存储器；
两个16位定时器/计数器；
四组32位可编程的并行I/O端口；
一个串行通信端口；
中断控制系统；
内部振荡器和时钟电路；
系统总线。
2.AT89C51单片机引脚
AT89C51有40条引脚，与其他51系列单片机引脚是兼容的。这40条引脚可分为I/O端口线、电源线、控制线、外接晶体线四部分。
P0口：有八条端口线，命名为P0.0～P0.7，其中P0.0为低位，P0.7为高位。它由一个输出锁存器，两个三态缓冲器，输出驱动电路和输出控制电路组成。P0口是一个三态双向I/O口，它有两种不同的功能，用于不同的工作环境。
P1口：有八条端口线，命名为P1.0～P1.7。P1口是一个准双向口，只作普通的I/O口使用，其功能与P0口的第一功能相同。作输出口使用时，由于其内部有上拉电阻，所以不需外接上拉电阻；作输入口使用时，必须先向锁存器写入“1”，使场效应管T截止，然后才能读取数据。
P2口：有八条端口线，命名为P2.0～P2.7。P2口也是一个准双向口，它有两种使用功能：一种是当系统不扩展外部存储器时，作普通I/O口使用，其功能和原理与P0口第一功能相同，只是作为输出口时不需外接上拉电阻；另一种是当系统外扩存储器时，P2口作系统扩展的地址总线口使用，输出高8位的地址A7～A15，与P0口第二功能输出的低8位地址相配合，共同访问外部程序或数据存储器(64 KB)，但它只确定地址并不能像P0口那样还可以传送存储器的读写数据。
P3口：有八条端口线，命名为P3.0～P3.7。P3口是一个多用途的准双向口。第一功能是作普通I/O口使用，其功能和原理与P1口相同。第二功能是作控制和特殊功能口使用，这时八条端口线所定义的功能各不相同。
P0～P3口都可作为普通I/O口来使用。当作为输入口使用时，必须先向该口的锁存器中写入“1”，然后再从读引脚缓冲器中读入引脚状态，这样的读入结果才正确。
电源线：AT89C51单片机的电源线有以下两种：
(1)VCC：+5V电源线。
(2)VSS：接地线。
外接晶体引脚：AT89C51单片机的外接晶体引脚有以下两种：
(1)XTAL1：片内振荡器反相放大器的输入端和内部时钟工作的输入端。采用内部振荡器时，它接外部石英晶体和微调电容的一个引脚。
(2)XTAL2：片内振荡器反相放大器的输出端，接外部石英晶体和微调电容的另一端。采用外部振荡器时，该引脚悬空。
3.程序存储器
AT89C51程序存储器有片内和片外之分。片内有4 KB字节的Flash程序存储器，地址范围为0000H～0FFFH。当不够使用时，可以扩展片外程序存储器，因程序计数器PC和程序地址指针DPTR都是16位的，所以片外程序存储器扩展的最大空间是64 KB，地址范围为0000H～FFFFH。
4.AT89C51单片机最小系统
（1）时钟电路
单片机的时钟信号用来提供单片机内部各种操作的时间基准，时钟电路用来产生单片机工作所需要的时钟信号。
单片机内部有一个高增益的反相放大器，其输入端XTAL1和XTAL2用于外接晶体和电容，以构成自激振荡器，其发出的脉冲直接送入内部的时钟电路，内接电路如图3.1所示。外部时钟方式是把外部已有的时钟信号引入到单片机内，如图3.2所示。本设计的采用的是内部时钟电路。
【摘要】
脉搏测量仪在我们的日常生活中已经得到了非常广泛的应用。为了提高脉搏测量仪的简便性和精确度，本课题设计了一种基于51单片机的脉搏测量仪，该系统以AT89C51单片机为核心，以红外发光二极管和光敏三极管为传感器，利用单片机系统内部定时器来计时，由光敏三极管感应产生脉冲，单片机通过对脉冲累加得到脉搏跳动次数，时间由定时器定时而得。系统运行中能显示脉搏次数和时间，系统停止运行时，能够显示总的脉搏次数和时间。
*查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:】脉搏测量仪；AT89C51单片机；传感器
一、引言 1
（一）课题研究的背景、意义 1
（二）研究动态 1
（三）课题主要研究内容 1
二、总体设计 1
三、硬件设计 2
（一）AT89C51单片机概述 2
（二）脉搏信号采集模块 4
（三）信号放大电路 6
（四）波形整形电路 7
四、软件设计 9
（一）主程序 9
（二）定时器中断程序流程 10
（三）INT中断程序 11
（四）显示程序 11
总结 12
附录 13
附录一 系统原理图 13
附录二 PCB图 14
附录三 程序 15
参考文献 17
致谢 18
一、引言
（一）课题研究的背景、意义
脉搏携带有丰富的人体健康状况的信息。在中医四诊中，脉诊占有非常重要的位置。但由于中医是靠手指获取脉搏信息，在长期的医疗中暴露出了一些问题。比如：护士每天都要给住院的病人把脉记录病人每分钟脉搏数，但为了节省时间，一般不会作一分钟的测量，通常是测量10秒钟时间内心跳的数，再把结果乘以6即得到每分钟的心跳数，即使这样做还是比较费时，而且精度也不高。为了提高脉搏测量的精确与速度，就产品了脉搏测量仪这种电子仪器。
（二）研究动态
随着科学技术的发展，脉搏测量技术也越来越先进，对脉搏的测量精度也越来越高，国内外先后研制了不同类型的脉搏测量仪，而其中关键是对脉搏传感器的研究。起初用于体育测量的脉搏测试集中在对接触式传感器的研究，利用此类传感器所研制的指脉、耳脉等测量仪各有其优缺点。指脉测量比较方便、简单，但因为手指上的汗腺较多，指夹常年使用，污染可能会使测量灵敏度下降：耳脉测量比较干净，传感器使用环境污染少，容易维护。但因耳脉较弱，尤其是当季节变化时，所测信号受环境温度影响明显，造成测量结果不准确。过去在医院临床监护和日常中老年保健中出现的日常监护仪器，如便携式电子血压计，可以完成脉搏的测量,但是这种便携式电子血压计利用微型气泵加压橡胶气囊，每次测量都需要一个加压和减压的过程，存在体积庞大、加减压过程会有不适、脉搏检测的精确度低等缺点。
（三）课题主要研究内容
由于在人体指尖组织中的动脉成分含量高，而且指尖厚度相对其他人体组织而言比较薄，透过手指后检测到的光强相对较大，因此光电式脉搏传感器的测量部位在人体指尖。将一对红外发射与接收探头置于手指两侧，当动脉血管随心脏周期性的收缩和舒张，动脉血管的血液容积随之发生变化时，红外接收探头便接收到随心脏周期性地收缩和舒张的动脉搏动光脉冲信号，从而采集到心脏搏动信号。
二、总体设计
脉搏测量仪的设计，必须是通过采集人体脉搏变化引起的一些生物信号，然后把生物信号转化为物理信号，使得这些变化的物理信号能够表达人体的脉搏变化，最后要得出每分钟的脉搏次数，就需要通过相应的硬件电路及芯片来处理物理变化并存储脉搏次数。
本系统由单片机、光电传感器、信号处理、数码显示、电源等部分组成。测量仪利用光电传感器作为变换原件，把采集到的用于检测脉搏跳动的红外光转换成电信号，送入单片机处理，再通过显示电路进行显示，硬件框图如下图2.1 所示。
图2.1 脉搏测量仪的工作原理
三、硬件设计
（一）AT89C51单片机概述
1.AT89C51的组成
一个8位CPU；
128字节特殊功能寄存器；
128字节数据存储器；
4K字节内部程序存储器；
两个16位定时器/计数器；
四组32位可编程的并行I/O端口；
一个串行通信端口；
中断控制系统；
内部振荡器和时钟电路；
系统总线。
2.AT89C51单片机引脚
AT89C51有40条引脚，与其他51系列单片机引脚是兼容的。这40条引脚可分为I/O端口线、电源线、控制线、外接晶体线四部分。
P0口：有八条端口线，命名为P0.0～P0.7，其中P0.0为低位，P0.7为高位。它由一个输出锁存器，两个三态缓冲器，输出驱动电路和输出控制电路组成。P0口是一个三态双向I/O口，它有两种不同的功能，用于不同的工作环境。
P1口：有八条端口线，命名为P1.0～P1.7。P1口是一个准双向口，只作普通的I/O口使用，其功能与P0口的第一功能相同。作输出口使用时，由于其内部有上拉电阻，所以不需外接上拉电阻；作输入口使用时，必须先向锁存器写入“1”，使场效应管T截止，然后才能读取数据。
P2口：有八条端口线，命名为P2.0～P2.7。P2口也是一个准双向口，它有两种使用功能：一种是当系统不扩展外部存储器时，作普通I/O口使用，其功能和原理与P0口第一功能相同，只是作为输出口时不需外接上拉电阻；另一种是当系统外扩存储器时，P2口作系统扩展的地址总线口使用，输出高8位的地址A7～A15，与P0口第二功能输出的低8位地址相配合，共同访问外部程序或数据存储器(64 KB)，但它只确定地址并不能像P0口那样还可以传送存储器的读写数据。
P3口：有八条端口线，命名为P3.0～P3.7。P3口是一个多用途的准双向口。第一功能是作普通I/O口使用，其功能和原理与P1口相同。第二功能是作控制和特殊功能口使用，这时八条端口线所定义的功能各不相同。
P0～P3口都可作为普通I/O口来使用。当作为输入口使用时，必须先向该口的锁存器中写入“1”，然后再从读引脚缓冲器中读入引脚状态，这样的读入结果才正确。
电源线：AT89C51单片机的电源线有以下两种：
(1)VCC：+5V电源线。
(2)VSS：接地线。
外接晶体引脚：AT89C51单片机的外接晶体引脚有以下两种：
(1)XTAL1：片内振荡器反相放大器的输入端和内部时钟工作的输入端。采用内部振荡器时，它接外部石英晶体和微调电容的一个引脚。
(2)XTAL2：片内振荡器反相放大器的输出端，接外部石英晶体和微调电容的另一端。采用外部振荡器时，该引脚悬空。
3.程序存储器
AT89C51程序存储器有片内和片外之分。片内有4 KB字节的Flash程序存储器，地址范围为0000H～0FFFH。当不够使用时，可以扩展片外程序存储器，因程序计数器PC和程序地址指针DPTR都是16位的，所以片外程序存储器扩展的最大空间是64 KB，地址范围为0000H～FFFFH。
4.AT89C51单片机最小系统
（1）时钟电路
单片机的时钟信号用来提供单片机内部各种操作的时间基准，时钟电路用来产生单片机工作所需要的时钟信号。
单片机内部有一个高增益的反相放大器，其输入端XTAL1和XTAL2用于外接晶体和电容，以构成自激振荡器，其发出的脉冲直接送入内部的时钟电路，内接电路如图3.1所示。外部时钟方式是把外部已有的时钟信号引入到单片机内，如图3.2所示。本设计的采用的是内部时钟电路。
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