摘要
本文介绍的是一种基于单片机的脉搏测量仪设计，作为该系统中重要的电路模块，如心率采集电路、显示电路和STC89C52单片机之间通过串口实现连接。本次设计运用单片机STC89C52作为中心控制处理单元，通过ST188作为红外光电传感器来采集脉搏信号，经过LM358进行运放；再通过前后级滤波、放大、整形，从而得到稳定信号；实现了快速检测心率的功能。还可以通过按键来设置脉搏值的上下限范围；蜂鸣器驱动模块可以在超出所设置的范围时进行报警提示，测量结果在液晶上显示。
实验表明，该设计的测试结果与实际的要求基本一致，STC89C52单片机超强的抗干扰能力和LCD1602显示屏控制比较方便的优点使这些功能能够顺利地完成。该系统的制作成本在百元以内，具有价格低廉、便于操纵、功耗小、可靠性高等优点，十分适用于家庭和个人使用。
关键词：心率；红外光电传感器；STC89C52；LM358；软件
Abstract
Presented in this paper is a design of pulse measuring instrument based on MCU, as the circuit module plays an important role in the system, such as heart rate acquisition circuit, display circuit and STC89C52 microcontroller through the serial port to realize the connection. This design with STC89C52 microcontroller as the central control unit, through ST188 as infrared photoelectric sensor to collect the pulse signal, after the lm358 for op amp; again through before and after filtering, magnifying, shaping, and get stable signal; functions to achieve the rapid detection of heart. You can also through the button to set the pulse value scope; buzzer driver module In the range beyond the scope of the alarm prompt, the measurement results in the liquid crystal display.
Experimental results show that the test results of the design and practical requirements are basically the same, STC89C52 MCU strong anti-interference ability and LCD1602 display control the advantages of more convenient so that these features can be successfully completed. The production cost less than 100 yuan, with low price, easy manipulation, low power consumption, high reliability, very applicable to families and individuals.
Key words: heart rate; infrared photoelectric sensor; STC89C52; LM358; software
目录
第1章引言 (1)
1.1 选题背景及意义 (1)
1.2 国内外发展现状 (1)
1.3 课题研究内容 (2)
第2章整体方案设计 (3)
2.1 核心器件的选型 (3)
2.1.1 单片机的选型 (3)
2.1.2传感器的选型 (4)
2.1.3 显示模块的选型 (5)
2.2 系统方案设计 (5)
第3章硬件系统设计 (6)
3.1 单片机最小系统 (6)
3.1.1 电源电路 (7)
3.1.2 复位电路 (8)
3.1.3 时钟电路 (9)
3.2 信号变送系统 (9)
3.2.1 信号采集电路 (10)
3.2.2 滤波电路 (11)
3.2.3 信号放大电路 (12)
3.3 显示电路 (13)
3.4 按键电路 (15)
3.5 报警电路 (16)
3.6 系统硬件电路 (17)
第4章软件系统设计 (18)
4.1 软件编译环境 (18)
4.2 STC-ISP程序下载 (19)
4.3 程序流程图 (19)
4.2.1 主程序流程图 (19)
4.2.2 定时器中断流程图 (21)
4.2.3 显示模块流程图 (22)
4.2.4 心率测量流程图 (23)
第5章系统调试 (25)
5.1 硬件调试 (25)
5.2 软件调试 (25)
5.3 设计结果 (26)
结论 (31)
致谢 (32)
参考文献 (33)
附录一：系统原理图 (35)
附录二：源程序 (36)
第1章引言
1.1 选题背景及意义
心率(Heart Rate)用专业术语来说就是用来描述人体心率跳动的周期。现代汉语中将脉搏值解释为"心脏跳动的频率"；故心率也可以说在一个单位时间内，心脏律动的快慢。
每个人的心率信号中大都蕴含着丰富的生理心理信息，这是由于人体内脏器官的健康可以反映在脉搏信息中；这一发现逐渐引起了众多临床医生的关注。在我国，脉诊一直被视为中华医术的精髓；到目前为止进行的临床实践大约已有2600多年。然而由于手指经常使用会存在一些汗腺，指脉诊断存在的误差不容忽视；进而导致测量不准确。这时或许你会说还有耳脉测量呢，不是以前也经常用过吗？虽说通过测量耳朵脉动来得到脉搏信号相对来说比较干净，但由于耳朵脉搏信号微弱，特别是当季节变化时，测量信号容易受到环境温度的影响，导致测量值不准确。
随着世界科技与经济的迅速发展和进步，珍爱生命、关注健康已经成为全世界人类的共同追求。据卫生局统计每年因心脑血管疾病猝死的人数位居人类死亡总数的第一位，不仅医疗费用居高不下，还给家庭、政府和社会造成巨大负担。近些年来，由于生活节奏加快、饮食习惯不合理和众多垃圾食品的影响等原因，心脑血管的发病率更是呈现逐年上升的趋势。如何科学且无害的降低心脑血管疾病的发病率及死亡率，有效的减轻心脑血管疾病带来的社会和家庭负担，已经成为全世界人类所面临的一个十分严峻问题。
1.2 国内外发展现状
世界上第一台杠杆式脉搏扫描仪是Vierordt于1854年创建的，它是采用杠杆和压力鼓式描记法来记录脉搏波形图的，也是人类第一次通过非侵入性的方式记录人体脉搏的，当时引起了很大轰动。然而国内的发展起点相对来说比较低，20世纪50年代初朱颜才将脉搏仪引用到中医脉诊的客观化研究方面。近些年来无创伤血管功能检测渐渐吸引了医学人士的目光。大约在1980年以来，无创伤血管功能检测被小范围使用，它的原理大致是基于血流动力流变学和弹性腔理论。其特征在于：它由温度模块、血压袖带模块、血氧模块构成的多生理信号采集模块组合，通过对肱动脉进行阻断再开放过程中手指指端温度信号、血氧及脉搏波信号的各参数变化，再根据临床试验采集数据，并通过信号处理和统计分析
方法，建立血管功能定量评价公式及血管功能评价。它具有无创、操作简单、结果准确、重复性好及临床应用方便，并自动生成心血管功能的诊断、健康状况的分析及给出相关的医学解释。
现在脉冲测试不再局限于传统的手工测试或听诊器测试，仅利用电子仪器就可以测量得出更准确的数据。当今社会，大部分电子测量仪器中已朝向数字化、自动化方向发展。脉冲测量仪不仅性能好，结构简单，而且具有很好的应用和推广价值。在一般情况下，脉冲测量仪器的发展主要是以下趋势，第一：在没有人为的情况下可以自动分析所测得的脉搏值；传统的脉搏仪器需要经过有经验的医生对其脉搏信号先进行初次分析，然后进行综合分析后最终能确认结果，这种方法总的说来不仅浪费大量的人力，而且由人为引入的误差也比较大。第二：数字化技术等先进技术的广泛应用；脉搏测量仪集成度要想做到更高程度，并且更加便于携带必须依靠数字科学技术的迅速发展；与此同时数字信号处理的运用将使干扰变得更小，测量结果更为准确。第三：多功能化会越来越明显。第四：价格便宜、方便携带，而且应用和推广价值较好，给广大民众带来便利。
1.3 课题研究内容
历来在医院进行临床诊断及治疗的依据大都来源于人体脉搏波中提取的生理病理信息。在中国，脉诊是老中医最常用的诊断疾病的方式，一直沿用至今。人体发射出来的脉搏信号包含了心率的波速、波形、周期和波幅等全方面、全方位综合信息，在很大程度上能够体现出人体身体中的各部分信息（例如血液粘度、血液速度等）。尽管这些生物信号存在于人体自身当中，其信号强度相对来说比较微弱；若是在嘈杂的环境中效果更不明显。
本次毕业设计的原理是采用单片机微处理器STC89C52作为中心处理器；通过传感器采集脉搏信号，通过单片机芯片在内部的系统定时器来设定时间；最后得到的心率跳动数值通过STC89C52单片机对信号进行累加即可。一般正常人的心跳大约是每分钟60~100次左右，电路图上的按键模块就可以通过按键来设置人们的心率范围；超出或低于所设置范围可能心脏方面会存在风险，蜂鸣器驱动模块就会驱动蜂鸣器报警；最终的测量结果会在液晶上显示。本设计能够通过查看红外指示灯是否来回闪动，若稳定持续闪烁，说明检测结果正确且误差较小；假设显示结果来回晃动且数值相差较大，有可能存在误差。通过上述步骤，能够粗略地判断人体自身的健康程度，特别适用于个人或家庭使用，有时还被应用在敬老院、保健医疗中心等。
第2章整体方案设计
本章主要写的是系统整体方案设计，其任务是设计一个以STC89C52单片机控制的脉搏测量仪，目的是为了快速的检测人的心率。整体方案设计的步骤是：首先要选取合适的核心器件，比如单片机芯片、传感器、显示器等；然后确定本次设计的主要模块，如单片机最小系统、显示模块、报警模块等，将其整合就可以大致得到脉搏测量仪设计的总体框架图。
2.1 核心器件的选型
在电路设计之前必须明确方案设计，在本论文中单片机型号、信号采集模块以及显示模块是设计得以成功的关键。通过比较器件的优缺点来选择最合适的单元模块，可以发挥设备的最大效能。
2.1.1 单片机的选型
要实现该系统的各个功能，那么单片机的选型非常关键。根据本次设计的需要，可从当前市场上比较常用的几款单片机中选择一种性价比较高的型号，如MCS-51系列、AT89系列、STC89系列、PIC系列、AVR系列等等。其中PIC 系列和AVR系列主要用于大型的办公自动化产品中，而本次脉搏测量仪控制系统属于比较小型的系统，选用STC89C52单片机就足以实现其功能，故在本论文中就不再做详细的介绍PIC系列与AVR系列了。那么下面将会对前三个系列中具有代表性的单片机进行简单的介绍和比较。
方案一：AT89C51与8051的比较
AT89C51单片机最基本的功能就是8051系列单片机的功能，从而使8位MCS-51系列单片机可以持续地发展，引脚信号、总线、指令、与某些方面兼容。能够保障两者间没有指令的障碍从而维持软件的可移置性，则成为指令的兼容；为而了保证单片机系统扩展与接口的统一性就需要总线、封装以及引脚信号的兼容，这对系统的开发与应用非常有利。630MW与120MW分别是8051与AT89C52单片机的功耗，从这就不难发现低功耗是AT89C52具有的性能，而低功耗对于单片机在野外仪器设备上的使用和在单片机的手提式与便携式方面都有巨大的便利。
方案二：STC89C52与AT89C52的比较
STC89C52单片机和AT89C52单片机相比较区分并不特别明显，具体特点如下：STC89C52单片机有8K字节程序存储空间；512字节数据存储空间；内
带2K 字节EEPROM 存储空间；AT89S52单片机有8K 字节程序存储空间；256字节数据存储空间；没有内带EEPROM 存储空间;另外STC89C52单片机直接用串口下载ISP 就可以了，而AT89C52单片机要多装一个驱动，即需要专用的下载器才可以下载ISP ；STC89C52单片机比AT89C52单片机具有更强的抗干扰能力。
经过以上比较与分析，本次设计选用STC89C52单片机更为适宜。
2.1.2传感器的选型
方案一：基于声电式传感器的脉搏信号提取
声电式传感器也可称之为力学量传感器，其原理是传感器为了得到向单片机发送的电压信号必须采集固体、液体、或气体中传播的机械振动。正常情况下它的构成一般是由不定性无烟煤颗粒或压电陶瓷等材料。使用寿命长、成本低和容易制作是颗粒式声电传感器最大的优点；然而颗粒的机械磨损和接触表面上的瞬间电弧会使颗粒逐渐老化却是不容忽略的一大缺点；因而在检测声音信号时存在着一定的缺陷，从而导致杂音大、性能不稳定以及测量结果不精确。 方案二：基于红外光电传感器的脉搏信号提取
对于红外光电传感器来说，红外发射管和红外接收管是必不可收的器件。若是采集脉搏时需要经手指肚平缓均匀地放在红外对管上，其中一个白色的是红外发射管，黑色的是红外接收管，接收管将采集到的光信号转换成电信号，然后触发单片机使之将结果反映在显示模块。一般来说，光电二极管和光电三极管是比较常用的光电器件。光电式传感器测量微小的位移变化有明显的效果，但是红外光电传感器对材料、电路控制和光电管属性要求较高，其主要特点有：吸收红外光的能力极强；介电常数小，以便得到大的输出电压；介电损耗小。
在以上两种方法中，我认为若是想很好的采集脉搏信息的话第二种方案更易实现，并且红外也比较常见；比较之下选择了第二种方案来实现设计。综上所述，本次设计决定选用ST188作为红外光电传感器来采集脉搏信息，然后进行运放，滤波处理，从而得到稳定的脉搏波。红外光电传感器检测、滤除高频脉冲波、运放整形并运送到单片机工作系统的过程见下图2-1所示：
图 2-1信号检测处理工作流程图
单片机控制 传感器检测 运放整形 滤波模块 液晶显示
2.1.3 显示模块的选型
本系统中的显示模块可以采用的方案有以下三种：
方案一：LED 数码管
选用LED 数码管的动态描述，由于LED 数码管的价格比较适中，最适合与数字显示，并且占有单片机接口比较少，但是本文设计的显示为字母与数字相结合，故LED 数码管不是很合适。
方案二：点阵式数码管
选用点阵式数码管，可是因为八行八列发光二极管是点阵式数码管的构成形式，很适合显示文字，要是显示数字的话就会有点点大材小用，而且性价比不高，所以在此设计中选择也不是很合适。
方案三：LCD1602显示屏
使用LCD1602显示屏，和其他显示器相比较，LCD1602液晶显示屏具有显示数字、字符、字母的功能，并且显示方式和控制比较简单，而且相对于其他的价格低廉，故经过综合考虑本论文采用LCD1602显示屏最合适。
2.2 系统方案设计
本次设计采用常见的单片机STC89C52为控制核心，通过ST188红外光电传感器采集脉搏信号，从而实现脉搏测量仪的基本功能。系统设计主要有心率采集模块、液晶显示模块、电源模块、晶振模块、复位模块、按键模块、报警模块；其硬件框图如下图2-2所示：
图 2-2 脉搏测量仪的工作原理
单片机
STC89C52
按键模块
TC89C52
报警模块 STC89C52 复位模块TC89C52
波形整形C89C52 脉搏采集
TC89C52
显示模块
运放模块
第3章硬件系统设计
本设计用到了单片机最小系统，故在本章节中将首先介绍一下单片机最小系统电路，然后再主要对脉搏测量仪的几个关键模块电路进行简单的介绍，即：信号采集电路、滤波电路、放大电路、显示电路、按键电路、报警电路等。
3.1 单片机最小系统
STC89C52最小系统是指其能工作下的最简单的电路。其中的电源电路、复位电路、时钟电路是单片机系统可以工作的最基础的电路，三者缺一不可。具体如图3-1所示：
图3-1 单片机最小系统
由图3-1可知，在单片机STC89C52芯片内共有40个管脚，其中有32个管脚可作为I/O口用，它们分别为P0口的八个管脚、P1口的八个管脚、P2口的八个管脚和P3口的八个管脚，P3口的八个引脚可以用作串行口、外部中断、定时器、读写控制等特殊用途，当不需要特殊的用途，P3端口可以作为一个I/O端口。单片机中40个引脚的具体功能如表3-1所示：
3-1 单片机引脚功能对照表
引脚引脚名称对应功能与作用
1~8 P1.0~P1.7 准双向的8位普通I/O口，内带上拉电阻存在。
9 RST 复位输入引脚，在振荡器复位是需保持两个机
器周期以上的高电平。
10-17 P3.0~P3.7 功能有两个，第一是作为准双向的8位普通I/O
口，只不过内带上拉电阻；第二种功能下面有
介绍。
18 XTAL2 与晶振相连，是内部时钟电路的输入，同时也
是反向振荡器的输入口。
19 XTAL1 反向振荡器的输出
20 GND 单片机电接地引脚
21~28 P2.0~P2.7 准双向的8位普通I/O口，有上拉电阻存在。
29 PSEN 本设计中没有用到，只是外部程序存储器的一
个选通信号口。
30 ALE 本设计没有使用到不做解释
31 EA/VPP 我们设计中直接该引脚接至VCC让其处于一
直高电平的状态，先执行片内4kB ROM，再执
行片外ROM。
32~39 P0.7~P0.0 P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，在本设
计中与液晶相连的话需要接一个10k的上拉电
阻。
40 VCC 单片机电源+5V引脚
其中单片机的P3口第一功能是准双向普通I/O口，内部有上拉电阻存在。
各引脚的第二功能作，各引脚的定义如表3-2所示：
3-2 单片机P3口第二引脚功能对照表
引脚引脚名称对应的功能作用
10 RXD 该引脚的特殊功能为串行输入口。
11 TXD 该引脚的特殊功能为串行输出口。
12 INT0 该引脚作为单片机外部中断0触发引脚，触发方式可以进
行配置相对应的寄存器来实现。
13 INT1 该引脚作为单片机外部中断1触发引脚，触发方式可以进
行配置相对应的寄存器来实现。
14 T0 该引脚可作为单片机外部计数器0触发引脚。
15 T1 该引脚可作为单片机外部计数器1触发引脚。
16 WR 该引脚可作为单片机外部数据写选通口。
17 RD 该引脚可作为单片机外部数据读选通口。
3.1.1 电源电路
任何一个电子产品要想正常工作，必须提供电源。只有电源存在，器件才能
得以运行，整个系统才能正常运行。在本次设计中，由于52单片机的工作电压在3.3V～5.5V之间都可以正常工作；所以供电方式可以选择电池盒或USB电源线。若是选择电池盒的话可以用3节5号电池即可解决，不过电池若是放的时间较久电压会不稳定，导致信号测量有误差。相比之下，选择USB电源线的话效果更好；可以采取USB电源线连接手机充电器插头或者5V的移动电源直接给给系统进行供电，误差会大大减少。电源电路图如3-2所示：当DC电源接口插上电源线时，打开自锁开关即可对单片机进行供电。
图3-4 电源电路
3.1.2 复位电路
单片机的初始化操作就是复位，只要单片机开始运行，就都应该复位。复位电路包括了上电复位和手动复位两个部分。图3-3中所示的复位电路就包括了这两种复位方式。图中复位按键的3号引脚接电源，2号引脚与单片机的9号引脚RST相连。图中所示的复位电阻为10k，复位电容一般选择10uf,这些阻值和容值的选择在教科书中堪为经典。当电路开关时，电容C1可以保持其两端电压不发生突变，引脚9的电流由电源电流提供，因此引脚9上就会产生高电平，从而使得单片机变为复位状态，伴随着电容C1的不断充电，其两端的电压不短上高，从而引脚9的电压就开始降低，使得单片机最终退出复位状态。单片机在正常运行下可以按复位键进行复位。复位电路如3-3所示：
图3-3 复位电路
3.1.3 时钟电路
由于系统需要计算精确时间，所以时钟电路模块使用了一个12MHz的晶振。单片机工作所需要的时钟信号就是由时钟电路发出的，电路在时钟信号控制下严格依照时序工作的目的是为了保证同步工作方式的完成。XTAL2是单片机的18 引脚，其功能不仅是内部时钟电路的输入，与此同时还是反向振荡器的输入口；XTAL1是单片的19引脚，其功能是反向振荡器的输出；一般与晶振相连的的电容选取30pF的陶瓷电容。具体的时钟电路如图3-4所示：
图3-4 时钟电路
3.2 信号变送系统
本次设计的检测原理是: 首先将手指肚放在ST188传感器上来采集信号，采集好的信号中由于按下的力度、外部环境的影响的等原因会导致干扰，必须要滤除相对来说的高频信号以及干扰信号；由于脉搏信号相对来说比较微弱，紧接着进行运放处理；处理过的信号经过导线与单片机的P3.2口相连使之传送到单片机内部；当经过单片机处理后显示在液晶屏上。
3.2.1 信号采集电路
在信号采集电路中，传感器的选取至关重要。在第二章的时候已经选过传感器的型号，ST188无疑是最好的选择。它由高发射功率红外光电二极管和高灵敏度光电晶体管组成。红外发射管发出红外线，红外接收管的特性是将光信号转换为电信号。在ST188红外光电传感器中A、K是红外发射管；C、E是红外接收管。在图3-6信号采集电路中，ST188的A极与电源相连，而K极与地相连；因此要想让红外发射管就能发出红外线，A极就要接高电平、K极要接低电平。下面大家可以来看一下ST188实物图，如图3-5所示：
图3-5 ST188实物图
脉搏采集电路图如图3-6所示：在选择R4的阻值时要求比较高，其原因是：若是红外发射二极管中的电流越大，那么发射角度就会越小，产生的发射强度就越大，因此考虑R4阻值时要格外慎重。图中R4选择220Ω同时也是基于红外接收管感应红外光灵敏度考虑的。R4阻值要是过大的话，流经红外发射二极管的电流就会偏小，那么红外接收管就无法区别是否有脉搏信号产生。反之，R4阻值若是过小，流经红外发射二极管的电流就会偏大，红外接收管也不能准确地辨别有脉搏和无脉搏时的信号。在实际电路中R4的阻值选择时可以小范围的来回调试下，从而可以得到更加精确的阻值。如图所示，在R4旁边连接了一个电位器，就是用来调节红外光电传感器灵敏度的。R5阻值是22K，起一个上拉的作用；当红外接收管导通时就接地，不导通时就与电源相连；具体电路如图3-6所示：
图3-6 脉搏信号的采集电路
在脉搏采集时可能会遇到两种情况：第一种是是无脉期，第二种是有脉期。当出现第一种情况时，由于红外接收管中存在暗电流，会造成输出电压略低；其主要原因是手指虽然遮挡了红外发射管发射的红外光，但是透光性却比较强导致无结果出现。当出现第二种情况时，血脉使手指透光性变差，红外接收管中的暗电流减小，输出电压上升。
3.2.2 滤波电路
从传感器中出来的脉搏信号中相对来说含有高频信号，而希望得到的波形是交流低频信号因此需要先进行滤波；滤波电路如图3-7所示。C4选择10uf的电容进行隔直流，并且滤出相对脉搏信号来说的高频波或环境光线的干扰；R11起到了下拉作用，与LM358的同相输入端3脚相连，当有信号输入时接通，没信号输入时接地；R7、R5、R11组成普通的滤波器滤除高频信号，加到线性放大输入端；R8和C6组成低通滤波器以进一步滤除残留的干扰，运放LM358将信号放大，放大倍数由R12和R13决定；即LM358的同向输入端使其信号放大得到显示出来；具体电路如图3-7所示：
图3-7 滤波电路
3.2.3 信号放大电路
由于脉搏信号本身就比较微弱，所以是通过比较灵敏的红外光电传感器来采集脉搏信号。因此首先要将滤波处理的波形进行适当的运放；故本次课题的设计最终决定采用的是LM358四运放放大器。
LM358是四运放放大器，由两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器组成。LM358四运放电路具有电源电压范围宽，静态功耗小，可单电源使用，价格低廉等优点，因此被广泛应用在各种电路中。
图3-8是LM358的引脚及功能介绍，由图可知，LM358有8个引脚，其中1号引脚是第一个运放器的输出端；2、3号引脚分别是第一个运放器的反向和同相输入端；4号引脚接地；7号引脚是第二个运放器的输出端；6、5号引脚同理分别为为第二个运放器的反向和同相输入端；8号引脚接电源。LM358的引脚排列及功能详见图3-8所示：
图3-8 LM358的引脚排列及功能
本次设计的信号放大电路图如图3-9所示，滤波过的信号经过3引脚接入LM358的同向输入端，2引脚的反向输入端接在R12和R13的电阻分压处；R13下面是接地的，R12上面与LM358的反馈输出引脚1相连；同时反馈输出又与LM358的第二组运放的反向输入端6引脚相连；也就是说把输出的数据放在了第二组运放里。在第二组运放的同向输入端5引脚接入了30k与4.7k的分压；与之相连的56k电阻同样把信号反馈到了同向输入端5引脚，也就是说所有的反馈最后都回到了运放电路中。LM358的8号引脚与电源相连；7号输出引脚与单片机的P3.2口相连，同时连接了一个1k的电阻与LED指示灯；当有心率时指示灯就会被点亮，没心率时就会熄灭。在如图3-9所示，与R6、R10、R9相连的LM358一侧共同组成了电压比较器，使信号进行近一步的整形然后送到单片机内部。
于单片机的脉搏测量仪的设计 摘要 脉搏波所呈现出来的形态、强度、速率和节律等方面的综合信息，能反映出人体心血系统中许多生理疾病的血流特征。根据人体脉搏信号特征，本论文设计了一种基于单片机的脉搏测量系统。 系统采用红外发射与接收二极管充当脉搏传感器来采集脉搏信号。首先将采集到的信号通过低通滤波与放大电路对脉搏信号进行处理，然后，将放大的脉搏信号通过整形电路进行电压基准变化，在经过一次放大电路对整形后的脉搏信号进行放大，将信号转换为AT89S52单片机易于处理的脉冲信号。通过单片机编程对脉冲信号进行处理，测量出一分钟内的脉搏次数，最终在数码管中直观的显示出来。 为了节省时间，一般不会作一分钟的测量，通常是测量10秒钟时间内的脉搏数，再把结果乘以6即得到每分钟的脉搏数。发光二极管可以通过发光的形式显示脉搏的跳动。 关键词：脉搏测量仪；AT89S52；LED；信号处理
目录 引言 (1) 第1章绪论 (2) 1.1 脉搏测量仪介绍 (2) 1.2脉搏测量仪的应用 (2) 第2章主要器件介绍 (3) 2.1 单片机的选择 (3) 2.1.1 AT89S52简介 (3) 2.1.2 AT89S52特点.................................................................................................... . (3) 2.1.3 AT89S52引脚功能说明 (4) 2.2 传感器的选择 (6) 2.2.1 红外发光二极管简介 (6) 2.2.2光敏三极管简介 (7) 2.3 驱动芯片的选择 (7) 2.3.1 74LS245简介 (7) 2.3.2 74LS04简介 (8) 2.4 显示器的选择 (9) 2.4.1 三位共阳八段数码管简介 (9) 2.4.2 八段数码管字形表 (9) 第3章系统硬件设计 (10) 3.1 设计原理 (10) 3.2 外围电路 (10) 3.2.1 电源电路...................................... 错误！未定义书签。 3.2.2 复位电路 (11) 3.2.3 晶振电路 (12) 3.2.4 脉搏信号采集放大电路.......................... 错误！未定义书签。 3.2.5 LED显示电路.................................. 错误！未定义书签。第4章系统软件设计.. (14) 第5章软件调试及仿真 (15) 5.1 软件编译......................................................................................... 错误！未定义书签。 5.2单片机的选择 (17) 5.3系统仿真测试 (16) 结论 (18) 参考文献 (19) 致谢 (20) 附录一 (20) 附录二 (21)
数字人体心率检测仪的设计 1.设计思路 本课题研究的是数字人体心率监测仪的设计，我所设计的检测仪，它使用方便，只需将手指端轻轻放在传感器上，即可实时显示出你的每分钟脉搏次数，特别适合体育训练和外出旅游等场合使用。采用红外光学检测法，摒弃了不便于运动状态下测量脉搏的听诊器和吸附在人体上的电极等老式测量方法。检测的基本原理是：随着心脏的搏动，人体组织半透明度随之改变：当血液送到人体组织时，组织的半透明度减小：当血液流回心脏，组织则半透明度增大。这种现象在人体组织较薄的手指尖，耳垂等部位最为明显。因此，本心率检测仪将红外发光二极管产生的红外线照射到人体的上述部位，并用装在该部位的另一侧或旁边的红外光电管来检测机体组织的透明程度并把它转换成电信号。由于此信号的频率与人体每分钟的脉搏次数成正比，故只要把它转换成脉冲并进行整形，计数和显示，即可实时的测出脉搏的次数。 心率与脉搏的联系：心率与脉搏在身体正常的时候是相等的。在房颤等心脏疾病时候可出现不等。因此心率测量问题可以转化为脉搏的测量，而脉搏的测量有更容易实现的特点，在实际应用中得到更广泛的运用。 本检测仪的有效测量范围为50次—199次/分钟。 2 方案设计 2.1 心率采集处理电路 心率采集处理电路如图1-1所示。该部分电路主要由脉搏次数红外检测采集电路模块、信号抗干扰电路模块、信号整形电路模块等三个主要的电路模块组成。其中，红外线发射管D1和红外线接收管Q1组成了红外检测采集电路：R2与C1、C2与C3、R4与C4和ICA共同工程了信号抗干扰电路组，他们分别承担了对信号的低通滤波、干扰光
线的光电隔离、参与高频干扰的滤除等任务。另外，I CB、C5与R10、ICC则共同组成了信号整形电路模块。 图1 光电式脉搏波传感器的原理 其原理是利用光电信号来测量脉搏容量的变化。当血管内容量变化时，组织对光的吸收程度相对发生变化，利用光电传感器可测出这种变化，该变化反映出血液动脉的基本参数情况。根据朗伯特—比尔（lambert—beer）定律，物质在一定波长处的吸光度和他的浓度成正比，当恒定波长的光照射到人体组织上时，通过人体组织吸收、反射衰减后测量到的光强在一定程度上反映了被照射部位组织的结构特征。 光源和光敏元件分别处于被测部位的两侧，光源发出的光线可以经指尖部组织投射到光敏元件所在的窗口，从而有光敏元件检测出脉搏的波动信号，这样纪录的波也有将其作为指尖容积波处理，通常称这种传感器为透射型光电式脉搏波传感器。 本次设计原用的透射型光电式脉搏波传感器，其电路如图2 所示。
毕业设计（论文）开题报告 题目：基于单片机的酒精气体检测系统设计 专业：电子信息工程 1选题的背景、意义 气体与人类的日常生活密切相关，从工厂企业到居民家庭，酒精泄露的检测、监控以及对酒后驾车的检测对居民的人身和财产安全都是十分重要且必不可少的。现如今，由于人们的安全意思增强，对环境安全性和生活舒适性要求的提高，再加上气体传感器向低功耗、多功能、集成化方向的发展，因此，酒精浓度检测仪具有十分广阔的显示市场和潜在的市场要求。 单片机是一种集成在电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。 单片微型计算机简称单片机，是典型的嵌入式微控制器（Microcontroller Unit），常用英文字母的缩写MCU表示单片机，它最早是被用在工业控制领域。单片机由芯片内仅有CPU的专用处理器发展而来。单片机内部也和电脑功能类似的模块，比如CPU，内存，并行总线，还有和硬盘作用相同的存储器件，不同的是它的这些部件性能都相对我们的家用电脑弱很多，不过价钱也是低的，一般不超过10元即可......用它来做一些控制电器一类不是很复杂的工作足矣了。 在计算机出现以前，有不少能工巧匠做出了不少精巧的机械。进入电器时代后，人们借助电气技术实现了自动控制机械，自动生产线甚至自动工厂，并且大大地发展了控制理论。然而，在一些大中型系统中自动化结果均不理想。只有在计算机出现后，人们才见到了希望的曙光。如今借助计算机逐渐实现了人类的梦想。但是，计算机出现后的相当长的时间里，计算机作为科学武器，在科学的神圣殿堂里默默地工作，而工业现场的测控领域并没有得到真正的应用。只有在单片机（Microcontroller)出现后，计算机才真正地从科学的神圣殿堂走入寻常百姓家，成为广大工程技术人员现代化技术革新，技术革命的有利武器。目前，单片机在民用和工业测控领域得到最广泛的应用。彩电，冰箱，空调，录像机，VCD，遥控器，游戏机，电饭煲等无处不见单片机的影子，单片机早已深深地溶入我们每个
【设计任务与要求】 1、要求用十进制数显示被测人体脉搏每分钟跳动的次数，测量范围30～160次/min； 2、要求在短时间内（5s、15s）测出脉搏数/每分钟； 3、测量范围要求在±4次/min以内； 4、要求锁定每分钟脉搏数，将测量结果通过数码管出来，共分为显示计数过程，不显示技术过程两种方案； 5、要求采用手动清零、自动清零（自启动）两种方式。 【课程方案原理框图】 【课程方案】 1、信号发生与采集将脉搏跳动信号传感器转换为与此相对应的电脉冲信号； 2、放大电路把传感器的微弱电流放大，微弱电压放大，采用高输入阻抗的非门进行放大； 3、低通滤波滤除空气中的高频，只让低频脉冲信号通过。对脉搏信号进行采集的时候，空气中交流工频干扰最大，根据有源滤波原理将其滤除。 4、整形电路可用两个非门组成的施密特触发器对放大后的信号进行整形； 5、定时电路用555定时器组成多谐振荡器，达到5s、15s的精确计时； 6、通过计数、译码、显示读出脉搏数，并以十进制数的形式由数码管显示出来。数码管采用共阴数码管。 【单元电路设计与参数计算】 1、信号发生与采集： 通过陶瓷压电传感器对脉搏进行采样收集。 2、放大与滤波电路： 将5mV的正弦信号放大为5V的正弦信号，即差模电压增益为1000。
图示为用LM324设计的同相放大器，其输出信号，Vi 为幅值为5mV 的输入信号。则另： 倍。，即正弦信号放大了可得10001000,321,33≈= Ω==Ω=Vi Vo Av K R R M R Vi R R Vo )1 3 1(+=左图为二阶低通滤波器电压增益随频率变化曲线，在f=f o 之后随f 增加，增益急剧下降，从而达到低于f 频率通过的效果
本科毕业设计 （ 论文） 开题报告 题目： 基于单片机的脉搏测量仪 的设计 课 题 类 型：设计丁实验研究□论文口 学 生 姓 名： 学 号： 专 业 班 级： 学 院： 信息工程学院 指 导 教 师： 开 题 时 间 年月日 开题报告内容与要求 一、毕业设计（论文）内容及研究意义（价值） 随着科技发展的不断提高， 生命科学和信息科学的结合越来越紧密， 出现了各种新 颖 的脉搏测量仪器，特别是电子脉搏仪的出现，使脉搏测量变得非常方便。 脉诊在我 国已具有
2600 多年临床实践，是我国传统中医的精髓，但祖国传统医学采用“望、闻、问、切”的手段进行病情诊断，受人为的影响因素较大，测量精度不高。科技的创新，脉搏测试不再局限于传统的人工测试法或听诊器测试法，脉搏测量可利用电子仪器测量出精度更就的数据。人体脉搏信号中包含丰富的生理信息，也逐渐引起了临床医生的很大兴趣，达到了方便、快捷、准确的测量脉搏的目的。随着电子测量技术的迅速发展，现代电子测量仪器以极快的速度向数字化、自动化的方向发展。制成的脉搏测量仪器性能良好，结构简单，有较好的应用和推广价值。 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。在硬件设计中一般的物理信号就是电压变化。本系统的组成包括传感器、信号处理、单片机电路、显示电路、键盘输入等部分。 二、毕业设计（论文）研究现状和发展趋势（文献综述） 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，脉搏测试不再局限于传统的人工测试法或听诊器测试法，脉搏测量可利用电子仪器测量出精度更就的数据。人体脉搏信号中包含丰富的生理信息，也逐渐引起了临床医生的很大兴趣，达到了方便、快捷、准确在测量脉搏的目的。随着电子测量技术的迅速发展，现代电子测量仪器以极快的速度向数字化、自动化的方向发展。制成的脉搏测量仪器性能良好，结构简单，有较好的应用和推广价值。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。 脉搏测量仪的发展主要向以下几个趋势发展： （1）自动测量脉搏并且对所得到的脉搏进行自动分析。目前很多脉搏测量仪都具有检测
1.消抖电路： 2.分频器： library ieee; use ieee.std_logic_1164.all; use ieee.std_logic_unsigned.all; entity fpq is port (clk: in std_logic; f50k:buffer std_logic:='0'; f1k:buffer std_logic; f5k:buffer std_logic; f2k:buffer std_logic; f100hz:buffer std_logic; f2hz:buffer std_logic; f1s:buffer std_logic; f6s:buffer std_logic:='1'); end fpq; architecture one of fpq is signal count_6s,count_100: std_logic_vector(3 downto 0); signal count_1m,count_1s,count_05s,count_1k,cou nt_2k, count_5k: std_logic_vector(8 downto 0); signal count_hec:std_logic_vector(9 downto 0); signal fpq_hec:std_logic_vector(9 downto 0); Begin --50khz process(clk) begin if(clk'event and clk='1')then if(count_1m="011111001")then--500分频(系统时钟25MHz) count_1m<="000000000"; f50k<=not f50k; else count_1m<=count_1m+1; end if; end if; end process; --5Khz process(f50k) begin if(f50k'event and f50k='1')then if(count_5k="00000100")then--10分频count_5k<="000000000"; f5k<=not f5k; else count_5k<=count_5k+1; end if;
本科毕业论文 题目酒精浓度监测仪的设计学生 指导教师 年级 专业 系别
郑重声明 本人的毕业论文（设计）是在指导教师的指导下独立撰写完成的。如有剽窃、抄袭、造假等违反学术道德、学术规范和侵权的行为，本人愿意承担由此产生的各种后果，直至法律责任，并愿意通过网络接受公众的监督。特此郑重声明。 毕业论文（设计）作者（签名）： 2009 年月日
目录 标题 (1) 中文摘要 (1) 1 序言 (1) 2 酒精浓度监测仪硬件电路设计 (2) 2.1 89C51单片机系统 (2) 2.1.1 单片机片内结构 (2) 2.1.2 89C51芯片介绍................................................ ..9 2.2 A/D转换电路................................................. .. 3 2.2.1 ADC0809的引脚及功能.. (3) 2.2.2 ADC0809的结构及原理 (3) 2.3 LED显示电路 (3) 2.3.1 LED显示器的结构 (4) 2.3.2 LED显示器的工作原理 (4) 3 酒精浓度监测仪系统的软件设计 (4) 3.1 初始化程序 (5) 3.2 A/D转换子程序 (5) 3.3 显示子程序 (5) 4 结论 (7) 注释 (7) 参考文献 (8) 外文页．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．11
酒精浓度监测仪的设计 摘要目前全世界绝大多数国家都采用呼气酒精测试仪对驾驶人员进行现场检测，以确定被测量者体内酒精含量的多少，以确保驾驶员的生命财产安全。酒精浓度监测仪是一种以气敏传感器和单片机为主，监测空气酒精浓度，并具有声光报警功能的空气酒精浓度监测仪。其可监测出空气环境中酒精浓度值，并根据不同的环境设定不同的阈值，对超过的阈值进行声光报警来提示危害。此外，空气酒精浓度监测仪还能监测某一特定环境的酒精浓度如酒精生产车间可避免发生起火、爆炸及工业场地酒精中毒等恶性事故，确保环境安全。 关键词单片机酒精浓度监测仪 A/D转换声光报警 1 序言 随着经济高速发展，越来越多的人有了自己的私家车，而酒后驾车造成的交通事故也频繁发生。为此，需要设计一智能仪器能够检测驾驶员体内酒精含量。本论文研究的是一种以气敏传感器和单片机为主，监测空气酒精浓度，并具有声光报警功能的空气酒精浓度监测仪。其可监测出空气环境中酒精浓度值，并可根据不同的环境设定不同的阈值，对超过的阈值进行声光报警来提示危害。 本课题分为两部分：硬件设计部分和软件设计部分。硬件部分为利用MQ3气敏传感器测量空气中酒精浓度，并转换为电压信号经A/D转换后传给单片机系统，由单片机及其外围电路进行信号的处理，显示浓度值以及超阈值声光报警。软件部分用汇编语言进行编程，程序采用模块化设计思想。各个子程序的功能相对独立，便于调试和修改。而硬件电路又大体可分为单片机小系统电路、A/D 转换电路、声光报警电路、LED显示电路，各部分电路的设计及原理将会在硬件电路设计部分详细介绍；程序的设计使用汇编语言编程。
人体脉搏计 （1） 设计内容及要求 设计题目：设计一个人体脉搏计。 内容简要：人体脉搏计的设计是基于传感器，放大电路，显示电路等基础电路的基础上，实现对人体脉搏的精确测量。其设计初衷是适用于各年龄阶段的人群，方便快捷的测量脉搏次数，并用十进制数显示出来。具体的各部分电路接下来将介绍。 传感器信号：传感器采用了红外光电转换器，作用是通过红外光照射人的手指 的血脉流动情况，把脉搏跳动转换为电信号。 放大电路：由于人体脉搏跳动经过传感器后的初始信号电压值很小，所以利用反相放大器将采集的电压信号放大约50倍。又因为该信号不规则，将接入有源滤波电路，对电路进行低通滤波的同时，再次将电压信号放大1.6倍左右。该电路使信号得到80倍的放大，充分的放大方便了后面的工作电路。 整形电路：本电路旨在采用滞回电压比较器对前面放大以后的信号进行整形，使信号更规则，最终输出矩形信号。 倍频电路 ：倍频电路的作用是对放大整形后的脉搏信号进行4倍频处理，以便在15s 内测出1min 内的人体脉搏跳动次数，从而缩短测量时间，以提高诊断效率。 基准时间产生电路：基准时间产生电路的功能是产生一个周期为30s （即脉冲宽度为15s ）的脉冲信号，以控制在15s 内完成一分钟的测量任务。具体各部分是由555定时器产生一个周期为0.5秒的脉冲信号，然后用一个D 触发器进行二分频得到周期为1s 的脉冲信号。再经过由74LS161构成的十五进制计数器，进行十五分频，再经D 触发器二分频，产生一个周期为30s 的方波，即一个脉宽为15s 的脉冲信号。 计数、译码、显示电路：计数器采用3个二进制计数器74LS161分别作个、十、百位，并将其设计成十进制计数器（逢十进位），再由7448译码器译码后接到七段数码管LTS547R （共阴极）上完成三位数十进制数的显示。 控制电路：控制电路的作用主要是控制脉搏信号经放大、整形、倍频后进行计数的时间，另外还具有启动电路及为各部分电路清零等功能 设计要求：最终仪器要能够实现在15s 内测量1min 的脉搏数，并且显示其十进制数字。参考值：正常人的脉搏数为60~80次/min ，婴儿为90~100次/min ，老人为100~150次/min 。所以需要三个显示数码管才能完成显示功能。 （2） 系统框图介绍及方案选择 结合以上各部分电路内容及设计要求分析，以控制电路为枢纽，将经传感器、放大整形电路、倍频电路的脉搏信号和时间信号通过控制电路实现对计数器的控制，使其能够准确的显示脉搏数。脉搏计的原理结构图如下： 根据此框图，各部分电路有如下几种设计方案：放大电路可以在同相放大器和反相放大器之间选择，二者几乎没有区别，在此选择使用反相比较器；整形电路可以用555构成的施密特触发器或者由运放组成的迟滞电压比较器，考虑到运放的使用较555简单方便，图1 脉搏计结构框图 控 制 电 路 基准时间产生电路 计数 译 码 显示 传感器 放大与整形 倍频器
摘要 本文介绍了一种基于51单片机的心率体温采集系统。首先介绍了51系列单片机的内部相关配置、工作原理以及编程方法，其次介绍了温度传感器PT100的相关测温方法以及通过红外光电传感器TCRT5000对射的方法来抓取人体脉搏信号。此次设计的电路部分主要包括：传感测量电路、放大电路、滤波整形电路、AD转换电路、计数显示电路、控制电路、电源供电电路等。通过按键开始测试，将PT100及TCRT5000输入的微弱信号进行放大整形，最后AD采集转换传送给单片机，在LCD1602上显示相关体温及心率信息。 本次硬件设计基于比较稳定可行、低成本的设计思想，软件设计采用模块化的设计方法，并且详细分析了红外传感器TCRT5000应用于心率测量上以及PT100应用于温度测量上的原理及优点，阐述了其他各配合电路的组成与工作特点，并且通过仿真进行电路的可行性验证，最后完成实物电路的设计，使得本次课题的预期结果得以实现。 关键词：51单片机；传感器；仿真；AD转换 -I
Abstract This paper introduced a heart rate and body temperature acquisition system that based on 51 single chip microcomputer. First the internal configurations of 51 single chip microcomputer are introduced. And the paper also tell how 51 single chip microcomputer works and how can we program on it. Then the method of using temperature sensor PT100 to get body temperature is introduced, and we use infrared photoelectric sensor TCRT5000 to get the pulse signal of human body.The design of the circuit mainly comprises sensing circuit , amplifying circuit, filtering and shaping circuit, AD converting circuit, counting and displaying circuit, controlling circuit, power supplying circuit and so on. When the keyboard is pressed, the system starts to get signal. The small signal from PT100 and TCRT5000 will be amplified and shaped. Then ad converter will change the analog signal into digital signal and send to 51 single chip microcomputer . At last LCD1602 will display the information of body temperature and heart rate. Keywords: Piezoelectric sensors；control circuit；counters；Multisim2001 simulation software control circuit. -II
江西工业贸易职业技术学院毕业设计 摘要 随着生物医学工程技术的发展, 医学信号测量仪器日新月异。生物医学测量与临床医学和保健医疗的联系日益紧密。通过对人体各种生理信号的检测，能更好的认识人体的生命现象。脉象包含丰富的人体健康状况信息, 脉诊技术应客观化、定量化。本设计利用光电式传感器, 设计脉搏信号获取的方法。本设计主要是基于单片机的便携式脉搏测试仪的具体实现方法，利用光电传感器产生脉冲信号，经过放大整形后，输入单片机内进行相应的控制，从而测量出一分钟内的脉搏跳动次数，快捷方便。通过观测脉搏信号，可以对人体的健康进行检查，通常被用于保健中心和医院。本设计所设计的基于单片机的便携式心率测试仪对推进脉诊技术客观化的实现具有积极的促进作用。 脉搏；单片机；光电传感器；脉冲信号；便携式关键词： I 江西工业贸易职业技术学院毕业设计 目录 摘要I........................................................................................................................................ .第1章引言....................................................................................................................... 11.1概述. (1)
1.2基于单片机的心率测试仪的发展与应用 (2) 1.3本设计的主要内容 (3) 第2章整体方案分析.................................................................................................... 4. 2.1任务 (4) 2.2要求 (4) 2.3系统的整体方案 (4) 2.4 方案的对比和论证 (4) 2.4.1脉搏检测传感器的选择 (4) 2.4.2单片机的选择 (6) 2.4.3显示部分的选择 (6) 2.5设计时要考虑的问题 (7) 2.5.1环境光对脉搏传感器测量的影响 (7) 2.5.2电磁干扰对脉搏传感器的影响 (7) 2.5.3测量过程中运动噪声的影响 (8) 2.6本章小结 (8) 第3章硬件电路设计分析........................................................................................... 93.1控制 器 (9) 3.1.1AT89S52 (9) 3.1.2AT89S52的特点 (9) 3.1.3AT89S52的结构 (9) 3.2脉搏信号采集....................................................................................................... 12 3.2.1光电传感器的结构及原理 (12) 3.2.2信号采集电路 (13) 3.3信号放大电路....................................................................................................... 13
毕业论文声明 本人郑重声明： 1．此毕业论文是本人在指导教师指导下独立进行研究取得的成果。除了特别加以标注地方外，本文不包含他人或其它机构已经发表或撰写过的研究成果。对本文研究做出重要贡献的个人与集体均已在文中作了明确标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 2．本人完全了解学校、学院有关保留、使用学位论文的规定，同意学校与学院保留并向国家有关部门或机构送交此论文的复印件和电子版，允许此文被查阅和借阅。本人授权大学学院可以将此文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本文。 3．若在大学学院毕业论文审查小组复审中，发现本文有抄袭，一切后果均由本人承担，与毕业论文指导老师无关。 4.本人所呈交的毕业论文，是在指导老师的指导下独立进行研究所取得的成果。论文中凡引用他人已经发布或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。论文中已经注明引用的内容外，不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究成果做出重要贡献的个人和集体，均已在论文中已明确的方式标明。 学位论文作者（签名）： 年月
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电子课程设计目录 第一部分电子课程设计题目及要求 1．题目 (1) 2．设计目的 (1) 3．设计内容及要求 (1) 4．脉搏计的基本原理 (1) 第二部分设计方案 1. 提出方案 (2) 2. 方案比较 (3) 第三部分电路设计与分析 (4) 1. 信号发生与采集 (4) 2. 放大电路 (4) 3.有源滤波电路 (5) 4.整形电路 (7) 5.倍频器 (9) 6.基准时间产生电路 (10) 6.1 NE555定时器 (10) 6.2 用555定时器构造施密特触发器 (11) 6.3 用施密特触发器构造多谐振荡器 (12) 7.计数译码器 (13) 7.1 计数电路 (13) 7.2 译码显示 (14) 8.控制电路 (17) 第四部分所用元件及实验心得 (18) 1.元件列表 (18) 2.实验心得 (18) 3.参考文献 (18) 附：总原理图 (19)
第一部分电子课程设计题目及要求 1. 题目人体脉搏计 2．设计目的 2.1熟悉脉搏计电路的组成、工作原理和设计方法。 2.2掌握多谐振荡器、倍频器、计数器、译码器等的工作原理、使用方法、特点、用途及主要参数的计算方法。 2.3熟悉集成电路74LS00、74LS161、CC4518、CC4511、晶闸管、有源滤波电路的特点、用途及主要参数的选择方法。 3．设计内容及要求 3.1设计题目：设计一个脉搏计。 3.2要求：实现在15s内测量1min的脉搏数，并且显示其数字。正常人的脉搏数为60~80次/min，婴儿为90~100次/min，老人为100~150次/min。 3.3放大与整形电路 放大电路：电压放大倍数u A 约为11倍，选R 4 =100 KΩ，C 1 =100μF。试选择其它元 件参数。有源滤波电路：电压放大倍数选用1.6倍左右。运放可均采用LM324，也可选其它型号运放。 整形电路：选用滞回电压比较器，集成运放采用LM339，其电路参数如下：R 10 =5.1KΩ， R 11=100 KΩ，R 12 =5.1 KΩ。 倍频电路：异或门选用可采用CC系列、也可采用TTL系列。基准时间产生电路：试选择电路其它未知参数。 计数、译码、显示电路：试选择电路其它未知参数。 控制电路：试选择电路其它未知参数。 4．脉搏计的基本原理 分析设计题目要求脉搏计是用来测量一个人心脏跳动次数的电子仪器，也是心电图的主要组成部分。由给出的设计技术指标可知，脉搏计是用来测量频率较低的小信号（传感器输出电压一般为几个毫安），它的基本功能应该是 ①用传感器将脉搏的跳动转换为电压信号，并加以放大整形和滤波。 ②在短时间内（15s内）测出每分钟的脉搏数。 简单脉搏计的框图如图1所示。 图1.1 脉搏计原理框图
意义：医院的护士每天都要给住院的病人把脉记录病人每分钟脉搏数，方法是用手按在病人腕部的动脉上，根据脉搏的跳动进行计数。为了节省时间，一般不会作1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。而该系统以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，并利用单片机系统内部定时器来计算时间，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。 目的：实现脉搏波的实时存储并可实现与上位机( PC 机) 的实时通讯,作为多参数病人中心监护系统的一个模块完成心率检测和脉搏波形显示。 2.1 光电脉搏测量仪的结构 光电脉搏测量仪是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，用电子仪表进行测量和显示的装置。本系统的组成包括光电传感器、信号处理、单片机电路、数码显示、电源等部分。 1．光电传感器 即将非电量(红外光)转换成电量的转换元件，它由红外发射二极管和接收三极管组成，它可以将接收到的红外光按一定的函数关系(通常是线性关系)转换成便于测量的物理量(如电压、电流或频率等)输出。 2．信号处理 即处理光电传感器采集到的低频信号的模拟电路(包括放大、滤波、整形等)。 3. 单片机电路 即利用单片机自身的定时中断计数功能对输入的脉冲电平进行运算得出心率（包括 AT89C51、外部晶振、外部中断等）。 4．数码显示 即把单片机计算得出的结果用8位LED数码管静态扫描来显示，便于直接准确无误的读出数据。 5. 电源 即向光电传感器、信号处理、单片机提供的电源，可以是5V-9V的交流或直流的稳压电源。
基于单片机的心率设计设计
毕业设计（论文）题目心率监测系统设计
毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。 作者签名：日期： 指导教师签名：日期： 使用授权说明 本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 作者签名：日期：
学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名：日期：年月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 涉密论文按学校规定处理。 作者签名：日期：年月日 导师签名：日期：年月日
基于单片机的酒精浓度测试仪设计毕业设计 目录 第1章绪论 (1) 1.1酒精测试仪现状和发展趋势 (1) 1.2酒精浓度检测仪设计的意义 (1) 1.3 研究内容 (2) 1.4系统总体思路 (2) 第2章系统总体方案设计 (3) 2.1总体设计 (3) 2.2控制模块方案论证 (3) 2.3显示模块方案论证 (4) 第3章硬件电路设计 (5) 3.1单片机电路设计 (5) 3.1.1 单片机介绍 (5) 3.1.2 STC89C52的功能特性 (6) 3.1.3 STC89C52的原理说明 (6) 3.2MQ3气体传感器 (7) 3.2.1 MQ-3主要技术指标 (8) 3.2.2 MQ-3结构、外形、测试电路 (8) 3.2.3 MQ-3传感器调理电路 (10) 3.3电源电路 (11) 3.4ADC0809 (11) 3.5LCD液晶显示模块 (12) 3.5.1 LCD1602显示模块技术参数 (12) 3.5.2 LCD602显示模块功能 (13) 3.6发光二极管显示报警电路 (15) 3.7阈值存储电路 (15)
3.8系统硬件设计原理图分析 (16) 第4章软件系统的设计与实现 (18) 4.1主程序设计 (18) 4.2分部分软件设计 (19) 4.2.1 ADC程序流程图 (19) 4.2.2 LCD程序流程图 (20) 第5章系统的调试及实验结果 (21) 5.1 调试步骤 (21) 5.1.1 按键修改酒精阈值程序 (21) 5.1.2 模数转换测试 (21) 5.1.3 液晶显示程序设计 (22) 5.1.4 声光报警测试 (25) 5.1.5 整体功能调试程序 (25) 5.2实验结果 (25) 结论 (27) 致谢 (28) 参考文献 (29) 附录A 译文 (30) STC89C51RC/ RD+系列MCU (30) 附录B 外文原文 (38) STC89C51RC/RD+ SERIES MCU (38) 附录C (50) 附录a：全局变量头文件和延时模块 (50) 附录b：AD转化模块 (52) 附录c：24c08存储模块 (52) 附录d：LCD显示模块 (57) 附录e：主函数 (63)
报告成绩 电子电路综合实验报告 学生：贺杰 学号：1410404006 专业年级：2014级通信工程4班 指导教师：周妮讲师 起止日期：2016年3月—2016年6月 电气与信息工程学院 2016年6月3日
目录 1目的与意义 (1) 3 方案设计 (1) 4 系统硬件设计 (3) 5仿真调试与分析 (10) 6结论与体会 (10) 参考文献 (10) 附录 (11) 附录A 系统实物图 (11)
摘要：电于脉搏计可以连续台动地测量手术或重危病人的脉搏，也可以用于健康管理，运动员的训练等方面，为提高运用电子技术基本知识进行理论设计、实践创新以及独立工作、团队合作的能力，通过实践制作一个数字频率计，学会合理的利用集成电子器件制作基于数字电路和模拟电路的课程设计与制作。电子脉搏计是用来测量一个人心脏跳动次数的电子仪器，也是心电图的主要组成部分，它是用来测量频率较低的小信号。 1目的与意义 一、目的： 1、掌握组合逻辑电路的工作原理及设计方法。 2、学会安装和调试分立元件与集成电路组成的电子电路小系统。 二、意义 对于医院的危重病人，或者在其他一些特殊场合，需对人的脉搏进行连续检测，本课题即针对这一需求，设计一台简易的电子脉搏计。 1、制作要求 实现在15S测量1min的脉搏数，并且显示其数字。正常人脉搏数为60~80次/min 婴儿为90~100次/min，老人为100~150次/min。（只考虑数字部分，即输入波形视为矩形波） 2、制作步骤 （1）拟定测试方案和设计步骤，填写真值表； （2）根据性能指标，计算元件参数，选好元件，设计电路并画出电路图； （3）进行相应的仿真测试； （4）设计、调试和安装电路并测试； （5）撰写设计报告。 2 方案设计 电子脉搏计是由脉搏计数器和控制时间的定时电路所组成，并且还要在15S测量出1min的脉搏数。所以，我们先按要求，分开设计各个功能的电路图，然后再组合连接成一个完整的按要求的电子脉搏计。 方案一：
基于单片机的心率计设计 摘要 心率是指单位时间内心脏搏动的次数，包含了许多重要的生理、病理信息，特别是与心脑血管相关的信息，是生物医学检测中一个重要的生理指标，也是临床常规诊断的生理指标；因此迅速准确地测量心率便显得尤为重要。随着医疗水平和人们生活水平的提高，快速、准确、便携式心率计便成为一种新的发展趋势，同时伴随着单片机技术的发展，基于单片机的便携式心率计便不失为一个好的选择。 本心率计共有三大部分，分别为：传感器部分、信号处理部分、单片机控制部分。传感器部分采用光电式传感器实现对信号采集；信号处理部分则采用放大、滤波、波形变换等方法实现信号的有效处理；而单片机部分则实现对心率的计数和显示功能。通过这三部分的有效组合初步实现对人体心率的一个有效计数。 信号采集采用光电式传感器通过对手指末端透光度的监测，实现信号的采集；信号放大则采用四运放运算放大器LM324，波形变换采用555定时器构成反向施密特触发器；单片机控制模块则采用AT89C51微处理器和相关元器件通过C语言编程实现计数和显示功能。 关键词：心率，光电式传感器，信号处理，AT89C51
DESIGN OF HEART RATE METER BASED ON MCU ABSTRACT Heart rate is refering to the number in unit time of the heart beating, contains many important physiological and pathological information, especially information associated with cardiovascular, biomedical detection an important physiological indexes, and routine clinical diagnosis of physiological indexes; so quickly and accurately measuring heart rate appears to be particularly important. With the improvement of medical level and people's living standards, rapid, accurate and portable heart rate meter has become a new trend, accompanied by the development of SCM technology, will not be regarded as a good choice of meter based on microcontroller portable heart rate. Heart rate meter consists of three parts, respectively: sensor part, signal processing part, MCU control part. Part of the sensor using photoelectric sensor achieved the signal of the signal acquisition; signal processing part uses the amplification, filtering, waveform transform method to effectively d eal with; and part of SCM is to achieve counting on heart rate and display function. Through the effective combination of these three parts, an effective count of human heart rate is realized.. Signals were collected using photoelectric sensor through the monitoring of the degree of light at the end of a finger, to realize the signal acquisition; signal amplification four operational amplifier LM324 operational amplifier is used, the waveform transform the 555 timer constitute reverse Schmitt trigger; MCU control module is used AT89C51 microprocessor and related components by C language programming counting and display function. KEY WORDS: heart rate, sensor photoelectric, signal processing, AT89C51