江西理工大学应用科学学院电子心率计设计

五邑大学电子系统设计结题报告题目：便携式心率测试仪院系信息工程学院专业电子信息工程学号学生姓名指导教师报告日期2012.12.18目录1、摘要 (2)2、课题研究意义 (2)2.1.背景 (2)2.2 设计任务与要求 (2)3、方案设计说明 (2)3.1硬件电路原理分析说明 (2)3.1.1信号放大电路 (2)3.1.2滤波电路 (3)3.1.3整形电路 (4)3.1.4单片机信号处理电路 (4)3.1.5数码管显示电路 (5)3.2软件设计 (6)3.2.1编程环境与开发工具 (6)3.2.2源程序及注解 (7)4、调试过程遇到的问题与解决的方法 (9)5、5、设计总结及体会 (9)6、参考文献 (9)7、附录 (10)1、摘要本文设计了一种基于STC89C51单片机实现的便携式心率测试仪.接受心率测试检测模块发送的信号并对信号进行检测分析并显示，从而实现心率测试功能。

该系统的硬件单元包括信号放大电路、滤波电路、整形电路、单片机控制电路和数码管显示电路。

采用了放大电路后，使得采集的脉搏信号放大到整形电路要求的电压幅度。

滤波电路消除了干扰，得到特定频率的低频信号。

整形电路把模拟信号转换成单片机能够处理的数字信号。

单片机内的处理程序将接收到的信号进行监测分析，得出心率值，经单片机I/O口发送给由数码管组成的显示模块显示。

2、课题研究意义2.1背景1）健康的重要性不言而喻，越来越多的研究表明心率是健康极其重要的指标。

一般人们为了知道自己的运动或者劳动强度是否超负荷，尤其是老年人、运动员等，他们都得赶到医院而不能实时测量和预知。

为了贯彻党和国家“预防为主”的医疗方针，满足人们能享受基本医疗保健的愿望，便携式心率测试仪应运而生，也极具市场潜力。

2）心脏病人往往需要经常去医院定期心脏检测，此仪器可以随时将病人的心脏情况记录和保存，并发送给医生，从而给病人带来便捷也有助于治疗；当心脏类疾病突发时，也可以提前将心脏情况发送给医生，从而缩短救援时间，提高救援成功率。

单片机脉搏仪心率计毕业设计嘿，朋友们！今天我要和你们唠唠我的单片机脉搏仪心率计毕业设计，这可真是一场奇妙又“惊心动魄”的冒险啊。

我刚接到这个题目时，就感觉自己像是被丢进了一个神秘的科技迷宫里。

单片机就像一个小小的魔法盒，里面藏着无数的秘密等待我去发掘。

而脉搏仪和心率计呢，它们在我脑海里最初就像是两个调皮的小精灵，我能感觉到它们的存在，却不知道怎么抓住它们的小尾巴。

我开始疯狂地查找资料，那感觉就像是在一个巨大的知识海洋里捞针。

每一本专业书都是一片神秘的岛屿，我在这些岛屿之间穿梭，寻找着宝藏般的有用信息。

有时候，那些专业术语就像一群外星生物的语言，我得像个外星语翻译家一样努力去理解。

然后就到了硬件设计这一关。

那些电子元件就像是一群性格各异的小伙伴。

电阻像一个个老实巴交的小工人，规规矩矩地履行自己的职责；电容则像是个调皮的小储蓄罐，一会儿充电一会儿放电。

我把它们一个个组合起来，就像在搭建一个超级迷你的电子乐高城堡。

软件编程的时候，我感觉自己像是一个指挥千军万马的大将军。

每一行代码都是我的士兵，我得精心编排它们的队形，让它们按照我的命令去准确地获取脉搏和心率的数据。

不过，这些代码士兵可不像真正的士兵那么听话，有时候它们会调皮捣蛋，弄出一些莫名其妙的错误，就像一群不听话的小猴子在乱蹦乱跳。

在调试阶段，那简直就是一场惊心动魄的战斗。

脉搏仪和心率计就像两个脾气古怪的小怪兽，一会儿给我正确的数据，一会儿又开始胡言乱语。

我就像一个驯兽师，得想尽办法让它们乖乖听话。

我不断地调整参数，就像在给小怪兽调整它们的食谱一样，小心翼翼又充满期待。

经过无数次的折腾，当我终于看到脉搏仪和心率计能够准确地测量数据时，那种感觉就像是征服了两座高耸入云的大山。

我就像一个发现了新大陆的探险家，兴奋得手舞足蹈。

这个毕业设计就像是一场充满挑战的游戏。

每一个难关都是一个大BOSS，我得不断升级自己的技能才能打败它们。

虽然过程中充满了汗水和烦恼，但当我看到最终的成果时，我觉得一切都是值得的。

电子脉搏计的课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解电子脉搏计的工作原理，掌握其基本结构及功能。

2. 学生能掌握电子脉搏计的使用方法，了解其在医疗领域的应用。

3. 学生了解心率与脉搏的关系，认识到电子脉搏计在监测心率方面的作用。

技能目标：1. 学生能运用所学知识，正确操作电子脉搏计，进行简单的脉搏测量。

2. 学生能通过实际操作，培养动手能力，提高实验操作技巧。

3. 学生能分析电子脉搏计的测量数据，提高数据分析能力。

情感态度价值观目标：1. 学生培养对科学技术的兴趣，激发学习热情，增强创新意识。

2. 学生通过实践活动，认识到科技在生活中的重要作用，提升社会责任感。

3. 学生在学习过程中，培养合作精神，提高沟通与团队协作能力。

本课程针对高中年级学生，结合电子技术课程内容，以实用性为原则，设计电子脉搏计的课程。

课程旨在帮助学生将所学理论知识与实际应用相结合，培养科学思维和动手能力，同时注重培养学生的情感态度价值观，使其成为具有创新意识和实践能力的高素质人才。

二、教学内容本章节教学内容主要包括以下三个方面：1. 电子脉搏计原理与结构- 理解电子脉搏计的工作原理，包括传感器、信号放大、滤波、显示等部分。

- 学习电子脉搏计的基本结构，分析各部分功能及其相互关系。

2. 电子脉搏计的使用与操作- 介绍电子脉搏计的使用方法，包括仪器准备、测量部位选择、操作步骤等。

- 学习如何正确读取和记录脉搏数据，以及如何进行简单的数据分析。

教学内容关联教材第十五章“传感器及其应用”的相关知识。

3. 实践与拓展- 安排实践活动，让学生动手操作电子脉搏计，进行实际测量。

- 分析测量结果，探讨影响脉搏测量的因素，提高学生的实际应用能力。

教学内容将按照以下进度安排：1. 第一节课：电子脉搏计原理与结构的学习。

2. 第二节课：电子脉搏计的使用与操作方法的学习。

3. 第三节课：实践活动，学生分组操作电子脉搏计，进行测量和数据分析。

三、教学方法针对本章节内容，采用以下多样化的教学方法，以激发学生的学习兴趣和主动性：1. 讲授法：教师通过生动的语言和示例，讲解电子脉搏计的工作原理、结构及其使用方法。

SOPC/EDA综合课程设计报告设计题目：等精度频率计的设计设计者：金恒鑫学号：08060109228班级：电气工程及其自动化092班指导老师：王忠锋完成时间：2012年1月6日目录1 绪论 (4)第一章设计项目的分析 (5)1.1 设计原理 (5)1.2 设计要求 (5)1.3 设计思路 (5)第二章项目工作原理及模块工作原理 (6)2.1系统设计方案的选择 (6)2.2 项目工作原理 (6)2.3 频率测量模块 (8)2.4 周期测量模块 (9)2.5 脉宽测量模块 (10)2.6 占空比测量模块 (10)第三章系统设计方案 (11)3.1 等精度数字频率计项目设计方案 (11)3.1.1等精度数字频率计的原理 (11)3.1.2等精度数字频率计主要由以下几个部分组成 (12)3.1.3系统的基本工作方式如下 (12)3.1.4 CPLD/FPGA测频专用模块的VHDL程序设计 (13)3.2 测频/测周期的实现 (13)3.3 控制部件设 (14)3.4 计数部件设计 (14)3.5 脉冲宽度测量和占空比测量模块设计如下图所示： (14)3.5.1测量脉冲宽度的工作步骤 (15)第四章主要VHDL源程序 (16)4.1 -等精度频率计测试模块（VHDL顶层文件DJDPLJ.VHD）. 164.2-测频、周期控制模块CONTRL.VHD (18)4.3--计数模块CNT.VHD (19)4.4-自校/测试频率选择模块FIN.VHD (21)4.5-测脉宽、占空比控制模块CONTRL2.VHD (22)4.6-计数器二频率切换模块GATE.VHD (24)第五章项目硬件测试 (25)5.1 硬件试验情况 (25)第六章设计总结 (26)附录一参考文献 (27)1 绪论测量频率是电子测量技术中最常见的测量之一。

不少物理量的测量, 如时间、速度等都涉及到或本身可转化为频率的测量。

目前, 市场上有各种多功能、高精度、高频率的数字频率计, 但价格不菲。

心率计毕业设计心率计毕业设计随着现代社会的快节奏和高压力生活方式，人们对健康的关注度越来越高。

心率作为一个重要的生理指标，对于人体的健康状况有着重要的影响。

因此，设计一款心率计成为了一个备受关注的毕业设计课题。

一、设计目标在设计心率计之前，首先需要明确设计的目标。

心率计的主要目标是测量用户的心率，并将数据以可视化的方式展示出来。

除此之外，心率计还需要具备以下功能：1. 高精度测量：心率计需要能够准确地测量用户的心率，以保证数据的可靠性。

2. 数据存储与分析：心率计需要能够存储用户的心率数据，并能够对数据进行分析，以便用户了解自己的心率变化趋势。

3. 实时监测：心率计需要能够实时监测用户的心率，并能够及时提醒用户心率异常。

4. 舒适便捷：心率计需要设计成舒适便捷的佩戴方式，以便用户能够长时间佩戴并进行心率监测。

二、硬件设计心率计的硬件设计主要包括传感器、处理器、存储器和显示器等组件。

传感器是心率计的核心部件，用于测量用户的心率。

常见的心率传感器有光电式传感器和压力式传感器。

光电式传感器利用光电效应测量心率，而压力式传感器则通过测量血液流动的压力变化来测量心率。

根据实际需求和成本考虑，选择适合的传感器。

处理器负责对传感器采集的数据进行处理和分析，并将结果存储到存储器中。

处理器的选择应考虑功耗低、运算速度快的特点，以保证心率计的性能。

存储器用于存储用户的心率数据，可以选择内置存储器或外置存储器，根据实际需求选择合适的存储器容量。

显示器用于展示用户的心率数据，可以选择LED显示屏或OLED显示屏等。

LED显示屏具有低功耗、高亮度等特点，而OLED显示屏则具有高对比度、高刷新率等特点。

根据实际需求选择合适的显示器。

三、软件设计心率计的软件设计主要包括数据处理和用户界面设计两个方面。

数据处理模块负责对传感器采集的心率数据进行处理和分析，以得到用户的心率数值。

该模块需要具备高精度的算法和数据处理能力，以保证心率计的准确性。

摘要在社会飞速发展的今天，人们的物质文化生活得到了极大的提高，但同时多种疾病威胁着人们的生命；而心脏病的发作又是人们难以预防的突发致命疾病，所以健康也被越来越多的人所重视。

本设计要解决的问题就是可以测量心率、预防心脏病等心脏方面疾病的数字心率计。

本设计采用以AT89S52单片机为核心的低成本、高精度、微型化数字显示心率计的硬件电路和软件设计方法。

整个电路采用模块化设计，由主程序、预置子程序、信号采集子程序、信号放大处理子程序、显示子程序等模块组成。

各探头的信号经单片机综合分析处理，实现心率测量的各种功能。

在此基础上设计了系统的总体方案，最后通过硬件和软件实现了各个功能模块。

相关部分附有硬件电路图、程序流程图。

该心率计的原理是用红外光电传感器OPT101接收到人体信号，因人体信号很微弱，所以在电路中设置了双重放大电路（主要芯片：OP07、LM324N）。

该信号经放大整形处理后传给A/D转换器实现模拟信号转为数字信号，经过以上处理后，再传给单片机AT89S52计算，计算完后由四位数码管显示出来。

该心率计可以简单的测量出人的心跳和人体体温，基本实现了预定的目标，这将大大减少病人测量心跳和体温的时间。

关键字：心率；测量；单片机AT89S52；转换器AbstractToday in the rapid development of society, people's material and culturallife has been greatly improved, but also a variety of diseases threatening people's lives; and heart attack is it difficult to prevent sudden fatal disease, so health is also valued by more and more people. The design problem to be solved is that you can measure heart rate, cardiac disease, heart disease and other digital heart rate meter.This design uses to A T89S52 microcontroller core, low-cost, high accuracy, digital display of heart rate meter miniaturization of hardware and software design. The probe by the single chip integrated analysis of signal processing functions to achieve heart rate measurement. On this basis, the overall design of the system program, and finally achieved through various hardware and software modules. With the relevant parts of the hardware circuit, the program flow chart. The principle of the heart rate meter is used to receive infrared photoelectric sensor OPT101 to human signals, the signal is very weak because of the human body, so the circuit is set in the dual amplifier (main chip: OP07, LM324N). The signal passed through enlarged plastic treated A / D converter for analog signals into digital signals, with the above treatment, and then passed to microcontroller AT89S52 calculated, finished up by four digital displayds heart rate,The heart rate meter can easily measure the person's heart rate and body temperature, essentially achieving its stated goals, which will greatly reducethe patients of heart rate and body temperature of the time.Keywords: heart rate；measurement；microcontroller AT89S52；converter目录摘要 (I)Abstract ..................................................... I I 1 绪论 (1)1.1 课题的来源 (1)1.2 课题设计的目的及功能实现的方法 (1)1.3 论文结构 (2)2 总体方案设计 (4)2.1 心率计原理 (4)2.2 总体电路框图设计 (4)3 元器件选择及其功能介绍 (6)3.1 单片机AT89S52 (6)3.2 传感器OPT101 (7)3.2.1 OPT101的技术性能 (7)3.2.2 OPT101的典型应用 (8)3.3 集成运算放大器OP07 (10)3.4 低功率运算放大器LM324N (11)3.5 A/D转换器ADC0809 (12)4 系统硬件结构设计与仿真 (14)4.1 单片机最小系统 (14)4.2 信号采集电路 (15)4.3 信号放大电路与仿真 (16)4.3.1 信号放大电路与仿真 (16)4.3.2 电源模块设计 (17)4.4 信号比较电路 (18)4.5 A/D转换电路 (19)4.6 显示电路 (19)4.7 系统总体设计原理图 (20)5 系统软件设计 (22)5.1 测量计算原理 (22)5.2 主程序流程图 (22)5.3 中断程序流程图 (23)5.4 定时器T0和T1的中断服务程序 (24)6 系统硬件调试 (25)6.1 系统各部分电路模块测试与仿真 (25)6.1.1 一级放大电路 (25)6.1.2 比较电路 (27)6.2 试验与焊接阶段 (28)6.2.1 试验阶段 (28)6.2.2 焊接与完成阶段 (29)6.3 整机调试 (31)6.3.1 心跳的测量过程 (31)6.3.2 几种主要系统干扰与影响 (31)6.4 试验结果分析 (32)7 总结和展望 (33)致谢 (35)参考文献 (36)附录一： (38)1绪论心率不仅是反映心脏功能强弱的重要标志，也是反映人体运动强度的生理指标，很多情况下我们需要及时知道自己的心率．本文介绍一种基于单片机技术的心率计，单片机的可编程性使其具有较大的适应性和灵活性．1.1课题的来源在医学上，通过测量人的心率，便可初步判断人的健康状况。

1.设计前言心率是人体的一项重要生理参数，在现代医学中，心率对于血液循环和心脏功能领域的研究具有重要意义。

心率计是医学中用来测量人体心率的装置，高精度心率计的研究开发历来是医学仪器领域的一项重要课题。

本设计便旨在通过已学的电路和硬件知识，设计一款简易的数字心率计。

在本设计中由于脉搏频率与心率相同，测量心率可以用测量脉搏近似得到，因此本设计将人体脉搏作为测量对象。

本设计将采用multisim软件来绘制电路。

设计流程：要实现对脉搏的测量，首先要用传感器测量得到脉搏信号。

信号得到后，因为原始信号比较微弱，需要用放大电路将其放大到一个合适的幅度。

放大后的信号中会夹杂有各种噪声，因此需要经过滤波电路对其进行滤波处理，以消除噪声，提高信号信噪比。

为使信号能够在计数器中实现计数，需要对信号进行整形处理，将信号由一个不规则信号整理为可用于计数的方波或脉冲信号。

信号经过整形后，由于设计要求实现在短时间内测量一分钟心率的功能，需要在计数前对信号进行倍频处理，以实现上述功能。

经过之前一系列处理后，信号将进入计数器进行计数，其中计数器需要用相应的定时器配合完成该步骤，定时器同样要实现短时间内测量一分钟心率的功能。

计数器输出的信号是可用于显示频显示的七位BCD码，将其连入显示频显示。

同时将该信号送入比较器中与预设的数值进行比较，当测量值在预设范围之外时将通过报警电路进行LED灯报警，表示所测得的心率超出正常范围。

设计流程的图示如下：附：心率的生理意义人的心脏比握紧的拳头稍大，平均重量为300g。

它是人体内“泵器官”，负责人体血液循环。

心脏每天跳动超过10万次，累计使8千多公升的血液，流经约1万9千公里长的动静脉，从而维持血液循环。

心脏有四个腔，分别是左心房、右心房、左心室和右心室。

右心房接受全身各器官回流的含氧低静脉血并输入右心室，右心室把血液泵入肺脏进行氧气与二氧化碳的气体交换。

左心房将自肺脏返回的含氧高的动脉血输入左心室，左心室再将血液输送至全身器官。

课程设计说明书正文1：任务分析与方案设计心率计是用来测量一个人心脏单位时间内跳动次数的电子仪器，由于人体各部位心率一致，所以通常测量人手臂处的脉搏即可测出人体心率。

任务要求测出的心率为一分钟内心跳的次数，并显示，测量结果要与标准范围作比较，不在标准范围内则报警。

设计方案为:采用传感器，量脉搏的跳动，出微弱的信号，入放大器中放大；后通过滤波器滤除干扰信号后，将形整形为方波或脉冲信号；将其作为计数控制信号，用基准时间一定的方波作为计数脉冲在一个心跳周期内计数，计数值N 与基准时间T 的乘积就是一次心跳的时间。

再对“60/基准时间T ”个脉冲进行N 分频，对分频后的信号计数，其计数值则为本次心率数值。

之后计数器计数值输入到显示器中显示，同时，将其输入的频率进行F/V 转换后与标准电压值作比较，若，测量值不在标准值范围内则报警，即LED 灯亮。

流程图如下。

2：电路设计，元器件参数计算及选择2.1：传感器的选择:红外线检测原理：随着心脏的博动，人体组织半透度随之改变，当血液流回心脏，组织半透度增大，这种现象在人体组织较薄的指尖、耳垂等部位最明显。

用红外发光二极管产生红外线照射到人体上述部位，并用装在一旁的红外光电管来检测机体组织的透明度并转换成电信号，其信号频率与脉搏频率相对应并且其为低频近似的正弦信号。

TCRT5000(L)具有紧凑的结构发光灯和检测器安排在同一方向上，利用红外光谱反射对象电压跟随器的显著特点就是，输入阻抗高，而输出阻抗低，一般来说，输入阻抗要达到几兆欧姆是很容易做到的。

输出阻抗低，通常可以到几欧姆，甚至更低。

在电路中，电压跟随器一般做缓冲级及隔离级。

因为，电压放大器的输入阻抗一般比较高，通常在几千欧到几十千欧，如果后级的输出阻抗比较小，那么信号就会有相当的部分损耗在前级的输出电阻中。

在这个时候，就需要电压跟随器来从中进行缓冲。

起到承上启下的作用。

应用电压跟随器的另外一个好处就是，提高了输入阻抗，这样，输入电容的容量可以大幅度减小，为应用高品质的电容提供了前提保证]1[。