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1、 单片机AT89S52心率测量转换器毕业论文目录摘要IAbstractII1绪论11.1课题的来源11.2课题设计的目的与功能实现的方法11.3论文结构22总体方案设计42.1心率计原理42.2总体电路框图设计43元器件选择与其功能介绍63.1单片机AT89S5263.2传感器OPT10173.2.1OPT101的技术性能73.2.2OPT101的典型应用83.3集成运算放大器OP07103.4低功率运算放大器LM324N113.5A/D转换器ADC0809124系统硬件结构设计与仿真144.1单片机最小系统144.2信号采集电路154.3信号放大电路与仿真164.3.1信号放大电路与仿真16
2、4.3.2电源模块设计174.4信号比较电路184.5A/D转换电路194.6显示电路194.7系统总体设计原理图205系统软件设计225.1测量计算原理225.2主程序流程图225.3中断程序流程图235.4定时器T0和T1的中断服务程序246系统硬件调试256.1系统各部分电路模块测试与仿真256.1.1一级放大电路256.1.2比较电路276.2试验与焊接阶段286.2.1试验阶段286.2.2焊接与完成阶段296.3整机调试316.3.1心跳的测量过程316.3.2几种主要系统干扰与影响316.4试验结果分析327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
3、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与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。随着人们生活水平的提高，地球环境遭到破坏，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。因此，心率计很快产生，并得到发展。随着单片机技术的发展、人们的生活节奏加快，设计一种以使用方便为前提，能够快速测出人心率的心率计，不仅是临床者的欲求，也是体育训练者和外出旅游者的需求，因此，单片机快速心率计有着广阔的市场前景。根据设计任务要
4、求：心率计要在5秒钟显示被测人的心率参数要求设计异常声光报警心率传感器要求套在手指测量。该设计，从符合操作简便、外表美观、实用、安全的要求出发，完成设计和调试的全过程，该产品经过数十人的测试，符合毕业设计题目的要求。1.2 课题设计的目的与功能实现的方法现在经常可以看到在许多小型医院里，对心率的测定仍采用人工听诊器的方式，为了方便心率的采集，决定用AT89S52单片机为主芯片制作一个简单易用易携的心率计，能自动测量心跳次数并数字化形象直观的表现出来。为此，其中心率计特色功能的实现主要靠有效稳定的信号采集模式，可以通过查阅资料发现主要的心率采集有两种方法：通过一对红色发光二极管实现和通过压电陶瓷
5、芯片实现。方案一：检测的基本原理：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，组织的半透明度增大。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，本心率计将红外发光二极管产生的红外线照射到人体的上述位置，并用装在该部位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化为电信号。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，就能实现实时检测脉搏次数的目的。方案二：检测的基本原理：随着心脏的搏动，人体手腕的脉搏与颈部的搏动较为明显，我们采用压电传感器放在上述位置，把压电传感器测到的
6、信号转换成脉冲并进行整形、计数和显示，就能实现实时检测脉搏次数的目的。1.3 论文结构本文阐述了基于单片机设计的心率计的设计原理与 实现方法。以AT89S52单片机为基础，实现了心率计的各种功能。文中详细地描述了心率计的设计过程，包括：取样电路、放大电路、比较电路、A/D转换电路和单片机处理电路和显示电路，同时还提出了基于单片机的编码、译码程序设计流程图。从整体上实现了心率计的功能。第1章：对本论文的选题的目的和意义以与论文的结构进行了阐述，并说明了心率计的设计思路与课题的设计和要求。第2章：介绍了系统整体方案的设计与原理总图，简要的介绍了设计的原理和框图介绍。第3章：详细介绍了系统所需的主要
7、元器件单片机AT89S52、运算放大器LM324N、比较器OP07DP、 A/D转换器与部分元器件使用说明。第4章：详细介绍了单片机最小系统，对取样电路、放大电路、比较电路、A/D转换电路和单片机处理电路和显示电路进行了设计。并附了部分电路的仿真图。第5章：在硬件设计的基础上，阐述了对软件的设计并介绍了程序计算方法，给出了程序主程序和子程序。第6章：在本章介绍了软硬件调试、焊接与仿真和结果分析第7章：总结本文的研究工作，对心率计未来的发展方向与需要改进的地方进行了展望。2 总体方案设计2.1 心率计原理随着心脏的搏动，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
8、回心脏，组织的半透明度增大。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，本心率计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，就能实现实时检测脉搏次数的目的。本电路把心跳脉冲输入给计数器之前，作了100倍频处理，组成方框图。假设心跳每分钟为n次，相当频率n/60Hz，则100倍频后为5/3nHz，这时，只要计数闸门设置为0.6秒，则能准确显示出心率来。如n=76，100倍频后频率为127Hz，通过脉冲为12
9、70.6=76，正好与实际心率相符。2.2 总体电路框图设计心率计的总体设计电路框图如图2-1所示，主要包括取样电路、放大电路、比较电路、A/D转换电路和单片机处理电路和显示电路先用红外光电传感器采集与心跳同频率的信息，当人体组织半透明度的数值较大时，红外光电二极管Dl发射出的透过人体组织的光强度很弱，光敏三极管无法导通，所以输出端为高电平；当人体组织半透明度的数值较小时，红外光电二极管Dl发射出的透过人体组织的光强度较强，光敏三极管导通，输出端为低电平，这样就形成了频率与脉搏次数成正比的低频信号，它近似于正弦波形脉搏为50次，分时，频率是078Hz，199次，分时是333Hz，从传感器过来的
10、是低频信号该低频信号首先经RC振荡器滤波以消除高频干扰，经无极性隔直流电容C3、C5加到线性放大器的输入端放大器将信号放大200倍，并与R7、c6组成截止频率为10I-Iz左右的低通滤波器以进一步滤除残留的干扰正弦信号经CIO、R14微分形成尖脉冲信号，单稳态振荡电路将尖脉冲信号转化为同频率的长脉冲信号，该脉冲信号通过R17送到单片机后，软件对信号进行处理，最后在数码管上显示数值。光电传感器放大电路比较电路A/D转换电路单片机处理电路显示电路-5V电源图 2-1 系统设计原理框图3 元器件选择与其功能介绍3.1 单片机AT89S52主要性能：（1）与MCS-51单片机产品兼容（2） 8K字节在
11、系统可编程Flash存储器（3） 1000次擦写周期（4）全静态操作：0Hz33Hz（5）三级加密程序存储器（6） 32个可编程I/O口线（7）三个16位定时器/计数器（8）八个中断源（9）全双工UART串行通道（10）低功耗空闲和掉电模式（11）掉电后中断可唤醒（12）看门狗定时器（13）双数据指针（14）掉电标识符功能特性描述：AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在系统可编程Flash 存储器。使用Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有
12、灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、有效的解决方案。AT89S52具有以下标准功能： 8k字节Flash，256字节RAM，32 位I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个16 位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片晶振与时钟电路。另外，AT89S52 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止.AT89S52的引脚结构如
13、图3-1所示。图 3-1 AT89S52的引脚结构3.2 传感器OPT1013.2.1 OPT101的技术性能 OPT101型传感器是美国B-B公司研制的集光敏器件（光敏二极管）与信号放大于一体的器件.采用单电源供电，压电输出。输出电压随照射到光敏器件的光强度呈线性变化。可用于医疗仪器、实验室仪表、位置与接近探测、图像分析、条线码扫描器、温室的光照度控制等。OPT101型传感器部电路结构如图3-2所示。 OPT101型传感器的性能、特点：（1）单电源供电 +2.7V+36V（2）光敏二极管的尺寸：0.09*0.09in（3）片放大器反馈电阻：Rf=1M（4）光敏二极管响应：0.45A/W(65
14、0nm时)（5）响应带宽：14KHz（Rf=1M）（6）静态电流：120 mA(7) 采用8引脚DIP，5引脚SIP，与8引脚表面贴装封装（8）工作温度：070图3-2 OPT101型传感器部电路结构3.2.2 OPT101的典型应用应用片1M与3pF组成的反馈网络，即将引脚4、5连接即构成基本应用电路；这是电路的输出幅度与照射光线波长的关系如图3-3，照射光线的入射角与输出幅度的关系如图3-4所示。图3-3电路的输出幅度与照射光线波长的关系图3-4照射光线的入射角与输出幅度的关系当不用片反馈网络，使用外部反馈网络时（在2脚与5脚间），其输出特性与频率特性如图3-5和3-6所示。图3-5采用外
15、部反馈网络时的输出特性图3-6采用外部反馈网络时的频率特性3.3 集成运算放大器OP07这些低成本JFET输入运算放大器整合在一个单片集成电路上，是目前国家最先进的线性技术。每个部补偿运算放大器具有良好的匹配低输入高电压JFET输入设备的偏移电压。该技术提供广泛的BIFET带宽和快速的低输入偏置电流的转换速率，输入失调电流和电源电流。这些器件在单、双和四引脚与业界标准运算放大器MC1741兼容。集成运放TL184CN的最大额定值如表3-1所示。OP07的性能特点： （1）输入失调6.0 mV和15 mV的最大电压选项 （2）低输入偏置电流：30pA（3）低输入失调电流：5.0pA（4）增益带宽：40 MHz（5）高压摆率：13V/us （6）低电源电流：每个放大器1.4mA（7）高输入阻抗：1012W表3-1 TL184CN的最大额定值
