1、摘 要 隨著人們生活的水平不斷提高，生活方式、飲食結(jié)構(gòu)不斷改變，習(xí)慣的變化和高節(jié)奏的生活導(dǎo)致了高血壓、冠心病等心血管疾病成為常見(jiàn)病與多發(fā)病。要避免和減少高血壓、冠心病這類(lèi)心血管疾病給人類(lèi)健康帶來(lái)的嚴(yán)重危害，有效的旱期診斷治療方法和設(shè)備，快速的發(fā)病后的救治手段都是非常重要的,這些也正是當(dāng)前廣大醫(yī)學(xué)界專(zhuān)家正在共同努力研究的重點(diǎn)。而脈搏是人體活動(dòng)最重要、最靈敏和最可靠的信息源，是反映人體健康狀況的重要窗口，而對(duì)脈搏的提取速度又快，因此利用脈搏信號(hào)快速的發(fā)現(xiàn)病因也是一個(gè)有效的方法。 本課題采用嵌入式與無(wú)線通訊技術(shù)，提出處理脈信號(hào)的新方案,即采集及處理與無(wú)線發(fā)送部分（前端系統(tǒng)）+無(wú)線接收與PC機(jī)顯示部分

2、（后端系統(tǒng)）。 前端系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)脈搏信號(hào)的采集和初步處理并發(fā)送，能夠單獨(dú)工作；通過(guò)無(wú)線接收和串口接口連接到PC機(jī)上顯示，后端系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)跟蹤顯示由前端系統(tǒng)傳遞來(lái)的信號(hào)。正是有了無(wú)線接收模塊的作用，使得系統(tǒng)具備了遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)的能力。 本文論述了課題研究的現(xiàn)狀和意義以及設(shè)計(jì)方案；介紹了主要的芯片的原理和他們的使用方法；闡述了硬件設(shè)計(jì)與軟件設(shè)計(jì)方案；說(shuō)明了相應(yīng)軟件的流程和方法，并解說(shuō)了相應(yīng)硬件與軟件的調(diào)試。最后對(duì)所做的工作進(jìn)行了分析和總結(jié)，指出了系統(tǒng)涵待改進(jìn)和提高的地方，展望了系統(tǒng)今后的發(fā)展方向。 關(guān)鍵詞 : 嵌入式系統(tǒng);無(wú)線收發(fā)模塊;串口;傳感器 Abstract With people's

3、lives has improved continuously, lifestyle, the changing structure of diet, habits change and the high tempo of life has led to hypertension, coronary heart disease and other cardiovascular diseases became common diseases and frequently-occurring disease.To prevent and reduce hypertension, coronary

4、heart disease such cardiovascular disease to the serious human health hazards, effective diagnosis and treatment of the dry method and equipment, rapid onset of treatment methods are very important, these are precisely the current The broad masses of medical experts are working together the focus of

5、 the study.The pulse of human activities is the most important and most sensitive and most reliable source of information, to reflect the health status of an important window on the pulse of the fast speed of extraction, use of rapid pulse signals that cause is also an effective method. The issue wi

6、th the use of embedded wireless technology, network signal processing by the new programme,acquisition and processing and wireless transmitter part (front-end systems) + wireless receiver and PC revealed that some of (back-end systems).Front-end system is mainly responsible for the signal pulse of t

7、he collection and initial processing and send to separate work and a wireless receiver connected to the serial interface on a PC, back-end system is mainly responsible for the tracking system shows that the front end to the transmission signal.It is precisely because of the role of the wireless rece

8、iver modules, making the remote monitoring system has the ability. This article discusses the issue of the status and significance of research and design programmes;On the main chip and the principle of the use of their methods on the design of hardware and software design; note the corresponding so

9、ftware processes and methodologies and explain the corresponding hardware and software debugging.Finally, the work done by an analysis and concluded that the culvert system to be improved and increased local and looking forward to the system's future development direction.Key words: Embedded sys

10、tems; wireless transceiver module; Serial; sensor 目 錄引言11 課題現(xiàn)狀及研究意義21.1 課題現(xiàn)狀21.2 研究意義32 方案論證42.1 方案選擇42.2 系統(tǒng)框圖53 主要芯片介紹73.1 光電傳感器73.2 Atmega851573.3 無(wú)線收發(fā)模塊113.4 MAX232芯片134 硬件設(shè)計(jì)164.1 采集部分164.2 濾波部分164.3 放大部分184.4 555施密特整形電路194.5 下位機(jī)處理部分204.5.1單片機(jī)復(fù)位電路204.5.2數(shù)碼管顯示部分電路204.5.3無(wú)線發(fā)送模塊部分214.5.4單片機(jī)的晶振和中央處理部

11、分224.6 上位機(jī)部分224.6.1無(wú)線接收模塊部分224.6.2接收數(shù)據(jù)處理部分234.6.3串口部分235 軟件設(shè)計(jì)265.1 下位程序設(shè)計(jì)的流程圖265.2 無(wú)線模塊部分265.3 上位機(jī)部分流程圖275.4 VB界面276 系統(tǒng)調(diào)試與驗(yàn)證296.1 硬件調(diào)試296.1.1 采集部分296.1.2 濾波部分296.1.3 放大部分306.1.4 555整形部分的調(diào)試306.1.5 下位機(jī)處理部分306.1.6 上位機(jī)處理部分316.2 軟件調(diào)試316.2.1下位機(jī)處理部分326.2.2上位機(jī)部分336.3 整體調(diào)試356.4 抗干擾措施366.4.1硬件抗干擾措施366.4.2軟件抗干

12、擾措施367 結(jié)果分析與展望38謝辭39參考文獻(xiàn)40附錄41附錄一41附錄二42 引 言 當(dāng)今在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中，生物醫(yī)學(xué)參數(shù)的測(cè)試研究是醫(yī)學(xué)界和工程技術(shù)界都很關(guān)心的新興學(xué)科。運(yùn)用近代傳感器測(cè)試技術(shù)來(lái)解決臨床診斷及實(shí)驗(yàn)室研究多種參數(shù)的計(jì)量檢測(cè)，無(wú)論對(duì)于臨床診斷與監(jiān)護(hù)還是對(duì)于醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)研究，都具有極其重要的價(jià)值和意義。用傳感器測(cè)試技術(shù)來(lái)對(duì)脈搏信息進(jìn)行定量分析，是目前國(guó)內(nèi)外醫(yī)學(xué)專(zhuān)家普遍關(guān)注的課題之一。人體脈搏系統(tǒng)是心血管系統(tǒng)的重要組成部分，它是人體輸送養(yǎng)料、傳遞能量和傳播各種生理病理信息的重要途徑，脈搏包含有豐富的人體健康狀況信息。研究脈搏信息無(wú)論是在中醫(yī)還是西醫(yī)中都具有重要的臨床診斷價(jià)值和實(shí)用意義。 計(jì)

13、算機(jī)是現(xiàn)代先進(jìn)的高速運(yùn)算和控制工具，因此計(jì)算機(jī)技術(shù)在脈搏研究方面有著其內(nèi)在的必然性。利用計(jì)算機(jī)靈敏的反映、快速的計(jì)算、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能力、以及高分辨率的顯示設(shè)備等功能和優(yōu)勢(shì)，使得對(duì)脈搏的處理更加準(zhǔn)確和有效。因?yàn)槊}搏檢測(cè)是帶有我國(guó)中醫(yī)特色和獨(dú)有的生物信號(hào)檢測(cè)技術(shù)，因此開(kāi)發(fā)研制這樣的監(jiān)測(cè)儀器，可以同時(shí)滿足醫(yī)、患兩方面的需求。根據(jù)對(duì)它的特點(diǎn)的分析，預(yù)計(jì)它的用途將是非常廣泛的，特別是如果加有其他的措施之后，如加上自我分析能力部分，它就有著非常明顯的社會(huì)效益與經(jīng)濟(jì)效益，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:臨床診斷、早期診斷、同步監(jiān)測(cè)、指導(dǎo)用藥、中醫(yī)脈象原理的研究。本課題結(jié)合理論研究和具體實(shí)踐的基礎(chǔ)上，對(duì)于嵌入式脈搏檢測(cè)系

14、統(tǒng)的硬、軟件和算法作了一些有意義的研究和探討，提出了一種新的脈搏檢測(cè)和分析的系統(tǒng)方案。即采用前端嵌入式+后端系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，前端嵌入式系統(tǒng)負(fù)責(zé)脈搏信號(hào)的采集與初步處理，后端系統(tǒng)進(jìn)行顯示。前端和后端系統(tǒng)通過(guò)無(wú)線收發(fā)模塊CC1100進(jìn)行通訊。整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)采用無(wú)線收發(fā)模塊與最小系統(tǒng)，這樣傳遞速度快，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)也簡(jiǎn)單。被監(jiān)控點(diǎn)實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信及時(shí)地傳輸給上位機(jī)的PC機(jī)，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)地反映被監(jiān)測(cè)點(diǎn)的情況。不要?jiǎng)h除行尾的分節(jié)符，此行不會(huì)被打印1 課題現(xiàn)狀及研究意義1.1 課題現(xiàn)狀現(xiàn)代社會(huì)，人們生活水平不斷提高，生活方式、飲食結(jié)構(gòu)不斷改變，習(xí)慣的變化和高節(jié)奏的生活導(dǎo)致了高血壓、冠心病等心血管疾病成為常見(jiàn)

15、病與多發(fā)病。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前我國(guó)城市人口中每5個(gè)成年人中就有1個(gè)不同程度的患有心血管方面的疾病。源于心臟與循環(huán)系統(tǒng)的不健康而導(dǎo)致的心肌梗塞、腦卒中、碎死等惡性后果時(shí)有發(fā)生，而且發(fā)病率逐年提高，發(fā)病年齡也呈下降趨勢(shì)。中國(guó)每年有100萬(wàn)人死于腦卒中，并且有更多的人致殘。特別是在最近，中國(guó)、日本和新西蘭研究人員發(fā)現(xiàn)高血壓是東方人腦卒中的主要原因。要避免和減少高血壓、冠心病這類(lèi)心血管疾病給人類(lèi)健康帶來(lái)的嚴(yán)重危害，有效的旱期診斷治療方法和設(shè)備，快速的發(fā)病后的救治手段都是非常重要的，這些也正是當(dāng)前廣大醫(yī)學(xué)界專(zhuān)家正在共同努力研究的重點(diǎn)。醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中，生物醫(yī)學(xué)參數(shù)的測(cè)試研究是醫(yī)學(xué)界和工程技術(shù)界都很關(guān)心的新興學(xué)科。運(yùn)

16、用近代傳感器測(cè)試技術(shù)來(lái)解決臨床診斷及實(shí)驗(yàn)室研究多種參數(shù)的計(jì)量檢測(cè)，無(wú)論對(duì)于臨床診斷與監(jiān)護(hù)還是對(duì)于醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)研究，都具有極其重要的價(jià)值和意義。用傳感器測(cè)試技術(shù)來(lái)對(duì)脈搏信息進(jìn)行定量分析，是目前國(guó)內(nèi)外醫(yī)學(xué)專(zhuān)家普遍關(guān)注的課題之一。近年來(lái)日本、美國(guó)等國(guó)家的醫(yī)生、學(xué)者在醫(yī)學(xué)研究、針灸研究中設(shè)計(jì)了一些脈象客觀描記儀器或裝置，例。這些儀器的主要功能是描記脈象波形，是用作臨床觀察脈象變化的工具。但是這些儀器裝置大多數(shù)沒(méi)有形成產(chǎn)品，也沒(méi)有見(jiàn)到廣泛臨床應(yīng)用的報(bào)道。其中比較有代表性的儀器有美國(guó)醫(yī)學(xué)博士John.H.研制的一種針灸臨床用的新型無(wú)創(chuàng)脈波記錄儀，日本的田口賢輝發(fā)明的一種 “壓力、脈搏測(cè)定裝置”、日本的代田文彥

17、設(shè)計(jì)了一種“局部加壓型可償還脈裝置”、日本Colin公司研制的一種CBM一3000/2000型撓動(dòng)脈脈波檢測(cè)儀以及日本Sony公司曾經(jīng)推出的一種利用三個(gè)駐體微音器作為脈波傳感元件的脈波檢測(cè)儀等等。 而雖然目前己有的心血管診療儀器設(shè)備多種多樣，例如:比較成熟的技術(shù)有心電圖檢測(cè).x光透視、CT掃描檢查、核磁共振、靜脈數(shù)字減影造影等，還有目前臨床應(yīng)用較多的:超聲心動(dòng)圖、放射性核素心血管造影 (核素顯像)、心電機(jī)械圖、阻抗心動(dòng)圖和阻抗微分波圖等，但這些手段要么操作復(fù)雜、費(fèi)用昂貴，不容易反復(fù)進(jìn)行檢查，要么獲得的診斷指標(biāo)過(guò)少，對(duì)確診疾病作用有限，特別是當(dāng)要全面了解對(duì)病人診斷治療非常重要的心臟血流動(dòng)力學(xué)情況

18、時(shí)，大部分體外檢測(cè)儀器都無(wú)能為力了，目前臨床只能采取體內(nèi)插入式導(dǎo)管的檢測(cè)方法，但這種方法對(duì)病人是有著非常大的創(chuàng)傷和風(fēng)險(xiǎn)的，而且要求實(shí)施的意愿有相當(dāng)高的技術(shù)與設(shè)備條件等等問(wèn)題。1.2 研究意義 脈搏是常見(jiàn)的生理現(xiàn)象，是心臟和血管狀態(tài)等重要生理信息的外在反映;因此，脈搏檢測(cè)不僅為血壓測(cè)量、血流測(cè)量及其他生理檢測(cè)提供了生理參考信息，而且脈搏波本身也能給出許多有診斷價(jià)值的信息。中醫(yī)脈象診斷技術(shù)就是脈搏測(cè)量技術(shù)在中醫(yī)診斷上的卓有成效的應(yīng)用。采用傳感器檢測(cè)脈搏，可較客觀地得到盡可能多的信息，更因?yàn)榇朔▽?duì)人體無(wú)創(chuàng)傷，且使用方便，易于被人們接受。此外，近百年來(lái)，現(xiàn)代醫(yī)學(xué)科學(xué)充分利用基礎(chǔ)學(xué)科及有關(guān)技術(shù)的進(jìn)步而發(fā)

19、展迅速，形成了現(xiàn)代科學(xué)的一部分。而祖國(guó)醫(yī)學(xué)由于歷史的和社會(huì)的諸多原因，沒(méi)有充分利用現(xiàn)代科學(xué)的種種條件，盡管有合理的內(nèi)涵和豐富的經(jīng)驗(yàn)卻一直停留在古代的形勢(shì)和方法上。整個(gè)祖國(guó)醫(yī)學(xué)如此，脈學(xué)當(dāng)然亦不例外，所以，利用現(xiàn)代最新科學(xué)手段進(jìn)行有關(guān)現(xiàn)代化的脈診研究探索是一項(xiàng)必須的工作。而脈診的前提是能有效提出脈搏信號(hào)的情況下。所以對(duì)脈搏的提取醫(yī)療工作的前提。本課題采用光電傳感器提取脈搏信號(hào)，用嵌入式處理脈搏信號(hào)，通過(guò)無(wú)線收發(fā)模塊（CC1100）遠(yuǎn)距離傳送,并在PC機(jī)上顯示.這樣就既能減少對(duì)人體的創(chuàng)傷的同時(shí)，也能遠(yuǎn)距離并可以在PC機(jī)上監(jiān)視，形成能遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)人體脈搏的系統(tǒng)，為醫(yī)生的研究提供一個(gè)有效的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。2 方

20、案論證2.1方案選擇要選擇合理的方案，之前就應(yīng)該知道要測(cè)量這個(gè)物體的特點(diǎn)，這樣才能有準(zhǔn)確的處理方案。因此在選擇方案之前就先來(lái)了解一下脈搏信號(hào)的特點(diǎn)。脈搏信號(hào)具有如下具體特點(diǎn):信號(hào)弱、干擾強(qiáng)由于脈搏信號(hào)屬于主動(dòng)信號(hào)，其信號(hào)源不可觸及，一般來(lái)說(shuō)，信號(hào)幅度很小，大約是微伏到毫伏的數(shù)量級(jí)范圍。因此，極容易引入干擾，這些干擾有來(lái)自50Hz的工頻干擾，有來(lái)自肌體動(dòng)作、精神緊張帶來(lái)的假象信號(hào)等。因?yàn)樯矬w的各部分是不可分割、相互影響的，因此，研究一個(gè)系統(tǒng)時(shí)，來(lái)自另一個(gè)系統(tǒng)的信號(hào)有可能成為噪聲，而且這種噪聲有時(shí)可能比所需的信號(hào)強(qiáng)得多。頻率低人體脈搏信號(hào)頻率較低，屬次聲波，其頻譜主要分布在0-4Hz之間。變異性

21、脈搏信號(hào)的變異性來(lái)自脈搏系統(tǒng)的變異性，這是由于人體生命過(guò)程具有一種借助自身內(nèi)在的調(diào)節(jié)機(jī)制以適應(yīng)環(huán)境變化的能力，因此，表現(xiàn)在不同的疾病會(huì)具有不同的脈搏信號(hào)(即脈象)，相同的疾病在不同人身上也會(huì)表現(xiàn)出不同的脈象，同一個(gè)人的同一疾病在不同時(shí)期也會(huì)出現(xiàn)不同的脈象，同類(lèi)脈象在不同病癥之間也略有差異。對(duì)于脈搏信號(hào)的特點(diǎn)，可以知道，選擇測(cè)量傳感器對(duì)脈搏信號(hào)的提取最為關(guān)鍵，以下是幾種可測(cè)量脈搏信號(hào)的傳感器： 1、壓力傳感器：用壓力傳感器采集脈搏信號(hào)，原理是將脈搏跳動(dòng)產(chǎn)生的力通過(guò)傳感器轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。他的特點(diǎn)是跳動(dòng)的脈搏信號(hào)要強(qiáng)，如果跳動(dòng)信號(hào)弱，那么傳感器可能不能有效的反映出脈搏信號(hào)。要么就提高傳感器的精度，大家

22、都知道提高一個(gè)器件的精度的代價(jià)是什么樣，而且使用時(shí)要用東西把他固定住，這也使得使用起來(lái)比較麻煩。 2、光電傳感器：用光電傳感器采集脈搏信號(hào)，原理是吸收紅外線穿透血管時(shí)血液濃度的改變而導(dǎo)致紅外線強(qiáng)度的改變使紅外線吸收傳感器產(chǎn)生電信號(hào)的變化來(lái)反映脈搏的變化。無(wú)論要測(cè)量的部位是否有強(qiáng)度的脈搏信號(hào)的跳動(dòng)，他基本都沒(méi)受到干擾，只要有血液濃度的變化就能導(dǎo)致電信號(hào)的改變。在體育方面測(cè)量，用的脈搏測(cè)量大致有指脈和耳脈二種方式。這二種測(cè)量方式各有優(yōu)缺點(diǎn)，指脈測(cè)量比較方便、簡(jiǎn)單，但因?yàn)槭种干系暮瓜佥^多，指夾常年使用，污染可能會(huì)使測(cè)量靈敏度下降；耳脈測(cè)量比較干凈，傳感器使用環(huán)境污染少，容易維護(hù)。但因耳脈較弱，尤其是

23、當(dāng)季節(jié)變化時(shí)，所測(cè)信號(hào)受環(huán)境溫度影響明顯，造成測(cè)量結(jié)果不準(zhǔn)確。對(duì)一般測(cè)量，本課題采用指脈的測(cè)量方式，第一，可以簡(jiǎn)便快速的測(cè)量；第二，考慮到性?xún)r(jià)比。 對(duì)指脈的測(cè)量有兩種方法;光電容積法和阻抗容積法。這兩種方法都是采用光電傳感器從人體指尖上獲取脈搏波。光電傳感器有兩種類(lèi)型，即透射型和反射型。 透射型是指光源和光電接收器分別位于被測(cè)手指的上下兩側(cè)，它是利用肌肉比較容易透射光線，而血液對(duì)光線有選擇吸收作用的原理制成。光源用紅色發(fā)光二極管置于指尖上方，光電接收器用光敏三極管或者光敏二極管置于指尖下方。發(fā)光二極管發(fā)出的光線透過(guò)指尖被光敏只極管接收，手指指尖血管血液容積在血液循環(huán)過(guò)程中呈現(xiàn)博動(dòng)性變化，于是光

24、敏三極管或者光敏二極管獲得的信號(hào)便反映了手指動(dòng)脈血液容積搏動(dòng)變化的情況，光敏三極管的輸出信號(hào)呈現(xiàn)周期性變化，經(jīng)放大后即得到周期性變化的指尖脈搏波信號(hào)。如圖2.1.1所示。 反射型是指光源和光電接收器同置于被測(cè)指尖的下方，并靠在一起，發(fā)光二極管發(fā)出光纖，光敏三極管對(duì)血壓變化所引起的光線發(fā)射率變化做出響應(yīng)，經(jīng)過(guò)相似的處理后也可以得到周期性變化的指尖脈搏波信號(hào)。如圖2.1.2所示。 本課題采用透射式探頭。 2.2系統(tǒng)框圖系統(tǒng)框圖如下圖2.2.1所示 數(shù)碼管顯示脈搏信號(hào)采集信號(hào)的濾波與放大波形轉(zhuǎn)換電路 前端MCU處理部分無(wú)線發(fā)送部分圖2.2.1系統(tǒng)整體框圖 后端MCU部分?jǐn)?shù)碼管跟蹤顯示 串口部分PC機(jī)

25、顯示部分無(wú)線接收部分3 主要芯片介紹3.1 光電傳感器BPW83型紅外接收二極管和IR333型紅外發(fā)射二極管工作波長(zhǎng)都是940 nm，在指夾中，紅外接收二極管和紅外發(fā)射二極管相對(duì)擺放以獲得最佳的指向特性。紅外發(fā)射二極管中的電流越大，發(fā)射角度越小，產(chǎn)生的發(fā)射強(qiáng)度就越大。3.2 Atmega8515 ATmega8515是基于增強(qiáng)的AVR RISC結(jié)構(gòu)的低功耗8位CMOS微控制器。由于其先進(jìn)的指令集以及單時(shí)鐘周期指令執(zhí)行時(shí)間，ATmega8515 的數(shù)據(jù)吞吐率高達(dá)1 MIPS/MHz，從而可以緩減系統(tǒng)在功耗和處理速度之間的矛盾。 ATmega8515 有如下特點(diǎn) 8K 字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程 Flas

26、h( 具有同時(shí)讀寫(xiě)的能力，即RWW)，512字節(jié)EEPROM，512字節(jié)SRAM，一個(gè)外部存儲(chǔ)器接口，35個(gè)通用I/O口線，32個(gè)通用工作寄存器，兩個(gè)具有比較模式的靈活的定時(shí)器計(jì)數(shù)器 (T/C)片內(nèi)外中斷，可編程串行 USART，具有片內(nèi)振蕩器的可編程看門(mén)狗定時(shí)器，一個(gè) SPI 串行端口，以及三個(gè)可以通過(guò)軟件進(jìn)行選擇的省電模式。工作于 CPU 停止工作，而 SRAM、T/C、SPI 端口以及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作；掉電模式時(shí)晶體振蕩器停止振蕩，所有功能除了中斷和硬件復(fù)位之外都停止工作；Standby模式下只有晶體或諧振振蕩器運(yùn)行，其余功能模塊處于休眠狀態(tài)，使得器件只消耗極少的電流，同時(shí)具有快速啟動(dòng)能

27、力。他具有一整套的編程與系統(tǒng)開(kāi)發(fā)工具，包括：C 語(yǔ)言編譯器、宏匯編、 程序調(diào)試器 軟件仿真器、仿真器及評(píng)估板。ATmega8515除有AT90S4414/8515的所有特性外，還有一些新的特性。ATmega8515 基本上對(duì) AT90S4414/8515 向下兼容。但兩者間還會(huì)存在不兼容的問(wèn)題。可通過(guò)對(duì)AT90S4414/8515的S8515C熔絲位編程，選擇兼容模式來(lái)解決該問(wèn)題，ATmega8515 引腳與 AT90S4414/8515 引腳 100% 兼容，也可在電路印刷板上替換 AT90S4414/8515，但二者的熔絲位位置及電氣特性間存在差異。ATmega8515的引腳結(jié)構(gòu)如圖3.2

28、.1所示： 圖3.2.1ATmega8515引腳他的I/O口以及第2功能跟MCS-51系列單片機(jī)是差不多的，但是它比MCS-51系列更能節(jié)省能量而且他的運(yùn)算速度也更快。AVR系列的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3.2.2所示： 圖3.2.2 AVR內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖為了獲得最高的性能以及并行性， AVR 采用了 Harvard 結(jié)構(gòu)，具有獨(dú)立的數(shù)據(jù)和程序總線。程序存儲(chǔ)器里的指令通過(guò)一級(jí)流水線運(yùn)行。 CPU 在執(zhí)行一條指令的同時(shí)讀取下一條指令 在本文稱(chēng)為預(yù)取。這個(gè)概念實(shí)現(xiàn)了指令的單時(shí)鐘周期運(yùn)行。程序存儲(chǔ)器是可以在線編程的 Flash 。快速訪問(wèn)寄存器文件包括 32 個(gè) 8 位通用工作寄存器，訪問(wèn)時(shí)間為一個(gè)時(shí)鐘周期。從而實(shí)

29、現(xiàn)了單時(shí)鐘周期的 ALU 操作。在典型的 ALU操作中，兩個(gè)位于寄存器文件中的操作數(shù)同時(shí)被訪問(wèn)，然后執(zhí)行運(yùn)算，結(jié)果再被送回到寄存器文件。整個(gè)過(guò)程僅需一個(gè)時(shí)鐘周期。寄存器文件里有 6 個(gè)寄存器可以用作 3 個(gè) 16 位的間接尋址寄存器指針以尋址數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)高效的地址運(yùn)算。其中一個(gè)指針還可以作為程序存儲(chǔ)器查詢(xún)表的地址指針。這些附加的功能寄存器即為 16 位的 X、 Y 、Z 寄存器。ALU支持寄存器之間以及寄存器和常數(shù)之間的算術(shù)和邏輯運(yùn)算。ALU也可以執(zhí)行單寄存器操作。運(yùn)算完成之后狀態(tài)寄存器的內(nèi)容得到更新以反映操作結(jié)果。程序流程通過(guò)有 無(wú)條件的跳轉(zhuǎn)指令和調(diào)用指令來(lái)控制，從而直接尋址整個(gè)地址大多數(shù)指令長(zhǎng)

30、度為 16 位，亦即每個(gè)程序存儲(chǔ)器地址都包含一條 16 位或 32 位的指令。程序空間存儲(chǔ)器分為兩個(gè)區(qū)，程序存儲(chǔ)器 (Boot 區(qū) ) 和應(yīng)用程序區(qū)。這兩個(gè)區(qū)都有專(zhuān)門(mén)的鎖定位以實(shí)現(xiàn)讀和讀 寫(xiě)保護(hù)。用于寫(xiě)應(yīng)用程序區(qū)的 SPM 指令必須位于引導(dǎo)程序區(qū)。在中斷和調(diào)用子程序時(shí)返回地址的程序計(jì)數(shù)器 (PC) 保存于堆棧之中。堆棧位于通用數(shù)據(jù)SRAM，因此其深度僅受限于 SRAM 的大小。在復(fù)位例程里用戶首先要初始化堆棧指針SP。這個(gè)指針位于I/O SRAM可以通過(guò)5 種不同的尋址模式進(jìn)行訪問(wèn)。AVR 存儲(chǔ)器空間為一線性的平面結(jié)構(gòu)：AVR有一個(gè)靈活的中斷模塊。控制寄存器位于I/O空間，狀態(tài)空間有全局中斷使

31、能位。每個(gè)中斷在中斷向量表里都有獨(dú)立的中斷向量。各個(gè)中斷的優(yōu)先級(jí)與其在中斷向量表的位置有關(guān)，中斷向量地址越低，優(yōu)先級(jí)越高。I/O 存儲(chǔ)器 64 個(gè)可以直接尋址的地址，作為 CPU 外設(shè)的控制寄存器、SPI，以及其他 I/O 功能。映射到數(shù)據(jù) 0x20 - 0x5F。I/O口介紹：端口A（PA0PA7） 為 8 位雙向 I/O 口，具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對(duì)稱(chēng)的驅(qū)動(dòng)特性，可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用時(shí)，若內(nèi)部上拉電阻使能，端口被外部電路拉低時(shí)將輸出電流。在復(fù)位過(guò)程中，即使系統(tǒng)時(shí)鐘還未起振，端口 A處于高阻狀態(tài)。端口B（PB0PB7） 為 8 位雙向 I/O 口，具有可編程

32、的內(nèi)部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對(duì)稱(chēng)的驅(qū)動(dòng)特性，可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用時(shí)，若內(nèi)部上拉電阻使能，端口被外部電路拉低時(shí)將輸出電流。在復(fù)位過(guò)程中，即使系統(tǒng)時(shí)鐘還未起振，端口 B處于高阻狀態(tài)。端口B第二功能如下：端口C（PC0PC7） 為 8 位雙向 I/O 口，具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對(duì)稱(chēng)的驅(qū)動(dòng)特性，可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用時(shí)，若內(nèi)部上拉電阻使能，端口被外部電路拉低時(shí)將輸出電流。在復(fù)位過(guò)程中，即使系統(tǒng)時(shí)鐘還未起振，端口 C 處于高阻狀態(tài)。端口D（PD0PD7）為 8 位雙向 I/O 口，具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對(duì)稱(chēng)的驅(qū)動(dòng)特性，可以輸出和吸收大

33、電流。作為輸入使用時(shí)，若內(nèi)部上拉電阻使能，則端口被外部電路拉低時(shí)將輸出電流。在復(fù)位過(guò)程中，即使系統(tǒng)時(shí)鐘還未起振，端口 D 處于高阻狀態(tài)。端口D第二功能如下：端口E（PE0PE2） 為 3 位雙向 I/O 口，具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對(duì)稱(chēng)的驅(qū)動(dòng)特性，可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用時(shí)，若內(nèi)部上拉電阻使能，則端口被外部電路拉低時(shí)將輸出電流。在復(fù)位過(guò)程中，即使系統(tǒng)時(shí)鐘還未起振，端口 E 處于高阻狀態(tài)。端口E第二功能如下： /RESET 復(fù)位輸入引腳。持續(xù)時(shí)間超過(guò)最小門(mén)限時(shí)間的低電平將引起系統(tǒng)復(fù)位。門(mén)限時(shí)間見(jiàn)P42Table 18。持續(xù)時(shí)間小于門(mén)限時(shí)間的脈沖不能保證可靠復(fù)位。 XA

34、LT1 反向振蕩放大器與片內(nèi)時(shí)鐘操作電路的輸入端。 XATL2 反向振蕩放大器的輸出端。3.3 無(wú)線收發(fā)模塊無(wú)線收發(fā)模塊采用由ETC公司生產(chǎn)的CC1100芯片，這個(gè)芯片的特點(diǎn)是：CC1100是一種低成本真正單片的UHF收發(fā)器，為低功耗無(wú)線應(yīng)用而設(shè)計(jì)。電路主要設(shè)定為在315、433、868和915MHz的ISM（工業(yè)，科學(xué)和醫(yī)學(xué)）和SRD（短距離設(shè)備）頻率波段，也可以容易地設(shè)置為300-348 MHz、400-464 MHz和800-928 MHz的其他頻率。RF收發(fā)器集成了一個(gè)高度可配置的調(diào)制解調(diào)器。這個(gè)調(diào)制解調(diào)器支持不同的調(diào)制格式，其數(shù)據(jù)傳輸率可達(dá)500kbps。通過(guò)開(kāi)啟集成在調(diào)制解調(diào)器上的

35、前向誤差校正選項(xiàng)，能使性能得到提升。 CC1100為數(shù)據(jù)包處理、數(shù)據(jù)緩沖、突發(fā)數(shù)據(jù)傳輸、清晰信道評(píng)估、連接質(zhì)量指示和電磁波激發(fā)提供廣泛的硬件支持。 CC1100的主要操作參數(shù)和64位傳輸/接收FIFO（先進(jìn)先出堆棧）可通過(guò)SPI接口控制。在一個(gè)典型系統(tǒng)里，CC1150和一個(gè)微控制器及若干被動(dòng)元件一起使用。基于0.18微米CMOS晶體的Chipcon的SmartRF 04技術(shù)。主要特性： 體積小（QLP 4×4mm封裝，20腳） 真正的單片UHF RF收發(fā)器 頻率波段：300-348 MHz、400-464 MHz和800-928 MHz 高靈敏度（1.2kbps下-110dBm，1數(shù)

36、據(jù)包誤差率） 可編程控制的數(shù)據(jù)傳輸率，可達(dá)500kbps 較低的電流消耗（RX中15.6mA，2.4kbps，433MHz） 可編程控制的輸出功率，對(duì)所有的支持頻率可達(dá)+10dBm 優(yōu)秀的接收器選擇性和模塊化性能 極少的外部元件：芯片內(nèi)頻率合成器，不需要外部濾波器或RF轉(zhuǎn)換 可編程控制的基帶調(diào)制解調(diào)器 理想的多路操作特性 可控的數(shù)據(jù)包處理硬件 快速頻率變動(dòng)合成器帶來(lái)的合適的頻率跳躍系統(tǒng) 可選的帶交錯(cuò)的前向誤差校正 單獨(dú)的64字節(jié)RX和TX數(shù)據(jù)FIFO 高效的SPI接口：所有的寄存器能用一個(gè)“突發(fā)”轉(zhuǎn)換器控制 數(shù)字RSSI輸出 與遵照EN 300 220(歐洲)和FCC CFR47 Part 1

37、5 (美國(guó))標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)相配 自動(dòng)低功率RX拉電路的電磁波激活功能 許多強(qiáng)大的數(shù)字特征，使得使用廉價(jià)的微控制器就能得到高性能的RF系統(tǒng) 集成模擬溫度傳感器 自由引導(dǎo)的綠色數(shù)據(jù)包 對(duì)數(shù)據(jù)包導(dǎo)向系統(tǒng)的靈活支持：對(duì)同步詞匯偵測(cè)的芯片支持，地址檢查，靈活的數(shù)據(jù)包長(zhǎng)度及自動(dòng)CRC處理 可編程信道濾波帶寬 OOK和靈活的ASK整型支持 2-FSK，GFSK和MSK支持 自動(dòng)頻率補(bǔ)償可用來(lái)調(diào)整頻率合成器到接收中間頻率 對(duì)數(shù)據(jù)的可選自動(dòng)白化處理 對(duì)現(xiàn)存通信協(xié)議的向后兼容的異步透明接收/傳輸模式的支持 可編程的載波感應(yīng)指示器 可編程前導(dǎo)質(zhì)量指示器及在隨機(jī)噪聲下改進(jìn)的針對(duì)同步詞匯偵測(cè)的保護(hù) 支持傳輸前自動(dòng)清理信道訪

38、問(wèn)（CCA），即載波偵聽(tīng)系統(tǒng) 支持每個(gè)數(shù)據(jù)包連接質(zhì)量指示CC1100引腳圖如圖3.3.1所示：圖3.3.1 CC1100引腳圖他的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3.3.3所示圖3.3.3 CC1100內(nèi)部結(jié)構(gòu)CC1100的使用說(shuō)明： VCC腳 接電壓范圍為1.9-3.6V之間，不能在這個(gè)區(qū)間之外，超過(guò)3.6V， 將會(huì)燒毀模塊，最佳電壓是在 3.3V 。硬件上面沒(méi)有SPI 的單片機(jī)也可以控制本模塊，用普通單片機(jī)I/O口模擬SPI不需要單片機(jī)真正的串口介入， 只需要普通的單片機(jī)I/O口就可以了，當(dāng)然用串口也可以了。與51系列單片機(jī)P0口連接時(shí)候，需要加的上拉10K電阻，與其余口連接不需要。其他系列的單片機(jī)，如果是5

39、V 的，請(qǐng)參考該系列單片機(jī)I/O口輸出電流大小，如果超過(guò)10mA 需要串聯(lián)電阻分壓，否則容易燒毀模塊的，如果是 3.3V是可以直接和模塊的I/O口線連接。3.4 MAX232芯片 該產(chǎn)品是由德州儀器公司（TI）推出的一款兼容RS232標(biāo)準(zhǔn)的芯片。由于電腦串口rs232電平是-10v +10v，而一般的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的信號(hào)電壓是ttl電平0 +5v,max232就是用來(lái)進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換的,該器件包含2驅(qū)動(dòng)器、2接收器和一個(gè)電壓發(fā)生器電路提供TIA/EIA-232-F電平。該器件符合TIA/EIA-232-F標(biāo)準(zhǔn)，每一個(gè)接收器將TIA/EIA-232-F電平轉(zhuǎn)換成5-V TTL/CMOS電平。每一個(gè)發(fā)

40、送器將TTL/CMOS電平轉(zhuǎn)換成TIA/EIA-232-F電平。主要特點(diǎn) ：1、 單5V電源工作2、 LinBiCMOSTM工藝技術(shù)3、 兩個(gè)驅(qū)動(dòng)器及兩個(gè)接收器4、 ±30V輸入電平5、 低電源電流：典型值是8mA6、 符合甚至優(yōu)于ANSI標(biāo)準(zhǔn) EIA/TIA-232-E及ITU推薦標(biāo)準(zhǔn)V.287、 ESD保護(hù)大于MIL-STD-883（方 法3015）標(biāo)準(zhǔn)的2000V其管腳以及內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3.4.1所示： 圖3.4.1 MAX232的引腳以及內(nèi)部結(jié)構(gòu)它工作溫度（自然通風(fēng)）范圍內(nèi)的極限參數(shù)（除非另有說(shuō)明）輸入電源電壓范圍，Vcc -0.3V至6V正輸出電源電壓范圍，VS+ Vcc-0

41、.3V至15V負(fù)輸出電源電壓范圍，VS - 0.3V至-15V輸入電壓范圍，VI：驅(qū)動(dòng)器 - 0.3V至Vcc+0.3V 接收器 ±30V輸出電壓范圍，VO：T1OUT，T2OUT VS0.3V至VS+0.3V R1OUT，R2OUT -0.3V至Vcc+0.3V短路持續(xù)時(shí)間：T1OUT，T2OUT 未限制工作溫度（自然通風(fēng)）范圍，TA：MAX232 0至70 MAX232I -40至85存儲(chǔ)溫度范圍，Tstg -65至150引線溫度，離外殼1.6mm(1/16英寸)，10秒 260 使用時(shí)如果強(qiáng)度超出所列的極限參數(shù)可能導(dǎo)致器件的永久性損壞。這些僅僅是極限參數(shù)，并不意味著在極限參數(shù)條

42、件下或在任何其它超出推薦工作條件所示參數(shù)的情況下器件能有效地工作。延長(zhǎng)在極限參數(shù)條件下的工作時(shí)間會(huì)影響器件的可靠性。4 硬件設(shè)計(jì)4.1 采集部分 圖4.1脈搏信號(hào)采集電路 脈搏信號(hào)采集電路如圖4.1所示，LM393的UA接為單位增益緩沖器以產(chǎn)生2.5V的基準(zhǔn)電壓。 由于紅外接收二極管在紅外光的照射下能產(chǎn)生電能，單個(gè)二極管能產(chǎn)生O.4 V電壓，0.5 mA電流。圖4-1中D2是紅外接收二極管（BPW83型）和D1是紅外發(fā)射二極管（IR333型），他們的工作波長(zhǎng)都是940 nm，在指夾中，紅外接收二極管和紅外發(fā)射二極管相對(duì)擺放以獲得最佳的指向特性。紅外發(fā)射二極管中的電流越大，發(fā)射角度越小，產(chǎn)生的發(fā)

43、射強(qiáng)度就越大。在圖4.l中，R5選100 是基于紅外接收二極管感應(yīng)紅外光靈敏度考慮的。R5過(guò)大，通過(guò)紅外發(fā)射二極管的電流偏小，BPW83型紅外接收二極管無(wú)法區(qū)別有脈搏和無(wú)脈搏時(shí)的信號(hào)。反之，R0過(guò)小，通過(guò)的電流偏大，紅外接收二極管也不能準(zhǔn)確地辨別有脈搏和無(wú)脈搏時(shí)的信號(hào)。當(dāng)紅外發(fā)射二極管發(fā)射的紅外光直接照射到紅外接收二極管上時(shí)，UB的反相輸入端電位大于同相輸入端電位，Vi為“O”。當(dāng)手指處于測(cè)量位置時(shí)，會(huì)出現(xiàn)二種情況：一是無(wú)脈期。雖然手指遮擋了紅外發(fā)射二極管發(fā)射的紅外光，但是，由于紅外接收二極管中存在暗電流，仍有l(wèi)A的暗電流會(huì)造成Vi電位略低于2.5 V。二是有脈期。當(dāng)有跳動(dòng)的脈搏時(shí)，血脈使手指

44、透光性變差，紅外接收二極管中的暗電流減小，Vi電位上升。因?yàn)榧t外線是不可見(jiàn)光，在接上電源時(shí)不能直觀的知道他是否導(dǎo)通，因此在R5后面節(jié)上一個(gè)指示燈來(lái)判別他是否正常工作。 因此脈搏信號(hào)的采集實(shí)際上是通過(guò)紅外接收二極管，在有脈和無(wú)脈時(shí)暗電流的微弱變化，再經(jīng)過(guò)UB的放大而得到的。所采集到的信號(hào)為2V左右的電壓信號(hào)。4.2 濾波部分 按人體脈搏在運(yùn)動(dòng)后最高跳動(dòng)次數(shù)達(dá)240次/分計(jì)算來(lái)設(shè)計(jì)低通放大器。低通濾波器是一種用來(lái)傳輸?shù)皖l段信號(hào)，抑制高頻段信號(hào)的電路，當(dāng)信號(hào)的頻率高于某一特定的截止頻率fh時(shí)，通過(guò)該電路的信號(hào)就會(huì)被衰減，而頻率低于fh的信號(hào)則能無(wú)阻通過(guò)該濾波器。能通過(guò)的信號(hào)頻率范圍定義為通帶：阻止信

45、號(hào)通過(guò)的范圍定義為阻帶，通帶與阻帶的分界點(diǎn)就是截止頻率fh。A0為通帶內(nèi)的電壓放大倍數(shù)，稱(chēng)為通帶電壓增益。當(dāng)輸入信號(hào)的頻率由小到大增加到使濾波器的放大倍數(shù)等于0.707A0時(shí)，所對(duì)應(yīng)的頻率就是截止頻率fh。 圖4.2為壓控電壓源（VCVS）有源二階低通濾波器電路。他由兩節(jié)RC濾波電路和同相比例放大電路組成，信號(hào)從運(yùn)放的同相端輸入，故濾波器的輸入阻抗很大，其輸出阻抗很小。運(yùn)放OP07與R13和R14組成電壓控制的電壓源，因此稱(chēng)為壓控電壓源LPF。優(yōu)點(diǎn)是電路性能較穩(wěn)定，增益容易調(diào)節(jié)。A0=Auf+1+Rf/R1 圖4.2中同相比例放大電路的電壓增益就是低通濾波器的通帶電壓增益A0，即：A（s）=U

46、0(s)/Ui(s)=Auf/1+(3-Auf)sCR+(sCR)2這種濾波器的傳遞函數(shù)為：令w0=1/RC,稱(chēng)為特征角頻率：Q=1/（3-Auf），稱(chēng)為等效品質(zhì)因素；則 A（s）=Auf*w02/(s2+w0*s/Q+w02)=A0*w02/(s2+w0*s/Q+w02)用s=jw代入上式，可得到幅頻響應(yīng)表達(dá)式：20lg|A(jw)/Auf| 因此上限截止頻率公式為：f h= 1/(2*3.14*R*C)A=U1/U0 放大倍數(shù)公式為：低通放大電路原理如圖4.2所示： 圖4.2 濾波電路 由上面截止頻率計(jì)算公式，圖4.2的截止頻率為：fh=1/(2*3.14*R12*C)=1/（6.48*1

47、0*103*0.47*10-6)=33.8Hz采集到的信號(hào)由J1接入，這個(gè)信號(hào)中含有幾種干擾信號(hào)，主要有50Hz的電源信號(hào)干擾，所以這部分的主要任務(wù)就是把主要干擾濾掉。因此濾波電路的截止頻率為33.8Hz，于是對(duì)于50Hz的干擾則不能通過(guò)濾波電路輸出。而放大倍數(shù)A=U1/U0，在這個(gè)電路U1/U0=R14/R13=235，所以圖4.1不僅只是濾波作用，還可以對(duì)電壓進(jìn)行放大作用。然而對(duì)于50Hz干擾信號(hào)來(lái)說(shuō)，16.4Hz已經(jīng)足夠消除他了，對(duì)于2uV這樣弱的信號(hào)來(lái)說(shuō)235倍的放大是遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到單片機(jī)最小識(shí)別高電平（3V）信號(hào)的，所以必須還要一個(gè)放大電路。可以用個(gè)精密的滑動(dòng)變阻器來(lái)代替R13，提高放大

48、倍數(shù)。4.3 放大部分由于脈搏傳感器阻抗高的特點(diǎn)，可以采用傳統(tǒng)的同相放大電路如圖4.3所示，由放大電路原理可以知道放大倍數(shù)公式為：A=U1/U0=R17/R15因?yàn)橥啾壤\(yùn)算電路在輸入差摸信號(hào)的同時(shí)伴隨著共摸信號(hào)輸入，因此共摸抑制比成為影響運(yùn)算誤差的重要因素。而在理想運(yùn)放的情況下的輸出電壓：U輸出= （R17/R15）+1*U輸入 所以相對(duì)誤差公式為：相對(duì)誤差=（1+1/Kcmr）/（1+1/AodF）-1*100% 所以當(dāng)開(kāi)環(huán)差摸增益Aod，共摸抑制比Kcmr越大，相對(duì)誤差的數(shù)值就越小。 圖4.3 信號(hào)經(jīng)過(guò)濾波電路之后，電源50Hz的強(qiáng)干擾信號(hào)都已經(jīng)被濾掉。他從C9的2端輸入，而C9則對(duì)信

49、號(hào)再次過(guò)濾，把前面留有的暗電流進(jìn)一步濾掉。運(yùn)放OP07、R15與R17組成一個(gè)放大倍數(shù)可調(diào)的主電路。為了防止放大電壓高過(guò)單片機(jī)可以處理的+5V電壓，于是只給運(yùn)放OP07提供5V是供電電壓，這樣就可以讓信號(hào)放大超過(guò)5V時(shí)，也只有5V。經(jīng)過(guò)濾波放大電路之后的信號(hào)有高低電平，可以讓MCU系統(tǒng)識(shí)別了，但還不是很完美的方波，因此在通過(guò)一個(gè)波形整形電路，把他整成一個(gè)完美的方波信號(hào)。4.4 555施密特整形電路555構(gòu)成了施密特電路的基本電路如圖4.4.1所示： 施密特電路的工作特點(diǎn)是： 1、有兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，但是這兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)要靠輸入信號(hào)來(lái)維持，而且轉(zhuǎn)換也要靠輸入信號(hào)的轉(zhuǎn)換來(lái)實(shí)現(xiàn)2、輸出電壓和輸入電壓具有迂

50、回特性，抗干擾能力強(qiáng)。施密特電路的用途是： （1）整形：將不好的矩形波，變?yōu)檩^好的矩形波。（2）波形轉(zhuǎn)換：將三角波、正弦波和其它波形轉(zhuǎn)換為矩形波；轉(zhuǎn)換后的輸出波形與輸入波形相同。555的內(nèi)部與外部引腳結(jié)構(gòu)如圖4.4.2所示： 555定時(shí)器構(gòu)成施密特觸發(fā)器的電路圖如圖4.4-3所示，波形圖如圖4.4-4所示。施密特觸發(fā)器的工作原理和多諧振蕩器基本一致，原則也基本相同。只不過(guò)多諧振蕩器是靠電容器的充放電去控制道路狀態(tài)的翻轉(zhuǎn)，而施密特觸發(fā)器是靠外加電壓信號(hào)去控制電路狀態(tài)的翻轉(zhuǎn)。所以在施密特觸發(fā)器中，外加信號(hào)的高電平必須大于等于2/3V ，低電平則必須小于等于1/3V ，否則電路不能翻轉(zhuǎn)。 由于施密特

51、觸發(fā)器采用外加信號(hào)，所以放電端7腳就空閑了出來(lái)。因此整形電路如圖4.4.3所示：信號(hào)從J1通過(guò)，整形后基本是個(gè)方波從J2輸出，進(jìn)入到下一個(gè)部分。圖4.4.34.5 下位機(jī)處理部分 下位機(jī)單片機(jī)部分又分為：?jiǎn)纹瑱C(jī)復(fù)位電路、數(shù)碼管顯示部分電路、無(wú)線發(fā)送模塊部分、以及單片機(jī)的晶振和中央處理部分。4.5.1 單片機(jī)復(fù)位電路 復(fù)位電路圖如4.5.1所示： 圖4.5.1 復(fù)位電路有多種，如上電復(fù)位，按鍵復(fù)位等，由于VCC（5V電壓）是對(duì)整個(gè)下位單片機(jī)部分的供電，因此如果采用上電復(fù)位，那么整個(gè)模塊在復(fù)位時(shí)就會(huì)使整個(gè)電路處于開(kāi)，或者通的兩個(gè)狀態(tài)，所以考慮到整個(gè)電路的供電問(wèn)題，采用按鍵復(fù)位 ，這樣可以在復(fù)位時(shí)候

52、，不需要復(fù)位的部分還可以繼續(xù)處于通電狀態(tài)。復(fù)位電路中安裝發(fā)光二級(jí)管的作用是，指示電路是否正常得到供電，也可以用來(lái)判斷復(fù)位電路的按鍵是否已經(jīng)按下，即是否復(fù)位。RST是接到單片機(jī)上的復(fù)位鍵。4.5.2 數(shù)碼管顯示部分電路 按人體最高時(shí)候心跳240次/分的要求，數(shù)碼管最少用到3位，由于考慮到硬件的制作過(guò)程，因此選擇4位數(shù)碼管來(lái)顯示。其原理圖如圖4.5.2所示 圖4.5.2 圖4.5.2中，J2是一個(gè)4.7K的排阻與單片機(jī)的PA與VCC口相連，然后跟數(shù)碼管相連，數(shù)碼管是采用共陽(yáng)的，共陽(yáng)的數(shù)碼管因?yàn)橛休^高的電源電壓，所以亮度比共陰的亮。用單片機(jī)的PC口的PC4-PC7口來(lái)做數(shù)碼關(guān)的片選信號(hào)接入端。在調(diào)試

53、數(shù)碼管的時(shí)候?qū)懙某绦蚓捅仨毞辖尤牍苣_的要求，否則數(shù)碼管就會(huì)顯示不正常，或者不顯示的現(xiàn)象。三級(jí)管（8550）則可以選擇個(gè)人熟悉的來(lái)代替。排阻對(duì)數(shù)碼管的作用也是比較大的，如果選擇的排阻阻值過(guò)低，那么可能因?yàn)殡娐分须娏鬟^(guò)大，而燒壞數(shù)碼管，選擇的阻值過(guò)大而又可能由于輸出電流過(guò)小而，使數(shù)碼管顯示暗淡，或者不顯示。4.5.3 無(wú)線發(fā)送模塊部分 CC1100無(wú)線收發(fā)模塊，他有自己的工作范圍，以及引腳電路，所以使用時(shí)要特別注意，否則容易被燒壞。前面雖然介紹了他的主要功能、內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及管腳圖和使用說(shuō)明等，但他在電路中實(shí)際用到的管腳如圖4.5.3.1所示，只用到10個(gè)引腳，所以在制作電路的時(shí)候要對(duì)他合理的封裝。

54、圖4.5.3.2是無(wú)線發(fā)送模塊在下位機(jī)的連接圖。 圖4.5.3.1 圖4.5.3.2 圖4.5.3.2的左端電路是無(wú)線模塊，他的引腳通過(guò)J4的那個(gè)排針接到單片機(jī)的I/O口上，分別對(duì)應(yīng)為PB7-SCK、PB6-SO、PB5-SI、PB3-GDO0、PB2-CSn、PD2（INT0）-GDO2。圖中最右端就一個(gè)提供給CC1100供電的電路，因?yàn)檫@個(gè)芯片所用到的最佳電壓為VDD=3.3V，所以采用電阻分壓法提供VDD，由電路可以知道：VDD=5*R12/（R11+R12）因此VDD=5*39/（39+20）=3.305V4.5.4 單片機(jī)的晶振和中央處理部分 單片機(jī)的晶振和中央處理部分電路圖如圖4.5.4所示：由于ATmega8515的使用晶振范圍是0-8MHz