PAGEPAGE17電子系統設計報告題目：脈搏心率測試儀測試與制作

、電子系統設計報告脈搏測試儀是用來測量一個人脈搏跳動次數的電子儀器，也是心電圖的主要組成部分，因此，在現代醫學上具有重要的作用。隨著心臟的搏動，人體組織半透明度隨之改變：當血液送到人體組織時，組織的半透明度減?。划斞毫骰匦呐K，組織則半透明度增大。在人體組織較薄的手指尖通過紅外對管來獲得采集信號。

一、課程設計實驗目的：1．通過對電子技術的綜合運用，使學到的理論知識相互融泄貫通，在認識上產生一個飛躍。初步掌握一般電子電路設計的方法，使學生得到一些工程設計的初步訓練，并為以后的畢業設計奠定良好基礎。2．培養同學自學能力，獨立分析問題、解決問題的能力。對設計中遇到的問題，通過獨立思考、查找工具書、參考文獻、尋求正確答案；對實驗中碰到的一些問題，能通過觀察、分析、判斷、改正、再實驗、再分析等基本方法去解決3．熟練掌握幾種常用的單元元件電路的分析和設計方法。4．學會電路的實驗調試和整機指標測試方法，使學生鞏固和加深對電子系統設計的理論知識，鍛煉學生的動手能力。二、課程實驗設計方案：把轉換為電信號的脈搏信號，在單位時間60s內進行記數，并用數字顯示其記數值，從而直接得到每分鐘的脈搏數。三、設計要求及技術指標它的基本功能是：用傳感器將脈搏的跳動轉換為電信號，并加以放大，整形和濾波。在短時間內（60s)測出每分鐘的脈搏數。它的作用可以在60S內測量脈搏數，并且顯示其數字。正常人脈搏為60-80次每分鐘，嬰兒為90-100次每分鐘，老人為100-150次每分鐘。要求：1、實現在30~60內秒測量1分鐘的脈搏數，并且顯示其數字。正常人脈搏數為60~80次/min，小孩為90~100次/min,老人為100~150次/min.。2、用傳感器將脈搏的跳動轉換為電壓信號，并加以放大整形和濾波。三、設計要求及基本功能。1．設計要求：以STC89C52單片機為核心控制芯片，光電式脈搏波傳感器采集信號，以四斷數碼管作為顯示系統，經信號處理電路后脈搏沖送進單片機，能夠實現報警、數碼管顯示心率的頻率等功能。2．基本功能是：用傳感器將脈搏的跳動轉換為電信號，并加以放大，整形和濾波。在短時間內（60s)測出每分鐘的脈搏數。它的作用可以在60S內測量脈搏數，并且顯示其數字。正常人脈搏為60-80次每分鐘，嬰兒為90-100次每分鐘，老人為100-150次每分鐘。四、課程設計實驗器材：電阻：10K3個1K9個100k5個2.4k2個5.1k1個30k1個200K2個150歐8個200歐1個排阻.10k1個可調電阻:100k2個電解電容：4.7uF1個100uF1個10uF3個瓷片電容： 30PF2個0.33uF1個0.1uF1個按鍵開關：3個六腳自鎖開關：1個集成運放：LM3241個共陽極數碼管：1個發光二極管：紅色2個STC89C52單片機1個蜂鳴器1個晶振11.0592MHz 1個三極管：S58505個穩壓管LM78051個光電式傳感器：一對排針導線等五.集成芯片介紹：1、STC89C52單片機簡介：STC89C52是臺灣STC公司生產的一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系統可編程Flash

存儲器。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應用系統提供高靈活、超有效的解決方案。具有以下標準功能：8k字節Flash，512字節RAM，32位I/O口線，，內置4KBEEPROM，MAX810復位電路，2個16位

定時器/計數器，一個6向量2級中斷結構，全雙工串行口。另外STC89X52可降至0Hz靜態邏輯操作，支持2種軟件可選擇節電模式?？臻e模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時器/計數器、串口、中斷繼續工作。掉電保護方式下，RAM內容被保存，振蕩器被凍結，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位為止。最高運作頻率35MHz，6T/12T可選。3.1.2STC89C52的特點·與MCS-51產品指令系統完全兼容·4k字節可重擦寫Flash閃速存儲器·1000次擦寫周期·全靜態操作：OHz--24MHz·三級加密程序存儲器·128*8字節內部RAM·32個可編程I／O口線·2個16位定時／計數器·6個中斷源·可編程串行UART通道·低功耗空閑和掉電模式2.STC89C52的結構此次設計所使用的STC89C52的封裝形式是DIP40。如圖4所示。圖4STC89C52的封裝形式引腳功能：·Vcc：電源電壓·GND：接地·P0口：P0口是一組8位漏極開路型雙向I／0口，也即地址／數據總線復用口。作為輸出口用時，每位能吸收電流的方式驅動8個TTL邏輯門電路，對端口寫“1”可作為高阻抗轉入端用。·Pl口：P1是—個帶內部上拉電阻的8位雙向I／O口，P1的輸出緩沖級可驅動(吸收或輸出電流)4個TTL邏輯門電路。對端口寫“1”，通過內部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。作輸入口使用時，因內部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電萌?！2口：P2是一個帶有內部上拉電阻的8位雙向I／O口，P2的輸出緩沖級可驅動（吸收或輸出電流)4個TTL邏輯門電路。對端口寫“1”，通過內部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口，作輸入口使用時，因為內部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流?！3口：：①可以作為輸入/輸出口，外接輸入/輸出設備。②作為第二功能使用，每一位功能定義如表1所示。表1P3口的第二功能·RST：復位輸入。當振蕩器工作時，RST引腳出現兩個機器周期以上高電平將使單片機復位。·ALE/PROG：當訪問外部程序存儲器或數據存儲器時，ALE(地址鎖存允許)輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節。即使不訪問外部存儲器，ALE仍以時鐘振器頻率的1／6輸出固定的正脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的?！SEN：程序存儲允許（PSEN）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當AT89C51由外部程序存儲器取指令(或數據)時．每個機器周期兩次PSEN有效，即輸出兩個脈沖。在此期間，當訪問外部數據存儲器，這兩次有效的PSEN信號不出現?！A／VPP：EA＝0，單片機只訪問外部程序存儲器。EA＝1，單片機訪問內部程序存儲器。．XTALI：振蕩器反相放大器的及內部時鐘發生器的輸入端。．XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。3.放大器介紹LM324是四運放集成電路，它采用14腳雙列直插塑料封裝.它的內部包含四組形式完全相同的運算放大器，除電源共用外，四組運放相互獨立。每一組運算放大器可用圖3.4所示的符號來表示，它有5個引出腳，其中“+”、“-”為兩個信號輸入端，“V+”、“V-”為正、負電源端，“Vo”為輸出端。兩個信號輸入端中，Vi-（-）為反相輸入端，表示運放輸出端Vo的信號與該輸入端的相位相反；Vi+（+）為同相輸入端，表示運放輸出端Vo的信號與該輸入端的相位相同。LM324的引腳排列見圖3.5。圖2圖3由于LM324四運放電路具有電源電壓范圍寬，靜態功耗小，可單電源使用，價格低廉等優點，因此被廣泛應用在各種電路中。4.LM7805的介紹在實際應用中，應在三端集成穩壓電路上安裝足夠大的散熱器（當然小功率的條件下不用）。當穩壓管溫度過高時，穩壓性能將變差，甚至損壞。當制作中需要一個能輸出1.5A以上電流的穩壓電源，通常采用幾塊三端穩壓電路并聯起來，使其最大輸出電流為N個1.5A，但應用時需注意：并聯使用的集成穩壓電路應采用同一廠家、同一批號的產品，以保證參數的一致。另外在輸出電流上留有一定的余量，以避免個別集成穩壓電路失效時導致其他電路的連鎖燒毀。六、課程設計實驗原理：設計總框圖：顯示電路STC89C52單片機信號采集與處理電路報警電路時鐘電路復位電路按鍵顯示電路STC89C52單片機信號采集與處理電路報警電路時鐘電路復位電路按鍵2集成運放放大電路：（1）.信號采集：采用紅外反射傳感器，通過手指的血液濃度會隨著心臟的跳動發生變化，紅外對管對應的信號便會發生相應的變化，采集此信號經過放大，濾波，比較等處理便可以得到理想的信號。（2）.前級放大:同相比例放大器：放大倍數:AR1為平衡電阻，其保證運放差分輸入端靜態電路的平衡，消除靜態基極電流對輸出的影響，平衡電阻的計算：R1=R3//R4=1K（3）.濾波整形：該濾波整形電路為二階壓控有源低通濾波，使高頻段的衰減斜率要更大一點，選擇性會更好。且由運放LM324組成和RC網絡組成，帶負載能力較強。通頻帶電壓增益=（1+R8/R7）=2截止頻率為：fH=1/(2πRC)=6.635Hz（4）.后級放大：后級放大采用同比例放大電路。R10接地時為了保證輸入為零時放大器的輸出電位為零。C6的作用是隔直流通交流。對于放大倍數：A（5）.整形電路：采用滯回比較器整形，這種比較器的特點是當輸入信號Ui逐漸增大或逐漸減小時，它有兩個閾值，且不相等。當Ui=U+=U-時輸出發生跳轉，輸出有兩種狀態：+U2，-U2，使輸出發生跳轉的輸入電壓分別為正向閥值Ut+和Ut-設輸入電壓Ui很小，Ui<U+，輸出Uo=+U2;當Ui當Ui逐漸增大時，Ui<U+時，Uo=+U2,Ui>U+時，輸出跳轉為—U2。UU?3單片機部分單片機選擇STC89C52，選擇STC89C52有：功能更強，速度更快，壽命更長，價格更低。外型：40個引腳，雙列直插DIP-40。將程序直接燒錄到STC89C52中后，用單片機實現定時和計數，用外部中斷INT0來計數，記錄脈搏數單片機的P1^0是連接一個LED。當單片機上電時LED亮，測試時，LED關，測試后，LED亮，代表測試完畢。P1^1是一個按鍵開關，功能是：按下按鍵開關，測試開始，再次按下按鍵開關，代表復位，從新測量。P1^2連接的是一個蜂鳴器，其功能是：當測量的脈搏次數大于199次或小于50次時，蜂鳴器響，起報警作用。（1）時鐘電路時鐘電路是一個振蕩電路，它的作用是：給單片機提供工作頻率。振蕩電路的兩個電容的作用是起振。（2）復位電路：按下彈片開關時開始測量，再次按下時復位，從新測量（3）報警電路：當心率大于199次/分鐘或小于50次/分鐘，蜂鳴器報警單片機總圖：（4）.顯示部分：顯示部分由一個四位七段數碼管和四個三極管、電阻組成。如圖所示電阻是三級管的基極電阻和三極管構成一個開關電路，當基極是低電平時三極管導通，相當于開關閉和，當基極是高電平時，三極管截止狀態，相當于開關斷開。三極管和電阻組成的電路起驅動作用，驅動數碼管發亮。（5）.電源電路:經過LM7805的穩壓和C6的濾波便在穩壓電源的輸出端產生了精度高、穩定度好的直流輸出電壓。本穩壓電源可作為TTL電路或單片機電路的電源。三端穩壓器是一種標準化、系列化的通用線性穩壓電源集成電路，以其體積小、成本低、性能好、工作可靠性高、使用簡捷方便等特點，成為目前穩壓電源中應用最為廣泛的一種單片式集成穩壓器件(6）單片機部分總原理圖如下：4.PCB圖如下：（1）.濾波放大部分：（2）.單片機與顯示部分：七、元件安裝與焊接：1、實物連接制作過程：（1）根據我們的程序畫出電路圖，查找有關資料看我們所需元件是類型及作用原理；（2）根據我們的電路圖向老師提交到我們所需的元件；（3）根據元件的封裝來畫電路圖的PCB圖；（4）根據所做的PCB圖確定電路板的大小，把PCB圖壓制到鍍銅板上；熱轉印好后放到腐蝕液里進行腐蝕；（5）把腐蝕好的板洗干凈進行鉆孔，完成后把元件依次安裝到板上；2、焊接：準備施焊；加熱焊件；送入焊絲；焊接元件。在焊接過程中要注意假焊，虛焊，焊接不規則等等問題，盡量避免不必要的錯誤。器件安裝焊接完后，就要焊接電線，一定要保證連接端口的正確連接，管腳的位置及所代表的含義不能搞錯，這樣才能避免電路板出現問題。八．設計所需程序：#include<reg52.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintucharcodetable[]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90};//0~9共陽ucharCount1,Count2,Sec;sbitBuzzer=P2^0;voiddelay_fmq(uinta)//函數功能：蜂鳴器延時函數{ucharb;for(;a>0;a--){for(b=0;b<120;b--);}}voidBeep(void)//函數功能：蜂鳴器響函數{Buzzer=0;delay_fmq(8);Buzzer=1;}voiddelay(void)//函數功能:延時函數，延時約0.6毫秒{uchara; for(a=0;a<200;a++);}voidDisplay(uinta)//函數功能：數碼管顯示函數{uintk=0;P0=table[a%10]; //個位P2=0x7f;//P2.3引腳輸出低電平，DS3點亮delay();delay();k=a/10;P0=table[a%10];//十位P2=0xbf;//P2.2引腳輸出低電平，DS2點亮delay();delay();k=a/100;P0=table[a%10];//百位P2=0xdf;//P2.1引腳輸出低電平，DS1點亮delay();delay();P2=0xef;//P2.0引腳輸出低電平，DS0點亮P0=table[a/1000];//千位delay();delay();P2=0xff;}voidmain(void){Count1=0;Count2=0;Sec=0;EA=0;ET0=0;TR0=0;TMOD=0x01;TH0=(65536-10000)/256;//將定時器計時時間設定為10000×1us=10ms12MTL0=(65536-10000)%256;PT0=1;IT1=1;EX1=1;EA=1;while(1){ Display(Count1); if((Count1==1)||(Sec==60)) { Beep(); } }}voidEtInt0(void)interrupt1//函數功能：定時器0中斷的中斷服務程序{TR0=0;ET0=0;Count2++;if(Count2==100){ Sec++; if(Sec==60) { EX1=0; EA=0; }}TH0=(65536-10000)/256;TL0=(65536-10000)%256;TR0=1;ET0=1;} voidExInt0(void)interrupt2//函數功能：外部中斷1的中斷服務程序{