I基于單片機(jī)的心率測(cè)試儀設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)目錄TOC\o"1-3"\h\u11508摘要 1191041緒論 3189731.1課題研究背景與意義 3283111.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 3212591.3論文主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)構(gòu) 4163722系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案 5149982.1設(shè)計(jì)方案驗(yàn)證 556422.1.1采樣單片機(jī)方案 5131422.1.2采用PLC方案 5223842.1.3CPLD或者FPGA方案 557192.1.4方案的選擇 6149602.2系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu) 6175142.2使用軟件介紹 7147502.2.1Altium

designer介紹 7324602.2.2KeilC51軟件 8261933系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 10231053.1單片機(jī)最小系統(tǒng)電路 10204523.1.1復(fù)位電路 10183923.1.2晶振電路 10117373.2LCD顯示模塊 11186673.2.1LCD的分類(lèi) 12113633.2.2LCD模塊的引腳和封裝 12205153.3擬量輸入模塊設(shè)計(jì) 14301693.4電源電路 1580654系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 16105274.1系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 16132384.2ADC采樣軟件的設(shè)計(jì) 17112794.3液晶顯程序 1839315總結(jié) 19608參考文獻(xiàn)： 21摘要：心率基本生理信息參數(shù)最能反映一個(gè)人的健康狀況，對(duì)這個(gè)參數(shù)進(jìn)行采集，顯示并能提前對(duì)不合理狀況進(jìn)行預(yù)警不僅僅能夠防患于未然，也能幫助醫(yī)生及時(shí)的了解病人狀況，少去了重新檢查的時(shí)間醫(yī)生能夠最快的速度做出病情判斷而開(kāi)展救援工作，所以人體心率狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置在家庭醫(yī)療和臨床醫(yī)療方面有著很大的市場(chǎng)需求。為此本論文設(shè)計(jì)了一種體積小便于攜帶，操作簡(jiǎn)單，功耗低的人體多參數(shù)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)能在任何場(chǎng)合隨時(shí)隨地的檢測(cè)心率基本信息。本次課題的初衷在于解決目前人員居家無(wú)法了解自身的狀態(tài)信息的不足，設(shè)計(jì)了基于51系列的單片機(jī)進(jìn)行一款心率測(cè)取檢測(cè)設(shè)備的設(shè)計(jì)工作。本設(shè)計(jì)有效的結(jié)合了51系列單片機(jī)和檢測(cè)傳感器。本課題的研究?jī)?nèi)容如下：主控模塊接收傳感器傳輸過(guò)來(lái)的心率模擬信號(hào)，然后51將這三個(gè)模擬信號(hào)進(jìn)行解析后傳輸?shù)絃CD上面供人直觀的查閱。關(guān)鍵詞：心率監(jiān)測(cè)；51單片機(jī)；LCD液晶顯示1緒論1.1課題研究背景與意義隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)科技的不斷發(fā)展，現(xiàn)如今許多科研項(xiàng)目帶來(lái)的價(jià)值已經(jīng)逐漸被認(rèn)可，這也帶動(dòng)人們的生活水準(zhǔn)逐漸提升檔次，但與此同時(shí)其附帶的負(fù)面影響也逐漸體現(xiàn)出來(lái)，常見(jiàn)的情況例如工作壓力增大、生活規(guī)律出現(xiàn)問(wèn)題等，在這樣的大環(huán)境下導(dǎo)致慢性疾病的患者逐年增多，而且即便未患有高血壓抑或其他相關(guān)心血管疾病的群體也大多長(zhǎng)期處于亞健康狀態(tài)，依據(jù)現(xiàn)代人生活規(guī)律分析可以得知，近些年慢性病的病患群體正逐漸年輕化，長(zhǎng)期如此下去會(huì)導(dǎo)致社會(huì)發(fā)展倒退。在近些年，由于國(guó)內(nèi)碳排放較大以及空氣質(zhì)量把控政策缺失的導(dǎo)致霧霾的情況日趨嚴(yán)重，這對(duì)國(guó)內(nèi)病患逐漸增多、年輕化的趨勢(shì)產(chǎn)生促進(jìn)作用。并且因?yàn)榭諝庵袝?huì)附著一些致病菌體以及一些對(duì)人身體機(jī)能產(chǎn)生不利影響的污染成分，一旦隨呼吸進(jìn)入人體之后就會(huì)產(chǎn)生血栓，繼而導(dǎo)致各種病變的產(chǎn)生。為此本課題提出了一種用于檢測(cè)人體健康信息的心率檢測(cè)儀。在學(xué)校和職場(chǎng)里面，以現(xiàn)在國(guó)家提供給我們的生活水平，除了學(xué)習(xí)和工作，學(xué)生和白領(lǐng)在他們的身體上的鍛煉很少，他們幾乎是不怎么鍛煉的，這些學(xué)校的學(xué)生和辦公室的白領(lǐng)很多都在身體上表現(xiàn)的肥胖，這個(gè)肥胖不好的，它是一種體虛的表現(xiàn)，也是一種亞健康的狀態(tài)，這種狀態(tài)困擾了眾多學(xué)校的學(xué)生和辦公室白領(lǐng)，最近幾年國(guó)民的身體好糟糕，我們的國(guó)家考慮國(guó)民的身體提出了一種健身運(yùn)動(dòng)，這種健身運(yùn)動(dòng)時(shí)全民都可以參加的運(yùn)動(dòng)，而且人們?cè)絹?lái)越對(duì)健康的狀態(tài)給們的生活提供的好處。為此市場(chǎng)上出現(xiàn)了各種智能的監(jiān)測(cè)裝置，這些裝置有監(jiān)測(cè)的功能，這個(gè)功能可以監(jiān)測(cè)我們的身體狀況，目前這種可以監(jiān)測(cè)身體的智能監(jiān)測(cè)裝置有智能手環(huán)、智能手機(jī)等的監(jiān)測(cè)裝置，但是目前市場(chǎng)上大部分的可以監(jiān)測(cè)身體狀況的智能監(jiān)測(cè)裝置擁有的檢測(cè)系統(tǒng)功能比較簡(jiǎn)單，這些監(jiān)測(cè)裝置比較簡(jiǎn)單的功能不能很好的照顧職場(chǎng)人士，為此針對(duì)這種現(xiàn)象本課題研發(fā)的一種單片機(jī)藍(lán)牙心率脈搏檢測(cè)就顯得尤為重要，并且有著很大的市場(chǎng)。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀隨著相關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展，直至20世紀(jì)中期，大量相關(guān)領(lǐng)域的檢測(cè)設(shè)備有了質(zhì)的飛越，測(cè)量?jī)x作為一種單獨(dú)的產(chǎn)品其市場(chǎng)開(kāi)發(fā)程度也在逐漸加強(qiáng)。測(cè)量?jī)x器在近些年的發(fā)展過(guò)程中逐漸在功能和銷(xiāo)售渠道上進(jìn)行完善，截至今日在設(shè)備的類(lèi)型和功能上已經(jīng)具備覆蓋性，最初的測(cè)量?jī)x是靠里測(cè)量的機(jī)械工作，這種測(cè)量?jī)x是全機(jī)械型的測(cè)量?jī)x，隨著技術(shù)的發(fā)展我們國(guó)家的測(cè)量方法改變了，變成了電子測(cè)量方式，它可以把測(cè)量的模擬數(shù)據(jù)顯示成數(shù)字，測(cè)量身高和體重方法不再是用手動(dòng)的去計(jì)量。隨著相關(guān)領(lǐng)域的創(chuàng)新意識(shí)增強(qiáng)以及近些年相關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展，市面上出現(xiàn)了很多新的測(cè)量身高體重的儀器，這些儀器可以傳輸、判斷、記憶測(cè)量我們的身高和體重時(shí)的數(shù)據(jù)。在新的時(shí)代里，測(cè)量?jī)x可以在外觀上有不同外觀，它們?cè)跍y(cè)量身高體重時(shí)也有很大的測(cè)量作用。轉(zhuǎn)眼國(guó)外相關(guān)領(lǐng)域的研究成果可以看出，電子測(cè)量器以及電子衡器研發(fā)技術(shù)在諸多行業(yè)中都已經(jīng)具有明顯的影子。其中最主要的技術(shù)突破就是在稱(chēng)重條件的限制上，從傳統(tǒng)模式下僅僅可進(jìn)行靜態(tài)測(cè)取發(fā)展至如今可支持動(dòng)態(tài)測(cè)取的局面，而且也逐漸在技術(shù)領(lǐng)域盡可能將測(cè)取數(shù)據(jù)的數(shù)字化做到最好。在產(chǎn)品的性能更新性上，將原有的單參數(shù)測(cè)取變更為現(xiàn)如今具備市場(chǎng)影響力的多參數(shù)測(cè)取，以及在設(shè)備新奇功能的研究過(guò)程中，其快速得出測(cè)取數(shù)據(jù)以及可進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)取的優(yōu)勢(shì)帶動(dòng)起市場(chǎng)發(fā)展[3]。在針對(duì)近幾年進(jìn)行新產(chǎn)出設(shè)備的性能進(jìn)行分析之后可以看出在便攜性以及板塊性能提升上有了較大的進(jìn)步，并且此領(lǐng)域的發(fā)展速度對(duì)于整體行業(yè)發(fā)展也有較大的促進(jìn)作用。隨著其不斷的發(fā)展，功能特性的智能性增強(qiáng)導(dǎo)致其更加具備綜合性以及組合性。1.3論文主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)構(gòu)本論文的檢測(cè)系統(tǒng)主要包括以下六個(gè)部分：分別為主控模塊、采樣傳感器、調(diào)理電路、LCD液晶顯示、藍(lán)牙電路和電源電路。其中主控模塊為51控制器，以及和51控制器組成的復(fù)位晶振電路，采樣傳感器分別采樣人體心率、脈搏與體溫?cái)?shù)據(jù)，然后調(diào)理電路將傳感器數(shù)據(jù)采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)濾波放大傳輸給51的調(diào)理模塊，LCD顯示模塊顯示人體三大參數(shù)的，藍(lán)牙設(shè)備和手機(jī)連接，使用人員通過(guò)手機(jī)讀取相應(yīng)的信息，電源電路主要給系統(tǒng)供電。本課題主要研究?jī)?nèi)容如下：第一章：對(duì)心率、脈搏與體溫檢測(cè)的意義進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹，并簡(jiǎn)單闡述了國(guó)內(nèi)外在心率、脈搏與體溫檢測(cè)方面的發(fā)展現(xiàn)狀，根據(jù)目前對(duì)人體健康檢查項(xiàng)目較為單一的情況，提出了一種單片機(jī)藍(lán)牙心率脈搏檢測(cè)的設(shè)計(jì)。第二章：在本章里我們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)總體方案，這個(gè)方案的設(shè)計(jì)是根據(jù)測(cè)量心率、脈搏與體溫的方法設(shè)計(jì)的，這個(gè)設(shè)計(jì)方案主要是對(duì)這些原理的理論分析，有了這個(gè)基礎(chǔ)可以提供本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。第三章：本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)部分有包括硬件設(shè)計(jì)的部分，這個(gè)設(shè)計(jì)部分進(jìn)行了一些簡(jiǎn)單的分析，這些分析主要分析的是系統(tǒng)的硬件的設(shè)計(jì)，系統(tǒng)需要的一些功能，以及這個(gè)系統(tǒng)在技術(shù)上面需要的技術(shù)指標(biāo)，簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)了采集電路對(duì)我們的心率、脈搏與體溫的一些數(shù)據(jù)的采集的功能。第四章：對(duì)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)部分，成功對(duì)心率、脈搏與體溫信號(hào)進(jìn)行了采樣、和數(shù)據(jù)傳輸?shù)忍幚怼?系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案2.1設(shè)計(jì)方案驗(yàn)證2.1.1采樣單片機(jī)方案選擇51單片機(jī)，它是宏晶公司的8位MCU控制器，其內(nèi)部為8位寬的總線(xiàn)，數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)，最高時(shí)鐘可以達(dá)到12M赫茲，其內(nèi)核采用了主流的51核系列。宏晶公司為其配套開(kāi)發(fā)了keil2軟件工具，通過(guò)該工具，用戶(hù)可以自主的對(duì)相關(guān)定時(shí)器，中斷，ADC等外設(shè)進(jìn)行圖形化的配置，節(jié)約用戶(hù)大量的時(shí)間。其自帶的ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換功能，USART串口通信功能等等都使得用戶(hù)不需要在去進(jìn)行另外的電路設(shè)計(jì)，加快了開(kāi)發(fā)速度。在汽車(chē)，機(jī)器人等多種場(chǎng)合，51系列芯片被廣泛應(yīng)用，可靠性強(qiáng)，性能穩(wěn)定。2.1.2采用PLC方案將PLC技術(shù)應(yīng)用到心率控制系統(tǒng)上，通過(guò)對(duì)控制系統(tǒng)的硬件基本配置、系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)、軟件程序設(shè)計(jì)進(jìn)行了全面的分析，同時(shí)研究了對(duì)數(shù)據(jù)控制算法的優(yōu)選、各項(xiàng)參數(shù)的整定等。最終本課題的研究中，采用的是德國(guó)西門(mén)子公司生產(chǎn)的S7-200系列PLC控制器，在該套控制器系統(tǒng)中，傳感器將采集到的電壓電流這些外部模擬量通過(guò)系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為可供傳輸?shù)碾娏餍盘?hào)此信號(hào)在EM235模擬量輸入模塊中可以被轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，而后進(jìn)一步傳輸?shù)絇LC控制器當(dāng)中，之后再轉(zhuǎn)化輸出控制心率系統(tǒng)。2.1.3CPLD或者FPGA方案采用可編程邏輯器件FPGA或者CPLD作為本次課題的主控制器，對(duì)于可編程邏輯器件，其運(yùn)算速度快，最大的特點(diǎn)就是其特有的并行運(yùn)算能力，相較于其他MCU等微控制器，其綜合運(yùn)行速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他非可編程邏輯器件，其被廣泛應(yīng)用于航天，通信等對(duì)速度要求高的場(chǎng)合。在軟件編程方面，其編程語(yǔ)言主要是VHDL和VHERILOG兩種，相較于C語(yǔ)言來(lái)說(shuō)，其編程難度會(huì)更大一點(diǎn)，尤其在涉及到浮點(diǎn)運(yùn)算，乘法除法運(yùn)算時(shí)其操作難度尤為明顯。由于其本質(zhì)上是純硬件的特性，因此對(duì)于底層位的操作需要較高的知識(shí)儲(chǔ)備和了解，同時(shí)其特有的并行運(yùn)算方式，注定了其高性能高功耗的特性。在芯片使用上，其通常需要+4.3V電源給其IO管腳，+1.8V電源和1V電源給其內(nèi)核供電，因此在電源的供電上相較于MCU的單一供電要求也較為復(fù)雜，對(duì)紋波的要求，電源芯片的要求也更高。這也就要求需要更好的電路的設(shè)計(jì)能力，但鑒于其快速的運(yùn)算能力，因此被廣泛應(yīng)用于各種高速場(chǎng)合。2.1.4方案的選擇本課題綜合介紹了51單片機(jī)控制方案、PLC控制方案和CPLD或者FPGA的控制方法，詳細(xì)介紹了使用3種方案時(shí)如何搭建系統(tǒng)工作，就PLC方案來(lái)說(shuō)，采用梯形圖設(shè)計(jì)本課題，編程簡(jiǎn)單，同時(shí)PLC的抗干擾性比較強(qiáng)大，在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)使用比較多。但是PLC的使用成本比較高，系統(tǒng)比較龐大，光一個(gè)PLC就得占用很大的地方，相較于單片機(jī)方案來(lái)說(shuō)，單片機(jī)編程采用的C語(yǔ)言，比梯形圖編程要復(fù)雜，但是本課題的代碼可以網(wǎng)上查閱參考，設(shè)計(jì)也較為簡(jiǎn)單，再加上單片機(jī)的使用成本不及PLC的一個(gè)零頭，本課題的使用場(chǎng)景也是不工業(yè)環(huán)境，所以綜合考慮單片機(jī)方案較為合適本課題的設(shè)計(jì)，再比較單片機(jī)和CPLD方案，單片機(jī)設(shè)計(jì)常用的語(yǔ)言是C語(yǔ)言，這是大學(xué)入門(mén)第一堂課必學(xué)的課程，熟練度深入人心，而CPLD設(shè)計(jì)過(guò)程需要的VHDL和VHERILOG語(yǔ)言針對(duì)于本課題設(shè)計(jì)過(guò)程中難度有點(diǎn)大，再加上VHDL和FPGA大部分都是BGA封裝，引腳數(shù)很多，硬件設(shè)計(jì)起來(lái)完全是大材小用，所以本課題最終選擇單片機(jī)方案。2.2系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)本系統(tǒng)是一個(gè)基51設(shè)計(jì)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)的功能特性為對(duì)人體健康情況進(jìn)行實(shí)施監(jiān)督，系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)方案如下圖2.1內(nèi)容所示一般。該系統(tǒng)在正常運(yùn)行狀態(tài)下的常規(guī)流程為：第一步：首先，采集人體三項(xiàng)指標(biāo)之后的傳感器將其轉(zhuǎn)化為模擬信號(hào)，在經(jīng)過(guò)信號(hào)調(diào)理之后將這些數(shù)據(jù)傳輸?shù)?1主控制器，然后51主控制器將這些電信號(hào)進(jìn)行處理然后顯示在LCD液晶顯示器，并且本系統(tǒng)藍(lán)牙設(shè)備和手機(jī)連接，使用人員通過(guò)手機(jī)讀取相應(yīng)的信息，電源是給整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行供電的。圖2.1人體多參數(shù)檢測(cè)裝置的總體框架圖（1）主控模塊模塊部分主控模塊是一個(gè)控制核心，其工作核心主要是進(jìn)行采樣，計(jì)算和顯示等控制。（2）采樣模塊部分本課題的采樣模塊使用的是心率、脈搏與體溫，將人體常用的基本信息轉(zhuǎn)換成電信號(hào)給單片機(jī)。（3）顯示模塊部分顯示模塊主要采用LED顯示器，主要用來(lái)顯示當(dāng)前心率、脈搏與體溫信息。（4）藍(lán)牙接口電路本課題的藍(lán)牙接口電路主要是藍(lán)牙設(shè)備和手機(jī)連接，使用人員通過(guò)手機(jī)讀取相應(yīng)的信息。（5）電源模塊部分本課題采用的電源為5V直流電源，為本課題的總體供電方案。2.2使用軟件介紹2.2.1Altium

designer介紹在計(jì)算機(jī)技術(shù)沒(méi)有成熟，以及計(jì)算機(jī)沒(méi)有普及之前，電路設(shè)計(jì)、電路原理圖的繪制和電路仿真很多時(shí)候都是人工操作，隨著電子科技的逐漸成熟，以及計(jì)算機(jī)價(jià)格的平民化，電路設(shè)計(jì)等操作均是借助計(jì)算機(jī)來(lái)完成。尤其是基于市場(chǎng)的需求，大量的新型的元器件被開(kāi)發(fā)出來(lái)，電子線(xiàn)路相較過(guò)去更加的復(fù)雜，如果使用手工進(jìn)行的電子線(xiàn)路的設(shè)計(jì)，就會(huì)相當(dāng)?shù)睦щy，出現(xiàn)的錯(cuò)誤也比較多，使用計(jì)算機(jī)軟件可以有效的提高工作的效率，保證工作的質(zhì)量。目前工業(yè)界用的最多的工業(yè)軟件是AltiumDesigner，其功能強(qiáng)大，設(shè)計(jì)成熟，并且設(shè)計(jì)公司一直對(duì)該軟件進(jìn)行維護(hù)和更新。圖2.2是AltiumDesigner14界面。圖2.2AltiumDesigner中文使用界面2.2.2KeilC51軟件KeilSoftware公司在市場(chǎng)需求的推動(dòng)下，為了更好實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的仿真，推出了uVision3軟件，該軟件支持的單片機(jī)較多，支持多種單片機(jī)的集成開(kāi)發(fā)。就其使用功能來(lái)說(shuō)，在其配置的基礎(chǔ)功能之上，還配設(shè)有功能導(dǎo)航器，所以在該軟件的使用過(guò)程中，不僅可以實(shí)現(xiàn)模板的編寫(xiě)與修改，還可以進(jìn)行功能向?qū)?。完成代碼的書(shū)寫(xiě)和方針圖的設(shè)計(jì)之后，可以將仿真代碼生成hex文件，嵌入到仿真圖實(shí)現(xiàn)仿真。晶振電路可以起到計(jì)數(shù)的作用，原理在于晶振震蕩頻率的快慢，一般使用的晶振頻率為11.0592MHz，這個(gè)頻率并不是固定的，可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行修改。在進(jìn)行仿真調(diào)試的時(shí)候，需要仿真器與PC機(jī)之間實(shí)現(xiàn)流暢的數(shù)據(jù)通信，keil配置了LEC，功能是用于數(shù)據(jù)的接收，當(dāng)它通信流暢的時(shí)候，則其會(huì)一直處于閃光狀態(tài)。在開(kāi)始使用keil軟件的時(shí)候，打開(kāi)時(shí)keil軟件處于灰色狀態(tài)，無(wú)法直接的進(jìn)行程序的編輯和調(diào)試，需要先創(chuàng)建一個(gè)新文件。具體的操作流程如下：使用鼠標(biāo)點(diǎn)開(kāi)keil文件，選擇菜單欄的“project”，在下拉菜單中選擇“newuvisionproject”，實(shí)現(xiàn)一個(gè)新文件的創(chuàng)立，并對(duì)新創(chuàng)的文件進(jìn)行命名，文件名稱(chēng)確定后，會(huì)彈出一個(gè)單片機(jī)型號(hào)的選擇窗口，基于實(shí)踐設(shè)計(jì)的需要，選擇合適的單片機(jī)類(lèi)型。本次設(shè)計(jì)使用的單片機(jī)型號(hào)是STC89C52，選擇完成后，點(diǎn)擊“是”。尤為重要的是，在進(jìn)行文件的新建，編輯頁(yè)面的時(shí)候，需要在名稱(chēng)的后面添加后綴名。選定“Target1”，點(diǎn)擊“SourceGroup1”，選擇“addfilestogroupssourcegroup1”，在進(jìn)行編輯的時(shí)候，可以發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的指示燈開(kāi)始閃爍，基于程序的編輯順序，一步一步的進(jìn)行編譯。如果編譯出現(xiàn)錯(cuò)誤，最下面的空白窗口會(huì)進(jìn)行相應(yīng)的提示，使用鼠標(biāo)單機(jī)提示，自動(dòng)索引到錯(cuò)誤出現(xiàn)的位置，設(shè)計(jì)人員根據(jù)提示，進(jìn)行錯(cuò)誤的糾正或警報(bào)的處理。在進(jìn)行多輪的錯(cuò)誤修改之后，在程序編譯沒(méi)有錯(cuò)誤的時(shí)候，可以生成“HEX”文件，如果程序還存在著錯(cuò)誤，則無(wú)法生成該文件。導(dǎo)出“HEX”文件的操作步驟如下所示：用鼠標(biāo)點(diǎn)擊菜單欄的“project”選項(xiàng)卡，在下拉菜單中選擇“optionsfortarget1”，系統(tǒng)彈出窗口，進(jìn)行晶振頻率的設(shè)置，本次設(shè)計(jì)使用的晶振頻率為12MHz，設(shè)置完成后，點(diǎn)擊彈出窗口的“output”選項(xiàng)卡，在“createHEXfile”前的方框內(nèi)勾選。當(dāng)程序的編譯沒(méi)有錯(cuò)誤之后，該窗口會(huì)有“createHEXfilefrom”的選項(xiàng)，點(diǎn)擊該選項(xiàng)，將“HEX”導(dǎo)出來(lái)。KeilC51軟件的打開(kāi)界面具體如圖2.3所示。圖2.3KeilC51軟件打開(kāi)界面3系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)3.1單片機(jī)最小系統(tǒng)電路STC89C52單片機(jī)出現(xiàn)的時(shí)間較早，基于多年的更新和完善，設(shè)計(jì)較為成熟，應(yīng)用廣泛。如果僅僅是讓單片機(jī)運(yùn)行起來(lái)，只需要配置相應(yīng)的晶振電路和復(fù)位電路，組成的系統(tǒng)被稱(chēng)為“最小系統(tǒng)”。晶振電路的作用是為單片機(jī)提供計(jì)數(shù)，是維持單片機(jī)運(yùn)行的核心模塊，復(fù)位電路能夠?qū)崿F(xiàn)單片機(jī)的重啟。任何系統(tǒng)如果想正常的運(yùn)行，都需要配置單片機(jī)的“最小系統(tǒng)”，本文設(shè)計(jì)的“心率檢測(cè)系統(tǒng)”，“最小系統(tǒng)”也發(fā)揮了巨大的作用。在單片機(jī)學(xué)習(xí)網(wǎng)站或相關(guān)的專(zhuān)業(yè)資料上，關(guān)于“最小系統(tǒng)”的搭設(shè)和用途，都有詳細(xì)的說(shuō)明，在設(shè)計(jì)具體單片機(jī)系統(tǒng)的時(shí)候，可以進(jìn)行參考。如下圖3.1為STC89C52型號(hào)單片機(jī)的最小系統(tǒng)圖。圖3.1單片機(jī)最小系統(tǒng)51單片機(jī)功能強(qiáng)大，指令系統(tǒng)完善，現(xiàn)在市場(chǎng)上較為流行的16位單片機(jī)和32位單片機(jī)都是在51單片機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，本次設(shè)計(jì)使用的STC89C52型號(hào)單片機(jī)也不例外。STC89C52型號(hào)單片機(jī)配置相應(yīng)的存儲(chǔ)單元，在系統(tǒng)運(yùn)行課程中，不僅可以實(shí)現(xiàn)程序的控制，而且還可以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。3.1.1復(fù)位電路單片機(jī)最小系統(tǒng)配置了“復(fù)位電路”，復(fù)位電路的工作原理具體如下：給系統(tǒng)供電后，VCC引腳給電容供電，復(fù)位引腳短地，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的復(fù)位，該系統(tǒng)的復(fù)位操作使用的時(shí)間在幾毫秒內(nèi)。在操作過(guò)程中，當(dāng)VCC給電容充滿(mǎn)電后，復(fù)位引腳短地，但是系統(tǒng)沒(méi)有產(chǎn)生復(fù)位，表示復(fù)位電路發(fā)生故障，重啟電源，復(fù)位系統(tǒng)，重新運(yùn)行系統(tǒng)3.1.2晶振電路根據(jù)”單片機(jī)最小系統(tǒng)“可知，晶振電路的構(gòu)成是8MHZ晶振，外加兩個(gè)30PF電容，缺少任何一個(gè)部分，都無(wú)法實(shí)現(xiàn)晶振電路的正常運(yùn)行。晶振會(huì)產(chǎn)生頻率，頻率的大小與安裝的晶振有關(guān)。單片機(jī)計(jì)數(shù)和計(jì)時(shí)都是靠接受晶振發(fā)出的脈沖信號(hào)，晶振的參數(shù)設(shè)置欸8MHZ，表示晶振會(huì)產(chǎn)生的頻率我為8MHZ，該參數(shù)設(shè)置的越高，表示頻率就越高，高參數(shù)設(shè)置的越低，表示頻率就越低。單品機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，晶振電路屬于外設(shè)電路，因此對(duì)于配置了晶振電路的單片機(jī)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，就不需要在嵌入晶振芯片。單片機(jī)引腳的定義如下所示：40引腳：VCC，接的是電源，給系統(tǒng)供應(yīng)5V的直流電；20引腳：GND，接地，該引腳的電壓為0V；9引腳：外界電路是復(fù)位電路，復(fù)位電路對(duì)于單片機(jī)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，是必不可少的，可以使單片機(jī)程序運(yùn)行出現(xiàn)故障的時(shí)候，直接跳到程序的原始位置。復(fù)位電路有一個(gè)RC電路，承擔(dān)濾波的職責(zé)，能夠穩(wěn)定電路。31引腳：當(dāng)該引腳的電平為高電平的時(shí)候，單片機(jī)訪問(wèn)的是片內(nèi)程序，當(dāng)該引腳為低電平的時(shí)候，單片機(jī)可以訪問(wèn)片外程序。19引腳：對(duì)單片機(jī)配設(shè)的時(shí)鐘振蕩器具有控制作用。18引腳：外接的是晶振電路，晶振電路是由8MHZ晶振和兩個(gè)30PF的電容組成的，晶振電路能夠產(chǎn)生持久恒定的頻率，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)系統(tǒng)的計(jì)數(shù)和計(jì)時(shí)，是單片機(jī)系統(tǒng)的重要模塊，對(duì)于單片機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行起到關(guān)鍵作用。P0，P1,P2和P3口是單片機(jī)的輸入輸出口，對(duì)于單個(gè)具體的輸入輸出口來(lái)說(shuō)，又有特殊的作用，具體使用可自行查閱相關(guān)的專(zhuān)業(yè)資料。尤為重要的是，P3口具有復(fù)位作用，當(dāng)單片機(jī)外設(shè)的復(fù)位電路出現(xiàn)故障的時(shí)候，可以使用P3進(jìn)行電路的復(fù)位。3.2LCD顯示模塊本次設(shè)計(jì)經(jīng)費(fèi)有限，因此選用了性?xún)r(jià)比較高的1602顯示模塊，數(shù)據(jù)模塊與主控單元相連，連接的引腳如下圖所示，在每條連接線(xiàn)上都會(huì)串聯(lián)一個(gè)1000歐姆的電阻，以此提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性。圖3.2LCD1602顯示模塊3.2.1LCD的分類(lèi)市場(chǎng)上較為流行的液晶顯示器有兩種，分別是段碼式液晶，另一種是點(diǎn)陣式液晶。段碼式液晶設(shè)計(jì)之初是為了代替數(shù)碼管的，因此其具備數(shù)碼管的一切功能，成本低廉，不僅可以顯示公司的品牌商標(biāo)，而且還可以顯示數(shù)字和特定圖案，受到了各大顧客公司的廣泛認(rèn)可。點(diǎn)陣式數(shù)碼管主要用于顯示漢字，本次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)需要顯示漢字，且點(diǎn)陣式數(shù)碼管種類(lèi)繁多，常用的LCD1602設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、應(yīng)用方便，受到師生的喜愛(ài)，且價(jià)格低廉，所以本次設(shè)計(jì)使用點(diǎn)陣式液晶，具體型號(hào)為L(zhǎng)CD1602。3.2.2LCD模塊的引腳和封裝下面介紹常用的16字*2行（簡(jiǎn)稱(chēng)16*2）字符模塊，如圖3.3所示，通過(guò)圖3.4可以得知PCB封裝圖3.3LCD的原理圖圖3.4LCD封裝圖針對(duì)LCD1602的引腳功能進(jìn)行具體闡述，其有16個(gè)引腳，具體功能如下：引腳1：VSS，接地；引腳2：VCC，為L(zhǎng)CD1602提供5V直流低壓電；引腳3：當(dāng)液晶顯示屏接電的時(shí)候，屏幕的對(duì)比度就會(huì)降低，引腳3可以有效的提高屏幕的對(duì)比度，使得顯示出來(lái)的數(shù)字更加的清晰準(zhǔn)確。需要說(shuō)明的是，當(dāng)顯示屏幕的對(duì)比度過(guò)高，就會(huì)出現(xiàn)“鬼影”現(xiàn)象，所以需要合理操作，有效調(diào)節(jié)對(duì)比度；引腳15和引腳16，分別接背光的正極和負(fù)極。對(duì)程序進(jìn)行編輯可以有效的進(jìn)行液晶模塊的讀寫(xiě)和光標(biāo)的移動(dòng)等操作。下面針對(duì)相關(guān)指令進(jìn)行具體闡述：指令1：清楚01H里的內(nèi)容，光標(biāo)復(fù)位，計(jì)數(shù)器數(shù)據(jù)不變，最后復(fù)位到00H；指令2：光標(biāo)恢復(fù)至原來(lái)的位置；指令3：在寫(xiě)書(shū)數(shù)據(jù)的時(shí)候，顯示光標(biāo)移動(dòng)的位置。指令4：當(dāng)B接高電平的時(shí)候，光標(biāo)開(kāi)始閃爍，當(dāng)B接低電平的時(shí)候，光標(biāo)停止閃爍；當(dāng)C接高電平的時(shí)候，光標(biāo)開(kāi)始出現(xiàn)，當(dāng)C接低電平的時(shí)候，光標(biāo)消失；當(dāng)D接高電平的時(shí)候，屏幕內(nèi)的內(nèi)容開(kāi)始顯示，當(dāng)D接低電平的時(shí)候，屏幕內(nèi)的內(nèi)容消失[20]；指令5：該指令的功能在與實(shí)現(xiàn)光標(biāo)和屏幕內(nèi)容的移動(dòng)，并且配合引腳10和引腳9的使用。當(dāng)引腳10為高電平的時(shí)候，表示屏幕內(nèi)容可以移動(dòng)，當(dāng)引腳10為低電平的時(shí)候，表示光標(biāo)可以移動(dòng)。當(dāng)引腳９為高電平的時(shí)候，移動(dòng)的方向?yàn)橛曳?，?dāng)引腳9為低電平的時(shí)候，表示移動(dòng)的方向?yàn)樽蠓?。指?：用于設(shè)置相應(yīng)的格式，配合引腳9，引腳10和引腳11的使用。當(dāng)引腳9接的是高電平的時(shí)候，表示顯示的字符是按照5乘10的規(guī)范，當(dāng)引腳9接的是低電平的時(shí)候，表示顯示的字符是按照5乘7的規(guī)范；當(dāng)引腳10為高電平的時(shí)候，表示是以雙行的形式進(jìn)行顯示，如果引腳10是低電平，則表示以單行的形式進(jìn)行顯示；當(dāng)引腳11為高電平的時(shí)候，使用的數(shù)據(jù)接口規(guī)格是8位，當(dāng)引腳11為低電平的時(shí)候，使用的數(shù)據(jù)接口規(guī)格為4位。指令7：設(shè)置地址。指令8：對(duì)DDRAM進(jìn)行地址索引，或者數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的時(shí)候，使用的地址范圍00H-7FH；指令9：顯示“忙”或者讀取計(jì)數(shù)器地址，與引腳14配置使用。當(dāng)引腳前接入的是高電平的時(shí)候，表示系統(tǒng)的狀態(tài)為“忙”，此時(shí)系統(tǒng)不接收任何指令和信息；如果系統(tǒng)處于不忙的狀態(tài)，此時(shí)引腳14顯示為“低”電平。指令10：進(jìn)行寫(xiě)CGRAM或者是DDAM，要配合地址設(shè)置命令；指令11：讀CGRAM或DDAM在配置命令是要考慮到地址。初始化LCD1602模塊，則數(shù)據(jù)清零的模塊具體如下：屏幕的內(nèi)容清除掉：功能設(shè)置恢復(fù)原始狀態(tài)；是否顯示恢復(fù)至原始設(shè)定；輸入模式恢復(fù)至原始設(shè)定。3.3擬量輸入模塊設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的心率，脈搏和體溫采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中利用傳感器將離散信號(hào)轉(zhuǎn)成能夠被檢測(cè)的連續(xù)性好，經(jīng)過(guò)調(diào)理后進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換。每路的模擬量通信在經(jīng)由低通濾波之后，運(yùn)行再處理最后再進(jìn)行采樣，而下圖3-5所代表的是，PT1為心率和脈搏采樣的低電壓信號(hào)。利用兩個(gè)運(yùn)行放U1A和U1B處理輸出ADC2-Y0信號(hào)。而U1A運(yùn)放作為反相的比例放大器，而U1B也作為同相比例放大器，這里使用到的是兩個(gè)不同的放器，因?yàn)橄群髥?wèn)題根據(jù)兩個(gè)放大器的有缺點(diǎn)來(lái)完成設(shè)計(jì)。1.同相放大器優(yōu)點(diǎn)：輸入阻抗高，電路的輸出阻抗非常好；缺點(diǎn)：在放大電路之后就會(huì)沒(méi)有虛地。還會(huì)有一個(gè)比較大的共模電奪，不過(guò)抗干擾的能力會(huì)比較差一點(diǎn)，還有一個(gè)比較小的缺點(diǎn)則是需要放大倍數(shù)也只能大于1。

2.反相放大器優(yōu)點(diǎn)：在輸入電位之后其近似值為零，不過(guò)只有差模信號(hào)，其抗干擾能力會(huì)比較強(qiáng)。缺點(diǎn)：其輸入的阻抗會(huì)比較小，而且并不適合用在電路前的輸出阻抗。缺點(diǎn)：輸入阻抗非常小，不適用于電路前的輸出阻抗。圖3.5模擬量通道原理圖在本次設(shè)計(jì)中，采用了單片機(jī)中的中央控制器芯片，它自帶八位的數(shù)模轉(zhuǎn)換器，檢測(cè)精度卻沒(méi)有達(dá)到要求。在這里本設(shè)計(jì)就外加了一個(gè)16位精度的ADC采樣芯片OPA388，同時(shí)由于本次設(shè)計(jì)中采樣2路模擬量數(shù)據(jù)，如果直接使用單片機(jī)采樣，那樣采樣精度會(huì)不準(zhǔn)，所以才有本課題的ADC采樣芯片，采樣精度會(huì)更高。如圖3.6所示為外接OPA3883硬件電路圖。圖3.6OPA388硬件電路圖3.4電源電路本設(shè)計(jì)中所有器件的使用電源均為3.3V直流電源，所以我們必須自制一個(gè)穩(wěn)壓電源，一供單片機(jī)以及外部器件使用，在本次設(shè)計(jì)中將外部接進(jìn)來(lái)的的5V轉(zhuǎn)3.3V用在本課題的供電應(yīng)用中，因?yàn)楸菊n題的功耗有可能比較大，一般的LDO無(wú)法滿(mǎn)足本課題的需求，所以本課題采用DC/DC電路，這樣就能夠提供大功耗電流需求，其控制電路圖如圖3.7所示，圖3.7電源電路4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)針對(duì)儀器的三大參數(shù)采集功能的實(shí)現(xiàn)主要是依靠51微處理器展開(kāi)，所以在系統(tǒng)中51單片機(jī)的作用價(jià)值極大，其承擔(dān)了大量的數(shù)據(jù)采集和處理分析任務(wù)，囊括了的AD采樣以及信號(hào)轉(zhuǎn)化和數(shù)據(jù)上傳等。本論文的工作模式可以分為本地模式以及上位機(jī)模式。所謂的本地模式就是將系統(tǒng)和上位機(jī)版塊完全脫離，自行進(jìn)行獨(dú)立的信息采集工作。在系統(tǒng)執(zhí)行本地模式時(shí)，會(huì)通過(guò)while循環(huán)語(yǔ)句對(duì)三個(gè)ADC采樣函數(shù)進(jìn)行嵌套，分別對(duì)應(yīng)的是心電信號(hào)、脈搏信號(hào)以及體溫信號(hào)。在系統(tǒng)采用無(wú)限循環(huán)輪詢(xún)的方式對(duì)三個(gè)函數(shù)進(jìn)行信號(hào)探取，在檢測(cè)獲取到一定數(shù)值的信號(hào)之后便在LCD上進(jìn)行相對(duì)應(yīng)數(shù)值的顯示；而在人為選擇上位機(jī)模式表示的是采用藍(lán)牙通訊線(xiàn)的方式將采集到的訊號(hào)上傳至上位機(jī)處理器進(jìn)行相對(duì)應(yīng)的處理分析，最終出示對(duì)應(yīng)的測(cè)量結(jié)果。圖4.1為該過(guò)程程序框圖。圖4.1系統(tǒng)主控流程框圖4.2ADC采樣軟件的設(shè)計(jì)本軟件設(shè)計(jì)中采集心率的方法是采取輪詢(xún)的方式，一直循環(huán)采集心率這個(gè)信號(hào)直到采集到心率信號(hào)，軟件流程為在軟件的主程序啟動(dòng)運(yùn)行會(huì)進(jìn)入while循環(huán)語(yǔ)句的時(shí)候，嵌套到這個(gè)while循環(huán)語(yǔ)句中的嵌套的函數(shù)為ADC采樣函數(shù)，這個(gè)采樣函數(shù)采取心率這個(gè)信號(hào)，，如果這個(gè)軟件的主函數(shù)收集到心率信號(hào)這個(gè)主函數(shù)對(duì)所采集到的心率信息進(jìn)行處理，然后讀取該值，并在LCD中進(jìn)行顯示。整個(gè)心率測(cè)量程序流程如圖4.2。圖4.2體重測(cè)量程序流程圖4.3液晶顯程序本設(shè)計(jì)選擇的顯示屏是LCD型號(hào)的顯示屏，這種顯示屏能夠吧數(shù)字和漢字顯示我們能直觀看到的。這個(gè)顯示屏在通電后有可能不會(huì)正常的工作，這種情況是在這個(gè)顯示屏的系統(tǒng)上電的情況下這個(gè)顯示屏要初始化。設(shè)置最開(kāi)始的行，把顯示屏清屏和顯示屏復(fù)位都是這個(gè)顯示屏的初始化的過(guò)程初始化過(guò)程。圖4.3所示的是初始化流程。圖4.3LCD初始化流程在系統(tǒng)運(yùn)行上述程序時(shí)，每一個(gè)漢字都將對(duì)應(yīng)其專(zhuān)屬的字符編碼。在執(zhí)行輸入某一漢子字符時(shí)僅需要找到對(duì)應(yīng)的字符碼，通過(guò)計(jì)算其字模地址顯示起始位置相關(guān)信息。在顯示頁(yè)面存在的復(fù)位鍵是再次執(zhí)行程序的起始鍵，也就是說(shuō)需要進(jìn)行下一操作指令時(shí)需要點(diǎn)擊復(fù)位鍵。圖4.4所示的是LCD主程序流程圖。圖4.4LCD顯示流程5總結(jié)即將面臨畢業(yè)的壓力，而寫(xiě)論文也是衡量我們?cè)诖髮W(xué)所學(xué)成果的標(biāo)準(zhǔn)之一，通過(guò)對(duì)論文里面的知識(shí)點(diǎn)的收集和理解能夠在一次的溫故我們所學(xué)的知識(shí)，為了更好的完成畢業(yè)設(shè)計(jì)，不得不深入的去研究這個(gè)行業(yè)的相關(guān)知識(shí)，還有控制方面的知識(shí)，而在此過(guò)程當(dāng)中，對(duì)于我們專(zhuān)業(yè)知識(shí)的深度也有了一個(gè)更深入的了解，對(duì)于今后找工作也有著非常大的幫助。在設(shè)計(jì)時(shí)所需要的問(wèn)題，我們不得不通過(guò)各種途徑去搜集資料。然后再進(jìn)行深入的研究。此外，我還自學(xué)的PCB作圖以及KEIL軟件，雖然在設(shè)計(jì)的過(guò)程當(dāng)中也有走過(guò)很多彎路，但有些事情還是要自己走過(guò)一遍，才能知道自己那里有不足。這不僅有助于積累經(jīng)驗(yàn)，而且對(duì)于自己的性格也是一個(gè)很好的沉淀。在自己沉下心來(lái)做一件事情的時(shí)候，得到的感受其實(shí)是非常不一樣的，即便是失敗，但也不是空手而歸的。通過(guò)幾個(gè)月的努力我終于完成了此次的設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，不可避免的會(huì)遇到問(wèn)題，而我只能通過(guò)詢(xún)問(wèn)老師還有尋找同學(xué)的幫助，調(diào)用一切可以利用的資源來(lái)完成此次設(shè)計(jì)。在此也非常的感謝班上的同學(xué)，為了解決我的問(wèn)題，我經(jīng)常要跑到宿舍去請(qǐng)教，有時(shí)候還需要先給我輔導(dǎo)理論知識(shí)，然后再教授我相關(guān)知識(shí)的運(yùn)用，經(jīng)常往復(fù)的要去詢(xún)問(wèn)他們，而通過(guò)此種練習(xí)方式，我的技術(shù)得到了非常大不平的提升在其中，令我印象最深刻的就是AD軟件制圖。在以前對(duì)于使用AD軟件制圖這個(gè)概念并不深刻，還有很多地方也不會(huì)使用，有時(shí)候經(jīng)常一個(gè)原理圖出來(lái)了，工作也就完成了，并不知道要去進(jìn)行規(guī)則性的檢查，只是畫(huà)出一個(gè)圖之后，就有一種特別沾沾自喜的感覺(jué)。感覺(jué)自己好像已經(jīng)充分的會(huì)使用這款軟件了，不過(guò)在通過(guò)此次的畢業(yè)設(shè)計(jì)之后，我對(duì)于AD軟件的使用已經(jīng)熟悉很多了，明白了什么是PCB布線(xiàn)，也知道了什么