《脉搏波动频率测量毕业设计（论文）word格式.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《脉搏波动频率测量毕业设计（论文）word格式.doc（46页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、 邵阳学院毕业论文 目 录摘要Abstract1 绪论11.1 中医脉象研究的意义11.2 中医脉诊客观化研究的概况21.3 主要完成的任务及设计思想31.4 论文的结构组成32 脉搏波动频率测量系统总体方案设计42.1 系统硬件电路方案42.2 系统软件方案选择72.3 本章小结83 脉搏波动频率测量系统硬件电路设计93.1 信号放大电路部分的设计93.2 A/D转换电路的设计103.3 单片机微处理系统的设计103.4 LCD显示硬件电路的设计123.5 本章小结164 脉搏波动频率测量系统软件设计174.1 脉搏频率测量原理174.2 系统主程序的设计194.3 脉搏波动频率测量子程序的
2、设计194.4 本章小结215 显示结果与分析225.1 脉搏波动频率测量系统的仿真与分析225.2 本章小结22结论23参考文献24附录1 硬件电路原理图26附录2 元器件列表27附录3 脉搏测量程序28致谢43邵阳学院毕业论文1 绪论1.1 中医脉象研究的意义脉诊在中医“望、闻、问、切”四诊中占很重要的地位，原因有以下几点。首先，脉诊可以辨别病情。通过不断总结，归纳出各种脉象。这种辨脉纲领，便于与临床辨别症状结合起来，使医生能正确地掌握病情。其次，脉诊可以阐述病机。病机是指疾病发生发展的原理，说明疾病过程中的阴阳、表里、寒热、虚实属性及其相互关系。由于脉象随着病机的变化而变化，而且常出现在
3、其他症状之前。所以，脉诊是辨析病情、推测病机的一个重要内容。及时观察脉象的动态，就可以掌握疾病的特性及其变化的规律。最后，脉诊可以指导治疗。脉诊对明辨病机，确定治疗的方法、选方用药有着举足轻重的作用。可以防止误诊或误治，避免医疗事故的发生。通过诊脉判断病情的轻重，观察疗效的好坏，及时接受脉象反馈的信息，随时修正原有的诊疗方案，采取有力的治疗措施，使患者早日康复1。总之，中医对脉诊是十分重视的，认为通过脉诊可以了解患者脏腑气血的盛衰，可以探测病因、病位、预测疗效等。从近代医学的角度来看，人体循环系统承担着协调全身各组织的能量代谢，输送氧气、营养物质，运走代谢废物等重要的工作，还承担运送抗体、激素
4、等物质以协调整体的动态平衡。从整体的角度对疾病进行综合分析，显然循环系统的信息将占很重要的比重；从整个循环系统来看桡动脉介于大动脉与小动脉之间，由于心脏的舒缩、内脏血容量的变化、血管端点阻抗、管道内脉波的反射、血液的粘滞性、血管壁的粘弹性等因素使脉象携带着有关心脏运动、内脏循环、外周循环等丰富的心血管系统及整体的动态信息。因此脉诊的临床意义很大，它的机理是急待于我们进行研究的。千年来，中医一直依靠指面感觉细胞来体会患者桡动脉搏动时所提供的脉信息，在判别脉象的属性方面仅停留在一些形象化的概念上，例如替替然如珠之应指；如微风吹鸟背上的毛厌厌聂聂；如捻葱叶等2。临床脉诊时对某一脉象的认识是以医生指下
5、的体会结合该医生对脉象概念的领会来加以鉴别与区分。由于概念本身较笼统，具体的判别标准又很模糊，内中还掺杂了医生的判别经验及指面感觉等很多主观因素。因此中医脉象在教学中困难较大，临床脉诊时分歧较多。难怪脉经作者王叔和也不得不承认：“脉理精微，其体难辨在心易了，指下难明”。为了让医走向世界，中医脉诊客观化、现代化势在必行，中医脉诊客观化研究是近代中医脉象研究的一个主要方向。1.2 中医脉诊客观化研究的概况早在1860年Vierordt 创建了第一台杠杆式脉搏描记仪，国内20世纪50年代初朱颜将脉搏仪引用到中医脉诊的客观化研究方面。此后随着机械及电子技术的发展，国内外在研制中医脉象仪方面进展很快，尤
6、其是70年代中期，国内天津、上海、贵州、江西等地相继成立了跨学科的脉象研究协作组，多学科共同合作促使中医脉象研究工作进入了一个新的境界。以下按脉象仪探头的形式，传感器的特点及研制者作一简单的归纳，详见表1-12。表1-1 脉象仪的研制情况研制者探头形式（单部）探头形势（三部） 北京医疗器械厂 MX-1型（应变片） BYS-14型（应变片） 上海医疗仪器研究所 MX-3型，MX型（7点式） 3MX-1型（应变片） 天津医疗仪器研究所 MTY-A（寸部7点，应变片） 上海中医学院 ZM-1型（子母式，应变片） 九路型（径向7点，轴向3组） 贵州省脉象协作组 ZH-I型（应变片） ZH-II型，轴向
7、径向均可调节 西安交通大学 圆形气囊加压式（7点） 上海中医研究院 横向线列式九道（应变片） 浙江大学 63点（PVDF压电薄膜） 西苑医院 压电晶体 江西脉图协作组 MX-811型（液态泵） 中科院基础所 硅杯式（单晶硅） 中科院智能机械所 软接触式（应变片，液态） 湖南省中医学院 血管容积式（光敏元件） 湖南省中医研究院 阻抗仪 中国台湾 汪叔游 三部压力换能器 美国 Dr. Laub （压电晶体） 三部手套力与压力复合式 德国 Park. H.S 三部绑带充气加压脉象探头式样很多，有单部、三部、单点、多点、刚性接触式、软性接触式、气压式、硅杯式、液态汞、液态水、子母式等组成脉象探头的主要
8、原件有应变片，压电晶体、单晶硅、光敏元件、PVDF压电薄膜等，其中以单部单点应变片式为最广泛，不过近年来正在向三部多点式方向发展。1.3 主要完成的任务及设计思想本设计完成对脉搏信号的采集及对脉搏波波形的显示。但由于本人能力有限，本设计中主要完成脉搏波动频率，即每分钟脉搏跳动次数的测量及显示，为脉诊的客观化打下基础。将脉搏信号通过脉搏传感器采集、信号放大电路、A/D转换，单片机系统处理得到每分钟脉搏跳动次数，最后在显示电路中直观地显示出来3。本设计主要完成的内容有：(1)脉搏传感器的选型。脉搏传感器的精度、灵敏度、抗干扰能力及安装方式决定了脉搏测量精度，因此其选型对整个设计具有非常重要的作用。
9、(2)系统硬件设计。脉搏传感器出来的信号幅值较低，所以，脉搏传感器出来的信号首先应进行放大。然后，将脉搏信号通过差动式放大电路放大脉冲信号，经A/D转换后，还需要设计单片机微处理系统及显示部分硬件电路。(3)系统软件设计。本设计需给出脉搏波动频率，所以需要对单片机进行编程，以实现对脉搏波动频率的测量、计算及显示。(4)系统软硬件调试。系统硬件电路及软件编程完成之后，需要把程序装载到单片机内，进行调试，以便检查系统设计的正确性和最终显示脉搏波动频率。1.4 论文的结构组成本论文分为五部分:绪论：主要阐述中医脉象研究的意义，及中医脉诊客观化研究的概况，说明主要完成的任务及设计思想，介绍本论文的组成
10、。第二章：主要介绍脉搏波动频率测量系统硬件原理框图及软件实现方案。第三章：介绍以单片机AT89S51为信息处理核心的脉搏波动频率测量的硬件设计电路，详细分析各单元的硬件电路，并给出相关电路原理图。第四章：根据仪器的硬件构成和功能要求，给出相应的软件设计及主要程序流程图。第五章：系统调试过程及得到的结论。 2 脉搏波动频率测量系统总体方案设计2.1 系统硬件电路方案脉搏波动频率测量的实现是通过脉搏传感器采集脉搏信息输出电压信号，经信号放大电路对其进行放大。然后，将放大后的脉搏信号通过A/D转换模块转换为单片机易于处理的脉冲信号。通过对单片机进行编程来实现对脉搏波动频率的测量和计算，最终在显示电路
11、中直观的显示出来。硬件原理框图如图2-1所示。图2-1 脉搏测量系统硬件原理框图由图2-1可知，本系统硬件部分主要由以下部分构成：脉搏传感器部分、信号放大电路部分、A/D转换电路部分、单片机处理电路部分及显示电路部分。其中各部分实现功能如下：(1)脉搏传感器部分。选用合适的脉搏传感器，将脉搏信号转换成电信号输出。脉搏传感器的精度、灵敏度、抗干扰能力及安装方式决定了脉搏测量精度，因此其选型对整个设计具有决定性的作用4。(2)信号放大电路部分。脉搏传感器出来的电压信号较弱，一般在毫伏级，需要进行放大。所以，设计信号放大电路，将脉搏传感器出来的信号进行放大，使之成为一个幅值适当的信号，便于后续电路的
12、处理。(3)A/D转换电路部分。单片机是数字信号处理工具，输入单片机的信号必须是离散的数字信号或者是脉冲信号，经A/D转化，便于单片机处理。(4)单片机处理电路部分。本设计作为一个简单脉搏测量仪，最后需给出脉搏波动频率，以单片机作为信息处理中心，通过对单片机进行编程，完成信号输入检测、信息分析处理及信息显示。(5)显示电路部分。单片机处理得到的脉搏波动频率信息，最后在显示电路中直观地显示出来。所以，需要选用合适的显示设备及显示电路，来实现对脉搏波动频率信息的显示。2.1.1 脉搏传感器的选择传感器又称为换能器、变换器等。脉搏传感器是脉搏检测系统中重要的组成部分，其基本功能是将切脉压力和桡动脉搏
13、动压力这样一些物理量(非电量)转换成为便于测量的电量。脉搏传感器的精度、灵敏度、抗干扰能力及安装方式决定了脉搏测量精度，因此其选型对整个设计具有决定性的作用5。目前，脉搏信号的测量方式主要有：(1)光电脉搏波传感器。血管不受压力时，血流均匀，反射光也比较均匀，故传感器无脉搏信号输出；当血管受压血液不流动时，传感器也无输出信号；只有当血管受到挤压，血管中的血液断续流动时，反射光也随之变化，这时传感器输出脉搏信号，达到了测量脉搏的作用。这种传感器的特点是结构简单、可靠性高、抗干扰能力强，主要用于测量脉搏的跳动次数。人体不同部位的脉搏波波形存在差异，光电脉搏波传感器不适合用于提取不同部位的脉搏波信号
14、6。(2)力传感器测量。其测量原理是，将测力传感器的受力端压在人体桡动脉处，模仿人的指头。这种方式通常采用压阻式传感器，它具有抗干扰能力强的特点，但由于动脉血管产生的力很小，故量程小，抗冲击力不强。(3)脉搏信号还表现为皮肤振动，因此可以用加速度传感器进行检测，其特点是结构简单、体积小、波形测量精度较高。本设计中的脉搏传感器用MPX4115压力传感器，如图2-1所示7。图2-1 信号发生部分 从图2-1可知，压力传感器脚1接运算放大电路输入端，脚2接地，脚3接+5V电源。2.1.2 信号放大电路的选择脉搏传感器出来的电压信号较弱，一般在毫伏级，需要对其进行放大。所以，设计信号放大电路，将脉搏传
15、感器出来的信号进行放大，使之成为一个幅值适当的信号，便于后续电路的处理8。MPX4115型压电式脉搏传感器输出电压大约为-10mv40mv，在后续电路中需要将其通过差动式放大电路，将信号放大，然后通过A/D转换电路转换为数字脉冲信号9。本设计选择了差动式放大电路。2.1.3 单片机的选择本设计作为一个简单脉搏测量仪，最后需给出脉搏波动频率。以单片机作为信息处理中心，通过对单片机进行编程，完成信号输入检测、信息分析处理及信息显示10。(1)AVR单片机AVR单片机是ATMEL公司生产的单片机。高速度(50ns)、低功耗,硬件应用Harward结构，具有预取指令功能，使得指令可以在一个时钟周期内执
16、行，而MSC-51要12个时钟周期执行一条指令。AVR单片机如LPC2131等。(2)凌阳单片机凌阳是台湾凌阳公司推出的单片机，具有高速度、低价、可靠、实用、体积小、功耗低和简单易学等特点，如SPCE061等。(3)51单片机51单片机是INTEL公司生产的。它具有结构简单，价格便宜，易于开发的特点。通用型，有总线扩展，有较强的位处理功能，有全双工异步串行通信口。但是其功能相对较少，访问外部数据有瓶颈，作电压范围窄。本设计中，单片机只需要对脉搏信号的波动频率进行测量、计算和显示，对单片机的要求不是很高。而对51单片机，本人比较熟悉，所以，本设计中选择51单片机作为信息处理中心。在51系列单片机
17、中，AT89系列单片机是美国ATMEL公司推出的一种新型高性能低价位、低电压低功耗的8位CMOS微型计算机。AT89S51就是其中一款，它可以完全满足本设计的设计要求，而且，AT89S51的价格较低。2.2 系统软件方案选择2.2.1 脉搏波动频率测量方案的选择通过放大电路经A/D转换之后的信号为脉冲信号。脉冲信号的频率是指在单位时间内由信号所产生的交变次数或脉冲个数，即。可以看出测量fx必须将N或t两个量之一作为闸门或基准，对另一个量进行测量。对于不同的频率范围，有三种不同的测量方法12。(1)周期测量法：适用于低频信号。采用单片机内的一个定时/计数器，以单片机内的标准机器周期作为标准时基信
18、号Ts。被测信号的周期作为信号闸门，由程序控制开关对时基进行计数得nx，因此被测信号周期为，每分钟脉搏跳动次数为。(2)多周期同步法：适用于中频信号。其特点是标准频率信号不是用来填充待测信号的周期，而是与待测信号分别输入到两个计数器进行同步计数。(3)频率测量法：适用于高频信号。充分利用单片机内的两个定时/计数器，一个作为定时器，给出标准闸门信号，另一个作为计数器。人体脉搏波动频率一般为6080次/min，其频率成分主要分布在020Hz之间，属于次声，最高频率不超过40Hz，一般情况下为1Hz左右，属于低频信号。所以，本设计中选择周期测量法13。2.2.2 单片机工作方式的选择单片机数据传送方
19、式一般有以下几种：(1)查询方式：由于CPU与外设之间存在时序、速度等差异，在数据传送前必须检测接口状态，探查外设是否数据准备就绪。查询方式优点是结构简单，硬件开销小；缺点是CPU在整个传送过程中需要不断检测外设状态，由于CPU的速度远远高于外设，因此通常处于等待状态，工作效率很低。(2)中断方式：CPU无需检测外设是否数据准备就绪，不占据CPU时间，因此CPU与外设并行工作，提高了CPU的工作效率，还满足了外设的实时要求。本设计中，只对A/D转换后的脉冲信号进行频率计算，CPU工作不是很繁忙，可以选择查询方式。2.2.3 显示电路方案的选择脉搏信号经过单片机处理，得到脉搏波动频率之后，需要在
20、显示电路中直观地显示出来。所以，需要选用合适的显示设备及显示电路，来实现对脉搏波动频率信息的显示。人体脉搏信号从时域上看，是一个周期性较强的准周期信号。脉搏波动频率一般为6080次/min。本设计中，显示位数较多。可以选择LCD字符液晶屏来对脉搏波动频率信息进行显示14。它具有：电参数(VDD=5.0V 10%,VSS=0V,Ta=25 )显示内容：16字符x 2 行字符点阵：5 x 8点驱动方式：1/16D可供型号：TN STN(黄绿模灰模黑白模)反射型带EL或LCD背光源LCD常用显示方法有两种：静态显示和动态扫描显示。（1）静态显示：所谓静态显示，就是每一个显示器都要占用单独的具有锁存功
21、能的 I/O接口用于笔划段字形显示。这样单片机只要把要显示的字形代码发送到接口电路，就不用管它了，直到要显示新的数据时，再发送新的字形码，因此，使用这种方法单片机中CPU的开销小，较小的电流能得到较高的亮度且字符不闪烁。静态显示适用于显示器位数较少时。（2）动态扫描显示：所谓动态显示，就是一位一位地轮流点亮显示器各个位（扫描），对于显示器的每一位来说，每隔一段时间点亮一次。利用人的视觉暂留功能可以看到整个显示，但必需保证扫描速度足够快，字符才不闪烁。当显示位数较多时，用静态显示所需的I/O太多，一般采用动态显示的方法。本设计中，显示的脉搏波动频率，同时显示脉搏次数和测试时间，选用动态显示。2.
22、3 本章小结本章主要介绍了脉搏波动频率测量系统硬件原理框图及软件实现方案，并通过比较硬件电路组成部分和软件部分各种实现方案，最终确立设计方案。3 脉搏波动频率测量系统硬件电路设计本设计中，脉搏波动频率测量的实现是通过脉搏传感器采集脉搏信息输出电压信号，经信号放大电路对其进行放大。然后，将放大后的脉搏信号通过A/D转换电路转换为单片机易于处理的脉冲信号。通过对单片机进行编程来实现对脉搏波动频率的测量和计算，并在显示电路中直观的显示出来15。为达到电路结构简单实用的设计目的，从设计要求出发，设计了信号放大电路、A/D转换电路，单片机处理电路及LCD显示电路等。本章对各部分电路的设计进行详细论述与分
23、析。3.1 信号放大电路部分的设计脉搏传感器出来的电压信号较弱，在毫伏级，需要对其进行放大。所以，设计信号放大电路，将脉搏传感器出来的信号进行放大，使之成为一个幅值适当的信号，便于后续电路的处理16。本设计中采用的是差动式放大电路，如图3-1所示。图3-1 差动式放大电路从图3-1中可以得到：U0与Ui的关系式：设UBE=0.7VIBR2+0.7V+2IE=Ui ,IE=（1+）IBIc=IBU0=Vcc-IcR43.2 A/D转换电路的设计放大后的脉搏信号，幅值为-1V4V，而在后续电路中，需要把放大后的脉搏信号转换为易于单片机处理得到脉搏波动频率信息的脉冲信号。单片机是数字信号处理工具，输
24、入单片机的信号必须是离散的数字信号或者是脉冲信号，经A/D转化，便于单片机处理17。其原理图如图3-2所示。只有当信号幅值在一定范围内时才会实现模数转换功能，以便记录脉搏次数。图3-2 A/D转换电路3.3 单片机微处理系统的设计本设计作为一个简单脉搏测量仪，最后需给出脉搏波动频率，以单片机作为信息处理中心，通过对单片机进行编程，完成信号输入检测、信息分析处理及信息显示。 从实用性、设计、货源及价格的角度出发，并且考虑到本设计对单片机没有特殊的要求，选用了常用的AT89S51单片机。AT89S51单片机的引脚如图3-3所示。图3-3 AT89S51单片机引脚图在AT89S51单片机引脚图中，P
25、3口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口。P3口除了作为一般的I/O口线外，更重要的用途是它的第二功能，如表3-1所示。本设计正是利用T0口的定时功能实现对脉搏波动频率的测量。AT89S51单片机不仅完全可以实现对脉搏波动频率测量的控制要求，而且可以在线编程调试，符合设计的要求。表3-1 P3口第二功能端口引脚第二功能P3.0 RXD（串行输入口）P3.1 TXD（串行输出口）P3.2 INTO（外中断0）P3.3 INT1（外中断1）P3.4 T0（定时/计数0外部输入）P3.5 T1（定时/计数1外部输入）P3.6 WR（外部数据存储器写选通）P3.7 RD（外部数据存储器读选通）本设计
26、中对脉搏频率的测量，采用周期测量法。将单片机内定时/计数器T0定为16位定时器，对内部机器周期计数18。将A/D转换出来的脉冲信号接到单片机的P2.5口上，则定时器的开关由程序根据P2.5口上的状态进行控制。检测到上升沿时开T0计数，当紧接着的另一个上升沿被检测到时关T0计数。T0中的计数值为nx，则被测信号周期，频率，对于12MHz晶振，Ts=1s。单片机微处理系统硬件电路如图3-4所示。P1.0 T2（定时器/计数器T2的外部计数输入），时钟输出P1.1 T2EX（定时器/计数器T2的捕捉/重载触发信号和方向控制）P1.5 MOSI（在系统编程用）P1.6 MISO（在系统编程用）P1.7
27、 SCK（在系统编程用）图3-4 单片机微处理系统硬件电路3.4 LCD显示硬件电路的设计脉搏信号经过单片机处理，得到脉搏波动频率之后，需要在显示电路中直观地显示出来。所以，需要选用合适的显示设备及显示电路，来实现对脉搏波动频率信息的显示。本设计中，采用1602字符液晶屏动态显示方式来显示脉搏波动频率信息。显示电路如图3-5所示。图3-5 LCD显示硬件电路时序参数1602字符液晶屏时序参数如表3.2所示。表3.2 1602液晶时序参数时序参数符号最大值典型值最小值单位测试条件E信号周期tC400-ns引脚EE脉冲宽度tRW150-ns引脚EE上升/下降时间tR tF-25ns引脚E地址建立时
28、间tSP130-ns引脚E RS RW地址保持时间tHD110-ns引脚E RS RW数据建立时间（读操作）tD-100ns引脚DB-DB7数据保持时间（读操作）tHD220-ns引脚DB-DB7数据建立时间（写操作）tSP240-ns引脚DB-DB7数据保持时间（写操作）tHD310-ns引脚DB-DB7硬件端口定义硬件端口定义及软件资源分配如表3.3所示。表3.3 液晶驱动程序硬件端口资源分配表硬件端口分配资源说 明RSP0.0寄存器选择控制线RWP0.1LCD读写控制线EP0.2启用控制线，高电平动作LCDP2双向数据总线POS_FLAG20H字符串显示位置标志，为0时显示在第一行，为1
29、时显示在第二行BLANK30H清行时填入的空格个数控制变量LCD初始化液晶显示模块1602的控制指令:1602的控制指令共11条28,其中9条针对命令寄存器IR的，另外2条是针对数据寄存器DR的，具体指令如表3.4所示。表3.4 1602指令表（注：表示可以为0或1）编号指 令RSRWD7D6D5D4D3D2D1D01清屏显示00000000012光标返回0000000013置输入模式00000001I/DS4显示开/关控制0000001DCB5光标或字符移位000001S/CR/L6置功能00001DLNF7置字符发生存储器地址0001字符发生存储器地址(AGG)8置数据存储器地址001显示
30、数据存储器地址(ADD)9读忙标志或地址01BF计数器地址(AC)10写数到CGRAM或DDRAM10要写的数据11从CGRAM或DDRAM读数11读出的数据上表的相关命令设置如表3.5所示。表3.5 1602指令相关设置命 令设置命 令设置I/D1增量方式，0减量方式S/C1显示器移位，0光标移位S1不移动，0移动R/L1右移，0左移D1显示，0不显示DL18BIT，06BITC1显示光标，0不显示光标N12 行，01 行B1光标闪烁，0光标不闪烁F15*10 字型，05*7 字型BF1正在执行内部操作，0可接收命令控制信号（RS、RW、E）与对应功能的真值表如表3.6所示。表3.6 控制使
31、能端真值表RSRWE功能RSR/WE功能00下降沿写指令代码10下降沿写数据01上升沿读忙标志和AC码10上升沿读数据字符/图形点阵LCD模组如表3.7所示。表3.7 字符/图形点阵LCD模组0000001000110100010101100111xxxx0000(1)0Ppxxxx0001(2)!1AQaqxxxx0010(3)“2BRbrxxxx0011(4)#3CScsxxxx0100(5)$4DTdtxxxx0101(6)%5EUeuxxxx0110(7)&6FVfvxxxx0111(8)7GWgwxxxx1000(1)(8HXhxxxxx1001(2)9IYiyxxxx1010(3)
32、*:JZjzxxxx1011(4)+;Kkxxxx1100(5),Nnxxxx1111(8)/?O_o3.5 本章小结本章主要介绍了以单片机AT89S51为信息处理核心的脉搏波动频率测量系统的硬件设计电路，详细分析各部分的硬件电路，并给出了相关电路原理图。硬件电路原理图见附录1。4 脉搏波动频率测量系统软件设计从脉搏传感器出来的脉搏信号，经过放大电路、电压基准变化电路、过零比较器，转换为脉冲信号之后，需要对单片机进行编程，实现对脉搏波动频率的测量、计算和显示。本设计中，软件设计采用模块化结构。根据脉搏波动频率测量系统的设定功能，将软件划分为若干个功能相对独立的模块，主要有系统主程序和脉搏波动频
33、率测量模块。本章给出主要模块的程序设计思想和流程图。4.1 脉搏频率测量原理 脉冲信号的频率是指在单位时间内由信号所产生的交变次数或脉冲个数，即fx=N/t可以看出测量fx必须将N或t两个量之一作为闸门或基准，对另一个量进行测量。周期测量法：适用于低频信号。采用单片机内的一个定时/计数器，以单片机内的标准机器周期作为标准时基信号Ts，如图4-1所示。被测信号的周期作为信号闸门，由程序控制开关对时基进行计数得nx，因此被测信号周期为。图4-1 周期测量法原理多周期同步法：适用于中频信号。其特点是标准频率信号不是用来填充待测信号的周期，而是与待测信号分别输入到两个计数器进行同步计数。首先，由单片机
34、给出闸门开启信号，此时，计数器并不开始计数，而是等到被测信号的上升沿到来时，才真正开始计数。然后，两级计数器分别对被测信号和标准信号计数19。当单片机给出闸门关闭信号后，计数器并不立即停止计数而是等到被测信号上升沿来到的时刻才真正结束计数，完成一次测量过程。如图4-2所示，可以看出，实际闸门与参考闸门并不严格相等，但最大差值不超过被测信号的一个周期。设对被测信号的计数值为Nx，对时基信号的计数值为N0，时基信号的频率为f0，则被测信号的频率为： 。图4-2 多周期测量法原理频率测量法：适用于高频信号。充分利用单片机内的两个定时/计数器。一个作为定时器，给出标准闸门信号Tz，另一个作为计数器，对
35、fx的变化次数直接进行计数得Nx，如图4-3所示。图4-3 脉搏波动频率测量法原理人体脉搏信号从时域上看，是一个周期性较强的准周期信号。脉搏波动频率为6080次/min，其频率一般情况下为1Hz左右，属于低频信号20。所以，本设计中采用周期测量法。4.2 系统主程序的设计系统主程序控制单片机系统按预定的操作方式运行，是单片机系统程序的框架。系统主程序流程图如图4-4所示。图4-4 系统主程序流程图上电后，首先进行整机初始化处理。主程序的初始化模块主要完成仪器硬件、软件的初态设置，单片机内专用寄存器的设定，单片机工作方式及各端口的工作状态的规定。整机初始化结束后，检测P3.2口的状态，如果检测到
36、上升沿，则进入脉搏波动频率测量子程序，测得脉搏波动频率之后，送到LCD显示单元进行显示。4.3 脉搏波动频率测量子程序的设计本设计中对脉搏频率的测量采用周期测量法。可将单片机内定时/计数器T0定为16位定时器，对内部机器周期计数，即方式控制字为#01H。脉搏波动频率测量子程序流程图如图4-5所示。定时器的开关由程序根据P3.2口上的状态进行控制，检测到上升沿时开T0计数，当紧接着的另一个上升沿被检测到时关T0计数21。T0中的计数值为nx，则被测脉搏信号周期（对于12MHz晶振，Ts=1s），每分钟跳动次数。图4-5脉搏波动频率测量子程序流程图考虑到脉搏的频率很低，大约为1Hz左右，而16 位
37、定时/计数器的最高计数值为65535，这样定时/计数器将发生溢出，且最后脉搏波动频率的计算涉及到双字节除法，编程较复杂22。为此，采用定时器中断方式，即在一个脉搏周期内，隔一段时间T1，T1即为中断周期。设N为每分钟脉搏跳动次数，T为脉搏跳动周期，则本设计中，设定显示的每分钟脉搏跳动次数误差不超过1次，则若T=2，则定时器周期不超过1/15秒。若T=1，则定时器周期不超过1/60秒。取T=1，即定时器周期不超过1/60秒。设中断周期为T1，中断次数为n，则：为方便计算，取： 。由于定时器周期不超过1/60秒，即， ，故取m=7。即中断周期为。每分钟脉搏跳动次数，为方便计算，取。系统程序见附录2
38、。4.4 本章小结本章主要介绍了系统的软件设计部分，给出相应设计模块的设计说明及主流程图。5 显示结果与分析5.1 脉搏波动频率测量系统的仿真与分析作为一个设计性的题目，需要在实际电路中检验电路设计和程序编制的正确性。按照设计的硬件电路图焊接好电路，焊接的导线尽量不要冗长。用proteus仿真，画好电路，连接起来，将程序烧写器编译好的程序烧入单片机，运行检查无错误后，按下开始键，再按动脉搏，此时记数记时启动，在LCD上相应显示脉搏搏动次数以及时间。搏动一定次数后，按下结束键，结束记时计数并计算脉搏频率。在LCD上得到的显示结果，如图5-1所示。仿真开始时，开启秒表，通过秒表记时与LCD显示上的
39、时间对照，时间上基本无误差，并依据显示的次数与时间，计算，显示结果正确。加快或放慢波动频率，当结果超出下限40次/min或上限120次/min时，则会报警。图5-1 LCD显示结果实际仿真操作过程中，由于脉搏搏动频率的不同，将得到不同的脉搏波动频率结果。5.2 本章小结本章对脉搏波动频率测量系统进行了调试，调试表明：本设计能够实现对脉搏波动频率的测量与显示，达到了设计的要求。结论本文设计的脉搏测量仪，主要用于显示脉搏波的脉搏波动频率信息。先通过压电脉搏传感器提取出脉搏信号，经信号放大电路放大，然后将放大后的脉搏信号通过A/D转换电路转换为单片机易于处理的脉冲信号。接着单片机对转换后的信号进行处
40、理得出脉搏波动频率信息，最后送到LCD显示单元中显示。经过调试表明本设计能够实现对脉搏波动频率的测量与显示，达到了设计的要求。本设计的设计内容较为简单，只涉及到对脉搏波动频率的测量，对于脉搏测量仪的进一步工作展望：（1）利用串口通信将脉搏波传送给计算机，利用计算机来对脉象信息进行存储，并通过编程实现对脉象信息进行图形再现。（2）本设计中只采集了一路脉搏信号，以后的设计中可以采用多路脉搏信号采集，这样可以提高系统的准确度和可靠性。（3）对采集到的脉搏信号进行分析和处理，做一个脉搏自动检测与诊断系统，用户可以自己通过它来检测身体状况。通过这几个月的毕业设计生活，我从中感悟了很多，体会了很多：理论知
41、识和实践的区别是很大的。书本上的1K电阻就是精确的1K，但到了真正的实际电路中，要找到精确的1K电阻，就不是那么容易的事情了。书本上的很多东西都是在理想情况下得出来的，但是，到了实践中，就没有理想情况了，考虑的问题也就多了。实践能力需要平时的积累和培养。大学四年，书本知识是认真学了，但实践动手的能力却没有锻炼起来。所以导致了在毕业设计中遇到很多困难，一时不知所措，走了很多弯路，浪费了很多时间。勤学好问、团结协作精神的重要性。我的毕业设计要求和几个同学的有很多类似之处，通过与她们的交流中，我得到了很多有益的帮助。以后走上了工作岗位，团结协作精神也是至关重要的。相信，经过这次毕业设计，我的所感所悟
42、，一定会对今后的学习、工作和生活有所帮助。参考文献1 张亮.脉搏采集系统的研制D.东北大学，2005.10-152 刘继光.人体脉搏信号的采集装置D.沈阳工业大学，2006. 21-223 何金茂.电子技术基础实验M.北京：高等教育出版社，1989：47-48.4 彭承琳.生物医学传感器原理与应用M.北京：高等教育出版社，2000：90-99.5 彭承琳.生物医学传感器原理与应用M.重庆：重庆大学出版社，1996: 125-155.6 梁妃学，姚翔，于巍，邓亲恺.双通道脉搏波速度测量系统的研制J.中国医学物理学杂志，2006， 23(3)：209-212.7 蔡建新.张唯真.生物医学电子学M.
43、北京：北京大学出版社，1997：79-82. 8 齐颂扬.医学仪器M.北京：高等教育出版社，1993:35-39.9 李俊国，冯月晖.压电式脉搏传感器的研制J.西南科技大学学报，2004，19（1）：34-36.10 姜志海，黄玉清，刘连鑫，冯占英.单片机原理及应用M.北京：电子工业出版社，2005：193-195.11 康华光，陈大钦.电子技术基础（模拟部分）M.北京：高等教育出版社，1998：330-330.12 程咏梅，夏雅琴，尚岚.人体脉搏波信号检测系统J.北京生物医学工程，2006，25(5)：520-523.13 周明德.微型计算机原理及应用M.北京:清华大学出版社，2005:350-354.14 陈明义，杨华，杨亮.智能脉搏测试仪的设计J.计算技术与自动化，2002，21(3)：117-119.15 朱国富，廖明涛，王博亮.袖珍式脉搏波测量仪J.电子技术应用，1998，(1)：30-31.16 隋传国.脉搏信号的拾取和放大处理J.中国仪器仪表，2005，(6):102-104.17 刘云丽，徐可欣，王玉祥，符诚志.微功耗光电式脉搏测量仪J.电子测量技术，2005，(2): 20-21.18 张东青，王元昔.新型自检脉搏传感器的研制J.传感器技术，2001