单片机课程设计数字心率计_课程设计-基于单片机的数字人体心率计设计.doc

课程设计-基于单片机的数字人体心率计设计

中北大学

基于单片机的心率计设计

课 程 设 计 说 明 书

2017年 6月30日

课 程 设 计 任 务 书

1．设计目的：通过本课程设计的学习，学生将复习所学的专业知识，使课堂学习的理论知识应

用于实践，通过本课程设计的实践使学生具有一定的实践操作能力；

熟练使用示波器、信号源、万用表、等仪器设备；

了解传感器的工作原理及其相应的调理电路；

通过该课程设计，掌握设计信息处理系统的思维方法和基本开发过程。

2．设计内容和要求(包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等)：

确定系统设计方案，包括传感器的选择、主控芯片的选择、控制电路设计；

针对部分核心电路进行仿真，优化电路设计；

根据设计电路完成PCB制版，最终完成电路的研制；

４、完成系统程序设计，并绘制程序流程图；

3．设计工作任务及工作量的要求〔包括课程设计计算说明书(论文)、图纸、实物样品等〕：１、确定系统设计方案，包括传感器的选择、主控芯片的选择、信号调理电路电路设计，控制电路设计；

２、针对特定电路进行仿真，优化电路设计；

３、根据设计电路完成PCB制版，最终完成电路的研制；

４、完成系统程序设计，并绘制程序流程图。

课 程 设 计 任 务 书

4．主要参考文献：[1]陈春晓.无仓，血管功能测试诊断仪的研究.生物医学工程学，2003，1(15)，33

[2]周学军，韩香娥.心电信号数字滤波器的设计.应用光学，2009,3(30)，30-31

[3]何希才，薛永毅.传感器及其应用实力.北京:机械工业出版社，2004:52-53

[4]李刚，林凌.生物医学电子学.北京：北京航空航天大学出版社，2004:320-323

5．设计成果形式及要求： (1)课程设计说明书

(2)基于单片机的心率计系统仿真和PCB图

6．工作计划及进度：2017年6月5日----2017年6月16日

6月5日-9日：

6月10日-12日：

6月13日-14日：

6月15日-16日：学科部副主任审查意见：

签字：

年 月 日目录

第一章 心率计设计整体构思1

第二章 单片机芯片介绍2

第三章 电路原理及仿真电路3

3.1 光电式传感器3

3.2前置放大器4

3.3 滤波电路5

3.4 后置放大电路6

第四章 单片机程序设计7

4.1 设计原理7

4.2 软件设计的流程图8

4.3 LED显示电路10

第五章 结果分析11

第六章 心得感悟12

第七章 参考文献13

附录14

心率计设计整体构思

基于单片机的心率计既能发挥单片机快速处理数据的能力，同时伴随着集成化技术的逐渐提升，提携、快速准确、方便实用的心率计将不失为一个更好的选择，真正做到走入家庭、方便个人。

人体的各种生理参数如心电、脑电等生物信号都属于强噪声背景下微弱的低频信号，是由复杂的生命体发出的不稳定的自然信号，心率是指单位时间内内心脏搏动的次数，与脉搏跳动频率基本一致，脉搏信号比较容易测得，因此本设计利用脉搏信号进行心率计数。经过光电式传感器后输出的幅值都在几毫伏左右。

心率计设计步骤如下：

心率计设计的第一步就是要获得原始的脉搏信号，本设计采用光电式传感器通过手指末端透光度的监测，检测出脉搏信号进行心率计数。

由于信号是在强噪声背景下微弱的低频信号，在进行滤波处理前，应该先进行信号的前置放大，由于夹杂干扰信号和噪声，所以放大倍数要较小。

对经过前置放大的信号进行滤波处理，去噪声和干扰信号。

由于前置放大电路放大倍数较小，仍需外加一个后置放大电路，此时的脉搏信号已经滤波去噪，所以可以放大较大倍数方便后续步骤。

将近似正弦的脉搏信号变换成方波信号。

由于单片机的中断分为低电平和下降沿两种触发方式，因此在进行波形变换后，要进行关键的定时计数处理以及计数显示。

前置放大电路滤波电路

单片机定时

光电式传感器

波形变换电路

后置放大电路

图1.1 系统总体流程图

单片机芯片介绍

本次设计采用AT89C51。它的引脚图如下

图2.3 AT89C51引脚图

RST

复位引脚，用于电路初始化操作，有自动上电复位和人工上电复位两种。

XTAL1 和XTAL2

片内震荡电路引脚。这两个端口外接晶体和电容，链接8051片内OSC的定时反馈回路。

VCC

电源引脚，一般+5V。

GND

接地引脚

P0.0-P0.7

这8个引脚可以单独使用