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便携式心率测试仪电子系统设计报告.doc

便携式心率测试仪电子系统设计报告

仙人指路
2018-05-08 0人阅读 举报 0 0 0 暂无简介

简介:本文档为《便携式心率测试仪电子系统设计报告doc》,可适用于职业岗位领域

五邑大学电子系统设计结题报告题目:便携式心率测试仪院系信息工程学院专业电子信息工程学号学生姓名指导教师报告日期目录、摘要、课题研究意义背景设计任务与要求、方案设计说明硬件电路原理分析说明信号放大电路滤波电路整形电路单片机信号处理电路数码管显示电路软件设计编程环境与开发工具源程序及注解、调试过程遇到的问题与解决的方法、、设计总结及体会、参考文献、附录、摘要本文设计了一种基于STCC单片机实现的便携式心率测试仪接受心率测试检测模块发送的信号并对信号进行检测分析并显示从而实现心率测试功能。该系统的硬件单元包括信号放大电路、滤波电路、整形电路、单片机控制电路和数码管显示电路。采用了放大电路后使得采集的脉搏信号放大到整形电路要求的电压幅度。滤波电路消除了干扰得到特定频率的低频信号。整形电路把模拟信号转换成单片机能够处理的数字信号。单片机内的处理程序将接收到的信号进行监测分析得出心率值经单片机IO口发送给由数码管组成的显示模块显示。、课题研究意义背景)健康的重要性不言而喻越来越多的研究表明心率是健康极其重要的指标。一般人们为了知道自己的运动或者劳动强度是否超负荷尤其是老年人、运动员等他们都得赶到医院而不能实时测量和预知。为了贯彻党和国家ldquo预防为主rdquo的医疗方针满足人们能享受基本医疗保健的愿望便携式心率测试仪应运而生也极具市场潜力。)心脏病人往往需要经常去医院定期心脏检测此仪器可以随时将病人的心脏情况记录和保存并发送给医生从而给病人带来便捷也有助于治疗当心脏类疾病突发时也可以提前将心脏情况发送给医生从而缩短救援时间提高救援成功率。设计任务与要求设计任务:设计基于C单片机的便携式心率测试仪。要求:()设计脉搏波放大、滤波、整形电路实现所采集的脉搏信号的放大、滤波、整形。()设计单片机电路及处理程序与数码管显示电路实现心率信号的处理与正确显示。、方案设计说明硬件电路原理分析说明信号放大电路作用:将采集的幅度值过小的心率信号放大到足够大的幅值。原理:电路如图所示:利用运算放大器实现反向比例放大电路。运算放大器在深度负反馈的条件下工作于线性区根据ldquo虚短rdquo和ldquo虚断rdquo的概念对以上电路进行分析可得:放大器增益Ua=RR=电路采用LM双极型线性集成放大器有直流电压增益高(约dB)单位增益频带宽等特点同理再接一级放大器后放大增益为电路图如下:滤波电路作用:由于心律值为低频周期信号需要滤除高频杂波信号得到特定频率的低频信号。原理:电路如图所示。由于一阶低通滤波器的滤波特性和理想低通滤波器的特性相差较大为了使实际低通滤波器特性更接近理想特性电路采用了由一阶滤波器基础上外加RC网络组成的二阶压控有源低通滤波电路是高频段的衰减斜率更大滤波效果更好。二阶滤波器截止频率fH=piRC通带电压增益Aup=RfR,R=R=R=k,Rf=R=k得截止频率为fH=HZ放大增益为整形电路作用:把模拟信号转换成单片机能够处理的数字信号。原理:电路图如图所示定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。设计采用定时器构成施密特触发器各引脚功能分别为:脚:外接电源负端VSS或接地一般情况下接地。 脚:低触发端接经放大、滤波后的心率信号脚:输出端Vo与单片机输入端相连脚:是直接清零端。当此端接低电平则时基电路不工作此时不论TR、TH处于何电平时基电路输出为ldquordquo该端不用所以接高电平。 脚:VC为控制电压端。若此端外接电压则可改变内部两个比较器的基准电压该端不用故将该端串入一只nF电容接地以防引入干扰。脚:TH高触发端  脚:放电端。该端与放电管集电极相连用做定时器时电容的放电。在此电路不用脚:外接电源VCC一般用V。 当输入信号V从零逐渐升高时当VVcc时Vo输出高电平当VccVVcc时Vo保持不变输出高电平当VVcc时Vo输出低电平当输入信号V从VVcc逐渐下降时当VVcc时Vo输出低电平当VccVVcc时Vo保持不变输出低电平当VVcc时Vo输出高电平单片机信号处理电路作用:对方波信号进行处理并输出心率信号到显示模块。原理:电路图如图所示ATC芯片的个引脚图及其功能为:VCC:供电电压。GND:接地。P口:P口为一个位漏级开路双向IO口每脚可吸收TTL门电流。当P口的管脚第一次写时被定义为高阻输入。P能够用于外部程序数据存储器它可以被定义为数据地址的第八位。在本设计中做输出端口分别接数码管的a,b,c,d,e,f,g,dpP口:P口是一个内部提供上拉电阻的位双向IO口P口缓冲器能接收输出TTL门电流。P口管脚写入后被内部上拉为高可用作输入P口被外部下拉为低电平时将输出电流这是由于内部上拉的缘故。P口在本设计中不用。P口:P口为一个内部上拉电阻的位双向IO口P口缓冲器可接收输出个TTL门电流当P口被写ldquordquo时其管脚被内部上拉电阻拉高且作为输入。并因此作为输入时P口的管脚被外部拉低将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P口在本设计中分别通过PNP三极管接共阳数码管的脚。P口:P口管脚是个带内部上拉电阻的双向IO口可接收输出个TTL门电流。当P口写入ldquordquo后它们被内部上拉为高电平并用作输入。作为输入由于外部下拉为低电平P口将输出电流(ILL)这是由于上拉的缘故。ALEPROG:当访问外部存储器时地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。XTAL:反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL:来自反向振荡器的输出。电路中由MHZ晶振Y、电容C、C组成单片机的时钟振荡电路开关S、电容C、R组成单片机的复位电路。数码管显示电路作用:通过数码管显示将心率信号直观地显示。原理:本设计采用四位七段共阳数码管从正面看数码管管脚从左到右上面管脚分别为:,a,f,,,b下面管脚分别为:e,d,dp,c,g,,,,是个数码管的位选为位选通管脚由于是共阳数码管所以位选要接三极管驱动分别通过三极管与单片机的P口连接a,b,c,d,e,f,g,dp是段码低电平有效。各管脚与单片机间连接一个k电阻起限流作用。数码管的动态扫描单片机通过运算得出心率并通过P管脚输出显示。由于四位数码管的段选并联所以每次只能有一位数码管处于接通状态在编程时需要输出段选和位选位选信号选中一个其中一个数码管然后输出段码使数码管显示所需要的内容延时~ms后再显示下一个数码管数码管的动态扫描利用了人眼的暂留效应通过短时间内的交替显示而使人看到数码管同时显示。软件设计编程环境与开发工具由VisualC编写源程序并通过uvision软件检测无错误后烧录到单片机内。程序运行无错误。源程序及注解#includeregh包含C头文件#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintbitflag=ucharnum,t,shu,bai,shi,ge定义变量sbitZD=P^sbitd=P^sbitd=P^sbitd=P^uintxintiaoucharcodetable={xc,xf,xa,xb,x,x,x,xf,xf}ucharcodetable={,,}定义的数据要放在ROM里面voiddelay(ucharz)延时函数延时时间=z*j个机器时间{uchari,jfor(i=zii)for(j=jj)}voidXS(ucharbai,ucharshi,ucharge)显示函数{d=tableP=tablebaidelay()输出显示一位后延时个机器周期d=tableP=tableshidelay()d=tableP=tablegedelay()}voidmain(){TMOD=x设置定时器为定时模式在工作方式TH=()TL=()EA=开总中断ET=允许定时器开中断EX=允许外部中断中断IT=外部中断选择电平触发方式t=XS(,,)数码管显示初值while(!flag)xintiao=shu*bai=xintiaoshi=(xintiaobai*)ge=xintiaowhile(){XS(bai,shi,ge)输出显示分别为百、十、个位}}voidTtime()interrupt定时器中断{TH=()TL=()numif(num==){num=tif(t==){TR=定时器关闭EX=flag=外部中断关闭}}}voidINTZD()interrupt{TR=定时器开始工作shu}、调试过程遇到的问题与解决的方法)在做设计的过程中发现自己对一些专业软件和知识还不够熟悉比如:设计开始事还没有很多地接触单片机、没用过Proteus软件、仿真软件不熟悉C程序设计知识遗忘等等。让设计开始时举步维艰解决方法:通过跟同学请教、讨论还有借助网络搜索信息。)第一部分刚组装好电路板后出不来方波。解决方法:用示波器根据电路图逐个逐个阶段地测量分析最终找到问题出在哪段放大电路。、设计总结及体会在整个电子系统设计长达十六周的过程中我感觉自己学到了很多也发现了自己的很多不足从刚开始接触这个课程由于基础太扎实电路和编程知识都远远不够用这个问题在后来的实践中也证实了从电路的设计到PCB排版我不仅踏踏实实地复习了一遍之前的模电和protel软件知识我也感受到了要成为一名优秀的技术人员耐心是必不可少的。不知道数码管怎么与单片机使用我就上网查询通过搜索我了解到了各种类型数码管的各种特性和使用方法不禁感叹网络资源的丰富和善于思考的重要性。在对单片机程序的编写过程中我犯了很多的错误经过一次又一次的修改才一步一步得接近我预想的结果这过程中我感受到了单片机这块内容的博大精深自己对它的掌握还是远远不够需要自己继续加深学习和研究才能有所突破同时也激励了我要敢于去实践去思考解决问题的方法。在设计过程中我们不仅仅使自身水平得到了检验更重要的是学到很多课本上没有的知识使自己得到了进一步的提高。同时也特别感谢各位老师和同学的帮助和支持使我们这次设计能够顺利完成。、参考文献《模拟电子技术基础》廖惜春主编华中科技大学出版社《数字电路与逻辑设计》许秀平主编《便携式自动心率检测仪的设计》蔡启明《工程背景下的单片机原理及系统设计》刘焕成、附录完整原理图PCB图

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