基于单片机的脉搏测量仪的设计

意义：医院的护士每天都要给住院的病人把脉记录病人每分钟脉搏数，方法是用手按在病人腕部的动脉上，根据脉搏的跳动进行计数。为了节省时间，一般不会作1分钟的测量，通常是测量10秒钟时间内心跳的数，再把结果乘以6即得到每分钟的心跳数，即使这样做还是比较费时，而且精度也不高。而该系统以AT89C51单片机为核心，以红外发光二极管和光敏三极管为传感器，并利用单片机系统内部定时器来计算时间，由光敏三极管感应产生脉冲，单片机通过对脉冲累加得到脉搏跳动次数，时间由定时器定时而得。系统运行中能显示脉搏次数和时间，系统停止运行时，能够显示总的脉搏次数和时间。

目的：实现脉搏波的实时存储并可实现与上位机( PC 机) 的实时通讯,作为多参数病人中心监护系统的一个模块完成心率检测和脉搏波形显示。

2.1 光电脉搏测量仪的结构

光电脉搏测量仪是利用光电传感器作为变换原件，把采集到的用于检测脉搏跳动的红外光转换成电信号，用电子仪表进行测量和显示的装置。本系统的组成包括光电传感器、信号处理、单片机电路、数码显示、电源等部分。

1．光电传感器

即将非电量(红外光)转换成电量的转换元件，它由红外发射二极管和接收三极管组成，它可以将接收到的红外光按一定的函数关系(通常是线性关系)转换成便于测量的物理量(如电压、电流或频率等)输出。

2．信号处理

即处理光电传感器采集到的低频信号的模拟电路(包括放大、滤波、整形等)。

3. 单片机电路

即利用单片机自身的定时中断计数功能对输入的脉冲电平进行运算得出心率（包括

AT89C51、外部晶振、外部中断等）。

4．数码显示

即把单片机计算得出的结果用8位LED数码管静态扫描来显示，便于直接准确无误的读出数据。

5. 电源

即向光电传感器、信号处理、单片机提供的电源，可以是5V-9V的交流或直流的稳压电源。

2.2工作原理

本设计采用单片机AT89C51为控制核心，实现脉搏测量仪的基本测量功能。脉搏测量仪硬件框图如下图1.1所示：

图1.1 脉搏测量仪的工作原理

当手指放在红外线发射二极管和接收三极管中间，随着心脏的跳动，血管中血液的流量将发生变换。由于手指放在光的传递路径中，血管中血液饱和程度的变化将引起光的强度发生变化，因此和心跳的节拍相对应，红外接收三极管的电流也跟着改变，这就导致红外接收三极管输出脉冲信号。该信号经放大、滤波、整形后输出，输出的脉冲信号作为单片机的外部中断信号。单片机电路对输入的脉冲信号进行计算处理后把结果送到数码管显示。

硬件：

第三章基本元器件介绍

3.1 AT89C51简介

AT89C5l是美国ATMEL公司生产的低电压、高性能的CMOS 8位单片机，片内含4k bytes 的可反复擦写的只读程序存储器(PEROM)和128 bytes的随机存取数据存储器(RAM)，器件采

用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器(CPU)和Flash存储单元，功能强大AT89CSl单片机可为您提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。

3.1.1 AT89C51 的主要性能

AT89C2051是ATMEL公司生产的带2K字节闪速可编程可擦除只读存储器(EEPROM)的8位单片机,它具有如下主要特性，如图1.2所示：

（1）和MCS-51产品的兼容

（2）2K字节可重编程闪速存储器

（3）耐久性：1,000写／擦除周期

（4）2.7V～6V的操作X围

（5）全静态

图1.2 AT89C2051的结构框图

操作：0Hz～24MHz

·两级加密程序存储器

·128×8位内部RAM

·15根可编程I/O引线

·两个16位定时器/计数器

·六个中断源

·可编程串行UART通道

·直接LED驱动输出

·片内模拟比较器

·低功耗空载和掉电方式

·和MCS-51产品的兼容

·2K字节可重编程闪速存储器·耐久性：1,000写／擦除周期·2.7V～6V的操作X围

·全静态操作：0Hz～24MHz ·两级加密程序存储器

·128×8位内部RAM

·15根可编程I/O引线

·两个16位定时器/计数器·六个中断源

·可编程串行UART通道

·直接LED驱动输出

·片内模拟比较器

·低功耗空载和掉电方式

·和MCS-51产品的兼容

·2K字节可重编程闪速存储器·耐久性：1,000写／擦除周期·2.7V～6V的操作X围

·全静态操作：0Hz～24MHz ·两级加密程序存储器

·128×8位内部RAM

·15根可编程I/O引线

·两个16位定时器/计数器·六个中断源

·可编程串行UART通道

·直接LED驱动输出

·片内模拟比较器

·低功耗空载和掉电方式。

3.1.2 AT89C2051的结构框图

AT89C2051是一带有2K字节闪速可编程可擦除只读存储体(EEPROM)的低电压,高性能8位CMOS微型计算机。如图1.3所示。它采用ATMEL的高密非易失存储技术制造并和工业标准MCS—51指令集和引脚结构兼容。通过在单块芯片上组合通用的CPL1和闪速存储器,ATMEL AT89C2051是一强劲的微型计算机,它对许多嵌入式控制应用提供一高度灵活和成本低的解决办法。

此

图1.3 AT89C2051内部结构图

外,从AT89C2051内部结构图也可看出,其内部结构与8051内部结构基本一致（除模拟比较器外）,引脚RST、XTAL1、XTAL2的特性和外部连接电路也完全与51系列单片机相应引脚一致,但P1口、P3口有其独特之处。

3.1.3 AT89C2051的引脚说明