心音采集与显示课程设计报告讲解

电子课程设计报告

题目《基于51单片机的心音采集系统》

学院生物医学工程学院

专业生物医学工程（仪器）

年级 11级

姓名班福香

学号 11161057

指导老师谢勤岚

目录

一、设计背景 (1)

二、设计目的 (2)

三、设计思路 (2)

四、系统框图 (3)

五、系统主控模块原理 (4)

六、软件设计 (7)

七、结果仿真 (12)

八、报告总结 (13)

九、参考文献 (14)

一、设计背景

随着社会的发展，生活水平提高了，同时生活压力也不断地加重。然而各种心血管疾病发病率也越来越高，收入水平的提高也使得人们对保健的需求和质量的需求和要求也越来越高。近几年来越来越多的医疗仪器被研发。

心音能反应出心脏的生理情况，因此可以通过心音来诊断一个人的心脏十分健康，心音是由心脏搏动工程中各瓣膜的开闭以及心肌和血液运动所产生的震动形成的。它含有关于心脏各个部分如心房、心室、大血管、心血管及各个瓣膜功能状态的大量病理信息，是临床评估心脏功能状态的最基本方法，是心脏及大血管机械运动状况的反映。它是人体最重要的生理信号之一，是临床评估心血管系统功能状态的一种基本方法，是心脏及大血管机械运动状况的反映。在一些心血管疾病尚未发展到足以产生病理形态学改变及临床症状以前，心音中出现的杂音和畸变是重要的诊断信息，可以通过对这些病理特征进行分析而提前对疾病进行预防。

现如今，对于心音信号的采集和处理的相关研究，很多都以在理论上做的很好，甚至已经接近完美，可是由于心音信号微弱，噪声大，所以在实际中对于心音的检测带来较多困难，实际的设计与检测技术还是远不及理论上那么好。因此需要跟多的学员对其进行学习与研究，使得医疗仪器更加的完善和精确。

二、设计目的

（1）培养生医仪器设计的专业素养及动手能力；

（2）熟练掌握keil和LABVIEW软件的使用；

（3）掌握A/D转换与单片机的接口方法；

（4）了解信号采集与显示装置的设计步骤；

（5）了解单片机如何进行数据采集；

（6）了解信号采集与显示装置的设计步骤；

（7）基于51单片机设计一个心音采集装置。

三、设计思路

采集系统首先要解决的是如何将心音信号转化为电信号,进行数字处理,由于心音的频率较低20Hz~600Hz,在人耳所能听到的低频段,因此首先要选用一个声音传感器，从人体采集心音信号。对传感器的选取原则是:灵敏度高，抗干扰能力强，除了要提取微弱的心音信号外，还要求它不受人声、工频等信号的干扰。由于心音和脉搏传感器输出的信号微弱并夹杂着噪声干扰，所以完成了信号的初步采集之后，就要将信号经前置放大、滤波、后置放大、A/D转换和进一步处理。而在本学期的课程设计内容中，我们要做的重点工作就是在已有的硬件电路基础上，以AT89C51单片机为核心，完成系统主控电

路的设计。而这一部分内容主要是将前期处理后的心音信号经过A/D 转换器传给单片机控制存储、输出，最后通过串口通信输出到PC 机，直接显示出来。

四、系统框图

心音采集系统的整体设计框图

心音传感器

心

音信号前置放大电路

心

音

后

置放大电路

心音信号低通滤波电路

PC 显示机

串口通信电路

单片机

A/D

转换电路

五、系统主控模块原理

1、CPU的选择

本次设计我们采用的是C51单片机，主要的芯片型号是12C5A32S2。引脚图如下：

芯片功能介绍：

P0.0—P0.7(39—32)：P0口是一个漏极开路型准双向I/O口。在访问外部存储器时它是分时多路转换的地址(低8位)和数据总线，在访问期间激活了内部的上拉电阻。在EPROM编程时，它接收指令字节，而在验证程序时，则输出指令字节。验证时，要求外接上拉电阻。

P1.0—P1.7(1-8)：P1口是带内部上拉电阻的8位双向I/O口。在EPROM编程和程序验证时，它接收低8位地址。

P2.0—P2.7(21-28)：P2口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口。在访问外部存储器时，它送出高8位地址。在对EFROM编程和程序验证期间，它接收高8位地址。

P3.0—P3.7(10-17)：P3口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口。

在12C5A32S2上的ADC模块具有十位精度，8个输入通道（对应P1.0~P1.7口），最高采样率可达250KHZ。参考电压源为Vcc，如果Vcc电压不稳定，会影响ADC转换结果精度，可外接稳定参考电压。

2、A/D转换模块

ADC是一个将模拟信号转变为数字信号的电子元件。通常的模数转换器是将一个输入电压信号转换为一个输出的数字信号。由于数字信号本身不具有实际意义，仅仅表示一个相对大小。故任何一个模数转换器都需要一个参考模拟量作为转换的标准，比较常见的参考标准为最大的可转换信号大小。而输出的数字量则表示输入信号相对

于参考信号的大小。在本次设计的中我们主要的任务是将采集的心音信号转化成数字信号并用软件显示其波形和大小。 输入电压与ADC 转换结果的关系如下：

*1024_in

ref

V AD RES V

Vin ：输入电压 Vref:参考电压（在STC51系统上是5V ） AD_RES:ADC 转换结果 ADC 的软件处理流程图：

3、串口通信模块

串口通信是指外设和计算机间，通过数据信号线 、地线、控制线等，按位进行传输数据的一种通讯方式。我们的串口主要是用于数

ADC 初始化

开启ADC 转换 中断或查询读取转换结果 返回采样结果并显

软件滤波处理

是否达到采样次数

否

是