1 系统总体设计
该设计控制器核心选用的是单片机，用来实现脉搏心率计的测量功能。相关硬件框图如图1.3所示。
图1.3 心率脉搏计工作原理
在手指置于红外发射二极管以及接收二极管中间的时候，心脏的跳动过程中血液的流量也会产生一定的变化。考虑到手指置于光的传递路径里血液饱和程度的改变会使光强也产生一定的改变，与此同时红外接收二极管的电流亦会随之发生变化，得以输出脉冲信号并放大器处理[4]后传送给单片机之后传送给显示屏上显示。
2 硬件设计
2.1 主控电路
2.1.1 主控单片机选择
此次设计选用单片机作为主控制器，为了保证系统更好的运行，应选用性价比高、可靠性高、低功耗的控制器，以防止器件的损坏，影响系统的运行。由于单片机在整个设计中相当于人体的心脏，是本设计的核心，基于此有以下两种方案可供选择：
方案一：使用STC89C51单片机作为主控制芯片。此系列单片机是STC公司推出的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器的51内核的单片机，它是系统中包含Flash程序存储器模块的可编程芯片，该器件包含4K字节的只读程序存储器，可重复擦除1000次[5]。该芯片由8位通用CPU和ISP闪存单元组成。该器件的基本功能与普通的51单片机能够全部兼容。STC89C51系列单片机是一个能量消耗较低的新型单片机，它具有的开发简单、可在线编程下载、成本低是非常不错的选择。
方案二：使用MC9S12DG8单片机作为主控制芯片。它是Motorola的M68HC12系列16位微控制器之一，内部结构主要由单芯片微计算机的基本部分和CAN功能块部分组成，可专门用于计数，一般用于手机、便携式医疗器材等领域[9]。但是开发难度相对比较大、价格昂贵。
综上，与MC9S12DG8单片机相比，STC89C51单片机开发难度较低、稳定性高，并且价格低廉没有造成资源浪费，因此选择了方案一作为本设计的主控制器。
2.1.2 STC89C51单片机引脚说明
STC89C51单片机有两种封装形式[6]：PDIP（40个引脚）和PLCC（44个引脚）。如图2.1所示。本设计中采用的是直插式的PDIP封装形式。
图2.1 STC89C51封装形式
3 软件设计
3.1 软件开发环境的介绍
本设计采用Keil μVision4进行编程。Keil C51是由Keil Software 公司在美国开发的与51系列兼容的单片机C语言软件开发系统。该软件提供了丰富的库数据和功能强大的集成开发调试工具，正因为它的集成环境很方便并且适用于STC89C51单片机[20]，所以我们适用Keil μVision4来实现心率脉搏计的软件设计。如图3.1所示，为Keil μVision4软件运行界面。
图3.1 Keil μVision4软件运行界面
3.2 系统重要函数介绍
3.2.1 系统主程序设计
本设计的主程序是控制单片机系统在规定的操作模式运行，其为单片机系统程序的框架。其中一个重要的部分是设置采样6s和计时l00ms。系统使用计时器T1实现100毫秒的计时，中断等待是运行程序的大部分时间的死循环语句，仅在中断满足条件的情况下运行中断服务子程序求和。计数结束后，如果采样数为60以下，则返回到6s，继续采样，等待中断，等待达到60次方可停止，达到要求后再将采样结果的二进制变为十进制，再发送至液晶显示。流程如图3.2所示。
图3.2 主程序流程图
4 系统调试
4.1 系统硬件调试
根据理论设计电路图，来设计制作硬件电路。系统硬件电路的调试主要检测电路的焊料泄漏、断线、焊接、短路、接通电源后是否正常运行等。当板子焊好后首先要根据电路图仔细检查一下，看看有没有漏焊的情况，同时要看需要连接的线路有没有都连上，特别要注意电源线和地线的连接。
断线、焊接、短路时可通过数字万用表检测，检查时需要细心注意和耐心，不要急躁。用2根表笔检测需要检测部件和导线的两端，导通时蜂鸣器鸣响，断开时不鸣响。这样，可以根据我们所需要的检查情况，结合检查的现象，检查线路是否有问题。
成功下载程序后，通电发现LCD1602液晶显示器上未显示任何内容，对着电路图仔细检查电路发现光电传感器的位置漏焊；经过修改之后液晶显示器可以显示当前的读数。实物通电后如图4.1所示。
图4.1 实物展示图
4.2 系统软件调试
本设计是基于单片机控制，利用单片机的主程序完成对心率脉搏计的控制，使用的是STC89C51系列，这个系列的单片机应用非常广泛，编译语言以C语言为主。本次设计以Keil μVision 4软件进行编写，如图4.2所示。
图4.2 Keil μVision 4的编译环境
Keil μVision 4使用的基本方法，首先需要建立一个新的项目，选择使用的单片机类型，可以编写一个新的文件，编写完程序后进行编译，编译就是检测程序是否有错误和警告，警告不会影响程序的运行。在编译程序之后，生成.HEX文件。程序写入控制芯片STC89C51后，接通电源，电源指示灯亮，系统启动。当人的手指接触到光电传感器时，指示灯亮说明系统开始工作，记录一分钟心率脉搏次数，则心率脉搏计工作正常。
STC-ISP是适用于STC系列单片机的一种将程序下载到单片机的软件。其工作过程是将单片机按照方向至于烧写器中，安装好驱动程序连接好计算机，启动软件选择对应的COM口。选中事先编辑好的.hex文件，确定后点击下载，此时软件会先对单片机里的原程序就行擦处，擦处后进行新程序的下载，程序就烧写成功，单片机烧写软件STC-ISP如图4.3所示。
图4.3 单片机烧写软件
结 论
本篇论文是针对提高心率脉搏测量的效率，节省时间并更精确的反应出心率的正常与否而设计出的一种基于单片机的心率脉搏测量系统。测量者可以通过心率脉搏计测量出自己的一分钟内的心跳次数。
本论文设计的重点在于51单片机在脉搏心率测试系统里的应用。其主要对单片机的最小系统进行相应的设计从而使得脉搏心率的测量系统更为完备，一般来说，光电传感器收集脉冲信号后，通过信号的放大、过滤、整形电路等，以单片机的外部中断形式获取输出信号，并用数字代码管来表示。依据单片机自身的定时中断、外部中断以及计数等功能，一方面能够展现出这次脉搏心率测量的次数另一方面还可以自动保存这个数据。
本次设计经过了硬件和软件的测试，各部分均达到了预期功能：实现了心率脉搏的测量，显示每分钟内心跳次数。该系统操作简单，可靠性高，灵敏度高等优点。应用本设计产品，可提高测量心率脉搏的效率，使我们的生活变得更加的方便。
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