基于MSP430的心率检测系统硬件设计
The hardware circuit design of heart_rate detecting system base on MSP430
摘要基于红外检测和MSP430单片机主控的便携式心率信号测试仪，采用红外对管和指脉测量原理采集人体心率信号，经放大、滤波、整形等信号调理，至单片机主控单元，对心率信号进行分析、处理，并通过LCD显示和语音提示，实现智能心率检测。
关键词：指脉测量；信号调理；心率检测。
Abstract The portable cardiotach ometer which base on infrared detecting and be
subject to MSP430 single-chip microcomputer ,use the principle of infrared and thumb-pulse measure to detec heart-rate signal. The signal be treat with magnified, filter,Plastic etc. The main control unit of SCM process and analysis the heart-rate signal,Intelligent heart-rate detecting be realized by LCD display and voice clew.
Key: Thumb-pulse measure; Signal process; Heart-rate detecting.
目录
1. 概述
2 方案论证 .......................................................................
2.1 传感器方案论证 ...........................................................
2.2 前置放大器方案论证 .......................................................
2.3 低通滤波器方案论证 .......................................................
2.4 后级放大器方案论证 .......................................................
2.5 整形电路方案论证 .........................................................
2.6 心率信号处理方案论证 .....................................................
3 整体方案设计 ...................................................................
4 单元电路设计 ...................................................................
4.1 传感器电路设计 ...........................................................
4.2 前置放大器电路设计 .......................................................
4.3 低通滤波器电路设计 .......................................................
4.4 后级放大电路设计 .........................................................
4.5 整形电路设计 .............................................................
4.6 心率信号处理电路设计 .....................................................
5 电路测试与数据分析 .............................................................
5.1 测试仪器 .................................................................
5.2 测试方法 .................................................................
5.3 测试数据 .................................................................
6 问题及处理 .....................................................................
结论 ..........................................................................
致谢 ..........................................................................
参考文献
一、概述
统计表明，由心脏引发的多种突发性疾病，严重影响人们的身体健康。因此，研究一种携带方便、使用简单，能够在家里随时进行心率信号测量的简易心率检测仪，具有现实意义。
本课题是基于红外和MSP430单片机的便携式简易心率信号测试仪。检测前端采用红外传感器和无线传输技术，控制单元采用MSP430系列单片机。
人体手指末端含有丰富的小动脉，它们和其它部位的动脉一样, 含有丰富的信息。手指尖的微血管随着心脏的跳动发生相应的脉搏的容积变化，光发射电路发出的特定波长的光透过手指到光电器件，此过程被检测生理量(人体的脉搏)转换成光信号，通过光电器件转换为电信号，送入前级放大电路将信号放大、滤波，得到脉搏信号，该信号经再次放大、整形处理，送至MSP430主控单元.
从光源发出的光除被手指组织吸收的部分外，一部分由血液漫反射返回。光电式脉搏传感器按照光的接收方式可分为透射形式和反射式，其中透射式的发射光源与光敏接收器件的距离相等并且对称布置，接收的是透射光，这种方法可较好地反映出心律的时间关系，但不能精确测量出血液容积量的变化；反射式的发射光源和光敏器件位于同一侧，接收的是血液漫反射回来的光，此信号可以精确测量血管内容积变化。
本系统采用指脉测量原理和红外光电传感器实现心率信号测量。信号调理电路包括前置放大器、低通滤波电路、可控增益放大器和整形电路等环节。放大电路将检测信号放大、整形后，加至单片机进行A/D转换，再由单片机将A/D转换的数据进行分析、处理，得到心率值，根据心率值判断并通过LCD显示。
2、方案论证
人体心率信号的频率范围为0.78～3.33Hz之间，幅度约为10ｕV～5ｍＶ，信号十分微弱，加之心率信号中通常混杂有其它生物电信号，以及外界与仪器本身产生的光电等干扰信号影响，因此系统对抗干扰能力和信号处理能力要求较高。
2.1．传感器方案论证
方案一：采用压电陶瓷片作为传感器
将压电陶瓷片贴于人体颈部，感受心跳时颈部动脉压力变化，在陶瓷片两面产生电位差，通过采集电压变化信号探测心跳。
方案二：采用红外发射、接收二极管作为传感器
该方案利用指脉的测量原理，指脉测量属于检测有无脉博的测量，有脉搏时遮挡光线，输出端无信号或信号非常小，无脉搏时透光强，输出端有信号且信号很强。
结论：用压电陶瓷片测量心率信号时，外界干扰信号对电路的影响较小，抗干扰能力强，但由于其电路结构复杂，测量方法繁琐，故不采用；指脉测量的电路结构简单，拟采用此方案。但由于红外接收二极管属于光敏元件，外界光电信号极易对其产生影响，所以在电路设计时，应考虑电路的抗干扰性能，并在电路中加入低通滤波器，削弱外界干扰信号对心电信号的影响。
2.2 前置放大器方案论证
方案一：采用普通集成运算放大器
采用集成运算放大器LM358。LM358内部包括有两个独立的高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，具有电源电压范围宽、低功耗电流、低输入偏置电流、输出电压摆幅大等特点。
方案二：采用典型的仪用放大器。
电路如图1所示。该电路具有高输入阻抗、低输出阻抗、高共模抑制比等特点，有效的抑制外界干扰。本电路由U1,U2组成同相并联输入第一级放大，U3为差动放大，RG用于改变放大器的增益，电路中要求R1与R2，R3与R4须匹配。
图1 三运放仪用放大电路
结论：由于三运放仪用放大电路采用过多的集成运放和分立元件，且电阻难以做到匹配，因此，共模抑制能力下降，加之心率信号的频率信号非常低，低于一般的干扰信号，加入低通滤波器即可有效的抑制外界的干扰。故本课题采用普通的集成运算放大器LM358作为心率信号的前置放大器。
2.3 低通滤波器方案论证
低通滤波器主要用于抑制心率信号中5HZ以上高频干扰，并获取纯净的心率信号，即按人体心跳在运动后最高跳动次数达240次/分来计算，其截止频率为4HZ,但为了保证心率信号不被衰减过大，将其截止频率设为5Hz。
方案一：采用二阶切比雪夫低通滤波器。
切比雪夫滤波器与其他有源滤波器相比，在相同的阶数下，其值在进入阻带以后衰减更陡峭，其幅频特性曲线为-40dB/10倍频，接近理想滤波器的要求，但其通带内输出有波纹，输出信号不平滑。
方案二：采用二阶巴特沃斯低通滤波器。
巴特沃斯滤波器的特点是通频带内的频率响应曲线最大限度平坦，没有起伏，而在阻频带则逐渐下降为零，幅频特性曲线为-40dB/10倍频。在振幅的对数对角频率的波德图上,从某一边界角频率开始,振幅随着角频率的增加而逐步减少,趋向负无穷大，特别适用于低频应用，其对于维护增益的平坦性来说非常重要。
方案三：采用二阶贝塞尔低通滤波器
其电路结构简单，且加入了集成运算放大器，因此具有输入阻抗高，输出阻抗低等特点，同时具有输入缓冲作用，通带外幅频特性曲线能达到-40dB/10倍频。贝塞尔滤波器能在它的通频带内提供平坦的幅度和线性相位（即一致的群延时）响应。
结论：切比雪夫低通滤波器通带内输出有波纹，输出信号不平滑，对于幅度非常低且极不稳定的心率信号来说影响较大，故不予采用。贝塞尔滤波器与巴特沃斯滤波器相比，均能维持通带内输出波形的平坦性，但贝塞尔滤波器的电路结构够简单，为了简化电路结构，缩小成本，故本课题采用二阶贝塞尔滤波器作为低通滤波器。
2.4 末级放大器方案论证
方案一：采用固定增益放大器
固定增益放大器采用和前置放大器相同的电路结构，但其增益较低。红外光电接收管输出的信号一般在3mV～10mV之间，为保证心率信号足够大，以便于后续处理，但又不能失真，因此整个电路的放大倍数设在1000倍左右为宜，由于前级放大倍数在100倍左右，故后级放大倍数大约在10左右。
方案二：采用可控增益放大器
可控增益放大器与固定增益放大器的区别仅在于前者的增益不可调，后者的增益可调。
结论：由于人体心率信号极不稳定，变化范围大、且信号幅度的大小因人而异，因此，最可取的方式是将后级放大器设置为增益可调放大器。本课题采用了有别与传统的可调增益放大器的方案，传统的方式是将反馈电阻用可调电位器代替，通过调节电位器即可改变放大倍数，但使用起来极不方便，因此本课题采用了用单片机和模拟开关来控制放大倍数的自动控制方案，即单片机随时采集输出信号的大小，并和单片机设置的基准电压进行比较，当输出信号幅度小于基准电压时，单片机控制模拟开关的“开”与“合”，使放大器的放大倍数增大，当输出信号幅度大于基准电压时，单片机控制模拟开关，使放大器的放大倍数减小，使其达到智能控制的目的。
2.5 整形电路方案论证
经过放大、滤波后的心率信号还不能直接送入单片机系统处理，还必须对其进行整形，得到一个可供单片机处理的脉冲信号。本系统提供以下两种整形方案：
方案一：采用用555定时器构成的施密特触发器。
施密特触发器具有回差电压特性，能将边沿变化缓慢的电压波形整形为边沿陡峭的矩形脉冲，为数字系统提供标准的脉冲信号。用施密特触发器可以将任意形状的信号转变为矩形脉冲信号，其电路结构简单，但是其内部参考电压由电源电压VCC决定，不可变。
方案二：采用电压比较器。
根据心电信号主波幅值高的特点，通过设置合适的比较器门限电压，即可得到准确、平滑的矩形脉冲信号。门限电压由外部电路提供。设计时，通常将电源电压经分压电阻分压后供给比较器，为了便于调节，分压电阻一般采用电位器。
结论：由于施密特触发器内部参考电压不可调，当不同的人心率信号幅度相差较大时，不便于调整，与施密特触发器相比，电压比较器门限电压由外部电路提供，可方便的调试，故本课题采用电压比较器作为整形电路。
2.6 主控单元方案论证
数据处理和外围设备控制采用MSP430F157单片机。该芯片具有丰富的片内外设，
如：时钟系统、看门狗、通用定时器、3个捕获/比较定时/计数器、PWM、2个中断端口、I/O端口、比较器、12位ADC、USART等，是一款性价比极高的单片机系统。利用它作为心率信号的处理、控制器，极大地简化了系统硬件电路和开发成本。
3、整体方案设计
图2 系统总体方框图
系统整体方框图如图2所示。本系统采用红外传感器采集人体信号，利用指脉测量原理，检测人体心率信号；心率信号经前置放大，有源滤波器有效滤除5HZ以上的高频干扰信号；受控于主控单元的程控放大器可自动稳定检测信号的输出电平，以适应不同的测量应用场合和测量对象；整形电路将模拟量心率信号换为矩形脉冲信号，作为单片机的脉冲计数信号。
送入主控单元的检测信号可以采用脉冲计数方式，也可以采用模数变换方式，本电路兼具脉冲计数和模数变换两种接口方式。
4、单元电路设计
4.1 传感器电路设计
本电路检测前端采用红外传感器，原理电路如下：
图3 检测前端电路
电路中，发光管LED1与R1串联，R1在电路中起限流作用，接收管LED2与电阻R2串联，R2起限流，R3与R2串联接入电源端，起分压作用，为后级放大电路提供一个大约1.8V的直流偏置。由于接收管阻抗较大，为了防止接收管与前置放大电路之间的相互影响，在接收管输出与前置放大器之间加入电压跟随器，对两级电路进行隔离，同时具有输入缓冲作用，提高了电路的稳定性。电容C1与R2、R3、放大器U1构成一阶低通滤波器，对心率信号以外的高频干扰具有一定的削弱作用。首先，红外发射管LEDA发射红外线，而LED2则接收相应组织的半透明度，同时转换为电信号。由于脉搏一般在50次/分～240次/分之间，对应的频率范围在0.78Hz～4Hz之间，因此经红外检测采集到并转换得到的电信号频率就非常低。为了防止信号因外界高频信号干扰而使检测结果有误，信号就必须先进行低通滤波，以便滤出绝大部分的高频干扰。电路中采用C1和R2、R3来完成滤除高频干扰的任务。
4.2 前置电路设计
由于在实际应用中，外界信号的干扰，以及考虑到放大器的稳定性，一级放大器不能实现如此大的增益，所以电压放大器一般由两级组成，分为前置放大器和后级放大器。前置放大器电路如图4所示：
图4 前置放大器电路
电路中，稳压管D1为放大器U2的输入端提供一个双电源供电转变为单电源供电时所需的直流偏压，此电压为1.2V。电容C5在电路中的作用是为了防止放大器增益过高产生自激现象。电阻R6、R5与C5的阻抗一起决定电路的放大倍数。
在一般情况下，为防止心率信号产生非线性失真，放大器的放大倍数不宜设的过高，为了便于后续处理，心率信号整的放大倍数在1000倍左右，考虑到整个电路的放大要求以及放大器的性能，我们将其前置放大器的放大倍数设置为100倍。
4.3 低通滤波器电路设计
为了防止前面对于高频干扰滤除的不够彻底，电路中还设计了由放大器U3、电阻R8、R9和电容C6、C7组成的5HZ有源低通滤波器电路，进一步滤除高频干扰，如图5电路。
图5 5HZ有源低通滤波器电路
该低通滤波器采用二阶贝塞尔滤波器，它具有巴特沃斯滤波器的所有优点，其通频带内的频率响应曲线非常平坦，没有起伏，对带外的衰减可以达到-40dB/10倍频，是一种比较流行、广泛应用的滤波器。此外，它还具有设计成本低，电路结构简单等特点。
按人体心跳在运动后最高跳动次数达240次/分来计算，其截止频率为4HZ,但为了保证心率信号不被衰减，在这里将其截止频率设为5Hz。电路中要求R8=R9，C6=2C7，根据其截止频率公式：可以确定R8、R9和C6、C7的值。如果取R8、R9的值为100K ，可以算出C7=300nF,C8=2*C7=600nF。
图6 有源低通滤波器幅频特性
4.4 末级电路设计
心率信号经过前级放大后，幅度还未达到理想的应用值，且还有一定的干扰，因此需要后级放大器继续放大，以达到使用要求。此外，由于心率信号极不稳定，幅度大小也因人而异，因此，后级放大电路需设置为增益可调电路，增益可调电路一般有两种，一种是用可调电阻作为放大器的反馈电阻，测试时根据实际信号幅度的大小通过改变可调电阻阻值大小，达到需要的信号幅度大小，此方法电路结构简单，但使用较麻烦。另一种方法是采用可以通过单片机控制的双向模拟开关电路，通过单片机自动控制增益的大小，以达到所需的信号幅度大小。
本系统后级放大电路采用增益可调的可控增益放大电路，电路主要由运算放大器LM358和四双向模拟开关CD4066构成。CD4066的每个封装内部包括4个独立的模拟开关，每个模拟开关有输入、输出、控制三个端子，其中输入端和输出端可互换。当控制端加高电平时，开关导通；当控制端加低电平时开关截止。模拟开关导通时，导通电阻为几十欧姆；模拟开关截止时，呈现很高的阻抗，可以看成为开路。模拟开关可传输数字信号和模拟信号，可传输的模拟信号的上限频率为40MHz。各开关间的串扰很小，典型值为－50dB。
7
543211u R R R R R R A +++++≈
图7 末级程控放大电路
由于前置放大器的放大倍数为100，整个放大器的放大倍数为1000倍，因此将后级放大倍数设置为10倍。如图7所示，当控制端IN1、IN2、IN3、IN4全部接低电平时，模拟开关CD4066全部断开，电路的放大倍数最高，由放大倍数公式：
可知，Au ≈10；IN1、IN2、IN3、IN4全部接高电平时，模拟开关CD4066全部合上，R2、R3、R4、R5全部短路，电路的放大倍数最低。电容C1在电路中的作用是隔直，防止前后级电路之间的相互影响。电容C2防止放大器产生自激，1.2V 电压为放大器提供所需的直流偏置电压。
4.5 整形电路设计 上述心率信号为模拟信号，不能直接作为单片机的接口信号，必须整形处理成方波信号。本电路采用LM393比较器作整形电路。
图8 整形电路
图中，输入信号由电压比较器U4的正端输入，参考电压由电源电压经R10、R11分压后从比较器负端输入,电压R12为一个上拉电阻，用于抬高输出脉冲电平。U4工作时，当输入信号高于参考电压时，比较器输出高电平，当输入信号低于参考电压时，比较器输出为低电平。经过电压比较器U4输出的脉冲信号就是后面单片机控制电路所需的实际脉冲，通过R12送到单片机P2.2引脚后，就可实现后面的单片机处理，并实现心率信号的计数和LCD 显示。
整形前与整形后的波形如图9所示：
图9 心率信号整形前后对照
4.6主控单元电路
本部分电路主要由MSP430F157单片机、SMC1602A液晶显示芯片、8MHz的晶振电路、键盘电路、以及复位电路等几个部分组成。电路主要完成对于前面采集处理得到的脉冲进行捕获计数和LCD显示。经采集处理后得到的脉冲信号，通过P2.2引脚输入到单片机中。单片机被设为定时捕获中断触发模式，通过捕获脉冲信号的下降沿来触发中断。因此，每次脉冲下降沿到达时，单片机就将被触发并产生中断进行计时；而当下一次脉冲的下降沿到达时，单片机就对两次脉冲间的时间间隔进行运算，运算的结果就是心率。这个结果值，将通过P1口送至SMC1602A液晶显示芯片的数据端口，从而被显示出来。
图10 心率信号处理电路
在显示心率值之后，单片机将对此心率值与人体正常脉搏范围进行比较。若此值X为60≤X≤80，液晶显示芯片中会显示“正常”，以表示被测者心率正常；若此值不在60～80范围之内，当X ＜60时，液晶显示芯片中会显示“偏低！”，当X>80时，液晶显示芯片中会显示“偏高！”，以便表示被测者心率出现不正常。为了直观显示心率节奏，单片机P3.7引脚所连接的LED均会随着心率闪烁。
由于红外管跟人体接触非常敏感，很容易造成漏波和干扰信号的影响。为避免上述影响，单片机对两个脉冲之间的时间间距进行检测，若发现有干扰，即次数值不在设置的有效测量显示范围之
内时，则忽略该干扰而不显示。如果发现有漏波现象，则计算漏波数，并在计算平均心率时，将其加入到总的计数值中，这样就降低了心率计在实际使用时出现误差的可能性。
5、数据测试
5.1 测试仪器：FUKE TD9250数字万用表、F40数字合成函数信号发生器。
5.2 测试方法：函数信号发生器产生一个峰-峰值为2mV的正弦信号作为输入信号，调节频率范围为0.5～4HZ，用直流电压档测试各级各级输出信号。
表 1 各级输出信号测试数据
输入频率、（HZ）跟随器输出
（mV）
前置放大输出
(mV)
滤波器输出
(mV)
后级放大输出
(V)
整形输出
(V)
0.5 2 250 242 2.2 5
1 2 250 245 2.8 5
2 2 240 238 2.5 5
3 2 220 190 2 5
4 2 21
5 125 1.25 5
6、问题及处理
6.1电路仿真时，在输入端加入信号，发现各级无输出信号。
处理方法：经仔细检查、分析，发现电路连接正确无误，通过改变元器件参数和局部电路结构仍不能解决问题，最后通过咨询指导老师，才找出问题所在。由于整个电路属于单电源供电模式，而所用到的所有集成电路模块均属双电源供电模式，在改成单电源供电模式后，必须在输入端提供一定大小的偏置电压。在实际电路中，红外接收管本身存在一定的电阻，与限流电阻串联后，可以在输入端提供一个1-2V的直流偏置电压，而在仿真时，用信号源代替红外接收管，忽略了直流偏置电压，导致电路不能正常工作。通过重新设置信号源参数，加入一个1.7V的直流偏置电压后，电路正常工作，各级输出信号与理论值相符。
6.2 电路板焊接好后，刚开始测试，各级无信号。
处理方法：经过仔细检查和调试，发现仍无输出信号。最后用万用表测试各级工作点，发现工作电压与仿真值不一样，前置放大电路中，1.2V稳压二极管两端的稳压值为1.65V，远大于1.2V，初步分析为稳压二极管有问题。通过更换新的稳压二极管，加强电路的焊接力度，再次测量各级工作点、稳压二极管稳定电压，发现正常，与仿真值基本接近。实测时，各级有信号输出。
6.3 在加入后级放大电路后，发现低通滤波器输出信号有很大衰减，末级输出信号变小。
处理方法：将低通滤波器输出与后级放大电路的连接断开，再次测试电路，发现低通滤波器输出信号正常，大小与前置放大器输出信号接近。单独测试后级放大电路，后级放大电路也能正常工作，再次将低通滤波器输出与后级放大电路连接上以后，发现低通滤波器输出信号仍有很大衰减。经仔细检查、分析，更换了两级之间的隔直电容，并重新焊接导线，加强了电路的焊接力度。最后，再次测试，低通滤波器的输出信号变得正常，其大小与前置放大电路输出基本接近。
6.4 加入后级放大电路后，发现后级放大器输出波形严重失真。
处理方法：经认真分析，判定为放大器增益过高，而造成放大器的饱和失真。由于前置放大器的增益比较高，在加入后级放大电路后，整个电路的放大倍数增大了10倍，大约在几千倍左右。通过将前置放大器的反馈电阻换成一个阻值较小的电阻后，发现波形仍然有少许失真，但考虑到波形的饱和失真对本系统的影响不是很大，故不用换更小的反馈电阻。
结论
基于MSP430单片机和红外光电脉搏检测的便携式心率测试仪，综合运用模电、数电和单片机技术，实现对心率信号的实时测量，异常情况告警。电路设计简单，采用通用器件,开发成本低、体积小、功耗低、便携、使用方便等特点。
参考文献
[1] 江小安，邵思飞，沈金根，高丽等，模拟电子技术[M]，西安，西北大学出版社，2006
[2] 高吉祥，模拟电子线路设计[M],北京,电子工业出版社，2007
[3] 曹磊，MSP430单片机C程序设计与实践[M],北京，北京航天航空大学出版社，2007
[4] 沈建华,杨艳琴,翟骁曙,MSP430系列16位超低功耗单片机原理与应用[M],北京,清华大学出版社，2004
点评：
基于指脉测量原理的便携式心率检测仪，是心率测量方法的新探索。该测量仪的硬件电路采用红外对管作检测前端，通过放大、滤波、整形实现信号调理，用MSP430单片机实现测量信号的处理和显示、提示，实现简易、便携式智能心率测量。硬件结构论证充分，电路参数设计合理、测试数
据可信，硬件作品及毕业设计论文完成较好。
MSP430单片机外围晶振设计选型及参考方案MSP430系列单片机是美国德州仪器（TI）1996年开始推向市场的一种16位超低MSP430单片机。它的功耗小、具有精简指令集（RISC）的混合信号处理器（Mixed Signal Processor）。称之为混合信号处理器，是由于其针对实际应用需求，将多个不同功能的模拟电路、数字电路模块和微处理器集成在一个芯片上，以提供“单片机”解决方案。 该系列单片机多应用于需要电池供电的便携式仪器仪表中。本文主要讲解MSP430系列芯片外围晶振设计选型及注意事项等。 ---MSP430F149 MSP430系列芯片一般外搭两颗晶振：一颗主频晶振，通常在4~16Mhz中选择；另外一颗时钟晶振，即32.768Khz晶振，早期选用直插封装的，现在大部分采用贴片封装的产品，其一便于贴装，其二追求产品的稳定性和品质的可靠性等。
---应用电路 ---MSP430开发板 一、主频晶振的选择 通常MSP430芯片的主频晶振一般选择4Mhz的整数倍，即
4Mhz、8Mhz、16Mhz、32Mhz等。早期电路设计的时候一般选择成本较低的49S封装产品，现阶段越来越倾向于稳定性更好、体积更小、便于贴装的贴片3225封装产品，上海唐辉电子代理的日本KDS大真空公司推出的DSX321G和DSX320G\DSX320GE产品。 1、工业级、消费类产品用DSX321G8Mhz，如下图： 该型号产品封装为3.2mm*2.5mm，体积不到传统直插型49S封装的1/5，精度可达到20PPM，工作温度达到-40—+85°C的工业级，完全能够满足客户的要求。
基于单片机的脉搏监测系统设计
毕业设计说明书基于单片机的的脉搏监测系统设计 学生姓名：刘光权学号：1005084146学院：信息与通信工程 专业：生物医学工程 指导教师：陈树越 2014年 5 月
基于单片机的的脉搏监测系统设计 摘要 随着时代的进步,科技的的发展,人们生活节奏的加快,生活水平的提高,人们对人体健康意识也随之提高,希望能随时的对自身某些参数进行健康监护。电子脉搏仪的出现，使脉搏测量变得非常简单。为了提高脉搏测量仪的简便性和精确度，本课题设计了一种基于51单片机的脉搏测量仪。系统以AT89C51单片机为核心，以红外发光管和光敏三极管为传感器，由光敏三极管感应产生脉冲，经信号处理电路放大滤波后输入到单片机，利用单片机系统内部定时器来计算时间，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。系统运行中每分钟显示一次测得脉搏次数。经测试，系统工作正常，达到设计要求。 关键词：脉搏，光电式传感器，单片机。
The Design Of The Pulse Monitoring System Based On Single Chip Microcomputer Abstract With the progress of time, the development of technology, people accelerated pace of life, improvement of living standards, people also will raise awareness of human health, hoping to feel some of the parameters of their own health care. The emergence of electronic pulse meter, so that the pulse measurement becomes very simple. To improve the ease and accuracy of pulse measuring instrument, the subject is designed based on 51 single-chip pulse measuring instrument. AT89C51 core system to infrared LED and phototransistor sensor generates a pulse from the phototransistor sensor, amplified by the signal processing circuit
简易计算器
目录 摘要…………………………………………………………………………………P3 关键字………………………………………………………………………………P3 一、设计要求………………………………………………………………………P3 二、方案论证与选择………………………………………………………………P3 2.1 单片机选择………………………………………………………………P3 2.2 LCD显示屏选择…………………………………………………………P3 2.3 键盘选择…………………………………………………………………P4 2.4 CPU工作方式选择………………………………………………………P4 三、系统实现………………………………………………………………………P4 3.1 硬件设计…………………………………………………………………P4 3.1.1系统框图……………………………………………………………P4 3.1.2 盘的电平设计以及与单片机的连接 键……………………………P5 3.2.3单片机与显示器的连接…………………………………………… P5 3.2软件设计…………………………………………………………………… P6 四、作品性能测试与分析…………………………………………………………P10 4.1试性能概览………………………………………………………………P10 4.2误差分析…………………………………………………………………P12
五、参考文献………………………………………………………………………P12 六、附录……………………………………………………………………………P13 6.1计算器功能介绍…………………………………………………………P13 6.2仿真电路图………………………………………………………………P13 6.3元件清单…………………………………………………………………P13 6.4原程序代码………………………………………………………………P14 摘要：本设计以低功耗单片机MSP430V136T、1602字符型液晶屏和4*4简易键盘为主要器件，来实现加、减、乘、除、开根号、平方、求倒数等运算。设计中分别采用P1口低4位和P2口低4位与键盘的行列线相连，用于采集中断信号并分析键值；键盘规格为4*4，由于所需的功能键数大于16，因此需要进行按键复用；单片机的P3口连接显示器的D0~D7端，用于输出显示数据或控制命令；选用P4口中的3、4和5口用于实现显示屏的控制功能：使能、控制/数
人体脉搏计 （1） 设计内容及要求 设计题目：设计一个人体脉搏计。 内容简要：人体脉搏计的设计是基于传感器，放大电路，显示电路等基础电路的基础上，实现对人体脉搏的精确测量。其设计初衷是适用于各年龄阶段的人群，方便快捷的测量脉搏次数，并用十进制数显示出来。具体的各部分电路接下来将介绍。 传感器信号：传感器采用了红外光电转换器，作用是通过红外光照射人的手指 的血脉流动情况，把脉搏跳动转换为电信号。 放大电路：由于人体脉搏跳动经过传感器后的初始信号电压值很小，所以利用反相放大器将采集的电压信号放大约50倍。又因为该信号不规则，将接入有源滤波电路，对电路进行低通滤波的同时，再次将电压信号放大1.6倍左右。该电路使信号得到80倍的放大，充分的放大方便了后面的工作电路。 整形电路：本电路旨在采用滞回电压比较器对前面放大以后的信号进行整形，使信号更规则，最终输出矩形信号。 倍频电路 ：倍频电路的作用是对放大整形后的脉搏信号进行4倍频处理，以便在15s 内测出1min 内的人体脉搏跳动次数，从而缩短测量时间，以提高诊断效率。 基准时间产生电路：基准时间产生电路的功能是产生一个周期为30s （即脉冲宽度为15s ）的脉冲信号，以控制在15s 内完成一分钟的测量任务。具体各部分是由555定时器产生一个周期为0.5秒的脉冲信号，然后用一个D 触发器进行二分频得到周期为1s 的脉冲信号。再经过由74LS161构成的十五进制计数器，进行十五分频，再经D 触发器二分频，产生一个周期为30s 的方波，即一个脉宽为15s 的脉冲信号。 计数、译码、显示电路：计数器采用3个二进制计数器74LS161分别作个、十、百位，并将其设计成十进制计数器（逢十进位），再由7448译码器译码后接到七段数码管LTS547R （共阴极）上完成三位数十进制数的显示。 控制电路：控制电路的作用主要是控制脉搏信号经放大、整形、倍频后进行计数的时间，另外还具有启动电路及为各部分电路清零等功能 设计要求：最终仪器要能够实现在15s 内测量1min 的脉搏数，并且显示其十进制数字。参考值：正常人的脉搏数为60~80次/min ，婴儿为90~100次/min ，老人为100~150次/min 。所以需要三个显示数码管才能完成显示功能。 （2） 系统框图介绍及方案选择 结合以上各部分电路内容及设计要求分析，以控制电路为枢纽，将经传感器、放大整形电路、倍频电路的脉搏信号和时间信号通过控制电路实现对计数器的控制，使其能够准确的显示脉搏数。脉搏计的原理结构图如下： 根据此框图，各部分电路有如下几种设计方案：放大电路可以在同相放大器和反相放大器之间选择，二者几乎没有区别，在此选择使用反相比较器；整形电路可以用555构成的施密特触发器或者由运放组成的迟滞电压比较器，考虑到运放的使用较555简单方便，图1 脉搏计结构框图 控 制 电 路 基准时间产生电路 计数 译 码 显示 传感器 放大与整形 倍频器
中国地质大学（北京）本科课程报告《电子电路设计与实践》 学生姓名衡星 院（系）地球物理与信息技术学院 专业测控技术与仪器 学号1010152213 2018 年3 月19 日 中国地质大学（北京）
第一章程序框图 说明： (1)“文字说明”的具体内容为：“当前A0~A7循环采集，串口发送a/b/c/d实现PWM 转换。按键P2.1通道转换，按键P1.1实现A0~A7通道循环采集。” (2)占空比不同的PWM波由P3.6通道输出。 (3)按键P2.1按x下后，“Ax通道循环采集并显示”，其中x取值1~8。当x>8时，x=x%8。 (4)所有显示均在串口助手窗口显示，串口波特率设置为115200。
课堂程序编写过程： 3月6日（周二）：王猛老师在课堂上讲解大作业要求。 3月8日（周四）：分发MSP430F5529单片机，并学习GPIO相关程序编写。 3月10日（周六）：学习定时计数器、时钟功能，并完成“呼吸灯”和“时钟分频”等课堂函数编写。 3月15日（周四）：学习中断、串口和ADC采集功能，完成“中断服务”等课堂函数编写。 3月17日（周六）：完成“串口显示”和“测温环节”等课堂函数编写。 大作业程序编写过程： 3月17日（周六）15:00~16:00：仔细阅读《MSP单片机-验收标准》和相关PPT，确定整个程序的功能框图。 3月17日（周六）16:00~18:00：通过串口中断函数完成PWM波形输出与串口指令的连接功能，并通过串口调试助手验证了程序的准确性。 3月18日（周日）9:00~11:00：通过按键中断函数完成ADC八路循环采集和单路选择采集的切换功能，并通过串口中断函数将采集的数据输出，在串口调试助手页面进行了验证。 3月18日（周日）14:00~15:00：通过按键中断添加LED1与LED2的闪烁功能，为整个实验程序增添创意。 3月18日（周日）15:30~16:00：与钮学长就《MSP单片机验收标准》交换了意见。 3月18日（周日）19:00~21:00：完成《电子电路设计与实践》课程报告程序框图。 3月19日（周一）19:00~21:00：检查大作业程序，完成《电子电路设计与实践》课程报告。
电子课程设计目录 第一部分电子课程设计题目及要求 1．题目 (1) 2．设计目的 (1) 3．设计内容及要求 (1) 4．脉搏计的基本原理 (1) 第二部分设计方案 1. 提出方案 (2) 2. 方案比较 (3) 第三部分电路设计与分析 (4) 1. 信号发生与采集 (4) 2. 放大电路 (4) 3.有源滤波电路 (5) 4.整形电路 (7) 5.倍频器 (9) 6.基准时间产生电路 (10) 6.1 NE555定时器 (10) 6.2 用555定时器构造施密特触发器 (11) 6.3 用施密特触发器构造多谐振荡器 (12) 7.计数译码器 (13) 7.1 计数电路 (13) 7.2 译码显示 (14) 8.控制电路 (17) 第四部分所用元件及实验心得 (18) 1.元件列表 (18) 2.实验心得 (18) 3.参考文献 (18) 附：总原理图 (19)
第一部分电子课程设计题目及要求 1. 题目人体脉搏计 2．设计目的 2.1熟悉脉搏计电路的组成、工作原理和设计方法。 2.2掌握多谐振荡器、倍频器、计数器、译码器等的工作原理、使用方法、特点、用途及主要参数的计算方法。 2.3熟悉集成电路74LS00、74LS161、CC4518、CC4511、晶闸管、有源滤波电路的特点、用途及主要参数的选择方法。 3．设计内容及要求 3.1设计题目：设计一个脉搏计。 3.2要求：实现在15s内测量1min的脉搏数，并且显示其数字。正常人的脉搏数为60~80次/min，婴儿为90~100次/min，老人为100~150次/min。 3.3放大与整形电路 放大电路：电压放大倍数u A 约为11倍，选R 4 =100 KΩ，C 1 =100μF。试选择其它元 件参数。有源滤波电路：电压放大倍数选用1.6倍左右。运放可均采用LM324，也可选其它型号运放。 整形电路：选用滞回电压比较器，集成运放采用LM339，其电路参数如下：R 10 =5.1KΩ， R 11=100 KΩ，R 12 =5.1 KΩ。 倍频电路：异或门选用可采用CC系列、也可采用TTL系列。基准时间产生电路：试选择电路其它未知参数。 计数、译码、显示电路：试选择电路其它未知参数。 控制电路：试选择电路其它未知参数。 4．脉搏计的基本原理 分析设计题目要求脉搏计是用来测量一个人心脏跳动次数的电子仪器，也是心电图的主要组成部分。由给出的设计技术指标可知，脉搏计是用来测量频率较低的小信号（传感器输出电压一般为几个毫安），它的基本功能应该是 ①用传感器将脉搏的跳动转换为电压信号，并加以放大整形和滤波。 ②在短时间内（15s内）测出每分钟的脉搏数。 简单脉搏计的框图如图1所示。 图1.1 脉搏计原理框图
摘要 本文介绍了一种基于51单片机的心率体温采集系统。首先介绍了51系列单片机的内部相关配置、工作原理以及编程方法，其次介绍了温度传感器PT100的相关测温方法以及通过红外光电传感器TCRT5000对射的方法来抓取人体脉搏信号。此次设计的电路部分主要包括：传感测量电路、放大电路、滤波整形电路、AD转换电路、计数显示电路、控制电路、电源供电电路等。通过按键开始测试，将PT100及TCRT5000输入的微弱信号进行放大整形，最后AD采集转换传送给单片机，在LCD1602上显示相关体温及心率信息。 本次硬件设计基于比较稳定可行、低成本的设计思想，软件设计采用模块化的设计方法，并且详细分析了红外传感器TCRT5000应用于心率测量上以及PT100应用于温度测量上的原理及优点，阐述了其他各配合电路的组成与工作特点，并且通过仿真进行电路的可行性验证，最后完成实物电路的设计，使得本次课题的预期结果得以实现。 关键词：51单片机；传感器；仿真；AD转换 I
Abstract This paper introduced a heart rate and body temperature acquisition system that based on 51 single chip microcomputer. First the internal configurations of 51 single chip microcomputer are introduced. And the paper also tell how 51 single chip microcomputer works and how can we program on it. Then the method of using temperature sensor PT100 to get body temperature is introduced, and we use infrared photoelectric sensor TCRT5000 to get the pulse signal of human body.The design of the circuit mainly comprises sensing circuit , amplifying circuit, filtering and shaping circuit, AD converting circuit, counting and displaying circuit, controlling circuit, power supplying circuit and so on. When the keyboard is pressed, the system starts to get signal. The small signal from PT100 and TCRT5000 will be amplified and shaped. Then ad converter will change the analog signal into digital signal and send to 51 single chip microcomputer . At last LCD1602 will display the information of body temperature and heart rate. Keywords: Piezoelectric sensors；control circuit；counters；Multisim2001 simulation software control circuit. II
彩灯电子琴 MSP430 May 27 2010 在MSP430单片机的大地上，上亿条数据急流在宽度仅几个原子的河道中以光速湍急地流着，它们在无数个点上会聚，分支，交错，生成更多的急流，在芯片大地上形成了一个无边无际的复杂蛛网。到处都是纷飞的数据碎片，到处是如箭矢般穿行的地址码；一个主控程序在漂行着，挥舞着无数支纤细的透明触手，把几千万个 飞快旋转着的循环程序段扔到咆哮的数据大洋中；在一个存贮器的一片死寂的电路沙漠中，一个微小的奇数突然爆炸，升起一团巨大的电脉冲的蘑菇云；一行孤独的程序代码闪电般地穿过一阵数据暴雨中，去寻找一滴颜色稍微深一些的雨点。这又是一个惊人有序的世界，浑浊的数据洪流冲过一排细细的索引栅栏后，顷刻变成一片清澈见底的平静的大湖；当排序模块像幽灵似地飘进一场数据大雪时，所有的雪花在千分之一秒内突然按形状排成了无限长的一串……在这0和1组成的台风暴雨和巨浪中，只要有一个水分子的状态错了，只要有一个0被错为1或1被错为0，整个世界就有可能崩溃。这是一个庞大的帝国，在我们眨一下眼的时候，这个帝国已经历了上百个朝代，但从外面看去，它只是一个银色立方箱体。 曹哲0710200310 同组人： 郭宁张颖
目录 1 引言 (1) 2 系统总体设计 (2) 2.2系统各组成部分及功能原理介绍 (2) 2.3系统结构框图 (2) 3 系统硬件设计 (3) 3.1电源模块 (3) 3.2键盘模块 (3) 3.3LED显示模块 (4) 3.4发声模块 (4) 4 系统软件设计 (4) 4.1系统软件结构流程图 (4) 4.2键盘扫描程序设计 (4) 4.3发声程序设计 (7) 4.4亮灯程序设计 (7) 5 系统调试与结果分析 (8) 5.1系统调试步骤 (8) 5.2遇到的问题及解决方案 (8) 5.3实验结果及系统展望 (9) 6 心得体会 (9) 参考文献 (10)
目录 1.引言 (2) 2.系统基本方案 (2) 2.1.系统总结构 (3) 2.2.各个部分电路的方案选择及分析 (3) 2.2.1.脉搏传感器部分 (3) 2.2.2.单片机选择 (3) 2.2.3.显示部分 (4) 2.3.系统各模块的最终方案 (4) 3.系统硬件设计 (5) 3.1.单片机处理电路 (5) 3.1.1.STC89C51系列单片机的主要性能特点： (5) 3.1.2 .C51系列单片机的基本组成： (6) 3.2.复位电路 (9) 3.2.1.单片机复位电路 (9) 3.3.振荡电路 (10) 3.4.脉搏传感器部分 (10) 3.4.1.HK-2000A 集成化脉搏传感器 (10) 3.4.2.脉搏传感器接收电路 (12) 3.4.3 .电源电路 (12) 3.5显示报警部分 (13) 3.5.1.数码管显示电路 (13) 4.系统软件设计 (14) 4.1 主程序流程的设计 (14) 4.2 定时器/计数器中断程序流程的设计 (15) 4.3 显示程序流程的设计 (16) 5.总结 (18) 参考文献 (19)
1.引言 心率是最为常见的临床检查与生理研究的生理现象,且包含两个人类生命的重要信息，那就是血管和心脏的生理状态。人体各器官的健康状况、疾病等信息将以某种方式出现在脉冲的脉冲条件。许多有诊断价值的信息，比如有关心脏、内外循环和神经等系统的动态信息，我们可以通过对脉搏波检测脉冲图包含大量的诊断价值信息,也可以用来预测一些身体器官结构和功能的转变趋势, 通过对脉搏的检测可以对如高血压和糖尿病等引起的血管病变进行评估。同时脉搏测量还为血压测量，血流测量及其他某些生理检测技术提供了一种生理参考信号[1]。 在医院临床护理和日常的中老年保健中,脉搏是一个基本的生活指数,因此脉搏测量是最常见的生活特征提取。近年来在日常监护测仪器,如便携式电子血压计,可以完成脉冲测量。但是这种便携式电子血压计利用微型气泵压力橡胶气球,每次测量都需要一个压缩和解压缩的过程,有体积庞大、脉搏检测的精确度低、加减压过程会有不适等等的不足。 人类心室周期性的收缩和舒张，导致主动脉收缩压和舒张压，使血流压力可以能够以波的形式从主动脉根部，就开始沿着人体整个动脉系统流动，这种波称为脉搏波。脉搏波所呈现出的不同强度、各种形态、速率不一和跳动节律等方面的综合信息,在很大程度上反映出人体心血管系统血液流动在许多生理和病理特点。 本设计使用系统使用HK - 2000集成传感器转换电压脉冲信号,脉冲信号调节使用后AT89S51单片机对信号采集和处理,在很短的时间内,测量人体每分钟的脉搏数,和心率实时显示,便于携带。达到的目的, 快速、方便、准确地测量心率。脉搏测量系统性能好,结构简单,性价比高,稳定的输出显示,更适应流行,适合家庭每天自我反省和医院护士的临床记录。 2.系统基本方案 心率检测系统的设计，一定要通过收集脉搏的跳动变化反映出人体的生物的信号，然后生物信号转变成物理的信号，能使物理信号表达人体的心率变化，最后要的出每分钟的心跳频率，就一定需要相应的硬件电路及芯片来处理物理变化
基于MSP430的信号发生器 设计报告 学院：电子工程学院 班级：2013211212 组员：唐卓浩（2012211069） 王旭东（2013211134） 李务雨（2013211138） 指导老师：尹露
一、摘要 信号发生器是电子实验室的基本设备之一，目前各类学校广泛使用的是标准产品，虽然功能齐全、性能指标较高，但是价格较贵，且许多功能用不上。本设计介绍一款基于MSP430G2553 单片机的信号发生器。该信号发生器虽然功能及性能指标赶不上标准信号发生器，但能满足一般的实验要求，且结构简单，成本较低。本次需要完成的任务是以MSP430 LaunchPad 的单片机为控制核心、DAC 模块作为转换与按键电路作为输入构成的一种电子产品。MSP430 LaunchPad 单片机为控制核心，能实时的进行控制；按键输入调整输出状态，DAC0832将单片机输出的数字信号转化为模拟量，经运放放大后，在示波器上输出。在本次程序设计中充分利用了单片机内部资源，涉及到了中断系统、函数调用等。 关键字：信号发生器 MSP430单片机数模转换 二、设计要求 以msp430单片机为核心，通过一个DA （数字模拟）转换芯片，将单片机输出的方波、三角波、正弦波（数字信号）转换为模拟信号输出。提供芯片：msp430G2553、DAC0832、REF102、LM384、OP07。参考框图如下： Lauchpad MSP430 电位器 按键1 DA 转换DAC0832 放大输出LM384 按键N 按键2 AD …… 图1 硬件功能框图 1、基本要求 （1） 供电电压 VDD= 5V~12V ；（√） （2） 信号频率：5~500Hz(可调)；（√） （3） 输出信号电压可调范围：≥0.5*VDD ，直流偏移可调：≥0.5*VDD ；（√） （4） 完成输出信号切换；（√） （5） 方波占空比：平滑可调20%~80%；（√） （6） 通带内正弦波峰峰值稳定度误差：≤±10%（负载1K ）。（√）
烟台南山学院 数字电子技术课程设计题目脉搏计数电路设计 姓名：___ XXXXXX ___ 所在学院：_工学院电气与电子工程系 所学专业：_ 自动化 班级：___电气工程XXXX 学号：___XXXXXXXXXXXXXX 指导教师：_____ XXXXXXXX ___ 完成时间：____ XXXXXXXXXXXXX
数电课程设计任务书 一、基本情况 学时：40学时学分：1学分适应班级：12电气工程 二、进度安排 本设计共安排1周，合计40学时，具体分配如下： 实习动员及准备工作：2学时 总体方案设计：4学时 查阅资料，讨论设计：24学时 撰写设计报告：8学时 总结：2学时 教师辅导：随时 三、基本要求 1、课程设计的基本要求 数字电子技术课程设计是在学习完数字电子课程之后，按照课程教学要求，对学生进行综合性训练的一个实践教学环节。主要是培养学生综合运用理论知识的能力，分析问题和解决问题的能力，以及根据实际要求进行独立设计的能力。初步掌握数字电子线路的安装、布线、焊接、调试等基本技能；熟练掌握电子电路基本元器件的使用方法，训练、提高读图能力；掌握组装调试方法。其中理论设计包括总体方案选择，具体电路设计，选择元器件及计算参数等，课程设计的最后要求是写出设计总结报告，把设计内容进行全面的总结，若有实践条件，把实践内容上升到理论高度。 2、课程设计的教学要求 数字电子技术课程设计的教学采用相对集中的方式进行，以班为单位全班学生集中到设计室进行。做到实训教学课堂化，严格考勤制度，在实训期间累计旷课达到6节以上，或者迟到、早退累计达到8次以上的学生，该课程考核按不及格处理。在实训期间需要外出查找资料，必须在指定的时间内方可外出。 课程设计的任务相对分散，每3名学生组成一个小组，完成一个课题的设计。小组成员既有分工、又要协作，同一小组的成员之间可以相互探讨、协商，可以互相借鉴或参考别人
电子脉搏计 课 程 设 计 报 告 组长：蔡新源 组员：史志华、张重彬、李海磊、杨威力、刘世洋、孙景伟、冀鹏辉、杨冠军、李峰 朝
目录 摘要 (3) 第一章绪论 (4) 第二章各种元器件及其应用 (5) 1、集成同步计数器及其应用张重彬 (5) 2、BCD-七段共阴数码管史志华 (7) 3、74LS161 计数器的应用杨威力 (10) 4、五进制的自循环冀鹏辉 (12) 5、集成同步计数器及其应用刘世洋 (13) 6、用 74LS161构成一个十进制计数器李海磊 (14) 7、四进制的自循环杨冠军 (15) 8、用 74LS290设置七进制计数器李峰朝 (17) 9、七进制的自循环孙景伟 .. 19 第三章数字脉搏计时器的方案比较 (21) 3.1方案论证 (21) 3.2提出方案 (21) 3.3方案比较 (23) 第四章单元电路的设计 (23) 4.1电路总体框图 (23) 4.2采集、放大与整形电路 (23) 4.2.1传感器 (24) 4.2.2放大电路 (24) 4.2.3整形电路 (25) 4.3倍频电路 (26) 4.4基准时间产生电路 (28) 4.5 计数、译码、显示电路 (28) 4.6 控制电路 (31)
总结 (32) 摘要 人体脉象中富含有关心脏、内外循环和神经等系统的动态信息。而脉搏的病理生理性改变常引发各种心血管事件，脉搏生理性能的改变可以先于疾病临床症状出现，通过对脉搏的检测可以对如高血压和糖尿病等引起的血管病变进行评估。同时脉搏测量还为血压测量，血流测量及其他某些生理检测技术提供了一种生理参考信号。 本文主要介绍了数字式脉搏计的具体实现方法，利用压电传感器产生脉冲信号，经过放大整形后，输入单片机内进行相应的控制，从而测量出一分钟内的脉搏跳动次数，快捷方便。通过观测脉搏信号，可以对人体的健康进行检查，通常被用于保健中心和医院。 关键词脉搏计；脉冲信号；压电传感器
基于MSP430的电子密码锁设计 一、预期性能指标 1、（1）密码通过键盘输入，若密码正确，则将锁打开。 （2）报警、锁定键盘功能。密码输入错误数码显示器会出现错误提示， 若密码输入错误次数超过 3 次，LED红灯亮并且锁定键盘。 2、密码锁设计的关键问题是实现密码的输入、清除、更改、开锁等功能： （1）密码输入功能：按下一个数字键，一个“－”就显示在最右边的数 码管上，再输入时显示数码管向右移动一个。 （2）密码清除功能：当按下清除键时，清除前面输入的所有值，并清除 所有显示。 （3）开锁功能：当按下开锁键，系统将输入与密码进行检查核对，如果 正确锁打开，否则不打开。 二、工作原理 1、工作原理概述 利用MSP430单片机灵活的编程设计和丰富的I/O端口，及其控制的准确 性，实现基本的密码锁功能。此次课程设计是以以前学过的msp430F149 单片机为核心，加上一些外围模块来实现电子锁应该具有的基本功能。单片机灵活的编程设计和丰富的IO 端口，及其控制的准确性，不但能实现基本的密码锁功能，还能添加调电存储、声光提示甚至添加遥控控制功能，为其功能的扩展提供便利。由于条件的限制此次实验只实现其基本功能，锁的开启关闭与锁定以二极管的发光来模拟，密码的输入用4X4 键盘替 代，功能键用键盘上对应的10 以后的数字代替，这实现了在条件有所限制的情况下以有限的资源模拟电子锁的功能。输入密码用矩形键盘，包括数字键和功能键。 LED 数码管显示输入密码，用uln2003A 驱动数码管发光且控制哪一位显示数码，用430 的P4 脚控制各位显示器分时进行显示。用发光二极管代
替开锁的电路，发光表示开锁锁定。输入密码错误次数超过3 次，系统 蜂鸣器响，发出警报。打开电源后，显示器显示“0000”，设原始密码为 “1234”，只要输入此密码便了开门。这样可预防停电后再来电时无密码 可用。按“C”键，清除显示器为“000000”。欲重新设定密码，先输入密码在案“*”。输入密码，再按“D”键。若密码与设定密码相同，则开门。 否则显示器清为“0000”。 软件的设计主要包括键盘键值的读取，LED 显示程序，密码比较程序和报警程序 2、设计方案与原理框图 （1）主要的设计实施过程： 第一步，选用 msp430单片机，以及选购其他电子元器件（电阻（100欧、150欧、2K欧等）、发光二极管、三极管、数码管（阴极）、ULN2003AG 芯片、按键、电线、PADS9.3软件、MATLEB软件、焊接电路板一 块）。 第二步，使用PADS9.3软件设计硬件电路原理图，并设计 PCB图完成人工布线。 第三步，焊接电路 第四步，MATLEB软件编写单片机的 C 语言程序、仿真、软件调试。 第五步，联合软、硬件调试电路板，完成本次设计。 （2）原理框图： 3、原理框图的说明
五邑大学 电子系统设计开题报告题目：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AP0905520 学生姓名李晓勇 指导老师陈鹏 开题报告日期2011/10/12
便携式人体心率监测仪的设计 1摘要 多年来，心率监测仪在心血管疾病的研究和诊断方面发挥出显著的作用，它们所记录的心脏活动时的生物电信号，已成为临床诊断的重要依据。目前，检测心率的仪器虽然很多，但是能像本文设计的系统一样实现精确测量、便于携带、报警等多种功能的便携式全数字心率测量装置却不多。 本系统以AT89C2051单片机为核心控制芯片，光电式脉搏波传感器采集信号，以七段数码管作为显示系统，经信号处理电路后脉冲送入单片机，由数码管显示心率。本文设计的人体心率监测仪使用方便，只需将手指端轻轻放在传感器上，即可实时显示出每分钟脉搏次数，特别适合体育训练和外出旅游等场合使用。采用红外光学检测法，能够在运动的状态下进行心率测量。该系统运行稳定，实时性强，安全可靠，系统通用性好，移植、扩展方便，同时具有功耗低，体积小，操作简单，便于随身携带等特点，适合家庭和社区医疗保健使用，对心血管疾病的早期诊断具有重要的意义。 目前，现代的医学电子仪器已不仅仅是单纯的医学电子测量仪器硬件系统，而是基于电子技术、计算机技术、数字信号处理技术的生理量检测和分析系统。以往专门测量心率值的仪器较少，能提供心率变异指标的仪器更是寥寥无几。人们为了知道自己的运动或劳动强度是否超负荷，尤其是老年人或运动员等，他们都得赶到医院而不能实时测量和预知。而心电仪的出现，使心电图机进入家庭变成了可能，但基于心电工作站的模式，使个别地区的患者因医院分析诊断系统的不健全，而变得不适用；基于嵌入式及DSP的心电监护仪功能强大，但又因芯片价格的高昂而有悖于我国基本国情，不利于家庭的普及[4]。因此，一种性能优良，带有自动监测、报警等功能，适合在家庭和社区条件下使用，同时适用于有隐性疾患的亚健康人群及各种作业环境下的劳动者，在其心率变异时，能及时发出警示的安全监护器，而又符合我国人均收入水平不高这一国情的心率监测系统的研制显得尤其重要。基于这一目的，我设计的课题就是便携式人体心率监测系统的设计。
课程设计说明书正文 1：任务分析与方案设计 心率计是用来测量一个人心脏单位时间内跳动次数的电子仪器，由于人体各部位心率一致，所以通常测量人手臂处的脉搏即可测出人体心率。任务要求测出的心率为一分钟内心跳的次数，并显示，测量结果要与标准范围作比较，不在标准范围内则报警。 设计方案为:采用传感器，量脉搏的跳动，出微弱的信号，入放大器中放大；后通过滤波器滤除干扰信号后，将形整形为方波或脉冲信号；将其作为计数控制信号，用基准时间一定的方波作为计数脉冲在一个心跳周期内计数，计数值N 与基准时间T 的乘积就是一次心跳的时间。再对“60/基准时间T ”个脉冲进行N 分频，对分频后的信号计数，其计数值则为本次心率数值。之后计数器计数值输入到显示器中显示，同时，将其输入的频率进行F/V 转换后与标准电压值作比较，若，测量值不在标准值范围内则报警，即LED 灯亮。流程图如下。 2：电路设计，元器件参数计算及选择 2.1：传感器的选择 :
红外线检测原理： 随着心脏的博动，人体组织半透度随之改变，当血液流回心脏，组织半透度增大，这种现象在人体组织较薄的指尖、耳垂等部位最明显。用红外发光二极管产生红外线照射到人体上述部位，并用装在一旁的红外光电管来检测机体组织的透明度并转换成电信号，其信号频率与脉搏频率相对应并且其为低频近似的正弦信号。 TCRT5000(L)具有紧凑的结构发光灯和检测器安排在同一方向上，利用红外光谱反射对象
电压跟随器的显著特点就是，输入阻抗高，而输出阻抗低，一般来说，输入阻抗要达到几兆欧姆是很容易做到的。输出阻抗低，通常可以到几欧姆，甚至更低。 在电路中，电压跟随器一般做缓冲级及隔离级。因为，电压放大器的输入阻抗一般比较高，通常在几千欧到几十千欧，如果后级的输出阻抗比较小，那么信号就会有相当的部分损耗在前级的输出电阻中。在这个时候，就需要电压跟随器来从中进行缓冲。起到承上启下的作用。应用电压跟随器的另外一个好处就是，提高了输入阻抗，这样，输入电容的容量可以大幅度减小，为应用高品质的电容提供了前提保证]1[。 仿真图： 黄色信号（下）为输入信号。 蓝色信号（上）为输出信号。 由图中可以看出，输入输出信号基本相等。 2.3:放大电路的设计 传感器输出为微弱信号，需进行放大后才便于后续电路的处理。考虑到后续电路中滤波器电路也具有信号放大的功能，所以放大器的放大倍数不宜过大，初 步选择为660倍。设计电路的原理如下：
专科生毕业设计论文 基于MSP430单片机实验系统的开发与设计-基本模块 学院：机电工程学院 专业：电气自动化技术 班级： 学号： 指导教师： 职称（或学位） 2014年5月
原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文（设计），是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文（设计）不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本论文（设计）的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学生签名：年月日 指导声明 本人指导的同学的毕业论文（设计）题目大小、难度适当，且符合该同学所学专业的培养目标的要求。本人在指导过程中，通过网上文献搜索及文献比对等方式，对其毕业论文（设计）内容进行了检查，未发现抄袭现象，特此声明。 指导教师签名：年月日
目录 1 绪论 (2) 1.1课题背景 (2) 1.2设计原理 (2) 1.3单片机概述 (2) 2 系统硬件设计 (3) 2.1电源模块设计 (3) 2.2串口模块设计 (4) 2.3GSM模块接口设计 (5) 2.4I2C模块设计 (7) 2.5A/D模块设计 (8) 2.6单片机模块 (9) 3 系统软件设计 (10) 3.1软件开发工具的介绍 (10) 3.2系统软件流程图 (11) 3.3A/D软件设计 (11) 3.4短信息软件设计 (11) 3.5SM软件设计 (12) 4 结论 (13) 致谢: (13) 参考文献 (13) 附录 (14)
基于MSP430单片机实验系统的开发与设计 -基本模块 （机电工程学院指导教师：） 摘要:GSM系统是目前基于时分多址技术的移动通信体制中比较成熟，完整的系统。系统以MSP430F149为核心，实验系统的基础模块主要有串口模块、I2C模块、A/D模块、电源模块、GSM模块。着重的设计了该系统的特点以及硬件和软件的组成，同时描述了实验系统的功能 以及所能开设的实验内容，通过Embedded Workbench进行软件仿真从而实现了系统的实现 数据的有效数据传输，构成一个简单的MSP430单片机系统，方便对系统的高效学习的研究， 具有低功耗、抗干扰能力强、易携带等优点。 关键词：MSP430F149；实验系统；数据传输 Based on MSP430 SCM Experiment System Development and Design - Basic Module （Electronic & Information Engineering Department, Supervisor:） Abstraot:The GSM system is based on relatively mature mobile communication system of time division multiple accesstechnology, complete system.The system takes MSP430F149 as the core, basic modules of the experiment system mainly include serial port module I2C module,A/D module,power module,GSM module. Mainlydesign the system components and the characteristic of the hardwar and software,and describes the system function and can open the experiment content,software simulation by Embeddded Workbench so as to realize theeffective data transmission system,Make a simple MSP430 single chip microcomputer system, facilitate the study ofefficient learning system the,has advantages of low power power consumption strong anti-interference ability,easy to carry.
大连民族学院机电信息工程学院 自动化系 单片机系统课程设计报告 题目：脉搏测量仪设计 专业：自动化 班级：自动化103 学生姓名：王宏刚，勾延伟，金文杰 指导教师：陈晓云，张秀春 设计完成日期：2012年11月28日
目录 1任务分析和性能指标 (1) 1.1任务分析 (1) 1.2性能指标 (1) 2总体方案设计 (2) 2.1硬件方案 (2) 2.1.1传感器 (2) 2.1.2 信号处理 (2) 2.1.3 单片机 (2) 2.1.4 电源 (2) 2.2软件方案 (2) 3硬件设计与实现 (4) 3.1前置放大电路 (4) 3.2二阶有源滤波电路 (4) 3.3波形整形电路 (5) 3.4单片机接口电路 (6) 4软件设计与实现 (7) 4.1主程序 (7) 5 调试及性能分析 (8) 5.1调试分析 (8) 总结 (9) 参考文献 (10) 附录1 元器件清单 (11) 附录2 调试系统照片 (12) 附录3源代码 (13)
1任务分析和性能指标 1.1任务分析 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。为了提高脉搏测量的精确与速度，多种脉搏测量仪被运用到医学上来，从而开辟了一条全新的医学诊断方法。 随着科学技术的发展，脉搏测量技术也越来越先进，对脉搏的测量精度也越来越高，国内外先后研制了不同类型的脉搏测量仪，而其中关键是对脉搏传感器的研究。 动态微压传感器是一种高性能、低成本的压电式小型压力传感器，产品采用压电薄膜作为换能材料，动态压力信号通过薄膜变成电荷量，在经传感器内部放大电路转换成电压输出。该传感器具有灵敏度高，抗过载及冲击波能力强，抗干扰性好、操作简便、体积小、重量轻、成本低等特点，广泛应用于医疗、工业控制、交通、安全防卫等领域。但人体的生物信号多属于强噪声背景下的低频的弱信号, 脉搏波信号更是低频微弱的非电生理信号,因此必需经过放大和后级滤波以满足采集的要求。 1.2性能指标 系统能准确测量人的脉搏次数，一分钟误差不超过1次，有直观的显示系统。系统要求有自己设计电路部分。