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基于单片机的心率计设计

图 3-6 -5V电源电压仿真图

3.4信号比较电路

电压比较器是一种常用的集成电路。它可用于报警器电路、自动控制电路、测量技术，也可用于V/F 变换电路、A/D 变换电路、高速采样电路、电源电压监测电路、振荡器及压控振荡器电路、过零检测电路等。我们主要介绍其基本概念、工作原理及典型工作电路，电压比较器是对两个模拟电压比较其大小并判断出其中哪一个电压高，接到的信号电压小于该值时显示0V，当大于该值时显示5V，这就形成了0和5V的方波。如图3-7 所示。

图3-7 电压比较器

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基于单片机的心率计设计

3.5 LCD12864显示电路

显示电路运用LCD12864和2只发光二极管来实时监测被测者的心率，监测完毕，蜂鸣器发出一声短促鸣响，液晶显示心率值。设计要求同时实现对波形和频率进行显示，而12864液晶屏本身并不带有绘图的指令，所以想在12864液晶屏上动态的绘制曲线并非易事。考虑到12864液晶有图像模式和一般模式两种模式，在一般模式下可以显示文字，而在图形模式下可以对12864液晶的128*64个点进行控制，通过一个一个点显示，便可以形成动态的曲线。显示电路原理图如图3-8所示。

图 3-8 LCD显示电路

3.6 记忆电路

记忆芯片采用X25045，X25045具有三种常用功能，看门狗定时器，电压监控和512字节的E2PROM。看门狗定时器对单片机提供独立的保护系统。当系统出现故障时，在可选的超时周期之后，看门狗将以REST信号组做出响应。X25045是设计成与许多常用微控制器系列的同步串行外设接口（SPI）相接的512×8EEPROM。每次测量完的结果可根据需要用“存储键”存到X25045中，本方案中每次测量结果只占用一个字节。如图3-9所示。

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基于单片机的心率计设计

图 3-9 记忆电路

3.7 键盘电路

因为I/O口足够用，键盘设计采用线性键盘。四个引脚分别接欧姆龙按键接地。有程序控制扫描。4个按键分别接到CPU的P14、P15、P16、P17上，完成开始测量、下查询、上查询、存测量结果。另外上查询与下查询键同时按下时可清除记忆。如图3-10所示。

图 3-10键盘电路

4系统软件设计

基于单片机心率计的软件设计主要由主程序流程图、中断程序流程图及显示子程序组成。C语言程序有利于实现较复杂的算法，汇编语言程序则具有较高的效率且容易精细计算程序运行的时间，而心率计的程序既有较复杂的计算（时间t内的平均值），又要求精细计算程序运行时间（动脉搏动时间），所以控制程序可采用C语言和汇编语言混合编程。

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基于单片机的心率计设计

4.1测量计算原理

设K个连续的动脉搏动所用时间为t（秒），在时间 t 内心率的平均值为n（次/分），则：

n = 60K/t (4-1) 为了能够控制用单片机计算机测定t值，我们利用脉动信号控制（在K个连续的脉搏周期内）单片机的定时/计数器T0定时（定时1ms中断一次），工作寄存器对中断次数进行计数，然后读取计数值。设该计数值为N，于是有：

t = 0.001N (4-2) 把(2)带入(1)得到：

n = 60k/0.001N =60000K/N (4-3)

式(3)就是利用单片计算机测定心率值的数学模型（误差小于0.4%）。在该单片机系统中，K = 1~~9（用户可通过按键自行设置）。可测心率范围20次/分~~200次/分（N的范围：300~~30000）。

4.2主程序流程图

程序流程图如图4-1所示。程序初始化是单片机程序必需的，它的主要任务是确定中断入口地址和程序入口。然后显示全零，目的是为了区分是否有信号送入，当没有信号送入时，显示全零，则说明心率计没有正常工作，反之，则正常工作。

设计中比较重要的一部分是定时l00ms，它主要是为采样6s建立基础。系统运用定时器T1定时来实现100ms的定时，中断等待占用程序执行的绝大部分时间，是一个死循环语句，只有当中断满足条件时，才执行中断服务子程序，进行累加计数的结果，累加之后，判断采样的次数，如果采样未满60次，说明不到6 s，返回继续采样、等待中断，直到采样60次为止，之后把6s内采样得到的次数由二进制数转化为十进制数，送到液晶进行显示。

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