一種便攜式單片機控制液晶顯示型心率計設計

　　經(jīng)前面處理得到的信號為疊加有噪聲的脈沖正弦波，接下來(lái)必須對這個(gè)信號經(jīng)過(guò)整形。先是通過(guò)比較器IC1b將正弦波轉換成方波。利用R8可以實(shí)現將比較器的閾值調定在正弦波的幅值范圍之內的目的。接下來(lái)，從IC1b的7引腳輸出的方波信號經(jīng)C5、R10構成的微分電路，進(jìn)行微分處理后將成為正負相間的尖脈沖。為了穩定脈沖的輸出，電路設計時(shí)是將此脈沖輸入到單穩多諧振蕩器IC1c的反相輸入端，并利用IC1c的輸出來(lái)作為后極工作的實(shí)際使用脈沖。

　　IC1c在工作時(shí)，凡有輸入信號時(shí)，它會(huì )在輸入信號后沿到來(lái)時(shí)輸出高電平，從而使C6通過(guò)R11充電。大約持續20ms之后，IC1c同相輸入端的電位會(huì )因C3充電電流減小而降低，當此電位低于反相輸入端的電位時(shí)(尖脈沖已過(guò)去很久)， IC1c就將改變狀態(tài)并再次輸出低電平。這20ms的脈沖時(shí)間是與脈搏同步的，這種脈沖在電路工作時(shí)是與紅色發(fā)光二極管D3的閃爍情況相對應的。

　　經(jīng)過(guò)IC1c之后的脈沖就是后面單片機控制電路所需的實(shí)際脈沖，通過(guò)R12送到單片機P3.3引腳后，就可實(shí)現后面的計數和顯示了。

　　IC1a、IC1b、IC1c工作所需的4.5V電源電壓，在電路中是通過(guò)R14、R15對9V分壓并經(jīng)IC1d緩沖而得到的。這樣的設置，就使得即使電池電壓降低到6V，本電路也能實(shí)現正常工作。

　　單片機控制電路

　　單片機控制電路如圖3所示。本部分電路主要由AT89C2051單片機、SMC1602A液晶顯示芯片、12MHz的晶振電路以及復位電路等幾個(gè)部分組成。電路主要完成對于前面采集處理得到的脈沖進(jìn)行計數和顯示的任務(wù)。

　　圖3

　　經(jīng)采集處理后得到的脈沖信號，通過(guò)P3.3引腳被輸入到單片機中。單片機被設為負跳變中斷觸發(fā)模式。因此，每次脈沖下降沿到達時(shí)，單片機就將被觸發(fā)并產(chǎn)生中斷進(jìn)行計時(shí);而當下一次脈沖的下降沿到達時(shí)，單片機就對兩次脈沖間的時(shí)間間隔進(jìn)行運算，運算的結果就是心率。這個(gè)結果值，將通過(guò)P1口送至SMC1602A液晶顯示芯片的數據端口，從而被顯示出來(lái)。

　　在顯示心率值之后，單片機將對此心率值與80~120的人體正常脈搏范圍進(jìn)行比較。若此值X為80≤X≤120，液晶顯示芯片中會(huì )顯示“Very Good!”，以表示被測者心率正常;若此值不在80~120范圍之內，即X<80或者X>120，那么，液晶顯示芯片中會(huì )顯示“A Little Bad!”，以便表示被測者心率出現不正常。

　　另外，為了提示用戶(hù)及時(shí)觀(guān)察心率值的顯示，電路中還設置了一個(gè)提示音的裝置。即每次脈沖到來(lái)時(shí)，單片機P3.7引腳所連接的蜂鳴器SP均會(huì )發(fā)出提示音，這樣，當用戶(hù)第二次聽(tīng)到這個(gè)提示音時(shí)，就表明1分鐘的脈搏計數顯示已經(jīng)完成。如此一來(lái)，結合前面心率采集處理電路中對于每次脈搏給予的點(diǎn)亮閃爍裝置，本心率計在使用時(shí)就可以通過(guò)聲光相結合的形式形象地把脈搏的快慢顯示出來(lái)。

　　此外，本心率計設計的有效測量顯示范圍為50次/分~199次/分。為避免可能出現的干擾的影響，單片機對兩個(gè)脈沖之間的時(shí)間間距進(jìn)行檢測，若發(fā)現有干擾，即次數值不在設置的有效測量顯示范圍之內時(shí)，則忽略該干擾而不顯示。這樣就更加降低了心率計在實(shí)際使用時(shí)出現誤差的可能性。

　　元器件選取

　　電路中單片機選用AT89C2051單片機。液晶顯示器芯片則選用SMC1602A，電路中用到的運算放大器IC1為常用的四運放LM324，它的四路分別分配給了IC1a、IC1b、IC1c和IC1d。本心率計的電源為7~9V直流電源，可以通過(guò)電池供電，也可通過(guò)交直流轉換后來(lái)獲取，正常工作時(shí)的工作電流為100mA。設計中使用的提示音裝置為普通蜂鳴器，也可用8Ω微型喇叭來(lái)代替。另外，單片機采用的是12MHz的晶振，若用其它頻率晶振，在軟件設計中就需進(jìn)行相應修改。