摘 要测量心率计是用于测量心率值的设备，它的应用在心血管疾病的研究和诊断方面也发挥出显著的作用，它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。本设备的主要特点是采用了模拟电路与数字电路相互配合的控制模式，通过模拟电路的高速特性以及数字电路的准确特性，将检测过程快速性以及输出结果高精度性等优点表现地淋漓尽致，另外本设备在成本、功耗以及使用稳定度上皆有很高的表现，不但如此，电路中的芯片全部采用了直插引脚封装，当出现损坏等情况时，能够快速地实现维修和更换等操作。经过了多次的实验验证以及电路改进，实现了心率值快速检测并且具有报警功能的心率计控制系统，并且具有真人语音播报功能，本系统表现出了很高的准确性和实用特点，适合推向未来的心率计控制市场，能够大幅度降低目前心率计系统的生产成本并且降低性价比大幅度提高。
目录
一、 引言 1
（一） 电子心率计控制系统发展背景 1
（二） 心率计系统的国内外发展现状 1
（三） 本文主要设计内容 2
二、 方案选择及元器件介绍 2
（一） 主控芯片的选取 2
（二） AT89C51单片机简要概述 3
（三） 红外对管介绍 4
（四） LM358运算放大器概述 4
（五） SC8035语音芯片电路设计 5
（六） LCD1602型液晶屏介绍 6
三、 硬件系统设计 7
（一） 心率计控制系统的硬件结构设计 7
（二） 单片机最小系统设计 8
（三） 红外对管电路设计 9
（四） LM358放大及比较电路设计 9
（五） SC8035语音芯片电路设计 11
（六） 液晶屏电路设计 11
（七） 报警电路设计 12
四、 软件系统设计 13
（一） 心率计控制系统的主程序流程设计 13
（二） 语音芯片驱动流程设计 14
（三） 液晶屏显示流程设计 14
（四） 报警电路工作流程设计 16
五、 实物制作 17
总 结 19
参考文献 20
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致 谢 20
附录一 原理图 22
附录二 PCB 23
附录三 元件列表 24
附录四 程序 25
引言
电子心率计控制系统发展背景
本文将要介绍一种通过51单片机作为主要控制器来实现的一款智能型心率计控制系统，这款系统的实现将突破目前市面上相关产品的平均性能，并且在功能上将得到较大的扩展。心率计系统已经在人们的生产生活中出现了较长一段时间，起初在单片机技术还未成熟并推向使用前，逻辑电路以及CPLD等一些具有逻辑运算功能的芯片在控制届大行其道，是大多数控制系统的首要选择，通过这些具有简单运算功能的芯片能够实现一些常见的按键检测、报警器驱动以及数码管显示等功能，这一时期的心率计控制系统已经具有了一些简单的功能设置、报警信号发出以及测量参数显示等基本功能，但是离今天以单片机等微处理器作为主控器的心率计控制系统还具有相当大的一段距离，无论是在功能还是用户使用体验上，都不能最大满足用户的需求。在这一现状下，心率计控制系统的设计师们意识到只有采用更高性能并且集成度更高的控制器芯片才能够设计出具有突破意义的产品来，因此在二十世纪九十年代当单片机生产技术和使用方法得到大规模的普及之后，各行各业的电子设计师们开始了对单片机系统的开发，其中在心率计控制系统领域，设计师们将以往的逻辑门电路或者CPLD等一些主控器进行剔除，接着将微处理器芯片进行嵌入，通过程序代码的编写和编译并烧写，这样就使得心率计控制系统具有了一定程度的智能意义，因为它将设计师的思想换算成软件代码并下载到了微处理器芯片中进行对心率计控制系统中其他模块的驱动，实现具有一定智能化的操作。另外通过单片机等微处理器的嵌入，能够更好的实现心率计控制系统与用户之间的交互，由于单片机等芯片具有几十个甚至上百个管脚，因此能够实现更多模块的驱动。本次毕业设计就将以C51单片机作为主控器，设计一款能够突破现有产品性能，改进目前相关产品所存在的普遍缺点，并且能够通过软硬件的不断优化，将控制系统的功耗降到最低。
心率计系统的国内外发展现状
国内外大多数企业已经普遍掌握了生产制造中高以上性能的心率计控制系统产品，但一些具有高端性能的心率计产品只占有很少的比例，这些顶尖技术只有世界上一些少有国家或者研究团队掌握，因此生产成本非常高，导致这些高端产品并不能够在市面上进行普及。许多科研单位和研究小组为了打破这种局面，开始着重开始对心率计控制系统进行研究，不但在硬件上更在软件上寻找突破口，使用更高性能的传感器和更先进的处理器来构建心率计系统的整体框架，相信这种少有高端技术垄断的局面在不久的将来很快会被打破。
本文主要设计内容
本次的毕业设计将在传统心率计系统的发展基础上，设计出一款能够实现心率计功能的智能心率计控制系统，并选用目前市场上使用最为广泛的51单片机作为控制系统的主控器件，在文章结构上，第一章主要对心率计系统的发展背景和当前的发展背景做了主要阐述；第二章对智能控制系统的整体结构进行了设计，并且确立了结构中各模块所要使用到的元器件；第三章将对各模块的电气原理图进行了设计，并且对设计原理以及设计思路进行了详细的描述；第四章对系统的软件程序进行了设计，通过了Visio绘图软件绘制了流程图进行了软件的工作流程描述。
1、能够快速测量到人体的心率值，反应时间低于3秒；
2、具有超限报警功能；
3、心率上下限可通过按键设置；
4、具有液晶显示功能。
5、语音播报心率的具体数量。
方案选择及元器件介绍
主控芯片的选取
目前单片机市场的充足为毕业设计的完成提供了很大的便利，在制定好本文的设计目标后，首先需要考虑的就是系统主控器件的选取，结合到本系统要实现的功能，本文制订了选取单片机的两款方案。
方案一：使用美国MicroChip公司研发的PIC16F877单片机，这款单片机是一款被使用时间较长的典型8为单片机，无论是高校还是工业生产中都习惯将其成为PIC单片机，我们常说的PIC单片机是指一类通过内部特定结构实现的稳定度极高、抗电磁干扰能力显著的控制器。这种单片机在一些应用环境较为恶劣的场合非常常见，如路口的交通灯控制系统、工业生产中的主机运行等，在这些环境中，由于机器众多，电磁干扰现象非常严重，因此一些不采取保护措施的单片机就无法正常工作，而PIC单片机在不影响主频速度的情况下，通过改进内部电路结构同时施加一定的屏蔽措施，从而使得它能有条不紊的工作。如果本文选用PIC16F877单片机作为系统的主控，那么系统的稳定度将得到极大的提升，这款单片机另一个优点是具有DIP40双排直插封装可选，这样能够给电路的构建以及实物的焊接具有很大的便利性，不需要小心翼翼地去处理贴片管脚，能够大大促进毕业设计的成功性。另外PIC16F877单片机内部还集成了AD模数转换模块，能够实现高精度的信号采集功能，除此以外也包含定时器、中断以及UART等常用模块。
方案二：使用ATMEL公司推出的51系列控制器，该公司研发的51系列单片机种类众多，其中最为著名的当属AT89C51以及AT89C52两款单片机，这两款单片机几乎会出现每一个电子类专业学生的学习历程中，它们过去几乎是所有高校教授的单片机芯片。这两款单片机都是51系列单片机，因为这两款芯片内部都采用了MSC51内核，所以被称为51单片机，不同的是两者内部的ROM以及RAM大小，这两款单片机是FLASH型器件，即程序代码可重复烧写在单片机内，非常方便学生学习和实验，其中AT89C51的FLASH位4K，而AT89C52得FLASH位8K；而AT89C51的RAM大小为128字节，而AT89C52的RAM大小为256字节，另外AT89C52单片机内部有三个定时器，比AT89C51单片机多一个。可贵的是，如果采用51单片机作为本系统的主控器，我们也可以选到DIP40双排直插封装形式的芯片，非常利于电路的构建。在成本方面，目前51系列单片机的成本几乎是所有单片机中最低的，这一点对于本次毕业设计是非常重要的，因为毕业设计的目标是设计一款性价比较高的单片机系统。

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