电子装置与系统设计课程设计报告.doc

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1、电子装置与系统设计课程设计学院： 信息电子学院 班级： 08电子信息工程 学号： E08610308 姓名： 陈建能 指导老师： 陈科沈军民 日期： 20110704 目录1、课程设计目的32、课程设计工具及题目32.1、课程设计工具.3 2.2、课程设计题目.33、课程设计内容、步骤及电路原理图33.1、课程设计内容.33.2、课程设计步骤.33.3、整个系统的电路原理图.44、课程设计各模块工作原理5 4.1、红外心率计模块.54.1.1、负电源变换电路54.1.2、血液波动检测电路.64.1.3、放大、整形、滤波电路.74.2、PIC单片机检测并显示模块84.2.1、定时器初始化及中断函

2、数.84.2.2、数脉冲个数程序.94.2.3、数码管显示程序.104.2.4、延时子程序.11 4.2.5、ds18b20温度采集程序.115、课程设计心得.146、参考文献.157、附录：源程序代码及注释16课程设计目的：单片机具有体积小、功能强、成本低、应用面广等优点，可以说，智能控制与自动控制的核心就是单片机。目前，一个学习与应用单片机的高潮在全社会大规模地兴起。学习单片机的最有效方法就是理论与实践并重。系统地运用已学的理论知识解决实际问题的能力和查阅资料的能力。培养一定的自学能力和独立分析问题、解决问题的能力，能通过独立思考、查阅工具书、参考文献，寻找解决方案；课程设计工具及题目：

3、1、课程设计工具：PC机、PIC单片机最小系统、红外心率计模块 2、课程设计题目：基于PIC单片机的脉搏检测课程设计内容、步骤及电路原理图 1、学习PCB画图，选好课题，即脉搏检测。购买元器件材料，焊接PIC最小系统版，搭建心率计模块，然后由心率计模块产生方波，用PIC单片机数出一分钟的脉冲个数，然后在数码管上显示出来，即为脉搏。2、首先根据最小系统版的原理图，搭建好电路，调试下载线是否可以下载，复位开关是否可以工作。调试成功之后，开始搭建心率计模块，搭建好心率计模块之后，开始检测是否可以产生方波，用手指按在传感器上，然后用示波器观察是否出现方波脉冲。调试成功之后，就编写相应的程序，烧写进单片

4、机中，然后就可以检测相应的脉搏了。3、红外心率计模块电路图 4、PIC单片机最小系统原理图各功能模块的工作原理：1、 红外心率计模块单元电路的工作原理 负电源变换电路负电源变换电路的作用是把+12V直流电变成-10V左右的直流电压，-10V 电压与+12V作为运算放大器的电源。负电源变换电路如图2所示，其中IC1（CD4069）为六非门集成电路，它的内部结构图如图3(a)所示。负电源变换电路工作原理：通电的瞬间，假设A点是低电位，则B点是高电位，C点是低电位，D点是高电位。B点的高电位通过R19给C7充电，当F点的电压高于IC1（CD4049）的电平转换电压时，B点输出低电位，C点（C7一端）

5、输出高电位，由于电容两端的电压不能突变，所以C7两端的电压通过R19放电。当F点电压低于IC1的转换电压时，B点输出高电位，此高电位通过R19对C7充电，如此循环。C点得到方波，经过后面四个反相器反相、扩流后，在D点得到方波。当D点是高电平的时候，V1导通C8被充电，大约充到11V左右，当D点变成低电平的时候，由于C8两端电压不能突变，G点电压被拉到-11V左右，此时V2导通， C9反方向进行充电，使E点电压达到-10V左右。由于带负载的能力不强，当带上负载后，E点电压大约降到9V左右。图2 电源电路 (a) CD4049 (b) LM741图3 集成电路的结构图 血液波动检测电路血液波动检测

6、电路首先通过红外光电传感器把血液中波动的成分检测出来，然后通过电容器耦合到放大器的输入端。如图4所示。图4 血液波动检测电路TCRT5000红外光电传感器的检测方法：首先用数字万用表的二极管档位正向压降测试控制端发射管（浅蓝色）的正、负极，将红黑表笔分别接发射管的两个引脚，正反各测一次，表头一次显示“1.05（0.9-1.1）”，一次显示溢出值“-1”，则显示1.05V的那次正确，红表笔接的是正极，黑表笔接的是负极。若两次都显示“1”，说明发射管内部开路，若两次都显示“0”发射管内不短路。然后再判断接收管的C、E极和光电转换效率，方法如下：将发射管的正负极分别插入数字万用表hFE档NPN型的C

7、、E插孔，再将模拟万用表打到R1k档。红黑表笔分别接接收管的两个引脚，若表针不动，则红黑表笔对调，若表针向右偏转到15k左右，则黑表笔所接管脚为C，红表笔所接管脚为E。此时，再用手指或白纸贴近两管上方，表针继续向右偏转至1k以内，说明该红外光电断续器的光电转换效率高。血液波动检测电路工作原理：TCRT5000是集红外线发射管、接收管为一体的器件，工作时把探头贴在手指上，力度要适中。红外线发射管发出的红外线穿过动脉血管经手指指骨反射回来，反射回来的信号强度随着血液流动的变化而变化，接收管把反射回来的光信号变成微弱的电信号，并通过C1耦合到放大器。 放大、整形、滤波电路放大、整形、滤波电路是把传感

8、起检测到的微弱电信号进行放大、整形、滤波，最后输出反映心跳频率的方波，如图5所示。其中LM741为高精度单运放电路，它们的引脚功能如图3 (b)所示。IC2、IC3、IC4都为LM741。图5信号放大、整形电路因为传感器送来的信号幅度只有25毫伏，要放大到10V左右才能作为计数器的输入脉冲。因此放大倍数设计在4000倍左右。两级放大器都接成反相比例放大器的电路，经过两级放大、反相后的波形是跟输入波形同相、且放大了的波形。放大后的波形是一个交流信号。其中A1、A2的供电方式是正负电源供电，电源为+12V、-10V。A1、A2与周围元件组成二级放大电路，放大倍数Auf为：由于放大后的波形是一个交流

9、信号，而计数器需要的是单方向的直流脉冲信号。所以经过V3检波后变成单方向的直流脉冲信号，并把检波后的信号送到RC两阶滤波电路，滤波电路的作用是滤除放大后的干扰信号。R9、V4组成传感器工作指示电路，当传感器接收到心跳信号时，V4就会按心跳的强度而改变亮度，因此V4正常工作时是按心跳的频率闪烁。直流脉冲信号滤波后送入A3的同相输入端，反相输入端接一个固定的电平，A3是作为一个电压比较器来工作的，是单电源供电。当A3的3脚电压高于2脚电压的时候，6脚输出高电平；当A3的3脚电压低于2脚电压的时候，6脚输出低电平，所以A3输出一个反应心跳频率的方波信号。2、 PIC单片机检测并显示模块 定时器，定时

10、1s实现60秒的计时功能，用于检测的时间，并在数码管上显示出来。相应的初始化程序为：void time1_rtc_init(void) INTCON = 0x20; /disable global and enable TMR0 interrupt INTCON2 = 0x84; /TMR0 high priority RCONbits.IPEN = 1; /enable priority levels TMR0H = 100; /clear timer TMR0L = 0; /clear timer T0CON = 0x85; /set up timer0 - prescaler 1:64

11、INTCONbits.GIEH = 1; /enable interrupts定时器的中断函数为：#pragma code InterruptVectorHigh = 0x08voidInterruptVectorHigh (void) _asm goto InterruptHandlerHigh /jump to interrupt routine _endasm#pragma code#pragma interrupt InterruptHandlerHighvoid InterruptHandlerHigh () if(INTCONbits.TMR0IF) /check for TMR0

12、 overflow INTCONbits.TMR0IF = 0; /clear interrupt flag second+; /indicate timeout if(second = 60) second = 0;result = 1;/if(result != 1)/led = led; 由RB0采集脉搏的方波，计数方波个数，并在60秒后显示在数码管上。#define pulse PORTBbits.RB0采用上升沿触发来实现计数功能，从而实现了计数方波的个数的功能。 if(INTCONbits.INT0IF = 1)INTCONbits.INT0IF = 0; delay_ms(100

13、);fre+;位选和段选的数值和数码管的显示程序如下：const unsigned table10=0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F,0x6F; const unsigned bit_set4=0xFE,0xFD, 0xFB, 0xF7;void display(int time) PORTC = tabletime % 10;PORTD = bit_set3;delay_ms(20);PORTC = table(time / 10) % 10;PORTD = bit_set2;delay_ms(20); PORTC = tabletim

14、e / 100;PORTD = bit_set1;delay_ms(20);显示带小数位的，代码如下：void display1(int time) PORTC = tabletime % 10;PORTD = bit_set3;delay_ms(10);PORTC = table1(time / 10 )% 10;PORTD = bit_set2;delay_ms(10); PORTC = table(time)/ 100;PORTD = bit_set1;delay_ms(10);延时子程序如下：void delay_ms(unsigned int time)int n;for(;time

15、0;time-)for(n = 0; n 0)i-; ds=1; i=4; while(i0)i-;char tempreadbit(void) /读1位函数 int i; char dat; TRISB = 1; ds=0;i+; /i+ 起延时作用 ds=1;i+;i+; TRISB = 3; dat=ds; i=8;while(i0)i-; return (dat);char tempread(void) /读1个字节 char i,j,dat; dat=0; for(i=1;i=8;i+) j=tempreadbit(); dat=(j1); /读出的数据最低位在最前面，这样刚好一个字

16、节在DAT里 return(dat);void tempwritebyte(char dat) /向18B20写一个字节数据 int i; char j; char testb; for(j=1;j1; if(testb) /写 1 TRISB = 1; ds=0; i+;i+; ds=1; i=8;while(i0)i-; else TRISB = 1; ds=0; /写 0 i=8;while(i0)i-; ds=1; i+;i+; void tempchange(void) /DS18B20 开始获取温度并转换 dsreset(); delay_ms(1); tempwritebyte(

17、0xcc); / 写跳过读ROM指令 tempwritebyte(0x44); / 写温度转换指令int get_temp() /读取寄存器中存储的温度数据 char a,b; dsreset(); delay_ms(1); tempwritebyte(0xcc); tempwritebyte(0xbe); a=tempread(); /读低8位 b=tempread(); /读高8位 temp=b; temp=8; /两个字节组合为1个字 temp=temp|a; f_temp=temp*0.0625; /温度在寄存器中为12位 分辨率位0.0625 temp=f_temp*10+0.5;

18、/乘以10表示小数点后面只取1位，加0.5是四舍五入 f_temp=f_temp+0.05; return temp; /temp是整型课程设计心得参考文献1 郭天祥。新概念51单片机C语言教程M 2009.121 孙安青。PIC单片机使用C语言程序设计与典型实例M 2008.06附录：源程序代码及注释#include #define pulse PORTBbits.RB0#define ds PORTBbits.RB1void delay_ms(unsigned int time); const unsigned char table10=0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0

19、x6D,0x7D,0x07,0x7F,0x6F; const unsigned char table110=0xBF,0x86,0xDB,0xCF,0xE6,0xED,0xFD,0x87,0xFF,0xEF; const unsigned bit_set4=0xFE,0xFD, 0xFB, 0xF7;void time1_rtc_init(void);void timer1_rtc_isr(void);void InterruptHandlerHigh (void);void display(int time);void display1(int time);void main(void);i

20、nt second, flag, fre, result, temp, count;float f_temp;void dsreset(void) /18B20复位，初始化函数 int i; TRISB = 0xf1; ds=0; i=103; while(i0)i-; ds=1; i=4; while(i0)i-;char tempreadbit(void) /读1位函数 int i; char dat; TRISB = 0xf1; ds=0;i+; /i+ 起延时作用 ds=1;i+;i+; TRISB = 0xf3; dat=ds; i=8;while(i0)i-; return (da

21、t);char tempread(void) /读1个字节 char i,j,dat; dat=0; for(i=1;i=8;i+) j=tempreadbit(); dat=(j1); /读出的数据最低位在最前面，这样刚好一个字节在DAT里 return(dat);void tempwritebyte(char dat) /向18B20写一个字节数据 int i; char j; char testb; for(j=1;j1; if(testb) /写 1 TRISB = 0xf1; ds=0; i+;i+; ds=1; i=8;while(i0)i-; else TRISB = 0xf1;

22、 ds=0; /写 0 i=8;while(i0)i-; ds=1; i+;i+; void tempchange(void) /DS18B20 开始获取温度并转换 dsreset(); delay_ms(1); tempwritebyte(0xcc); / 写跳过读ROM指令 tempwritebyte(0x44); / 写温度转换指令int get_temp() /读取寄存器中存储的温度数据 char a,b; dsreset(); delay_ms(1); tempwritebyte(0xcc); tempwritebyte(0xbe); a=tempread(); /读低8位 b=te

23、mpread(); /读高8位 temp=b; temp=8; /两个字节组合为1个字 temp=temp|a; f_temp=temp*0.0625; /温度在寄存器中为12位 分辨率位0.0625 temp=f_temp*10+0.5; /乘以10表示小数点后面只取1位，加0.5是四舍五入 f_temp=f_temp+0.05; return temp; /temp是整型void main (void) second = 0; TRISC = 0; /* configure PORTD for output */ TRISD = 0; TRISB = 0xf1; time1_rtc_ini

24、t(); flag = 0; fre = 0; result = 0; count = 0; while(1) /*if(flag = 1 & pulse = 1) fre+=2; flag = 0;else if(pulse = 0 & flag = 0) flag = 1; */ if(result != 1)display(second); else while(1) tempchange(); temp = get_temp(); /采集温度 count+; if(count = 201) count = 0;if(count = 100)display(fre);else if(count 0;time-)for(n = 0; n 50; n+);