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因为教育科研是教育教学改革和发展的第一生产力。“科研兴数，科研兴校”，我时刻铭记心间。因而在自己的实际工作中自觉或不自觉地就进行了教育科学研究，下面就将自己在本学年中教育科研工作方面的情况总结意义：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。而该系统以AT89C51单片机为核心，以红外发光二极管和光敏三极管为传感器，并利用单片机系统内部定时器来计算时间，由光敏三极管感应产生脉冲，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。系统运行中能显示脉搏次数和时间，系统停止运行时，能够显示总的脉搏次数和时间。目的：实现脉搏波的实时存储并可实现与上位机(PC机)的实时通讯,作为多参数病人中心监护系统的一个模块完成心率检测和脉搏波形显示。2.1光电脉搏测量仪的结构光电脉搏测量仪是利用光电传感器作为变换原件，把采集到的用于检测脉搏跳动的红外光转换成电信号，用电子仪表进行测量和显示的装置。本系统的组成包括光电传感器、信号处理、单片机电路、数码显示、电源等部分。1．光电传感器即将非电量(红外光)转换成电量的转换元件，它由红外发射二极管和接收三极管组成，它可以将接收到的红外光按一定的函数关系(通常是线性关系)转换成便于测量的物理量(如电压、电流或频率等)输出。2．信号处理即处理光电传感器采集到的低频信号的模拟电路(包括放大、滤波、整形等)。3.单片机电路即利用单片机自身的定时中断计数功能对输入的脉冲电平进行运算得出心率（包括AT89C51、外部晶振、外部中断等）。4．数码显示即把单片机计算得出的结果用8位LED数码管静态扫描来显示，便于直接准确无误的读出数据。5.电源即向光电传感器、信号处理、单片机提供的电源，可以是5V-9V的交流或直流的稳压电源。2.2工作原理因为教育科研是教育教学改革和发展的第一生产力。“科研兴数，科研兴校”，我时刻铭记心间。因而在自己的实际工作中自觉或不自觉地就进行了教育科学研究，下面就将自己在本学年中教育科研工作方面的情况总结本设计采用单片机AT89C51为控制核心，实现脉搏测量仪的基本测量功能。脉搏测量仪硬件框图如下图1.1所示：图1.1脉搏测量仪的工作原理当手指放在红外线发射二极管和接收三极管中间，随着心脏的跳动，血管中血液的流量将发生变换。由于手指放在光的传递路径中，血管中血液饱和程度的变化将引起光的强度发生变化，因此和心跳的节拍相对应，红外接收三极管的电流也跟着改变，这就导致红外接收三极管输出脉冲信号。该信号经放大、滤波、整形后输出，输出的脉冲信号作为单片机的外部中断信号。单片机电路对输入的脉冲信号进行计算处理后把结果送到数码管显示。硬件：第三章基本元器件介绍3.1AT89C51简介AT89C5l是美国ATMEL公司生产的低电压、高性能的CMOS8位单片机，片内含4kbytes的可反复擦写的只读程序存储器(PEROM)和128bytes的随机存取数据存储器(RAM)，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器(CPU)和Flash存储单元，功能强大AT89CSl单片机可为您提供许多高性价外部中断信号光电传感器低通放大器比较器和振荡器单片机AT89C51数码显示电路外部晶振因为教育科研是教育教学改革和发展的第一生产力。“科研兴数，科研兴校”，我时刻铭记心间。因而在自己的实际工作中自觉或不自觉地就进行了教育科学研究，下面就将自己在本学年中教育科研工作方面的情况总结3比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。3.1.1AT89C51的主要性能AT89C2051是ATMEL公司生产的带2K字节闪速可编程可擦除只读存储器(EEPROM)的8位单片机,它具有如下主要特性，如图1.2所示：（1）和MCS-51产品的兼容（2）2K字节可重编程闪速存储器（3）耐久性：1,000写／擦除周期（4）2.7V～6V的操作范围（5）全静态操作：0Hz～24MHz·两级加密程序存储器·128×8位内部RAM·15根可编程I/O引线·两个16位定时器/计数器·六个中断源·可编程串行UART通道·直接LED驱动输出·片内模拟比较器图1.2AT89C2051的结构框图因为教育科研是教育教学改革和发展的第一生产力。“科研兴数，科研兴校”，我时刻铭记心间。因而在自己的实际工作中自觉或不自觉地就进行了教育科学研究，下面就将自己在本学年中教育科研工作方面的情况总结·低功耗空载和掉电方式·和MCS-51产品的兼容·2K字节可重编程闪速存储器·耐久性：1,000写／擦除周期·2.7V～6V的操作范围·全静态操作：0Hz～24MHz·两级加密程序存储器·128×8位内部RAM·15根可编程I/O引线·两个16位定时器/计数器·六个中断源·可编程串行UART通道·直接LED驱动输出·片内模拟比较器·低功耗空载和掉电方式·和MCS-51产品的兼容·2K字节可重编程闪速存储器·耐久性：1,000写／擦除周期·2.7V～6V的操作范围·全静态操作：0Hz～24MHz·两级加密程序存储器·128×8位内部RAM·15根可编程I/O引线·两个16位定时器/计数器·六个中断源·可编程串行UART通道·直接LED驱动输出·片内模拟比较器·低功耗空载和掉电方式。3.1.2AT89C2051的结构框图因为教育科研是教育教学改革和发展的第一生产力。“科研兴数，科研兴校”，我时刻铭记心间。因而在自己的实际工作中自觉或不自觉地就进行了教育科学研究，下面就将自己在本学年中教育科研工作方面的情况总结5AT89C2051是一带有2K字节闪速可编程可擦除只读存储体(EEPROM)的低电压,高性能8位CMOS微型计算机。如图1.3所示。它采用ATMEL的高密非易失存储技术制造并和工业标准MCS—51指令集和引脚结构兼容。通过在单块芯片上组合通用的CPL1和闪速存储器,ATMELAT89C2051是一强劲的微型计算机,它对许多嵌入式控制应用提供一高度灵活和成本低的解决办法。此外,从AT89C2051内部结构图也可看出,其内部结构与8051内部结构基本一致（除模拟比较器外）,引脚RST、XTAL1、XTAL2的特性和外部连接电路也完全与51系列单片机相应引脚一致,但P1口、P3口有其独特之处。3.1.3AT89C2051的引脚说明AT89C2051是一个有20个引脚的芯片,与8051内部结构进行对比可发现,AT89C2051减少了两个对外端口（即P0、P2口）,使它最大可能地减少了对外引脚,因而芯片尺寸有所减少。如表1.1所示：图1.3AT89C2051内部结构图因为教育科研是教育教学改革和发展的第一生产力。“科研兴数，科研兴校”，我时刻铭记心间。因而在自己的实际工作中自觉或不自觉地就进行了教育科学研究，下面就将自己在本学年中教育科研工作方面的情况总结AT89C2051芯片的主要引脚功能为：1.Vcc：电源电压。2.GND：地。3.P1口：P1口是一8位双向I/O口。口引脚P1.2～P1.7提供内部上拉电阻。P1.0和P1.1要求外部上拉电阻。P1.0和P1.1还分别作为片内精密模拟比较器的同相输入(AIN0)和反相输入（AIN1)。P1口输出缓冲器可吸收20mA电流并能直接驱动LED显示。当P1口引脚写入“1”时,其可用作输入端。当引脚P1.2～P1.7用作输入并被外部拉低时,它们将因内部的上拉电阻而流出电流(IIL)。P1口还在闪速编程和程序校验期间接收代码数据。4.P3口：P3口的P3.0～P3.5、P3.7是带有内部上拉电阻的七个双向I/0引脚。P3.6用于固定输入片内比较器的输出信号并且它作为一通用I/O引脚而不可访问。P3口缓冲器可吸收20mA电流。当P3口引脚写入“1”时,它们被内部上拉电阻拉高并可用作输入端。用作输入时,被外部拉低的P3口引脚将用上拉电阻而流出电流(IIL)。P3口还用于实现AT89C2051的各种功能,如下表10-1所示。P3口还接收一些用于闪速存储器编程和程序校验的控制信号。5.RST：复位输入。RST一旦变成高电平,所有的I/O引脚就复位到“1”。当振荡器正在运行时,持续给出RST引脚两个机器周期的高电平便可完成复位。每一个机器周期需12个振荡器或时钟周期。6.XTAL1：作为振荡器反相放大器的输入和内部时钟发生器的输入。7.XTAL2：作为振荡器反相放大器的输出。表1.1P3口的功能端口引脚功能P3.0RXD(串行输入端口)P3.1TXD(串行输出端口)P3.2INT0(外中断0)P3.3INT1(外中断1)P3.4TO(定时器0外部输入)P3.5T1(定时器1外部输入)因为教育科研是教育教学改革和发展的第一生产力。“科研兴数，科研兴校”，我时刻铭记心间。因而在自己的实际工作中自觉或不自觉地就进行了教育科学研究，下面就将自己在本学年中教育科研工作方面的情况总结7从上述引脚说明可看出，AT89C2051没有提供外部扩展存储器与I/O设备所需的地址、数据、控制信号,因此利用AT89C2051构成的单片机应用系统不能在AT89C2051之外扩展存储器或I/O设备，也即AT89C2051本身即构成了最小单片机系统。3.1.4复位电路时钟电路工作后，在REST管脚上加两个机器周期的高电平，芯片内部开始进行初始复位，如图1.4所示。3.1.5振荡电路本设计晶振选择频率为12MHz，电容选择30pF如图1.5所示。经计算得单片机工作胡机器周期为：图1.4复位电路图C30.47ufR11kGNDVCCSsw-PB图1.5振荡电路图C130pFC230pFXTALXTAL21XLAL1XTAL2因为教育科研是教育教学改革和发展的第一生产力。“科研兴数，科研兴校”，我时刻铭记心间。因而在自己的实际工作中自觉或不自觉地就进行了教育科学研究，下面就将自己在本学年中教育科研工作方面的情况总结12×（1÷12M）=1us。3.2光电传感器简介光电检测方法具有精度高、反应快、非接触等优点，而且可测参数多，传感器的结构简单，形式灵活多样，因此,光电式传感器在检测和控制中应用非常广泛。光电传感器是各种光电检测系统中实现光电转换的关键元件，它是把光信号（红外、可见及紫外光辐射）转变成为电信号的器件。光电式传感器是以光电器件作为转换元件的传感器。它可用于检测直接引起光量变化的非电量，如光强、光照度、辐射测温、气体成分分析等；也可用来检测能转换成光量变化的其他非电量，如零件直径、表面粗糙度、应变、位移、振动、速度、加速度，以及物体的形状、工作状态的识别等。光电式传感器具有非接触、响应快、性能可靠等特点，因此在工业自动化装置和机器人中获得广泛应用。近年来，新的光电器件不断涌现，特别是CCD图像传感器的诞生，为光电传感器的进一步应用开创了新的一页。在此次设计中我们采用的是光电传感器中最常见普遍的光敏二极管做红外接收二极管和光面三极管做红外发送三极管。3.2.1光敏二极管光敏二极管是最常见的光传感器。光敏二极管的外型与一般二极管一样，只是它的管壳上开有一个嵌着玻璃的窗口，以便于光线射入，为增加受光面积，PN结的面积做得较大，光敏二极管工作在反向偏置的工作状态下，并与负载电阻相串联，当无光照时，它与普通二极管一样，反向电流很小（µA），称为光敏二极管的暗电流；当有光照时，载流子被激发，产生电子-空穴，称为光电载流子。在外电场的作用下，光电载流子参于导电，形成比暗电流大得多的反向电流，该反向电流称为光电流。光电流的大小与光照强度成正比，于是在负载电阻上就能得到随光照强度变化而变化的电信号。3.2.2光敏三极管光敏三极管除了具有光敏二极管能将光信号转换成电信号的功能外，还有对电信号放大的功能。光敏三级管的外型与一般三极管相差不大，一般光敏三极管只引出两个极——发射极和集电极，基极不引出，管壳同