基于STM32的脉搏测量仪设计

基于STM32的脉搏测量仪设计 安徽机电职业技术学院 基于STM32的脉搏测量仪设计 系 别 电气工程系 专 业 xxxxxxxxxxxxx 班 级 xxxxxxxxxxx 姓 名 xxxxxxxxx 学 号 xxxxxxxxxxx 指导教师 xxxxxx 2014 , 2015 学年第 一 学期 安徽机电职业技术学院2015届毕业生 毕业成绩评定单 姓名 xxx 专业 xx 班级 xxxx 课题 基于STM32的脉搏测量仪设计 评分标准 分值 得分 10 设计合理、实用、经济、原理分析正确、严密，内容完整。 5 计算方法正确，计算结果准确，程序设计正确简洁，工艺合理。 5 指导元器件(材料)选择合理，明细表规范。 教师 评语5 图面清晰完整，布局、线条粗细合理，符合国家标准。 (40 分) 5 文字叙述简明扼要，书写规范。 10 按时独立完成，同学相互关心，遵守，认真负责。 合计得分: 指导教师签名: 日期: 年 月 日 10 内容充实，有阶段性成果，有应用价值。 10 评阅图纸、论文如实反映设计成果，有理论分析，又有实践过程。 教师 评分5 语句通顺，思路清晰，符合逻辑。 (30 分) 5 图标清晰，文字工整，字符和曲线标准化。 合计得分: 评阅教师签名: 日期: 年 月 日 5 自述条理明确，重点突出。 答辩15 评分基本概念清楚，回答问题正确。 (3010 分) 专业知识运用灵活，解决问题技术措施合理。 合计得分: 答辩组长签名: 日期: 年 月 日 总得分: 等级 系主任签名: 日期: 年 月 日 指导教师评语 等级 签名 日期 安徽机电职业技术学院毕业论文指导过程表 题 目 基于STM32的脉搏测量仪设计 学生姓名 x 学 号 x 指导教师 xx 电气工程系 部 班 级 x 顺序号 第 1次 系 第一周: 指导老师布置毕业设计课题，要求学生查阅有关毕业设计学生完成 的相关资料; 毕业论文 (设计) 学生签名: 内容情况 时间: 年 月 日 教师指导 内容记录 教师签名: 时间: 年 月 日 安徽机电职业技术学院毕业论文指导过程记录表 题 目 基于STM32的脉搏测量仪设计 学生姓名 x 学 号 x 指导教师 xx 电气工程系 部 班 级 x 顺序号 第 2次 系 第二周:主要是把毕业设计方案要确定下来。和同学们熟悉实验室学生完成 相关设备并掌握单片机结构原理。 毕业论文 (设计) 学生签名: 内容情况 时间: 年 月 日 教师指导 内容记录 教师签名: 时间: 年 月 日 安徽机电职业技术学院毕业论文指导过程记录表 题 目 基于STM32的脉搏测量仪设计 学生姓名 x 学 号 x 指导教师 xx 电气工程系 部 班 级 x 顺序号 第 3次 系 第三周:在指导老师的指导下，完成毕业设计并焊出实物得出相关学生完成 结论并写报告; 毕业论文 (设计) 学生签名: 内容情况 时间: 年 月 日 教师指导 内容记录 教师签名: 时间: 年 月 日 安徽机电职业技术学院毕业论文指导过程记录表 题 目 基于STM32的脉搏测量仪设计 学生姓名 x 学 号 x 指导教师 xx 电气工程系 部 班 级 xx 顺序号 第 4次 系 第四周:完成基于基于STM32的脉搏测量仪设计得出结论并总结，把 论文的内容主体写好。通过查阅资料和讨论确定了正确的书写内容学生完成 和重点; 毕业论文 (设计) 学生签名: 内容情况 时间: 年 月 日 教师指导 内容记录 教师签名: 时间: 年 月 日 安徽机电职业技术学院毕业论文指导过程记录表 题 目 基于STM32的脉搏测量仪设计 学生姓名 x 学 号 x 指导教师 xx 电气工程系 部 班 级 x 顺序号 第 5次 系 第五周: 主要是把整篇文章进行了纠错和改正，对不足和错误的地 方进行修改。也参考了同学们的论文和资料对章节的局部内容进行学生完成 了修改。 毕业论文 (设计) 学生签名: 内容情况 时间: 年 月 日 教师指导 内容记录 教师签名: 时间: 年 月 日 安徽机电职业技术学院毕业论文指导过程记录表 题 目 基于STM32的脉搏测量仪设计 学生姓名 x 学 号 x 指导教师 xx 电气工程系 部 班 级 x 顺序号 第 6次 系 第六周:主要是对整片论文进行了最终的确审，排版并打印。并对学生完成 这段时间的学习做出总结。 毕业论文 (设计) 学生签名: 内容情况 时间: 年 月 日 教师指导 内容记录 教师签名: 时间: 年 月 日 摘 要 人们测量脉搏的传统方法是使用测量脉搏的听诊器，或者使用吸附在人体上的电极等。这些老式的方法有其自身的局限性，不便于室外场所使用。 基于此，本论文设计了一种基于STM32F103VET6主控芯片的脉搏测量仪，体积小，精度高，使用方便。在采集脉搏使用的介质，测量的部位和测量的方式有了重大改变。它采用红外对管TCRT5000来进行人体的脉搏测量，的部位为被检测人的任意一个手指，耳垂等组织较薄的部分。其原理是根据血液舒张和收缩血液浓度的不同，红外线传感器的红外信号透过血液的强度不同，因此可以测量并计算每分钟其血液收缩扩张的次数，通过示波器能够很直观的观察出来，并且该测量仪能够实现保存测量的数据，在回放状态时，能回放所保存的测量数据，如波形等。通过液晶屏实现光电脉搏信号波形动态显示，其设计理念新颖，可实现性好。 关键词:主控芯片STM32F103VET6 红外对管TCRT5000 液晶屏 1 目 录 第一章 绪论 ...................................... 4 第二章 脉搏测量仪现状及意义 ........................ 5 2.1 脉搏测量仪现状 ............................................. 5 2.2 意义 ....................................................... 6 第三章 方案论证 ................................... 7 3.1 方案选择 ................................................... 7 3.2 系统框图 ................................................... 8 第四章 STM32处理器概述 ............................ 9 4.1 STM32简介 ................................................. 9 4.2 STM32的引脚图 .............................................. 9 4.3 STM32的内部资源 ........................................... 10 .4 Cortex-M3内核简介 ......................................... 10 4 第五章 基本结构模块 ............................... 12 5.1 脉搏信号采集模块及原理 ................................... 12 5.2 脉搏信号放大和整形模块 ................................... 13 5.3 显示模块及STM32最小板 ................................... 17 5.4 测量仪整体电路图 .......................................... 19 5.5 测量仪实物图 .............................................. 20 第六章 软件设计 .................................. 21 6.1 STM32开发环境 ............................................. 21 6.2 MDK370简介 ................................................ 21 6.3 JTAG仿真器介绍 ............................................ 22 第七章 功能测试 .................................. 23 6.1 脉搏波形测试 ............................................. 23 6.2 脉搏数测试 ............................... 错误～未定义书签。 6.3 液晶显示及波形回放功能测试 ............... 错误～未定义书签。 2 6.4 脉搏上下限报警测试 ....................... 错误～未定义书签。 结束语 .......................................... 28 致谢 ............................................ 29 参考文献 ........................................ 30 3 第一章 绪论 脉搏，临床科学的说法为心率，是病理研究中非常重要的参数之一。现在医疗监测仪器的基本功能中，就包含心率的测量。及时迅速准确的对心率进行测量和评估，是对个人的生命体征的一种检查与监测。随着科学的发展，电子技术的进步，脉搏测量仪的形态有了很大的变化，逐步向体积小，操作灵活的方向发展。目前，用于脉搏监测的仪器为传统的大型机。其体型硕大，操作不便。 本次设计的目标，是要通过红外传感器，将信号传输至主控芯片，并由主控芯片计算脉搏信号。其间的测试参数，全部显示于液晶显示屏上。 当前市场上的脉搏测量仪器基本上采用的有传统的听诊器，大型的生命体征仪。听诊器由于是依靠人体感官进行测量，其精度较低、可靠性差、功能也比较单一、受外界影响很大，而生命体征仪由于测量的精度高，成本非常高，并且体积较大。 4 第二章 脉搏测量仪现状及意义 2.1 脉搏测量仪现状 进入到科技迅猛发展的21世纪，科学技术不断地被应用于实际的产品生产和生活消费中，人们的生活日新月异蒸蒸日上。与此同时，迅猛的科技发展、崛起的工业生产，也造成了许许多多的生活问题烦扰着人们。科技极大地促进了社会的发展变化，使人们的生活节奏加快，生活环境不再舒适优雅，生活习惯随之也发生了剧烈的变动，生活质量因此而下降，人体的健康也受到了严重的干扰与破坏。在众多的危害人类健康的疾病当中，各色各样的心血管疾病成为其中的一种。这种疾病的发病率在逐年提高，发病群体也在不断扩大，并呈年轻化趋势，而且经常引起极为严重的病危后果。这种疾病长期困扰着众多的患者，市场上也迫切需要解决如此种类疾病的解决方案和治疗方法。早期的预防与及早的发现病情就显得极为的重要，这促使了很多的此种医疗仪器产品的研发与诞生。 在当今的医学领域中，通过使用测量脉搏跳动以获取病人的身体健康状况信息的电子医疗产品，愈来愈受到人们的欢迎。脉搏作为了解个人身体活动状况的重要窗口， 测量脉搏信号的电子医疗产品显示了它的优势之处。这种测试脉搏信号的研发引起了众多专家教授的普遍关注，受到了研发探究者的青睐。除了这些还带来了其他利益和好处，此类医疗仪器的研发与生产，商家可以赚到更多的钱，产品更加热卖，人们的身体健康水准也随之提高。 在当前的国际医疗研发领域中，有许多国家的医生学者针对脉搏信号的采集提出了很多的设计思路与研究方法，其中不乏非常高效而精确的测量仪器及装置，但由于他们的装置和仪器都存在这样或者那样的缺陷，最终并未把原来的设计思路和解决方案应用于大规模的产品工业化生产中去，也没有应用于医学检测。比如，有的医学测量仪器虽然高效而精确，但价格过于昂贵，不在普通消费者所能承受的范围内。或者有的电子医学测量产品由于测量需要比较精确的固定之后，才能采集到准确的脉搏信号，操作环境要求过于理想，无法在通常中的条件正确测量。此外有的仪器装置由于操作过程过于复杂，本身不具备广泛推广的条件，因而无法推广成为产品销售。还有很多的医疗仪器由于这样或者那样的原因，仅仅只存在于理论设计和实验研究当中。在当前的市场上，也存在相当多的心血管的医疗测量仪器，它们各有优缺点，但是有的测量不是相当准确，有的测量过程有些繁琐，有的价格可能比较昂贵，有的在诊断过程中可能会冒有不小的风险，根据不同的人群和消费者，人们也可以各取所需。于是市场上迫切需要一种操作过程简单化、测量比较准确有效、价格合适可以推广、诊断过程安全高效、操作环境最普遍常见的智能脉搏测量的电子医学测量仪器。 5 2.2 意义 脉搏信号是人体生理活动状况最重要的信号之一，能够反映人体生理活动的基本信息，从而反映人体的生理甚至心理健康状况。脉搏信号信息的获取，也为人体其他方面的检查提供了各种数据信息的参考。“望、闻、问、切”是我国古代中医的行医方法，“把脉”成为了解患者身体状况的重要途径，脉搏信号蕴含的丰富的信息为医生为患者的诊断和开药提供了重要依据。 通过采集和获取人体准确的脉搏信号，得到大量的身体状况信息，我们一般采用市场上已有的各色各样的传感器。利用传感器获得患者的脉搏信号和信息，一般对个人的身体都不会造成危害，都是极为安全的。其次在于它操作过程和步骤的简单化，使用起来会非常方便，非常受到消费者和各位医学专家教授的欢迎。 通过脉搏信号采集，获取人体的身体健康信息逐渐成为一种趋势，由于脉搏信号的种种优势，它的市场应用前景非常广泛，应用和使用价值也极为巨大，在未来的医学领域当中，它也必定是研究探索的热门话题。利用当今迅速发展的电子技术应用于脉搏的医学测量，极大地促进了医学医疗仪器的发展与生产，随之而带动的智能脉搏电子测量仪也会在医疗产品市场上具有一席之地，消费者和市场空间大门会为之而打开。 本次设计所采用的大致方法如下，整个系统控制将由STM32F103VET6主控芯片构成。选用TCRT5000作为红外线测试元件，液晶作为显示器件,各个检测信号、显示信号可由芯片的I/O口进行。血液是一种高度不透明液体, 血液中含有大量的血红细胞, 这种细胞具有很强的吸收红外线的功能。因此, 红外线在一般组织中的穿透性要比在血液中大几十倍。当人体动脉血管随心脏周期性地收缩和舒张, 动脉血管的血液容积随之发生变化时, 动脉所在部分的人体组织对于红外光的透射性就会发生变化。这种现象在人体组织较薄的手指尖、耳垂等部位最为明显, 因而取手指尖或耳垂作为信号采集部位，从而更好的实现测量功能。 6 第三章 方案论证 3.1 方案选择 在本次的方案设计当中，脉搏信号的采集和获取是整个脉搏测量仪设计中的重中之重。只有准确、高效、可靠地采集到个人的脉搏信号，整个设计才有成功的可能，整个设计才会有实在的意义。 由于脉搏的信号极弱，振动幅度非常有限，不易于进行采集和获取，会给收集脉搏信号者带来不小的麻烦。在脉搏信号本身极弱的同时，它还很容易收到其他生理信号的干扰，对于每一个生物体来说，其各个部分的生理信号都是相互干扰、相互影响的。再者，每个生物体的情绪的不同，喜怒哀乐的变化，也会造成生理信号的改变，在这种情况下，脉搏信号就会受到噪声的干扰，只有选择一个恰当的脉搏测量传感器，才能够获得准确、高效、可靠的脉搏信号。脉搏信号的频率是很低的，1分钟的次数大致如下，且对于不同的个体也是有差别的:男性的是60到100次，女性的是70到90次，小孩的大概是90次。 在本设计中我选用了光电传感器。光电传感器是将光信号转化为电信号进行测量。在脉搏测量中，我们可以通过红外线照射人体时由于脉搏的跳动，透光度不同而产生不同的电流，而获取脉搏跳动的信号。 用光电传感器测量时，我就可以不用考虑脉搏的振动幅度过小，而且受到的干扰也较小。一般光电传感器的应用也有两种，耳脉测量和指脉测量。耳脉的特点是光电信号较弱，并且在不同的温度、不同的季节中，测量结果也不相同，因此会造成测量的数据不准确，但测量环境较为清洁。而指脉测量由于汗腺发汗会使测量仪器变脏，致使测量不准确，需要经常清洗。从整体上来考虑，指脉的光电信号较强，且操作简单易行，所以选择使用指脉测量。指脉光电传感器也分为两种，分为透射型的和反射性的两种: (1)透射型: 图3-1透射型光电传感器 如图3-1是透射型光电传感器，透射型指脉光电传感器是由上端的发光二极管发出红外光，红外线通射过手指，手指内的血液浓度由于脉搏的跳动而发生变化，投射过的红外线强度发生变化，产生不同的光电信号。 7 (2)反射型: 图3-2 反射型光电传感器 如图3-2是反射型光电传感器，反射型是指发光二极管和光敏三极管在同一水平端上，发光二极管发射出红外线，由于脉搏跳动而使血液浓度发生变化，由于血液可以选择性吸收红外光致使光敏三极管接受率发生变化，由于血液循环流动，脉搏周期跳动，所以其变化也呈周期性，所以本次设计我采用反射式。 3.2系统框图 整个电路的各个部分框图如下图所示: 图 3-3 脉搏测量系统结构示意图 8 第四章 STM32处理器概述 4.1 STM32简介 STM32F103xx增强型系列使用高性能的ARM/Cortex-M3/32位的RISC内核，工作频率为72MHz，内置高速存储器(高达128K字节的闪存和20K字节的SRAM)，丰富的增强I/O端口和联接到两条APB总线的外设。所有型号的器件都包含2个12位的ADC 、3个通用16位定时器和一个PWM定时器，还包含标准和先进的通信接口:多达2个I2C和SPI、3个USART、一个USB和一个CAN。 STM32F103xx增强型系列工作于-40?至+105 ?的温度范围，供电电压2.0V至3.6V，一系列的省电模式保证低功耗应用的要求。 完整的STM32F103xx增强型系列产品包括从36脚至100脚的五种不同封装形式;根据不同的封装形式，器件中的外设配置不尽相同。这些丰富的外设配置，使得STM32F103xx增强型微控制器适合于多种应用场合: ?电机驱动和应用控制 ; ?医疗和手持设备 ; ?PC外设和GPS平台; ?工业应用:可编程控制器、变频器、打印机和扫描仪 ; ?警报系统，视频对讲，和暖气通风空调系统 ; 4.2 STM32的引脚图 图4-1 STM32F103xx增强型管脚图 9 4.3 STM32的内部资源 STM32有丰富的内部资源，如下所示: ?RealView MDK(Miertocontroller Development Kit)基于ARM微控制器的专业嵌入式开发工具; ?内置闪存存储器; ?内置SRAM; ?嵌套的向量式中断控制器(NVIC); ?外部中断/事件控制器(EXTI); ?时钟和启动; ?自举模式; ?DMA ; ?RTC(实时时钟)和后备寄存器 ; ?窗口看门狗; 2?IC总线 ; ?通用同步/异步接受发送器(USART); ?串行外设接口(SPI); ?控制器区域网络(CAN) ; ?通用串行总线(USB); ?通用输入输出接口(GPIO); ?ADC(模拟/数字转换器) ; ?温度传感器; ?串行线JTAG调试口(SWJ-DP)。 4.4 Cortex-M3内核简介 Cortex-M3内核包含一个适用于传统Thumb和新型Thumb-2指令的译码器、一个支持硬件乘法和硬件除法的先进ALU、控制逻辑和用于连接处理器其他部件的接口。Cortex-M3处理器是首款基于ARMv7-M架构的ARM处理器。中央Cortex-M3内核使用3级流水线哈佛架构，运用分支预测、单周期乘法和硬件除法功能实现了出色的效率(1.25DMIPS/MHz)。Cortex-M3处理器是一个32位处理器，带有32位宽的数据路径、寄存器库和基于传统ARM7处理器的系统只支持访问对齐的数据，沿着对齐的字边界即可对数据进行访问和存储。Cortex-M3处理器采用非对齐数据访问方式，使非对齐数据可以在单核访问中进行传输。 Cortex-M3处理器是专为那些对成本和功耗非常敏感但同时对性能要求又相当高的应用而设计的。凭借缩小的内核尺寸和出色的中断延迟性能、集成的系统部件、灵 10 活的配置、简单的高级编程和强大的软件系统，Cortex-M3处理器将成为从复杂的芯片系统到低端微控制器等各种系统的理想解决方案。图4-2 Cortex-M3处理器与ARM7作比较。 图4-2 Cortex-M3与ARM7相比较 11 第五章 基本结构模块 5.1 脉搏信号采集模块及原理 信号采集模块会用到TCRT5000光电传感器两个，一个作为发射端，一个作为接收端。TCRT5000传感器的工作原理与一般的红外传感器一样,一传一感.TCRT5000具有一个红外发射管和一个红外接收管。当发射管的红外信号经反射被接收管接收后,接收管的电阻会发生变化,在电路上一般以电压的变化形式体现出来。图为TCRT5000外形图。 图5-1 TCRT5000外形图 下图为脉搏信号采集模块的电路原理图 图5-2 脉搏信号采集模块电路 脉搏信号采集电路中，如图5-2所示，U1为红外信号发射端，U2为红外显示接收端。同时，U2在接收红外信号的时候，并将红外信号转换为电信号。其过程如下: U1发射红外信号，在U1和U2之间，为测量物体(手指，耳垂等)。当红外线穿过未充血的测量物体时，穿透的红外信号强，U2能够接收信号。当测量物体充血，穿透的红外信号弱，U2无法接收到足够强的信号。在U2的引脚上方的电压不为0。正电源会在引脚处产生电压，电信号会产生，进入下一模块。 12 5.2 脉搏信号放大和整形模块 由于人体的脉搏通常为50~200次/分钟，对应的频率范围在0.83Hz~3.33Hz之间，因此经红外检测采集到并转换得到的电信号频率就非常低。为了防止信号因外界高频信号干扰而使检测结果有误，信号就必须先进行低通滤波，以便滤出绝大部分的高频干扰。而且脉搏仪所使用的地点不能保证是阴暗的室内，所以要考虑到强光对其测量的干扰。此外，低频信号需要经过多倍放大和整形，才能被主控模块所接受和处理。 信号转换模块会使用到LM741，LM358运算放大器。主要参数和特性如下: LM358 内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电流与电源电压无关。它的使用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。 特性(Features): • 内部频率补偿 • 直流电压增益高(约100dB) • 单位增益频带宽(约1MHz) • 电源电压范围宽:单电源(3—30V) • 双电源(?1.5 ——?15V) • 低功耗电流，适合于电池供电 • 低输入偏流 • 低输入失调电压和失调电流 • 共模输入电压范围宽，包括接地 • 差模输入电压范围宽，等于电源电压范围 • 输出电压摆幅大(0 至Vcc-1.5V) 13 图5-3 LM358引脚功能说明 LM741(单运放)是高增益运算放大器，用于军事，工业和商业应用.这类单片硅集成电路器件提供输出短路保护和闭锁自由运作。这些类型还具有广泛的共同模式，差模信号范围和低失调电压调零能力与使用适当的电位。 LM741芯片引脚和工作说明: 1和5为偏置(调零端) 2为正向输入端 3为反向输入端 4接地 6输出 7接电源 8空脚 信号采集模块产生的电信号，传输到信号放大整形模块，其放大整形过程如下: -4，电信号经过LM741的放大，放大倍数为R5/R3=100。但在放大的过程中，如图5 必然会有低频干扰信号，需要去除低频信号，由6号引脚输出后，经过整形的信号进入二级放大电路，如图5-5所示，经过C4的整形，电信号的低频干扰基本上已经去除完毕，可以通过示波器观察可知，已经达到了预期设计效果。 14 图5-4 第一级放大整形电路 图5-5 第二级放大整形电路 在信号放大整形电路中，信号已经放大。但是考虑到高频信号干扰的问题，因此需要设计一个高频滤波电路。其电路图如下: 图5-6 高频滤波电路 15 在此电路中，C7，C8为0.47uf的瓷片电容。并联电容的特性就是通低频，阻高频。经过这两个瓷片电容的过滤，高频干扰将会被滤除。这样就保证了在电信号的小干扰。对于最后测量脉搏的结果准确，起到了重要的作用。在此电路中，R14为LM358的反馈电阻。通过调整电位器R14，可以改变输出电压的大小，改变信号的放大倍数，这也是设计最后调试的阶段的重要器件。 信号从LM358的1引脚输出后，即将进入主控模块，如图5-7所示: 图5-7 信号倒向及指示电路 由于采集模块中，当红外线无法透过被测物体时，信号经过放大整理至LM358中，会有一个高电平。因为此过程非常迅速，对于主控模块来说，更适合于捕捉低电平信号。因此需要进行电平的倒向处理，经过Q1(即三极管)将电平倒向。在设计中我在主控模块和电平之间放置一个发光二极管，这样做的目的是有利于每次低电平信号进入时，发光二极管就会发光，表示已经检测到有脉搏的变化，在视觉上显得更加直观人性化，方便观察。同时，将此信号输入主控模块，引入到下一个模块中去。 16 5.3显示模块及STM32最小板 由于本次设计初衷是要把此脉搏仪制作的更加人性化，操作简单，控制界面友好。因此我选用了野火开发板自带的液晶屏来做显示，该液晶可以很方便的实现实验中数据记录的显示和所需要的光电脉搏信号波形动态显示和波形的回放功能，显示的内容可以通过按键来切换包括，模式选择界面，测量界面。这样就做到了仪器操作起来更加的简易化，更加的人性化，如图5-8所示: 图5-8 液晶实物图 17 图5-9 STM32最小板实物图 18 5.4 测量仪整体电路图 图5-10 设计原理图 19 5.5 测量仪实物图 图5-11 实物图 20 第六章 软件设计 6.1 STM32开发环境 STM32自问世至今，采用过如下软件，皆有利弊。 ?IAR IAR是STM32开发使用最多的软件平台。IAR官方提供IAR for ARM 两种类型的版本供免费评估: 32K学习版，只能支持编译32K目标代码，等效无时间限制 ;30天评估版，无编译代码限制。 ?MDK 自从keil被ARM公司收购以后，它在keil中集成了ARM自己的编译器，改名为MDK。 ?RIDE 该软件支持GCC编译器开发STM32产品。该套开发板使用keilmdk370开发软件，该软件使用简单，keil是众多单片机应用开发的优秀软件之一，它集编辑编译仿真于一体，支持汇编，PLM语言和C语言的程序设计，界面清晰，易学易懂，我在这里选用的是keilmdk370，6.2节着重介绍。 6.2 MDK370简介 Real View MDK(Miertocontroller Development Kit)是ARM公司最先推出的基于ARM微控制器的专业嵌入式开发工具。它采用了ARM的最新技术编工具RVCT，集成了享誉全球的μ Vision IDE，因此特别易于使用，同时具备非常高的性能。它适合不同层次的开发者使用，包括专业的应用程序开发工程师和嵌入式软件开发的入门者。MDK包括符合工业标准的Real View编译工具、测试器以及实时内核等组件，支持所有基于ARM的设备，能帮助工程师按照计划完成项目。 ?MDK提供启动代码生成向导——提高开发效率; ?MDK提供强大的设备模拟器——缩短开发周期: 目标设备的所有组件都可仿真，代码可在整个设备上运行。完全的目标硬件仿真，完整的目标，高效指令集仿真，中断仿真，片内外围设备有ADC, DAC, EBI, Timers ，UART,CAN，I2C,包含外部信号和I/O。充足的仿真信息，包含在设备数据库里。 ?MDK提供高效的性能开发工具; ?MDK支持最新的Cortex-M3处理器: Cortex-M3处理器是ARM公司推出的最新的针对微控制应用的内核，提供业界领先的高性能和低成本解决方案，将成为MCU应用的热点和主流。 但是目前能支持Cortex-M3构架的开发工具很少，包括SDT，ADS1.2等多数开发工具都不支持。MDK是目前性价比最高的支持Cortex-M3处理器的开发工具。 ?MDK集成了Flash编程模块; ?MDK提供业界最好的μ Vision IDE—易学易懂。 21 6.3 JTAG仿真器介绍 J-Link是支持仿真ARM内核芯片的JTAG仿真器。配合IAR EWARM，ADS，KEIL，WINARM，RealView等集成开发环境支持所有ARM7/ARM9内核芯片的仿真，通过RDI接口和各集成开发环境无缝连接，操作方便、连接方便、简单易学，是学习开发ARM最好最实用的开发工具。 DQ电子推出的J-LinkV7仿真器采用原版固件，参照原版原理图，经过DQ团队的长时间精工制作，板型合理，元件布局美观大方，走线严谨精致，并且每一个产品都经过功能和老化测试，功能完全与原版一致，支持在线升级。 J-Link ARM主要特点: ?IAR EWARM集成开发环境无缝连接的JTAG仿真器。 ?支持所有ARM7/ARM9内核的芯片，以及cortexM3，包括Thumb模式。 ?支持ADS,IAR,KEIL,WINARM,REALVIEW等几乎所有的开发环境。 ?下载速度高达ARM7:600kB/s，ARM9:550kB/s，通过 DCC 最高可达 800 kB/s*最高JTAG速度 12MHz。 ?目标板电压范围1.2V,3.3V。 ?自动速度识别功能。 ?监测所有JTAG信号和目标板电压。 ?完全即插即用。 ?使用USB电源(可接通J12跳线给目标板供电，出厂时未接通)。 ?带USB连接线和20芯JTAG连接排线。 ?支持多JTAG器件串行连接。 ?标准20芯JTAG仿真插头。 ?带J-Link TCP/IP server，允许通过TCP/IP网络使用J-Link 支持的内核: ?ARM7TDMI(Rev 1); ?ARM7TDMI(Rev 3); ?ARM7TDMI-S(Rev 4); ?ARM720T ; ?CORTEXM3。 22 第六章 功能测试 6.1 脉搏波形测试 打开示波器电源，同时接通电脑的USB接口给STM32最小板和脉搏测量仪上电，将J-Link仿真器插在STM32最小板上，编译下载程序，检查无误后将测量仪的管脚用杜邦线连接固定到最小板上。把手指放入封闭的指套中，用示波器的探头检测测试点1，调节并观察示波器，发现波形十分杂乱伴有大量的杂波，不符合要求。再用示波器的探头检测测试点2，调节并观察示波器，发现测得的波形十分完，符合预期的要求，如图6-1所示: 图6-1 脉搏波形图 23 用示波器的探头检测测试点3，观察并调节示波器，发现示波器上出现了经过整形后的脉搏波形，波形随着脉搏的跳动而发生周期性的变化，符合预期的设计要求，如图6-2所示: 图6-2 整形后的脉搏波形 24 6.2 脉搏数测试 将手指放入封闭指套中，调节并观察示波器是否有波形出现，同时观察液晶屏显 示的脉搏数在一分钟内的次数，如图6-3所示: 图6-3 脉搏数显示 25 6.3 液晶显示及波形回放功能测试 将手指放入封闭指套中，观察示波器是否有波形出现，同时观察液晶屏的脉搏波形显示，可看到波形会随着脉搏的跳动而不断被刷新而跳动，确认无误后，按下最小板上的按钮切换到波形回放界面，观察波形可知，在液晶屏上显示的波形和用示波器测出的波形是近似一样的，符合预期的设计要求，如图6-4所示: 图6-4 波形显示及回放显示 26 6.4 脉搏上下限报警测试 此部分的电路设计为报警电路，其设计目的主要在于能够作为个人身体状况的指示信号，引起人们对于自身测量健康结果的关注。根据健康知识的常识能够知道，人体的正常脉搏跳动在每分钟六十次到一百二十次之间。当经过测量之后，若人体的脉搏频率在每分钟超过一百二十次时，液晶屏上会给予相应的显示，在程序中设定的脉搏上限为150，下限为50，当脉搏跳动的过快或者过慢，就会触发报警功能，指示灯变亮，当脉搏恢复正常时灯就会熄灭，如图6-5所示: 图6-5 报警功能测试 27 结束语 通过这一暑假的努力，基于STM32的脉搏测量仪终于是出炉了，期间我查阅了大量的资料，也从中掌握了不少的知识点。脉搏测量仪的设计方案多种多样，本次的设计思路是经过各种方案的优劣对比，进行了认真的分析与思考，并且考虑到在实际中的应用问题，选择了一种相对比较合理的设计方案。 在本次设计中最关键的问题是传感器的选择与传感器输出的微弱信号提取问题, 在刚开始做的时候，由于传感器选择的不对，测试的脉搏波形出不来，后来经过查找相关资料和在实验室老师的指导提示下，进过多次的实验，最终选择了型号为TCRT5000的红外传感器。 在调试过程中我发现手指的放置位置也有讲究，最初是将手指放在传感器的中间，可能是由于手骨的阻挡作用，导致脉搏信号一直采集不到，后来经过多次的实验找出了问题。在实验中必须将手指侧放在传感器的中间，而且传感器的位置也要放对，必须对放在一起，这样最终的效果才能达到最好。测量时测量者尽量保持稳定，减少手指与传感器间的相对运动，在实际制作过程中，由于脉搏的信号是微弱的，容易受到干扰，必须做好防干扰措施，所以在设计过程中，我加了一个封闭的指套，使测试过程既方便又提高了结果的准确性。实验中最好不要用杜邦线来连接，直接用导线焊接起来，这样可以得到比较稳定结果。 还有一个问题要解决的就是脉搏信号的放大了，最初我选择用来做信号放大的芯片是LM324，但是我考虑到根据平时的设计经验，LM324最好是采用双电源来供电，这样最终得到的信号不容易失真，但是采用了双电源来供电比较麻烦，而且在板子上只有5V和3.3V的电压，实现比较困难。所以实验中我选择了一个LM358芯片和两个LM741芯片，来做脉搏信号的放大和滤波，因为脉搏的信号是很微弱的，需要进行放大处理。刚开始做的时候，只加了一个放大电路，结果测试出来信号微弱并伴有大量的杂波，后来又加了一个放大电路，经实际测试结果达到要求。在实测过程中，放大电路的反馈电阻被我换成了可调的电位器，这样做可以方便的调节电路的放大倍数。 28 致谢 随着这篇毕业论文的最后落笔，我两年多的大学生活也即将划上一个圆满的句号,同时我也即将迈向人生的又一个起点。回忆这两年生活的点点滴滴，从入学时对大学生活的无限憧憬和到课堂上对各位老师学术学识的佩服，从奔波于教室、图书馆、实验室的来去匆匆到业余生活的五彩缤纷，一切都是历历在目，让人倍感留恋，倍感珍惜。 两年多的安徽机电职业技术学院的学习生活注定将成为我人生中的一段重要旅程，我的大学学习生活使我受益匪浅，受用终身。通过几次的比赛懂得了理论要结合实践才能更好的掌握。 我很感激在这两年的时间里传授给我知识的每一位老师，无论是专业知识还是做人的道理，让我学会了很多。 29 参考文献 [1] 康华光.电子技术基础模拟部分第四版[M].北京:高等教育出版社，1999.6. [2] 阎石.数字电子技术基础第四版[M].北京:高等教育出版社，1999.6. [3] 童诗白，华成英.模拟电子技术基础[M].高等教育出版社，2000 [4] 李宁.基于MDK的STM32处理器开发应用[M].北京航空航天大学出版社,2008. [5] 李宁.ARM开发工具ReaIView MDK使用入门[M].北京航空航天大学出版社,2008. [6] 刘黎明等.单片机与嵌入式系统应用[J].英文刊名MICROCON TROLLER&EMBEDDED SYSTEM. 2002(7). [7] 欧阳俊.基于BL-410 的指端脉搏波采集系统应用研究.2004.第11卷第2期 [8] 韩文波.光电式脉搏波监测系统.长春光学精密机械学院学报.1999.第22卷第4期 [9] 朱国富，廖明涛，王博亮.袖珍式脉搏波测量仪.电子技术应用.1998.第1期 [10] 刘云丽，徐可欣等.微功耗光电式脉搏测量仪.电子测量技术.2005.第二期 [11] 程咏梅，夏雅琴，尚岚.人体脉搏波信号检测系统.北京生物医学工程.2006.第25卷 [12] 谭浩强 C程序设计(第三版) 清华大学出版社 2009.10 30