河北工程大学科信学院毕业设计说明书
a.电源引脚
VSS（20脚）：接地，0V参考点。 VCC（40脚）：5V电源。 b.外接晶体引脚
XTAL1（19脚）：与外部晶体振荡器相连。在开启芯片里边的计时器的时候，这个管脚的作用是与石英晶体振荡器和微调电容连在一起；如果使用外部的计时器的时候，如果是Hmos单片机，那么这个管脚则接地；如果为CMOS单片机，那么此引脚作为外在振荡信号的输入端。
XTAL2（18脚）：与外部晶体振荡器相连接，在开启芯片的内置计数器的时候，这个管脚作用是与微调电容和石英晶体振荡器连到一起。当使用外部的计时时钟的时候，如果是HMOS单片机，那么这个引脚与外部振荡源相连；如果是CMOS单片机，那么这个引脚应当悬空，什么都不不接。
AT89S51晶体振荡器的使用频率为6MHZ～40MHZ，一般使用12MHz或6MHz的石英晶体。对于电容的选择没有具体明确，但是电容的取值还是些许会影响到振荡器频率输出的大小、稳定性和振荡电路的起振速度，C1、C2的取值范围为20pF~100pF。如果外部连接了晶体振荡器，电容取值为30pF±10pF；外部连接了陶瓷振荡器，电容取值为40pF±10pF。
c.控制信号或与其它电源复用引脚
（1）RST/VPD（9脚）：复位端口。如果进入的复位信号，连续两个以上运转周期（12个晶体振荡周期）出现高电平，那么就是可行的，用来处理MCU的复位初始化功能。正常工作时，此脚电平应 ≤ 0.5V。
在VCC发生故障、降低到电平规定值掉电期间，此引脚可接备用电源VPD（电源范围5V±0.5V），由VPD向内部RAM供电，以保持内部RAM中的数据。
（2）ALE/PROG（30脚）：地址锁存使能。 ALE（Address Latch Enable）；PROG（Program）
ALE/PROG是CPU读取外接程序存储器或外接数据存储模块提供数据读取信号，把低8位数据存储在片外的地址锁存器中。
ALE/PROG引脚第二功能，对片内 Flash编程，为编程脉冲输入端。
（3）PSEN（29脚）：（Programmer Saving ENable），外部程序存储器读选通信号。
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在执行外部程序存储器时工作（低电平），来完成外部程序存储器模块的执行操作。 当每个设备运行周期是、如果PSEN有效，那么程序存储器的数据被传递到P0口（即数据总线）
（4）EA/VPP（31脚）：（Enable Address/Voltage Pulse of Programming） 访问程序存储控制信号。
当EA/VPP＝“0”时，表示读外部程序存储器。
只读取外部的程序存储器中的内容，读取的地址范围为0000H～FFFFH（64KB），片内的4KB Flash 程序存储器不起作用。
如果EA/VPP＝“1”，那么代表对程序存储器执行读操作第一步需要由内部程序存储器开始读取，然后能够传递到外部程序存储器。
如果PC数据没有超过0FFFH（即没有超过芯片内4KB Flash存储模块的地址范围）时，单片机读取芯片内的程序存储器（4KB）之内的程序，但当PC数据大于0FFFH （即大于芯片内4KB Flash地址范围）时，那么会自动去读取芯片外的60KB（1000H-FFFFH）程序存储器空间中的程序。
如果是EPROM（或FLASH）型的单片机，那么EPROM编程的时候，该引脚应当外加21V或者12.75V的编程电压。 3.1.4工作原理
本题目选用单片机最小系统当成信号的处理电路，源于整形输出模块和取样模块的脉冲电平进到AT89S5l的/INTO引脚，MCU设置成负跳变中断触发模式。每回出现脉冲信号降低进入时，引起单片机出现中断并执行计算时长功能，每当出现一次脉冲心跳，就增加一次计数；定时器里中断指令主要完成一分钟的定时计数功能。
3.2传感器
3.2.1传感器的选择与论证 （1）压电式
压电式传感器的工作原理是通过振动感应装置或压力感应装置把人体脉搏振动出现的物理信号变化为电信号。一般的压电式传感器可用常见的压电陶瓷代替。压电式元件的内阻极高，通常采用两片相同的元件，使其极性反向相叠，由夹在中间的铜片作为一个电极。于是，中间的电极变成完全空闲的状态，能够利用拥有良好绝缘性能的导线
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将其导出。这样的手段的优点是传感器的品种多样，常见的传感器可以输出比较大的信号，对于旁边的放大电路没有太高的要求。压电陶瓷具有成本低、取材方便、易于提高敏感度等特点。
（2）声电式
声电式传感器的功能是把气体、液体或者固体中传播的物理信号变成为电信号。所以，其属于力学量传感器的一种。声电式传感器的生产材料通常利用压电陶瓷材料或者不定性无烟煤颗粒材料制造。颗粒式的声电感应元件，其优点是容易生产、价格低廉和使用寿命长，缺点主要有，颗粒的使用磨损和接触外层的霎那电弧导致颗粒不断老化，所以造成非线性、杂音大和性能不稳定等问题；而压电陶瓷式的声电传感器在检测声音信号时却存在着无法避免的些许缺陷。
声电式传感器的工作原理是通过微音感应器件将人发出的振动物理信号变化成电信号。这样的性能的好处是作为传感器的微音感应元件可利用已存在驻极体或电容式话筒，但是他旁边的模块要应用必要的手段把四周的声音干扰信号排除。
（3）光电式
光电系统一般是指能精准感受由红外光到紫外光的光辐射，然后将光辐射转化成电信号的元件。一般可利用的光电器材有：光电式三极管和光电式二极管。光电式传感器用在精确的位移变化时能够达到明显的效果，不过光电传感器对光电管属性材料、电路控制要求较高：吸收红外光的能力特别高；介电常数要低，能够更容易的得到比较大的输出电压；介电损耗小。
光电传感器的工作原理是利用光电传感器得到人体内血液流动时，由于对光的反射率或透过率不同，然后再把光信号变化为电信号的原理。这样的方法有两种途径：包括对射式和反射式这两种。对射式的工作原理是在大小合适的环的两侧各放一个接收管和一个发射管，当测量的时候把手指插入检测环内，因为手指内的血液流动值的变化会导致光电接收管的光信号也跟着发生改变，反射式的方向与光电接受和光电发射相同，每到身体中的血血液流动发生变化时，它对于光的反射率将会跟着改变，所以检测到心率值。这样的原理的好处是外界带来干扰信号微弱，但是它最大的局限是传感器输出的信号也微弱，对后面的放大电路要求较高。还有一点，如果遇到干扰变化极其强烈的信号，回路不应该去调制，可以根据光电管的定向角的区别，光轴也不容易把握。
根据前面的分析，无论是传感器的材料的选择、制作技术、制作生产时中前级电路的生产难易程度和遇到外界的干扰信号时的干扰程度等原因考虑，还是更适宜使用两个红色发光二极管更可靠。
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红外传感器的放大电路、滤波电路和整型电路的见图3-2所示。
图 3-2 信号处理模块
3.2.2红外线传感器
传感器也叫变换器或者换能器。在脉搏监测电路中，脉搏感应装置是必不可少的最关键单元，其大致作用是把桡动脉搏动压力和切脉压力这样的一些物理信号变化为容易检测的电信号。脉搏传感器的抗干扰能力大小、是否精确、安装手法是否便捷还有灵敏度强弱共同决定了脉搏检测结果的精确度，所以它的选型在整个课题起着非常关键的用途。
本课题里，选取红外对管脉搏式传感器，红外对管传感器具有价格低廉、利于收集身体手指微弱的脉搏物理信号的优点，再通过放大，模拟信号的输出，输出与脉搏波动
的脉冲信号同步进行，脉搏跳动时，每输出一次即出现一个正脉冲。可用于心率检测。
红外传感科技是在几十年之中崛起出来的一个热门科学。它在国防，科研，还有工农业制造生产等方向得到普遍的利用，特别是在军事国防、医学诊疗和科研院所里起着极其关键的作用。尤其在应用于远程温度检测和控制的研究领域，红外温度传感器有着良好的特点，能够在很多设计中达到检测目标，因而在产品设计中，红外传感器应用广泛。本课题心率计使用的传感器通过一对5MM的红外对管，然后再外加一些电路所构造出的红外传感器。红外对管指的是红外线发射管与光敏接收管，或者红外线接收头，或者红外线接收管配合在一起使用时候的总称。
光敏接收管是一种带着光敏特性的PN结，属于光敏三极管，特性为单向导电性。所以使用时应当通上反向电压。没有光照射的情况下,有很少的饱和的反向漏电流。此时的光敏管不导通。当光照时,饱和的暗电流马上上升，生出光电流,在一定的范围内它跟着入射光的强度的变化而上升。
3.3复位电路
3.3.1单片机复位电路
如图3-3所示，时钟电路开启之后，如果REST管引脚外加两个机器周期的高电平，
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芯片内部就会开始初始复位的操作。
图3-3 单片机复位电路图
3.3.2按键电路
图3-4 测试复位电路图
如图3-4所示电路，单片机系统如果检测这个端口，查看是否有按键操作，一旦按下按键，便开始记录数据的工作，如一直未按则一直在此等待。
将单片机的I/O口配置为上拉输入，可以省去两个上拉电阻，简化了电路设计，也减小了电流消耗。因为I/O口足够用，键盘设计采用线性键盘。三个引脚设置成按键接地的方式。有程序控制扫描部分。三个按键分别连到单片机的P32、P31、P30引脚上，将正常的心率区间预先设置，方便在超过安全值时进行声光报警。 3.3.3振荡电路
如图3-5所示，本课题选择使用频率为12MHz的晶振，电容使用30pF的电容。通过计算，单片机的工作周期是：12×（1÷12M）=1us。
图3-5 振荡电路图
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