编号:
毕业论文(设计)
题 目 基于单片机的血压计设计
专 业 机械设计制造及其自动化 教学单位 德州学院机电工程系 （盖章）
德州学院毕业论文（设计）开题报告书
德州学院毕业论文（设计）中期检查表
院(系) ：机电工程系 专业： 机械设计制造及其自动化 2012年4月3日
目 录
1 引言„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„.1 2 血压计总体概述„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„.3
2.1 血压计简介„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„..3
2.1.1 便携式血压计的简单介绍„„„„„„„„„„„„„„„„„„„..3
2.1.2 便携式血压计功能简介„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„..3
2.1.3 便携式血压计使用注意事项„„„„„„„„„„„„„„„„„„„3
2.2 血压计装置设计方案„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„..4
2.3 血压计测量与工作原理„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„..5
2.3.1 血压测量的工作原理„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„..5
2.3.2 血压计的工作原理„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„..6
3 硬件电路的设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„..6
3.1 MCS-51单片机的简介及其电路设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„.6
3.1.1单片机的介绍„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„.6
3.1.2 单片机电路设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„.11
3.2 传感器简介以及外接电路的设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„.13
3.2.1 传感器介绍„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„.13
3.2.2 传感器与单片机连接的电路设计„„„„„„„„„„„„„„„„.15
3.3 模数转换器的设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„.15
3.3.1 A/D转换原理„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„..15
3.3.2 ADC0809与MCS —51单片机的连接„„„„„„„„„„„„„„„..16
3.4 液晶显示模块电路设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„.17
3.4. 1数码管显示模块的设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„.17
3.4.2 LED显示器与单片机的连接电路设计„„„„„„„„„„„„„„..17
4 系统流程图以及程序的设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„..18
4.1 单片机主程序流程图„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„.18
4.2 数据采集流程图„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„.18
4.3数据显示流程图„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„.19
4.4. 电子血压计运作程序设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„..19
结 论„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„.21
参考文献„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„..22
谢辞„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„..23
德州学院 机电工程系 2012届 机械设计制造及其自动化 毕业论文（设计）
基于单片机的电子血压计的设计
顾斌
（德州学院机电系，山东德州 253023）
摘要：随着现代社会的快速发展，人们的生活质量的提高，带来了不健康的饮食与生活规律，导致了越来越多疾病的出现。其中，“高血压病”被称为人类第一无形杀手，可见它的可怕程度。
便携式家用血压计，非医护人员也可方便操作。随着家庭医疗保健的流行，这种血压计的市场得以开发。在过去，人们测量血压不得不去医院，而如今只要拥有这种血压计，在家里即可随时监测血压，做到早发现早治疗，降低了脑出血. 心功能衰竭等猝发疾病的危害。
该血压计以NPC1210压力传感器测得血压值，再将血压数据通过ADC0809数模转换器转换成数字信号，传入89C51单片机，然后由单片机控制，经主程序处理数据之后，在LED 液晶显示器上把数据显示出来。
关键词：NPC1210压力传感器; 89C51单片机;ADC0809数模转换器;LED 液晶显示模块
1 引言
现如今人们的生活水平提高了，越来越观注自己的身体健康，血压是身体康的一项重要指标。血压的高低可直接影响全身各组织器官的血液供给。若血压过低，可造成组织器官供血不足。相反，血压过高，增加心脏负担，久而久之，导致心衰，同时血管弹性下降，脆性增加，脑动脉破裂，出现脑出血[1] 。
据2012年全国普查显示，我国每三个家庭就会有一个高血压患者；尤其在老年人群中患病可达12%。因此，研发便捷家庭使用型血压计具有重要意义。
在疾病排名册上，高血压的危害已居前几位。对于老年人群，血压血压是一个重要的健康信号。高血压是最常见的心血管疾病，也是最大的流行病之一。高血压病不仅是危害人体健康的一种慢性病，而且它还是脑中风、冠心病、心肌梗死、心力衰竭、肾衰等疾病的祸首，因此被人们称为“无形杀手”。
高血压对人体的损害是全身性的，也是造成死亡的恶魔，直接威胁着人的生命，所以，对高血压这个无形杀手，不可掉以轻心。
预防高血压病，首先量测量准确的血压。正常的收缩压为：90-140mmHg （12.0-18.6kpa ）舒张压为：60-90mmHg （8.0-12.0kpa ），正常血压的范围：正常成人在安静状态时，动脉压为：30-40mmHg （4.0-5.3kpa ）
我们常用血压计测量血压。测量血压时，是以血压和大气压作为比较的，用血压高于大气压的数值表示血压的高度。
常用血压计有（1）汞柱式: 玻璃管面标有双刻度； 一侧为0~300mmHg,最小分度值为2mmHg ；一侧为0~40kPa,最小分度值为0.5kPa ；玻璃管上端盖以金属帽与大气相通，下端和汞槽相通, 汞槽内有水银；特点： 测得数值准确可靠，但较笨重不易携带，且玻璃管部分易破裂。（2）表式：又称弹簧式血压计。外形似表, 呈圆盘状，正面盘上标有刻度及读数，盘中央有一指针, 以提示血压数值。特点携带方便，但准确性不如汞柱式血压计（3）电子血压计 袖带内有一换能器，有自动采样单片机控制数字运算，自动放气程序。数秒钟内可得到收缩压、舒张压、脉搏数值。特点是操作方便，不用听诊器，省略放气系统，排除听觉不灵敏，噪音干扰等造成的误差，但准确性不如汞柱式血压计[2]。
结构如图1 ：
传统的血压计操作比较复杂，而且受环境的影响较大。在使用时，需要用一个准确的汞柱血压计一同校核，专业性较强。为了让每个血压计使用者更方便的使用与维护血压计；我们设计了一台操作便捷，测量精确，无需维护的智能型测量血压的装置，用来帮助人们急早的发现高血压迹象。
目前生活中使用的血压计大部分是水银式的。水银血压计每次测量必须由医生戴上听诊器进行测量，测量过程复杂，只能是每个医生一次对一个人进行测量; 而且对不同的医生，测量结果可能不同:对同一个人来说，影响血圧因素也非常多，，测得结果在某些情况
就不能真实的反映被测对象的血压值。血压随年龄的增加而增高，新生儿血压最低，小儿
血压比成人低，中年以前女性血压略低于男性，中年以后差别较小；一般白天血压高于夜间，过度劳累或睡眠不佳时，血压稍增高；在寒冷环境中血压可升高，高温环境中血压可略下降；紧张、恐惧、兴奋及疼痛均可导致血压升高，舒张压一般无变化。劳动、饮食、吸烟和饮酒也可影响血压值。将脉动波的记录引入动态血压技术，提供24小时内的每次血压测量结果，而且能再现每次测量过程中的波形。在动态血压检测中干扰和伪差是不可避免的。目前市场上的大部分动态血压记录仪，只记录每次测量的结果，医生面对的是一批真伪难辩的数字。本课题研究设计动态血压记录仪，使每次测量结果完全透明，实时分析，使医生可以对照原始波形判断数据的真伪，有效查找出干扰和伪差引起的误检测，恢复真实血压，保证血压报告的有效性和可靠性。
2 血压计总体概述
2.1 血压计简介
2.1.1 便携式血压计的简单介绍
该产品体积小，重量轻，可方便携带。与传统血压计相比，无水银，避免了因水银泄露而造成环境污染的问题。操作简单易行，适合家庭使用。
2.1.2 便携式血压计功能简介
该血压计以压力传感器测得血压值，再将血压数据通过A/D转换器转换成数字信号，传入单片机，然后由单片机控制，经主程序处理数据之后，在液晶显示器上把数据显示出来。
2.1.3 便携式血压计使用注意事项
1. 患者取坐位或仰卧位，被测肢体应和心脏处于同一水平，上臂自然下垂，坐位时平第四肋软骨；卧位平腋中线，平整地将袖带置于上臂中部，距肘窝下缘2-3cm
2. 需密切观察血压者应做到四定
定时间、定部位、定体位、定血压计，有助于测定血压的准确性和对照的可比性
3. 为偏瘫、肢体外伤或手术的患者测血压应测健测肢体
4. 排除影响血压的外界因素
袖带过宽、过窄；袖带缠得过紧、过松；肢体位置过高、过低等因素对血压值的影响
5. 袖带宽度要合适，
袖带太窄，须加大力量才能阻断动脉血流，测得数值偏高; 袖带太宽，大段血管受阻，测得数值偏低
6. 肱动脉位置高于心脏水平，测得血压值偏低; 低于心脏水平，测得血压值偏高
7. 袖带过松，橡胶带呈气球状，有效测量面积变窄，使血压测量值偏高; 袖带过紧，使血管在未注气时已受压，使血压测量值偏低
8. 发现血压听不清或异常，应重复测量; 应将袖带内气体驱尽，稍等片刻再复测，一般连续测2~3次，取其最低值
9. 当舒张压的变音和消失音之间有差异时; 应记录两个读数，即变音~消失音数值 如180/90~70mmHg
10. 不要在浴后、吸烟、饮酒、喝咖啡后测血压[3]。
2.2 血压计装置设计方案
2.2.1 设计要求
该种血压计是将传感技术与单片机有机结合而成的，它的结构应该保证完成三项基本流程：1、感应血流的压力，并能够将信号转变成压电信号；2、利用单片机技术判断高压与低圧；3、在屏幕上显示测量结果。对于传感器的要求是：高性能低成本的，灵敏度要高，测量范围倒不需要很大。能根据血压变动及时抓住高、低压，体积小，集成度高，抗干扰能力强，可靠性高，价格低，程序简单，运用灵活，易于实现产品化的单片机，使用具有显示清晰，亮度高. 寿命长等优点的显示器，因此我们在此设计中采用了LED 显示器。
2.2.2 具体设计方案
系统工作示意图：
接通电源后，我们可以通过键盘对血压计的参数进行设计。参数设置后，系统将会启动A/D转换，转换结束后将进行数据处理阶段，若未转换完毕将进行程序循环继续转换。数据处理阶段将会对转换的数据进行采样，分析出最大值和最小值，将最大、最小值按血压原理定为收缩压和舒张压，经由单片机将其送到LED 显示器进行显示。
2.3 血压计测量与工作原理
2.3.1 血压测量的工作原理
血压的测量采用传统的示波法[4]。当袖带压力振荡波的振幅达到最大时，袖带的压力就是动脉的平均压。动脉的收缩压对应于振幅包络线的第一个拐点，舒张压对应于包络线的第二个拐点。收缩压数值得确定：通常采用最大的振幅法，气袖在放气过程中脉搏波振幅度包络线的上升阶段中，如果某一个脉搏波的幅度Ui 与Um 之比≤Ks 时，对应的气袖压力便定义为收缩压。
计算公式为：Ps =P |Ui =Ks *Um （1）
舒张压数值的确定：与收缩压不同的是在脉搏波振幅包络线的下降段中，如果一个脉搏波的幅度Ui 与Um 之比≤kd 时，对应的气袖压力便定义为舒张压。
计算公式为：Pd =P |Ui =Kd *Um （2）
图4 血压交直流信号及收缩压和舒张压位置
首先找到最大振幅值 Amax 处, 往前找到幅值为0. 5Amax的瞬态位置处，此位置所对应的血压直流分量的值定为收缩压, 往后找到幅值为0. 8Amax的瞬态位置处，此位置所对应的血压直流分量定为舒张压, 将计算出的收缩压和舒张压的值经单片机的控制输出到LED 液晶显示。
2.3.2 血压计的工作原理
当袖带充气时，袖带内部便会产生一定压力，数字压力传感器NPC-1210感应到该压力时，经过放大以及滤波电路后，由单片机89C51的第1脚读入，并进行A/D转换。单片机在程序的控制下，严格按照NPC-1210压力传感器的要求的工作时序进行读写控制，读入信号后，对数字信号进行运算，然后经LED 数码管液晶显示模块进行显示。 3 硬件电路的设计
3.1 MCS-51单片机的简介及其电路设计
3.1.1单片机的介绍
MCS-51系列单片机是Intel 公司生产的产品。MCS-51系列具有8位处理能力的CPU 。128byte 内部数据读写存储器，32位双向输入/输出线，1个全双工的异步串行口，2个16位定时器/计数器，5个中断源2级中断优先级，时钟发生器，可寻址64KB 程序存储器和64KB 外部数据存储器等部分[9]。
微处理器是单片机中实现运算和控制的部件，由运算器和控制器两部分组成。
（一）运算器
运算器主要实现对操作数的运算、逻辑运算和位运算。运算器通常由算术逻辑运算部件、累加器、暂存器、程序状态字、十进制调整电路和布尔处理器等组成。
（1）算数逻辑运算部件（简称ALU ），主要完成加、减、乘、除、加1（增量）、减1（减量）、十进制调整等算数运算，也能完成位置、复位、取反等位操作，还能完成与、或、非等逻辑运算，同时完成数据传送的操作。
（2）累加器（简称ACC ），用于存放算术逻辑运算部件需要运算的操作数，或者用于存放算数逻辑运算部件运算操作的结果。
（3）暂存器（简称TMP ），用于暂存算数逻辑运算部件需要运算的操作数，使进入算数逻辑运算部件的两个操作数能够被同步地送到ALU 的两个入口进行运算。
（4）程序状态字（简称PSW ），用于存储程序运行中的各种状态信息。程序状态字中每一位都可以用来代表某一种状态，由运算器的过程或结果对其进行设置和改变。
P 奇偶标志位（D0）--表示累加器中的运算结果中1的个数是奇数还是偶数，结果中
1的个数为奇数时置1，否则为0.
OV 溢出标志位（D2）--表示运算结果是否溢出，即是否超出累加器可表示的带符号数范围（-128--+127）, 有溢出时OV 置1，否则置0.
RS1.RS2工作寄存器区选择标志位（D4.D3）--两位组合用于指定4个工作寄存区之一，00表示1区，01表示2区，10表示3区，11表示区。
F0用户标志位（D5）--用于用户自定义的状态标志。
AC 辅助进位标志（D6）--进行8进位数加减运算时，若低4位向高4位有进位或借位时，该位置1，否则置0。
CY 进位标志（D7）--进位算数运算时，最高位有进位或借位，该位置1，否则置0。
（5）十进制调整电路，用于对采用BCD 码表示的操作数在进行了二进制运算后的结果进行调整，使其运算的结果仍然保持为BCD 码的形式。
（6）布尔处理器，用于实现位操作和逻辑运算。位操作和逻辑运算都是以位为单位进行运算的，通过布尔处理器可以进行二进制位的置位（置1）、复位（置0）、取反、二进制数的与（逻辑乘）、或（逻辑加）、非（逻辑反）运算。
2. 控制器
（1）程序计数器PC ，用于存放下一条要读取的指令的程序存储地址。读取指令时，PC 将其保存的地址输出到程序存储器，在选通信号的控制下，将指定地址单元的内容读出。同时对程序计数器PC 自动加1，生成下一个程序存储器地址。
（2）指令寄器IR ，用于存放从程序存储器中读出并将该指令送到指令译码。
（3）指令译码器ID ，用于对指令寄存器中的指令进行译码，产生各种控制信号，控制单片机的各个部件正常工作。
（4）数据指针DPTR ，用于存放片外数据存储器地址或I/O端口地址。数据指针DPTR 是16位的地址寄存器，用于指出片外数据存储器或I/O端口的地址，并且用户可以直接访问，可以作为两个8位寄存器被访问，其中DPL 是DPTR 的低8位，DPH 是DPTR 的高8位。
（5）堆栈指针SP ，用于存放堆栈存储区的当前单元地址。能够在堆栈操作时自动进行加1和减1的操作，以改变栈顶单元的地址，保证进出栈操作的正常进行。栈是按后进先出的原则进行操作的存区，用于保存一些特殊的信息。堆栈存区设置在数据存储区，栈顶位置由堆栈指针SP 中存放的8位地址指出。进栈时SP 内容自动加1，出栈时SP 内容自动减
1. 系统复位后，SP 的值为07H 。
（6）时钟发生器、定时控制逻辑、复位电路，用于产生微处理器工作所需要的时序信号，并通过时序信号的同步，产生系统控制所需要的各类控制信号，以保证系统有序地运行。
3. 存储器
（1）程序存储器
程序存储器的地址通过16位的程序计数器PC 提供，寻址空间为64KB 。在使用片外PC 提供的地址经P0和8位端口送出，供片外程序存EA 引脚输入的电平来确定使用片外程序存储器还是片内程序存储器。当EA 引脚输入的电平为高电平时，系统默认使用片内程序存储器，只有当使用的地址超出片内程序存储器地址范围时，才会转向片外程序存储器。而当EA 引脚输入的电平为低电平时，无论是否有片内程序存储器，系统都将只使用片外程序存储器。 数据存储器
（2）包括片内数据存储器和片外数据存储器，采用各自独立的编址方式。
片外数据存储器的地址通过数据指针DPTR 或寄存器R0、R1，以间接寻址的方式提供16位地址，经P0、P2端口送出，实现64KB 的寻址空间。
片内数据存储器的存储空间为256B ，采用8位地址编码，通过相应的指令直接访问。片内数据存储器可以分为工作寄存区、位寻址区、数据区、特殊功能寄存区等部分。
4、输入输出控制
(1)P0口
P0口是8位的三态I/O口，具有两种工作方式:一般输入/输出端口方式和地址/数据端口方式，在单片机无外部地址需求的情况下，P0口可作为一般输入/输出端口使用。通过控制信号为0使多路电子开关MUX 接通内部锁存器，锁存器中的数据被输出到端口的引脚。输入时，端口引脚的数据直接被读入内部数据总线，为保证输入数据的可靠，内部锁存器必须置1. 在这种工作方式下，端口的引脚必须外接5—10千欧的上拉电阻，以保证1的正常输出。
(2)P1口
P1口是准双向I/O口，它的每一位都可以被定义为输入或输出。
输出时将数据写入锁存器，锁存器的内容被直接送出引脚。输入时，必须先将锁存器的值置1，使场效应管截止，引脚的数据直接被读入内部数据总线。P1端口的位结构如下图所示：
(3)P2口
P2口是准双向I//O，具有两种功能。既可以作为一般的输入输出口使用，也可以作为外部存储器的地址输出端口使用。
P2口的位结构如下图所示：
(4)P3口
P3口是准，双向多功能I/O，既可以作为一般的输入输出端口使用，也可以作为特殊功能I/O口使用。
P3口的位结构如图所示：
P3口各位的特殊功能如表所示：
P3.0 RXD（串行输入口）
P3.1 TXD（串行输出口）
P3.2 /INT0（外部中断0）
P3.3 /INT1（外部中断1）
P3.4 T0（记时器0外部输入）
P3.5 T1（记时器1外部输入）
P3.6 /WR（外部数据存储器写选通）
P3.7 /RD（外部数据存储器读选通）
3.1.2 单片机电路设计
1. MCS—51单片机的复位电路
系统复位是任何微机系统执行的第一步，它能使整个控制芯片回到默认的硬件初始状态下。复位对单片机来说，就是回到初始状态，程序计数器赋值0000H, 为程序运行做好准备工作。单片机复位后程序计数器值变为0000H ，即程序将从0地址开始执行。程序状态寄存器PSW 清零，自动选择0工作寄存器区。堆栈指针设定为07H ，定时器/计数器设定为方式0，并将计数器初值置0。中断全部禁止，各中断源的优先级均为0,4个端口的锁存器全部置1，并处于输入状态[10]。
在单片机的RST 引脚上加上高电平并保持两个机器周期（24个时钟振荡周期），就可以完成复位操作。这种复位电路的工作原理是; 通电时，电容两端相当于是短路，于是RST
编号:
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题 目 基于单片机的血压计设计
专 业 机械设计制造及其自动化 教学单位 德州学院机电工程系 （盖章）
德州学院毕业论文（设计）开题报告书
德州学院毕业论文（设计）中期检查表
院(系) ：机电工程系 专业： 机械设计制造及其自动化 2012年4月3日
目 录
1 引言„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„.1 2 血压计总体概述„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„.3
2.1 血压计简介„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„..3
2.1.1 便携式血压计的简单介绍„„„„„„„„„„„„„„„„„„„..3
2.1.2 便携式血压计功能简介„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„..3
2.1.3 便携式血压计使用注意事项„„„„„„„„„„„„„„„„„„„3
2.2 血压计装置设计方案„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„..4
2.3 血压计测量与工作原理„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„..5
2.3.1 血压测量的工作原理„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„..5
2.3.2 血压计的工作原理„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„..6
3 硬件电路的设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„..6
3.1 MCS-51单片机的简介及其电路设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„.6
3.1.1单片机的介绍„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„.6
3.1.2 单片机电路设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„.11
3.2 传感器简介以及外接电路的设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„.13
3.2.1 传感器介绍„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„.13
3.2.2 传感器与单片机连接的电路设计„„„„„„„„„„„„„„„„.15
3.3 模数转换器的设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„.15
3.3.1 A/D转换原理„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„..15
3.3.2 ADC0809与MCS —51单片机的连接„„„„„„„„„„„„„„„..16
3.4 液晶显示模块电路设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„.17
3.4. 1数码管显示模块的设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„.17
3.4.2 LED显示器与单片机的连接电路设计„„„„„„„„„„„„„„..17
4 系统流程图以及程序的设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„..18
4.1 单片机主程序流程图„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„.18
4.2 数据采集流程图„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„.18
4.3数据显示流程图„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„.19
4.4. 电子血压计运作程序设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„..19
结 论„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„.21
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谢辞„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„..23
德州学院 机电工程系 2012届 机械设计制造及其自动化 毕业论文（设计）
基于单片机的电子血压计的设计
顾斌
（德州学院机电系，山东德州 253023）
摘要：随着现代社会的快速发展，人们的生活质量的提高，带来了不健康的饮食与生活规律，导致了越来越多疾病的出现。其中，“高血压病”被称为人类第一无形杀手，可见它的可怕程度。
便携式家用血压计，非医护人员也可方便操作。随着家庭医疗保健的流行，这种血压计的市场得以开发。在过去，人们测量血压不得不去医院，而如今只要拥有这种血压计，在家里即可随时监测血压，做到早发现早治疗，降低了脑出血. 心功能衰竭等猝发疾病的危害。
该血压计以NPC1210压力传感器测得血压值，再将血压数据通过ADC0809数模转换器转换成数字信号，传入89C51单片机，然后由单片机控制，经主程序处理数据之后，在LED 液晶显示器上把数据显示出来。
关键词：NPC1210压力传感器; 89C51单片机;ADC0809数模转换器;LED 液晶显示模块
1 引言
现如今人们的生活水平提高了，越来越观注自己的身体健康，血压是身体康的一项重要指标。血压的高低可直接影响全身各组织器官的血液供给。若血压过低，可造成组织器官供血不足。相反，血压过高，增加心脏负担，久而久之，导致心衰，同时血管弹性下降，脆性增加，脑动脉破裂，出现脑出血[1] 。
据2012年全国普查显示，我国每三个家庭就会有一个高血压患者；尤其在老年人群中患病可达12%。因此，研发便捷家庭使用型血压计具有重要意义。
在疾病排名册上，高血压的危害已居前几位。对于老年人群，血压血压是一个重要的健康信号。高血压是最常见的心血管疾病，也是最大的流行病之一。高血压病不仅是危害人体健康的一种慢性病，而且它还是脑中风、冠心病、心肌梗死、心力衰竭、肾衰等疾病的祸首，因此被人们称为“无形杀手”。
高血压对人体的损害是全身性的，也是造成死亡的恶魔，直接威胁着人的生命，所以，对高血压这个无形杀手，不可掉以轻心。
预防高血压病，首先量测量准确的血压。正常的收缩压为：90-140mmHg （12.0-18.6kpa ）舒张压为：60-90mmHg （8.0-12.0kpa ），正常血压的范围：正常成人在安静状态时，动脉压为：30-40mmHg （4.0-5.3kpa ）
我们常用血压计测量血压。测量血压时，是以血压和大气压作为比较的，用血压高于大气压的数值表示血压的高度。
常用血压计有（1）汞柱式: 玻璃管面标有双刻度； 一侧为0~300mmHg,最小分度值为2mmHg ；一侧为0~40kPa,最小分度值为0.5kPa ；玻璃管上端盖以金属帽与大气相通，下端和汞槽相通, 汞槽内有水银；特点： 测得数值准确可靠，但较笨重不易携带，且玻璃管部分易破裂。（2）表式：又称弹簧式血压计。外形似表, 呈圆盘状，正面盘上标有刻度及读数，盘中央有一指针, 以提示血压数值。特点携带方便，但准确性不如汞柱式血压计（3）电子血压计 袖带内有一换能器，有自动采样单片机控制数字运算，自动放气程序。数秒钟内可得到收缩压、舒张压、脉搏数值。特点是操作方便，不用听诊器，省略放气系统，排除听觉不灵敏，噪音干扰等造成的误差，但准确性不如汞柱式血压计[2]。
结构如图1 ：
传统的血压计操作比较复杂，而且受环境的影响较大。在使用时，需要用一个准确的汞柱血压计一同校核，专业性较强。为了让每个血压计使用者更方便的使用与维护血压计；我们设计了一台操作便捷，测量精确，无需维护的智能型测量血压的装置，用来帮助人们急早的发现高血压迹象。
目前生活中使用的血压计大部分是水银式的。水银血压计每次测量必须由医生戴上听诊器进行测量，测量过程复杂，只能是每个医生一次对一个人进行测量; 而且对不同的医生，测量结果可能不同:对同一个人来说，影响血圧因素也非常多，，测得结果在某些情况
就不能真实的反映被测对象的血压值。血压随年龄的增加而增高，新生儿血压最低，小儿
血压比成人低，中年以前女性血压略低于男性，中年以后差别较小；一般白天血压高于夜间，过度劳累或睡眠不佳时，血压稍增高；在寒冷环境中血压可升高，高温环境中血压可略下降；紧张、恐惧、兴奋及疼痛均可导致血压升高，舒张压一般无变化。劳动、饮食、吸烟和饮酒也可影响血压值。将脉动波的记录引入动态血压技术，提供24小时内的每次血压测量结果，而且能再现每次测量过程中的波形。在动态血压检测中干扰和伪差是不可避免的。目前市场上的大部分动态血压记录仪，只记录每次测量的结果，医生面对的是一批真伪难辩的数字。本课题研究设计动态血压记录仪，使每次测量结果完全透明，实时分析，使医生可以对照原始波形判断数据的真伪，有效查找出干扰和伪差引起的误检测，恢复真实血压，保证血压报告的有效性和可靠性。
2 血压计总体概述
2.1 血压计简介
2.1.1 便携式血压计的简单介绍
该产品体积小，重量轻，可方便携带。与传统血压计相比，无水银，避免了因水银泄露而造成环境污染的问题。操作简单易行，适合家庭使用。
2.1.2 便携式血压计功能简介
该血压计以压力传感器测得血压值，再将血压数据通过A/D转换器转换成数字信号，传入单片机，然后由单片机控制，经主程序处理数据之后，在液晶显示器上把数据显示出来。
2.1.3 便携式血压计使用注意事项
1. 患者取坐位或仰卧位，被测肢体应和心脏处于同一水平，上臂自然下垂，坐位时平第四肋软骨；卧位平腋中线，平整地将袖带置于上臂中部，距肘窝下缘2-3cm
2. 需密切观察血压者应做到四定
定时间、定部位、定体位、定血压计，有助于测定血压的准确性和对照的可比性
3. 为偏瘫、肢体外伤或手术的患者测血压应测健测肢体
4. 排除影响血压的外界因素
袖带过宽、过窄；袖带缠得过紧、过松；肢体位置过高、过低等因素对血压值的影响
5. 袖带宽度要合适，
袖带太窄，须加大力量才能阻断动脉血流，测得数值偏高; 袖带太宽，大段血管受阻，测得数值偏低
6. 肱动脉位置高于心脏水平，测得血压值偏低; 低于心脏水平，测得血压值偏高
7. 袖带过松，橡胶带呈气球状，有效测量面积变窄，使血压测量值偏高; 袖带过紧，使血管在未注气时已受压，使血压测量值偏低
8. 发现血压听不清或异常，应重复测量; 应将袖带内气体驱尽，稍等片刻再复测，一般连续测2~3次，取其最低值
9. 当舒张压的变音和消失音之间有差异时; 应记录两个读数，即变音~消失音数值 如180/90~70mmHg
10. 不要在浴后、吸烟、饮酒、喝咖啡后测血压[3]。
2.2 血压计装置设计方案
2.2.1 设计要求
该种血压计是将传感技术与单片机有机结合而成的，它的结构应该保证完成三项基本流程：1、感应血流的压力，并能够将信号转变成压电信号；2、利用单片机技术判断高压与低圧；3、在屏幕上显示测量结果。对于传感器的要求是：高性能低成本的，灵敏度要高，测量范围倒不需要很大。能根据血压变动及时抓住高、低压，体积小，集成度高，抗干扰能力强，可靠性高，价格低，程序简单，运用灵活，易于实现产品化的单片机，使用具有显示清晰，亮度高. 寿命长等优点的显示器，因此我们在此设计中采用了LED 显示器。
2.2.2 具体设计方案
系统工作示意图：
接通电源后，我们可以通过键盘对血压计的参数进行设计。参数设置后，系统将会启动A/D转换，转换结束后将进行数据处理阶段，若未转换完毕将进行程序循环继续转换。数据处理阶段将会对转换的数据进行采样，分析出最大值和最小值，将最大、最小值按血压原理定为收缩压和舒张压，经由单片机将其送到LED 显示器进行显示。
2.3 血压计测量与工作原理
2.3.1 血压测量的工作原理
血压的测量采用传统的示波法[4]。当袖带压力振荡波的振幅达到最大时，袖带的压力就是动脉的平均压。动脉的收缩压对应于振幅包络线的第一个拐点，舒张压对应于包络线的第二个拐点。收缩压数值得确定：通常采用最大的振幅法，气袖在放气过程中脉搏波振幅度包络线的上升阶段中，如果某一个脉搏波的幅度Ui 与Um 之比≤Ks 时，对应的气袖压力便定义为收缩压。
计算公式为：Ps =P |Ui =Ks *Um （1）
舒张压数值的确定：与收缩压不同的是在脉搏波振幅包络线的下降段中，如果一个脉搏波的幅度Ui 与Um 之比≤kd 时，对应的气袖压力便定义为舒张压。
计算公式为：Pd =P |Ui =Kd *Um （2）
图4 血压交直流信号及收缩压和舒张压位置
首先找到最大振幅值 Amax 处, 往前找到幅值为0. 5Amax的瞬态位置处，此位置所对应的血压直流分量的值定为收缩压, 往后找到幅值为0. 8Amax的瞬态位置处，此位置所对应的血压直流分量定为舒张压, 将计算出的收缩压和舒张压的值经单片机的控制输出到LED 液晶显示。
2.3.2 血压计的工作原理
当袖带充气时，袖带内部便会产生一定压力，数字压力传感器NPC-1210感应到该压力时，经过放大以及滤波电路后，由单片机89C51的第1脚读入，并进行A/D转换。单片机在程序的控制下，严格按照NPC-1210压力传感器的要求的工作时序进行读写控制，读入信号后，对数字信号进行运算，然后经LED 数码管液晶显示模块进行显示。 3 硬件电路的设计
3.1 MCS-51单片机的简介及其电路设计
3.1.1单片机的介绍
MCS-51系列单片机是Intel 公司生产的产品。MCS-51系列具有8位处理能力的CPU 。128byte 内部数据读写存储器，32位双向输入/输出线，1个全双工的异步串行口，2个16位定时器/计数器，5个中断源2级中断优先级，时钟发生器，可寻址64KB 程序存储器和64KB 外部数据存储器等部分[9]。
微处理器是单片机中实现运算和控制的部件，由运算器和控制器两部分组成。
（一）运算器
运算器主要实现对操作数的运算、逻辑运算和位运算。运算器通常由算术逻辑运算部件、累加器、暂存器、程序状态字、十进制调整电路和布尔处理器等组成。
（1）算数逻辑运算部件（简称ALU ），主要完成加、减、乘、除、加1（增量）、减1（减量）、十进制调整等算数运算，也能完成位置、复位、取反等位操作，还能完成与、或、非等逻辑运算，同时完成数据传送的操作。
（2）累加器（简称ACC ），用于存放算术逻辑运算部件需要运算的操作数，或者用于存放算数逻辑运算部件运算操作的结果。
（3）暂存器（简称TMP ），用于暂存算数逻辑运算部件需要运算的操作数，使进入算数逻辑运算部件的两个操作数能够被同步地送到ALU 的两个入口进行运算。
（4）程序状态字（简称PSW ），用于存储程序运行中的各种状态信息。程序状态字中每一位都可以用来代表某一种状态，由运算器的过程或结果对其进行设置和改变。
P 奇偶标志位（D0）--表示累加器中的运算结果中1的个数是奇数还是偶数，结果中
1的个数为奇数时置1，否则为0.
OV 溢出标志位（D2）--表示运算结果是否溢出，即是否超出累加器可表示的带符号数范围（-128--+127）, 有溢出时OV 置1，否则置0.
RS1.RS2工作寄存器区选择标志位（D4.D3）--两位组合用于指定4个工作寄存区之一，00表示1区，01表示2区，10表示3区，11表示区。
F0用户标志位（D5）--用于用户自定义的状态标志。
AC 辅助进位标志（D6）--进行8进位数加减运算时，若低4位向高4位有进位或借位时，该位置1，否则置0。
CY 进位标志（D7）--进位算数运算时，最高位有进位或借位，该位置1，否则置0。
（5）十进制调整电路，用于对采用BCD 码表示的操作数在进行了二进制运算后的结果进行调整，使其运算的结果仍然保持为BCD 码的形式。
（6）布尔处理器，用于实现位操作和逻辑运算。位操作和逻辑运算都是以位为单位进行运算的，通过布尔处理器可以进行二进制位的置位（置1）、复位（置0）、取反、二进制数的与（逻辑乘）、或（逻辑加）、非（逻辑反）运算。
2. 控制器
（1）程序计数器PC ，用于存放下一条要读取的指令的程序存储地址。读取指令时，PC 将其保存的地址输出到程序存储器，在选通信号的控制下，将指定地址单元的内容读出。同时对程序计数器PC 自动加1，生成下一个程序存储器地址。
（2）指令寄器IR ，用于存放从程序存储器中读出并将该指令送到指令译码。
（3）指令译码器ID ，用于对指令寄存器中的指令进行译码，产生各种控制信号，控制单片机的各个部件正常工作。
（4）数据指针DPTR ，用于存放片外数据存储器地址或I/O端口地址。数据指针DPTR 是16位的地址寄存器，用于指出片外数据存储器或I/O端口的地址，并且用户可以直接访问，可以作为两个8位寄存器被访问，其中DPL 是DPTR 的低8位，DPH 是DPTR 的高8位。
（5）堆栈指针SP ，用于存放堆栈存储区的当前单元地址。能够在堆栈操作时自动进行加1和减1的操作，以改变栈顶单元的地址，保证进出栈操作的正常进行。栈是按后进先出的原则进行操作的存区，用于保存一些特殊的信息。堆栈存区设置在数据存储区，栈顶位置由堆栈指针SP 中存放的8位地址指出。进栈时SP 内容自动加1，出栈时SP 内容自动减
1. 系统复位后，SP 的值为07H 。
（6）时钟发生器、定时控制逻辑、复位电路，用于产生微处理器工作所需要的时序信号，并通过时序信号的同步，产生系统控制所需要的各类控制信号，以保证系统有序地运行。
3. 存储器
（1）程序存储器
程序存储器的地址通过16位的程序计数器PC 提供，寻址空间为64KB 。在使用片外PC 提供的地址经P0和8位端口送出，供片外程序存EA 引脚输入的电平来确定使用片外程序存储器还是片内程序存储器。当EA 引脚输入的电平为高电平时，系统默认使用片内程序存储器，只有当使用的地址超出片内程序存储器地址范围时，才会转向片外程序存储器。而当EA 引脚输入的电平为低电平时，无论是否有片内程序存储器，系统都将只使用片外程序存储器。 数据存储器
（2）包括片内数据存储器和片外数据存储器，采用各自独立的编址方式。
片外数据存储器的地址通过数据指针DPTR 或寄存器R0、R1，以间接寻址的方式提供16位地址，经P0、P2端口送出，实现64KB 的寻址空间。
片内数据存储器的存储空间为256B ，采用8位地址编码，通过相应的指令直接访问。片内数据存储器可以分为工作寄存区、位寻址区、数据区、特殊功能寄存区等部分。
4、输入输出控制
(1)P0口
P0口是8位的三态I/O口，具有两种工作方式:一般输入/输出端口方式和地址/数据端口方式，在单片机无外部地址需求的情况下，P0口可作为一般输入/输出端口使用。通过控制信号为0使多路电子开关MUX 接通内部锁存器，锁存器中的数据被输出到端口的引脚。输入时，端口引脚的数据直接被读入内部数据总线，为保证输入数据的可靠，内部锁存器必须置1. 在这种工作方式下，端口的引脚必须外接5—10千欧的上拉电阻，以保证1的正常输出。
(2)P1口
P1口是准双向I/O口，它的每一位都可以被定义为输入或输出。
输出时将数据写入锁存器，锁存器的内容被直接送出引脚。输入时，必须先将锁存器的值置1，使场效应管截止，引脚的数据直接被读入内部数据总线。P1端口的位结构如下图所示：
(3)P2口
P2口是准双向I//O，具有两种功能。既可以作为一般的输入输出口使用，也可以作为外部存储器的地址输出端口使用。
P2口的位结构如下图所示：
(4)P3口
P3口是准，双向多功能I/O，既可以作为一般的输入输出端口使用，也可以作为特殊功能I/O口使用。
P3口的位结构如图所示：
P3口各位的特殊功能如表所示：
P3.0 RXD（串行输入口）
P3.1 TXD（串行输出口）
P3.2 /INT0（外部中断0）
P3.3 /INT1（外部中断1）
P3.4 T0（记时器0外部输入）
P3.5 T1（记时器1外部输入）
P3.6 /WR（外部数据存储器写选通）
P3.7 /RD（外部数据存储器读选通）
3.1.2 单片机电路设计
1. MCS—51单片机的复位电路
系统复位是任何微机系统执行的第一步，它能使整个控制芯片回到默认的硬件初始状态下。复位对单片机来说，就是回到初始状态，程序计数器赋值0000H, 为程序运行做好准备工作。单片机复位后程序计数器值变为0000H ，即程序将从0地址开始执行。程序状态寄存器PSW 清零，自动选择0工作寄存器区。堆栈指针设定为07H ，定时器/计数器设定为方式0，并将计数器初值置0。中断全部禁止，各中断源的优先级均为0,4个端口的锁存器全部置1，并处于输入状态[10]。
在单片机的RST 引脚上加上高电平并保持两个机器周期（24个时钟振荡周期），就可以完成复位操作。这种复位电路的工作原理是; 通电时，电容两端相当于是短路，于是RST