一種基于Atmel公司AVR系列單片機(jī)Atmega64L,用于心率監(jiān)測系統(tǒng)中MCU的設(shè)計。簡述了單片機(jī)的特性,以及外圍接口電路和軟件設(shè)計。該系統(tǒng)應(yīng)用于單兵訓(xùn)練強(qiáng)度的心率監(jiān)測系統(tǒng),提高了系統(tǒng)的實時性和運算能力。
1 引言
根據(jù)運動心率可準(zhǔn)確劃分運動強(qiáng)度等級,通過單片機(jī)對監(jiān)測心率按照劃分等級的智能判斷,可以實時監(jiān)測訓(xùn)練強(qiáng)度,進(jìn)行顯示報警,從而掌握科學(xué)的訓(xùn)練強(qiáng)度。通過對便攜式心率監(jiān)測系統(tǒng)的特點研究分析,針對如何提高系統(tǒng)實時性、可靠性和抗干擾能力的問題,我們要求對該系統(tǒng)微控制處理模塊(MCU)進(jìn)行了基于 Atmega64L的設(shè)計。
2 單片機(jī)Atmega64L
Atmega64L是基于增強(qiáng)的AVR RISC結(jié)構(gòu)的低功耗8位CMOS微控制器。由于其先進(jìn)指令集以及單時鐘周期指令執(zhí)行時間,數(shù)據(jù)吞吐率高達(dá)1MIPS/MHz,有6種睡眠模式,功耗較低,適合于便攜式產(chǎn)品應(yīng)用。
3 Atmega64L外圍電路設(shè)計
Atmega64L的外圍電路主要包括:電源模塊、鍵盤控制模塊、液晶顯示和語音報警系統(tǒng)接口、心率采集信號輸入接口,見圖1。
電路設(shè)計在ProtelDXP的開發(fā)軟件中完成,包括:原理圖和PCB圖的設(shè)計。元器件的選擇和封裝設(shè)計都采用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,但為滿足小型化,其中某些元件考慮其貼片式或其它因素,采用了實物測量的方法自己加載元件庫。模塊電路設(shè)計均采用典型電路。
4 軟件設(shè)計
WINAVR是為AVR系列單片機(jī)提供的Windows平臺下的開發(fā)程序集,它使用C語言編程,簡化了軟件結(jié)構(gòu),提高了編程效率。系統(tǒng)軟件設(shè)計主要包括:A/D轉(zhuǎn)換模塊、鍵盤輸入模塊、閾值比較判斷模塊、顯示和報警系統(tǒng)。
(1)A/D轉(zhuǎn)換模塊:心律采集電路采用差分電路和濾波電路后,輸出1個模擬信號,單片機(jī)Atmega64L通過自帶的ADC轉(zhuǎn)換器,把模擬信號轉(zhuǎn)換為可處理的數(shù)字信號。此時的心率信號以離散信號的形式,通過計算單位時間R波之間的時間來換算心率值;
(2)鍵盤輸入模塊:在預(yù)先測量之前可手動輸入被測者年齡參數(shù),以備閾值比較判斷使用,主要是心率值;
(3)閾值比較判斷模塊:經(jīng)閾值判斷后,單片機(jī)將判斷結(jié)果發(fā)送給液晶顯示予以顯示。
若被測者結(jié)果超出閾值范圍時,系統(tǒng)啟動報警系統(tǒng),分別進(jìn)行分頻閃爍和蜂鳴報警。同時,對測量結(jié)果進(jìn)行儲存,為了避免存儲冗余,系統(tǒng)只保留近期測量的數(shù)據(jù);(4)異步串行通信模塊:系統(tǒng)開啟時,會初始化液晶芯片,出現(xiàn)開機(jī)畫面。然后,當(dāng)正常工作時,實時顯示心率測量值。在心率信號監(jiān)測過程中,若被測信號大于閾值,系統(tǒng)會發(fā)送報警信號,觸發(fā)報警功能。否則,正常工作。
5 討論
采用 Atmega64L設(shè)計單兵心率監(jiān)測系統(tǒng),由于單片機(jī)及其外圍功能電路,配合在WINAVR環(huán)境下的C語言軟件設(shè)計,實現(xiàn)了系統(tǒng)實時性、靈敏性、小型化,以便單兵攜帶的要求。但系統(tǒng)智能軟件設(shè)計方面尚未成熟,比如:閾值輸入和鍵盤功能較為單一,數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)存儲擴(kuò)展有限。
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