基于单片机的脉冲理疗仪设计学院名称：专 业： 电子信息工程班 级：学 号：姓 名：指导教师姓名：指导教师职称： 高级实验师二〇一四年 六月JIANGSU UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 本科毕业设计（论文）基于单片机的脉冲理疗仪设计摘要：本次设计为基于单片机的脉冲理疗仪设计，其中包括单片机系统模块、显示模块、报警模块、电源模块、升压模块、按键模块。
当系统通电后，设置理疗的时间、幅度，在LED数码管上显示，当理疗时间到达设定时间，报警响，理疗仪停止工作，脉冲强度受占空比影响，占空比越大，输出强度越大，脉冲理疗仪就是将物理因子作用于人体，使之产生好转的设备。
本设计基本能完成脉冲理疗的功能，并且操作简单易懂，适合广大群体使用。
关键词：脉冲；幅度；理疗；占空比Pulse fields design based on single chip microcomputer Abstract：The design for pulse fields design based on single chip microcomputer, including single chip microcomputer system module, display module, alarm module, power supply module, the booster module, keys module. When the system after electrify, set the physical therapy time, amplitude, displayed on the LED digital tube, when physical therapy time setting time, alarm, stop working fields and pulse strength affected by the duty ratio, the duty ratio, the greater the output intensity, the greater the pulse fields is the effect of physical factors on human body, make it have better equipment. This design basic can complete the function of the pulse physical therapy, and easy operation, suitable for the general population. Keywords：Pulse；Amplitude；Physical therapy；Duty ratio目录序言 (1)第1章绪论 (2)1.1 课题的目的和意义 (2)1.2 主要设计内容和要求 (2)第2章方案论证 (3)2.1 方案论证 (3)2.2 系统各模块功能简述 (4)第3章系统硬件设计 (6)3.1 单片机控制模块的设计 (6)3.2 单片机最小系统 (7)3.2.1 单片机复位模块设计 (8)3.2.2 单片机晶振模块设计 (9)3.3 电源电路设计 (9)3.4 按键电路设计 (10)3.5 显示电路设计 (10)3.6 报警模块 (11)3.7 升压电路 (12)3.8 系统硬件设计 (13)3.8.1 系统硬件图 (13)3.8.2系统硬件分析 (13)第4章系统软件设计 (15)4.1 系统软件设计原则 (15)4.2 主程序设计流程图 (15)4.3 显示电路流程图 (16)4.4 键扫流程图设计 (17)第5章系统调试与数据分析 (19)5.1软硬件电路制作与调试 (19)5.2 软硬件功能分析 (19)结论 (20)参考文献 (21)致谢 (22)附录一元件清单 (23)附录二主程序 (25)附录三电路图 (36)附录四实物图 (37)序言电子技术，计算机技术和图像分析技术，广泛应用于医药，理疗设备。
现今使用的理疗仪功能多化，操作方便，并且也很安全高效，在国外，家庭保健和理疗起步很早，技术也得到了改善，而且推广很大众化，最近几年国内也掀起了理疗热，各种理疗仪，例如低频治疗仪，如红外治疗仪，磁场探测器和其他小的工具，现在已经进入了家庭在国内和国外[1]。
本设计利用51单片机控制输出脉冲信号，利用按键，LED数码管，报警，电源等外部硬件组成一个脉冲理疗仪，对各方案进行了细心的比较，并对设计中使用的芯片进行了仔细的分析。
因此，本系统的安全性和可扩展性都比较好[2]。
第1章绪论1.1 课题的目的和意义随着社会经济活动日益频繁和现代生活节奏的加快，越来越多的人明显的感觉或经验所带来的压力重，精神压力迄今已经成为现代社会的一大“隐形瘟疫”，对人们的身心健康构成了相当大的威胁，如不加以重视，其危害和遗患将十分严重[3]。
通过本次脉冲理疗仪的设计，让我们能够更加清楚的了解单片机智能控制系统的功能，巩固自己已经学过得知识，自学新的内容，提高动手实践能力。
1.2 主要设计内容和要求利用单片机设计，使系统：1、工作电压+5V；2、能输出幅度可调的脉冲信号；3、1到30分钟的治疗，最后能报警；4、理疗时间可通过LED数码显示。
第2章方案论证2.1 方案论证方案1本系统采用STC12C5A60S2作为中央处理单元控制脉冲发生电路产生脉冲实现理疗，通过LED数码管时间显示，并通过蜂鸣器实现计时报警。
示意框图2-1如下：图 2-1 单片机控制原理框图方案2本系统采用FPGA作为中央处理单元控制脉冲发生电路产生脉冲实现理疗，通过LED数码管时间显示，并通过蜂鸣器实现即使报警。
示意图2-2如下：图2-2 FPGA控制原理框图方案比较：以上两个方案都可以实现脉冲理疗仪的功能要求。
其中方案一软硬件结合，硬件成本低，软件容易实现，优化型相对比较好，操作简单，容易实现，且满足设计要求。
方案二使用的是软硬件结合，硬件成本高且设计繁琐，软件起点底，操作难，软硬结合不易实现且难修改，且相关设计要求不能达到。
所以选择方案一实现功能。
2.2 系统各模块功能简述1.电源模块本设计需要+5V电压，由稳压器变压而来。
工作时，只需要插上插头。
2.显示模块设计中选用LED数码管作为显示器，显示理疗的时间和输出信号的强度。
3.按键模块本设计需要五个键，一个为复位键，四个为设置时间的时，分，信号的强度和确认键。
4.报警模块当理疗时间到达预先设定好的时间时，蜂鸣器就会响，表面理疗时间已到。
第3章系统硬件设计3.1 单片机控制模块的设计本设计采用的单片机为STC12C5A60S2。
STC12C5A60S2是STC生产的单时钟/机器周期（1T）的单片机，具有高速、低功耗、超强抗干扰的功能，是新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统的8051，但是速度快8-12倍。
内部集成MAX810专用复位电路，2路PWM，8路高速10位A/D转换，针对电机控制，强干扰场合[4]。
STC12C5A60S2的引脚图如图3-1所示：图3-1 STC12C5A60S2的引脚图STC12C5A60S2的各引脚功能如表3-2所示：表3-2 STC12C5A60S2引脚功能表3.2 单片机最小系统单片机最小系统包括:单片机、晶振电路、复位电路。
单片机最小系统为整个电路提供了时钟信号和复位电路。
下图3-2是STC12C5A60S2单片机的最小系统电路图。
图3-2 单片机最小系统3.2.1 单片机复位模块设计电阻R6与电容C3组成复位电路。
复位原理，单片机高电平复位，上电瞬间，电容两段极性不能突变[5]，所以单片机9脚瞬间高电平复位，很快电容C3充满电后，单片机9脚被拉低，处于工作状态，只要重新上电，单片机就会复位一次。
下图3-3为单片机复位电路设计。
图3-3 单片机复位电路3.2.2 单片机晶振模块设计单片机的时钟信号通常用两种电路形式得到：内部振荡和外部振荡方式。
本次设计采用外部振荡器[6]。
将12MHZ的晶振连接到引脚 XTAL1 和XTAL2，电容 C2，C4 采用22pF，可以用来稳定振荡器的频率,两个电容为负载电容，两个电容的作用是容易起振和减小频率的温漂。
晶振模块为系统提供基本的时钟信号。
频率较大时，会产生很小的误差，故延时时间还要加上指令时间才能获得较大的频率波形。
时钟电路的设计框图如图3-4所示：图3-4 单片机晶振模块设计3.3 电源电路设计5V供电是采用LM7805供电的，输入12V直流电，输出5V直流电，供单片机工作使用。
这部分电路比较简单，外接12V直流电源，可用电源供电，插上电源后，经过LM7805稳压管，输出电压VCC,再通过220uF电容滤波。
如图3-5所示：图3-5 电源电路3.4 按键电路设计常用的键盘电路一般为矩阵式，但在这次设计中，为了方便程序的简单化，我们采用了一般的键盘接口，键盘输出信号[7]。
单片机的P3口（P3.0-P3.7）P3口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，功能由程序定义，系统共有四个按键，P3.4为设置功能，P3.5为确认键，P3.6为减小键，P3.7为增大键。
键盘模块设计框图如图3-6所示：图 3-6 按键电路3.5 显示电路设计下图3-7为显示电路。
图3-7 显示模块数码管有共阴和共阳的区分，单片机都可以进行驱动，但是驱动的方法却不同，并且相应的0～9的显示代码也正好相反。
本系统数码管选择共阳极接法。
P2.1，P2.2，P2.3，P2.4控制数码管的千，百，十个位，当相应的端口为低电平，驱动晶体管导通，驱动晶体管的数字控制提供了高电平，这时只要P0口送出数字的显示代码，数码管就能正常显示数字。
因为要显示三位不同的数字，所以必须用动态扫描的方法来实现，就是先个位显示1毫秒，十位再显示1毫秒，循环，所以只要扫描时间小于1/50秒，因为人眼的视觉效果的残留量，不断循环，这样只要扫描时间小于1/50秒，就会因为人眼的视觉残留效应，看到两位不同的数字稳定显示。
通过一个220欧姆的电阻直接给数码管的8个段位供电，P2.1和P2.2、P2.3、P2.4端口控制数码管的千位、百位、十位和个位的供电。
单片机的P0口输出的数据相当于将数码管不要显示的数字段对地短路，这样数码管就会显示需要的数字。
3.6 报警模块下图3-8为报警电路模块。
图3-8 报警电路当预先设定时间结束时，则启动声光报警电路。
报警电路中光报警采用发光二极管，声报警采用蜂鸣器来设计，采用一个引脚控制。
其中，蜂鸣器电路中，当输出高电平时，三极管截至，当输出低电平时，三极管导通，蜂鸣器产生报警声。