電子血壓測量計(jì)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)機(jī)械制造專業(yè)

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1、 論文題目：電子血壓測量計(jì)設(shè)計(jì) 目 錄 摘要...................................................................Ⅰ ABSTRACT...............................................................Ⅰ 第一章 緒論 1 1.1設(shè)計(jì)目的及意義.......................................................1 1.1.1設(shè)計(jì)研究的意義 1

2、1.1.2設(shè)計(jì)研究的總體目標(biāo) 2 第二章設(shè)計(jì)的總體思路和基本方法 4 2.1 系統(tǒng)硬件的總體設(shè)計(jì)...................................................4 2.2微弱信號的檢測方法 6 2.3采集系統(tǒng)基本組成 8 2.4采樣方式的選擇 10 第三章 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 12 3.1單片機(jī)的選擇和相關(guān)模塊的設(shè)置........................................12 3.1.1單片機(jī)的選擇 12 3.1.2相關(guān)模塊的設(shè)置 13 3.2輸入系統(tǒng)的設(shè)計(jì)...............................

3、.......................13 3.2.1血壓傳感器的選擇..................................................16 3.2.2低通濾波..........................................................16 3.2.3鍵盤與接口的設(shè)計(jì)..................................................19 3.3輸出系統(tǒng)設(shè)計(jì)........................................................21

4、 3.3.1 LED介紹.........................................................21 3.3.2數(shù)碼顯示的驅(qū)動電路................................................22 3.3.3七段LED的顯示接口................................................24 3.3.4數(shù)碼管的選取........... ..........26 3.4電源的選擇.................................................

5、.........26 第四章軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 28 4.1 單片機(jī)主程序設(shè)計(jì)....................................................28 4.2 鍵盤管理服務(wù)程序....................................................29 4.2.1鍵盤工作流程圖....................................................29 4.2.2鍵盤的各程序模塊功能分配..........................................30 4.3 LE

6、D顯示子程序......................................................30 4.3.1顯示程序的工作流程圖..............................................31 4.3.2顯示程序各模塊功能分配............................................32 4.4 A/D轉(zhuǎn)換中斷服務(wù)程序................................................32 4.4.1串行口初始化子程序USARTINT..................

7、.....................32 4.4.2 TMR1,CCP2初始化子程序ADINISIAL..................................33 4.4.3 A/D轉(zhuǎn)換通道變更程序WAYTABLE.....................................33 4.4.4中斷前的現(xiàn)場保護(hù)子程序PUSH.......................................33 4.4.5中斷返回的現(xiàn)場恢復(fù)子程序POP......................................33 4.4.6A/D轉(zhuǎn)換中斷服務(wù)程序

8、INTSERV......................................34 4.5串行口接收子程序設(shè)計(jì)...........................................35 第五章總 結(jié) 37 致 謝 38 參考文獻(xiàn) 39 附錄一 總電路圖 40 電子血壓測量計(jì)設(shè)計(jì) 摘要：隨著生活水平的提高，人們越來越觀注自己的身體健康，血壓是身體健康與否的一個(gè)重要

9、指標(biāo)。據(jù)2001年全國普查顯示，我國平均每三個(gè)家庭就有一個(gè)高血壓患者；慢性低血壓的發(fā)病率為4%左右，其在老年人群中可高達(dá)10%。因此，研制既適合家庭保健人員又適合專業(yè)人士智能型血壓計(jì)具有重要的意義。 本文研究的動態(tài)血壓檢側(cè)儀屬于微機(jī)檢側(cè)與控制領(lǐng)域，因?yàn)樵趪窠?jīng)濟(jì)的各個(gè)部門都己滲透微機(jī)檢測與控制系統(tǒng)。國防技術(shù)、航天、航空、鐵路、冶金、化工等產(chǎn)業(yè)自是不必說，就連日常生活中也用上了微機(jī)測控技術(shù)，如電梯、微波爐、電冰箱等。因此，通過對它的研究將對自己以后從事機(jī)電一體化產(chǎn)品的開發(fā)具有重要的意義。 本文利用微弱信號的檢測技術(shù)設(shè)計(jì)出動態(tài)血壓測量計(jì)。該血壓測量計(jì)可以進(jìn)行簡單的血壓測量。本文以目前較為流行的

10、PIC單片機(jī)PIC16F874為血壓測量計(jì)的核心，利用Motorola公司的壓力傳感器將血液對血管壁的壓力轉(zhuǎn)換為電信號，并送入單片機(jī)中集成的A/D轉(zhuǎn)換模塊將血壓信號轉(zhuǎn) 換為數(shù)字信號后進(jìn)行顯示、存儲、傳輸?shù)忍幚怼? 關(guān)鍵詞：血壓；單片機(jī)；傳感器；LE Based on monolithic integrated circuit's blood pressure survey meter design Abstract:With the improvement of living standard，people more and more concern their he

11、alth. Blood pressure is an important symbol whether health or not.It is significant to design intelligent sphygmomanometer which applied to both family member and doctor. In this paper, the ambulatory blood pressure detection of computer-detection and control of the area, because in the various sec

12、tors of the national economy has infiltrated computer detection and control system. National defense technology, aerospace, aviation, railways, metallurgy, chemical industry naturally Needless to say, even in daily life also use the computer monitoring and control technologies, such as elevators, mi

13、crowave ovens, refrigerators and so on. Therefore, it will own after the study in mechatronics product development is of great significance. A blood presser dynamic testing system will be worked out in this article, which use testing technique of delicated signal.The sphygmomanometer can be used si

14、mple blood pressure measure.This article use PIC singlechip “PIC16F874” as the sphygmomanometer’s kernel,which is prevalent at present.Pressure which blood oppress vein is translated to electric signal.Through PIC16F874‘s A/D translation model it is be transformed digital signal.Then the singlechip

15、processes these digital signal such as display, saving, transmitting. Keywords:Blood pressure；singlechip；sensor；LED 一 緒 論 1.1 設(shè)計(jì)研究的意義和總體目標(biāo) 1.1.1 設(shè)計(jì)研究的意義 本文研究的動態(tài)血壓檢側(cè)儀屬于微機(jī)檢側(cè)與控制領(lǐng)域，通過對它的研究將對自己以后從事機(jī)電一體化產(chǎn)品的開發(fā)具有重要的意義。因?yàn)樵趪窠?jīng)濟(jì)的各個(gè)部門都己滲透微機(jī)檢測與控制系統(tǒng)。國防技術(shù)、航天、航空、鐵路、冶金、化工等產(chǎn)業(yè)自是不必說，就連日常生活中也用上了微機(jī)測控技術(shù)，如電梯、微波爐

16、、電冰箱等。由于單片機(jī)具有集成度高、功能強(qiáng)、速度快、體積小、功耗低可靠性高、價(jià)格便宜、實(shí)用靈活、開發(fā)周期短、適合國情等諸多優(yōu)點(diǎn)，因此，在工業(yè)控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、自動測試系統(tǒng)、智能儀器儀表、遙感遙測、通訊設(shè)備、機(jī)器人、高檔家電中隨處可見其身影。而這些智能器件可以運(yùn)用到以下領(lǐng)域：(1)、消費(fèi)者服務(wù)領(lǐng)域，它主要應(yīng)用到家庭器具和娛樂器件；(2)、汽車領(lǐng)域，每輛汽車都將近有50個(gè)單片機(jī)，它們提供智能化控制，例如報(bào)警系統(tǒng)、ABS和安全氣囊；(3)、在辦公自動化領(lǐng)域，主要包括PC機(jī)、鍵盤、復(fù)印機(jī)和打印機(jī)；(4)、無線電通信領(lǐng)域，包括便攜式電話、尋呼機(jī)和電話應(yīng)答機(jī)；五是在所有的工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，例如旅館房間的

17、門鎖、自動化水龍頭和工業(yè)控制。作為自動化專業(yè)的學(xué)生，掌握單片機(jī)基本知識，學(xué)會其運(yùn)用，并為以后在此基礎(chǔ)上結(jié)合相關(guān)領(lǐng)域設(shè)計(jì)智能化產(chǎn)品和提高某些產(chǎn)品性能具有重要的實(shí)踐意義。 本論文也具有比較重要的現(xiàn)實(shí)意義。目前，市場上的使用的血壓計(jì)大部分仍是水銀血壓計(jì)，也有一些動態(tài)血壓記錄儀。水銀血壓計(jì)每次測量必須由醫(yī)生戴上聽診器進(jìn)行測量，測量過程復(fù)雜，只能是每個(gè)醫(yī)生一次對一個(gè)人進(jìn)行測量;而且對不同的醫(yī)生，測量結(jié)果可能不同:對同一個(gè)人來說，影響血壓因素非常多，由于每次測量的時(shí)間不可能很長，測得結(jié)果在某些情況就不能真實(shí)的反映被測對象的血壓值。將脈動波的記錄引入動態(tài)血壓技術(shù)，提供24小時(shí)內(nèi)的每次血壓測量結(jié)果，而且能再

18、現(xiàn)每次測量過程中的波形。在動態(tài)血壓檢測中干擾和偽差是不可避免的。目前市場上的大部分動態(tài)血壓記錄儀，只記錄每次測量的結(jié)果，醫(yī)生面對的是一批真?zhèn)坞y辯的數(shù)字。本設(shè)計(jì)研究最終旨在設(shè)計(jì)出全信息的動態(tài)血壓記錄儀，使每次測量結(jié)果完全透明，實(shí)時(shí)分析結(jié)合回顧分析，使醫(yī)生可以對照原始波形判斷數(shù)據(jù)的真?zhèn)危行д鐒e出干擾和偽差引起的誤檢測，恢復(fù)真實(shí)血壓，保證血壓報(bào)告的有效性和可靠性。 1.1.2 設(shè)計(jì)研究的總體目標(biāo) 本文研究的內(nèi)容就是動態(tài)血壓信號的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)。根據(jù)總體項(xiàng)目的要求，提出多種設(shè)計(jì)方案，選擇最合適的方案進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)，以滿足血壓信號的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的要求。硬件電路就滿足項(xiàng)目的如下指標(biāo)。 測

19、量范圍：收縮壓：40~270 mmHg 舒張壓：20~200 mmHg 平均壓：30~220 mmHg 測級精度：±3 mmHg或±4%二者取最大。 測量方式：簡單測量，不借助于PC機(jī)就能進(jìn)行血壓值的測量。能提供數(shù)據(jù)給PC機(jī)用于血壓值的實(shí)時(shí)測量和血壓波形的實(shí)時(shí)顯示和記錄。 過壓保護(hù)：成人：315~330 mmHg起動過壓保護(hù) 兒童：235~250 mmHg起動過壓保護(hù) 測量時(shí)間：在無干擾的情況下，測量時(shí)間通常為30秒，也右可以進(jìn)行長時(shí)間連續(xù)測量。 毛刺會成為觸發(fā)信號干擾正常的時(shí)鐘，在交替使用施密特電路和RC濾波電路時(shí)，就可以消除這些毛否則

20、令其作用失效，從而保證系統(tǒng)的時(shí)鐘信號正常工作。這樣，就提高了單片機(jī)工作的可靠性。 (2)、低噪聲布線技術(shù)及驅(qū)動技術(shù) 很多單片機(jī)都把地和電源引腳安排在兩條相鄰的引腳上。這樣，不僅降低了穿過整個(gè)芯片的電流，另外還在印制電路板上容易布置去耦電容，從而降低系統(tǒng)的嗓聲?，F(xiàn)在為了適應(yīng)各種應(yīng)用的需要，很多單片機(jī)的輸出能力都有了很大提高，Motorola公司的單片機(jī)I/O口的灌拉電流可達(dá)8mA以上，而Microchip公司的單片機(jī)可達(dá)25mA。這些電流較大的驅(qū)動電路集 二 設(shè)計(jì)的總體思路和基本方法 2.1 系統(tǒng)硬件的總體設(shè)計(jì) 在這里介紹一下有關(guān)血壓的基本知識，血壓是血液在血管內(nèi)流動時(shí)對血管壁的側(cè)壓

21、力。血壓分收縮壓和舒張壓。當(dāng)心室收縮向動脈泵血時(shí)，血壓升高，其最高值為收縮壓。心室舒張時(shí)，血壓降低，其最低值為舒張壓。血壓通常以上肢肪動脈測得的血壓為代表，正常成年人上膠動脈的收縮壓為90~140毫米汞柱，舒張壓為60~90毫米汞柱。血壓過低或過高都是疾病的征象。 血液在動脈血管中的壓力隨著心臟的收縮、舒張而不斷變化，而人的心臟的收縮頻率即心率比較低，一般在30~300bpm，由此血壓脈動鑲號是相對而言還是屬于一種緩慢變化的信號，我的設(shè)計(jì)是采用外接式的結(jié)構(gòu)，以PIC16F874單片機(jī)為核心，由其內(nèi)部自帶的10位8通道A/D轉(zhuǎn)換模塊構(gòu)成的采樣模塊，該模塊的采樣數(shù)據(jù)由單片機(jī)串口經(jīng)電平轉(zhuǎn)換后送到上

22、位機(jī)的串口COMI或COMZ，形成種連續(xù)數(shù)據(jù)采集串行數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞?。硬件設(shè)計(jì)如圖2-1所示。 圖2-1 硬件設(shè)計(jì)圖 參數(shù)設(shè)計(jì)： (1)、采樣頻率 圖中A0~A7為傳感器采集來的血壓信號經(jīng)過調(diào)理后的0-5v的標(biāo)準(zhǔn)信號。由于人的心率一般在30~300bpm范圍內(nèi)，因而血壓信號的有效頻率范圍較小。根據(jù)采樣定理，(采樣頻率只要能大于信號頻率的2倍理論上采樣后的數(shù)據(jù)就能還原原始信號)，并參考其它血壓計(jì)和心電啟示錄儀的采樣頻率，本文選取每個(gè)通道的采樣頻率為250Hz對血壓信號進(jìn)行采樣，能足夠滿足數(shù)據(jù)的處理需要。為充分利用硬件潛力，根據(jù)需要可以通過鍵盤或PC機(jī)來設(shè)置采

23、樣速率。 (2)、分辨率 PIC16F874單片機(jī)A/D轉(zhuǎn)換位數(shù)為10位，則分辨率為1/210或約為滿刻度的0.1%。由采樣位數(shù)為10位，即需2個(gè)字節(jié)來存儲，1秒鐘就采樣500個(gè)字節(jié)。由于設(shè)計(jì)要求的采樣精度為3%，所以可以去掉結(jié)果的低兩位，即用一個(gè)字節(jié)來存儲采樣結(jié)果。采用這種方式系統(tǒng)的精度將降低，省略掉的兩位最大占滿刻度的3/1024，對系統(tǒng)的測量結(jié)果影響較小。 (3)、數(shù)據(jù)傳輸率 為減小系統(tǒng)的功耗和增加數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，?shù)據(jù)傳輸速率將根據(jù)采樣的通道數(shù)目進(jìn)行設(shè)定。若只對一個(gè)通道進(jìn)行采樣，則每秒鐘將產(chǎn)生250個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，選擇串行傳送的波特率為9600bps，則大約1 ms就能傳送一個(gè)字

24、節(jié)，ls可以傳送大約1K個(gè)字節(jié)，所以可以滿足要求。 (4)、硬件工作流程圖 由于采樣的頻率較低，硬件設(shè)計(jì)就采用每采集一次血壓信號就將結(jié)果通過串行端口傳送給上位機(jī)，便于連上位機(jī)(PC機(jī))對數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理。 否 否 開電源 由鍵盤輸入設(shè)置參數(shù) 啟動A/D轉(zhuǎn)換 轉(zhuǎn)換結(jié)束否？ 傳輸數(shù)據(jù) 顯示結(jié)果 需結(jié)束否？ 結(jié)束 圖2-2 軟件工作流程圖 軟件工作流程圖如圖2-2所示。電源開啟過后，若有必要修改系統(tǒng)的默認(rèn)參數(shù)，將由鍵盤輸入或PC機(jī)對其進(jìn)行設(shè)置。經(jīng)過了這個(gè)階段以后，系統(tǒng)將對某些參數(shù)和硬件內(nèi)部的一些寄存器進(jìn)行初始化工作。初始化完成之后，將啟動A/D轉(zhuǎn)換，等待直至A/D轉(zhuǎn)換

25、結(jié)束。然后將A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果送入上位機(jī)。待采樣的時(shí)間達(dá)1秒鐘后將分析數(shù)據(jù)結(jié)果，求出最大值和最小值，經(jīng)過一些處理后即為收縮壓和舒張壓。將它們送往LED數(shù)碼管進(jìn)行顯示。 2.2 微弱信號的檢測方法 提高信號檢測靈敏度或降低可檢測下限的基本方法有兩類。一是傳感器及放大器入手，從降低它們的固有噪聲水平，或研制新的低噪聲傳感器。另一是分析測員中的噪聲規(guī)律和信號規(guī)律，通過各種手段從噪聲中提取信號。微弱信號檢測是利用后一種途徑。但應(yīng)注意，從噪聲中提取信息，首先需在盡量降低噪聲的基礎(chǔ)上進(jìn)行。微弱信號的檢測方法隨信號類型不同而不同，目前常用的和比較成功的方法有以下幾種。 (1)、信號的窄帶化及相干檢測技術(shù)

26、 單頻余弦(或正弦)信號，或頻帶很窄的正、余弦信號，由于信號頻率固定，我們以通過限制測量系統(tǒng)帶寬的方法，把大量帶寬外的噪聲排除。這種技術(shù)稱為窄化技術(shù)。如果信號具有相干性，而噪聲具有無相干性，則可利用相干檢測技術(shù)，把相位不同于信號的噪聲部分排除，即可把與信號頻率相同，但相位不同的噪聲大量排除。 20世紀(jì)50年代后發(fā)展的鎖相放大器，是以相敏檢波(PSD)為基礎(chǔ)的，是目前電頻域信號相干檢測的王要儀器。其基本原理是利用PSD既作變頻，以作相干降噪，再用直流放大器作積分、濾波，最后作信號幅度測量。它比選頻放大的測量靈敏度高可提高3~4個(gè)數(shù)量級。 (2)、時(shí)域信號的平均處理 信號若是脈沖波序列，

27、則信號有很寬的頻域，因此相干檢測常無用武之地。這時(shí)，可根據(jù)噪聲是隨機(jī)的，多次測量的平均可排除噪聲的影響，接近信號真實(shí)值的特性來進(jìn)行測量。這種逐點(diǎn)多次采測，求平均的方法，稱為平均處理。積累平均器(Boxcar)是電信號時(shí)域處理的主要設(shè)備。20世紀(jì)50年代提出設(shè)想，1962年得以實(shí)現(xiàn)。目前用于頻率較高的時(shí)域信號。對頻率低的重復(fù)信號，其時(shí)間效率較低。計(jì)算機(jī)發(fā)展后，出現(xiàn)數(shù)字平均器，它適用于較低的頻率范圍。由于兩者有許多相同部件，目前已生產(chǎn)合二為一的產(chǎn)品。 (3)、離散量的計(jì)數(shù)統(tǒng)計(jì) 有些信號，可看成是一些極窄的脈沖信號，人們關(guān)心的是單位時(shí)間到達(dá)的脈沖數(shù)，而不是脈沖的形狀。這些脈沖的計(jì)數(shù)統(tǒng)計(jì)方法，要選

28、擇或設(shè)計(jì)傳感器，能使信號有盡量相近的窄脈沖幅度輸出，要利用幅度甄別器，大量排除噪聲計(jì)數(shù)，要利用信號的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，來決定測盤參數(shù)的作數(shù)據(jù)修正。目前比較成熟的離散量測量儀器是光子計(jì)數(shù)器。 (4)、并行檢測 有些事件只發(fā)生一次，如單次閃光光譜，或者希望在測量的范圍內(nèi)用掃描方式同時(shí)獲得結(jié)果，這就需要并行檢測方法。并行檢測需要用傳感器陣列，而每個(gè)傳感器必須有存儲效應(yīng)，使數(shù)據(jù)能依次讀出。傳統(tǒng)的光并行檢測，是用感光乳膠，主要適用于光圖像，其靈敏度較低，后處理繁重、困難。目前出現(xiàn)攝像管、二極管列陣、CCD列陣等光電多元傳感器，可結(jié)合多路傳輸、多道技術(shù)，獲取模擬電信號，或轉(zhuǎn)變成數(shù)字信息，從而實(shí)現(xiàn)快速并行檢測。

29、若再利用計(jì)算機(jī)作非線性變換，加、減、直方圖等多種處理，就形成了圖像數(shù)字處理技術(shù)(圖像識別、圖像增強(qiáng)等)。并行快速實(shí)現(xiàn)快速分析，因此在熒光動力學(xué)、等離子體分析、爆炸研究、低能電子衍射、大氣現(xiàn)象研究、質(zhì)譜等許多領(lǐng)域都是有用的。實(shí)現(xiàn)并行檢測的基本條件，是要有多道傳感器和信息的快速存取。目前并行，在光學(xué)和核物理方面應(yīng)用比較成功。 (5)、自透應(yīng)噪聲抵消 這是自適應(yīng)信號處理的一種形式，它利用一個(gè)與原始輸入相關(guān)的噪聲來抵消原始輸入中的噪聲，從而獲得幾乎未產(chǎn)生畸變的有用信號，提高系統(tǒng)的信噪比。自適應(yīng)噪聲抵消系統(tǒng)需要一個(gè)附加的參考輸入。這種方法在地球生理、生物醫(yī)學(xué)、通信和測量設(shè)備中均有很大的應(yīng)用價(jià)值。

30、(6)、計(jì)算機(jī)數(shù)字處理 隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展，原來一些需要硬件完成的任務(wù)，可用軟件來實(shí)現(xiàn)，我們可利用曲線擬合(平滑)、逐點(diǎn)平均、數(shù)字濾波、快速付立葉變換(FFT)及取最大熵估計(jì)等眾多的數(shù)字信號處理方法，對含有噪聲的信號進(jìn)行處理，從而提高信噪比。 對血壓信號，我們采用了先進(jìn)的Motorola專用的壓力傳感器和放大器，其輸出己被調(diào)理為0-5V電壓信號。此信號經(jīng)過采集硬件后送入到計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)字處理，能達(dá)到很高的處理精度。 2.3 采集系統(tǒng)基本組成 采集系統(tǒng)包括硬件和軟件兩大部分。如圖2-3所示為硬件的基本組成示意圖。下面簡單介紹一下數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的各個(gè)組成部分。 傳感器的作用是把非電的物理量轉(zhuǎn)變

31、成模擬電量。通常把傳感器輸出到A/D轉(zhuǎn)換器輸入的這一段信號通道稱為模擬通道。 圖2-3 采集系統(tǒng)硬件基本組成示意圖 放大器用來放大和緩沖輸入信號。由于傳感器輸出的信號較小，例如常用的熱電偶輸出變化，往往在幾毫伏到幾十毫伏之間；電阻應(yīng)變片愉出電壓變化只有幾個(gè)毫伏：人體生物電信號僅是微伏量級。因此，需要加以放大，以滿足大多數(shù)A/D轉(zhuǎn)換器的滿量程輸入5~10V的要求。此外，某些傳感器內(nèi)阻比較大，輸出功率較小，這樣放大器還起到組抗變換器的作用來緩沖輸入信號。 傳感器和電路中的器件常會產(chǎn)生噪聲，人為的發(fā)射源也可以通過各種鍋合渠道使信號通道感染上噪聲。這種噪聲可以用濾

32、波器來衰減，以提高模擬輸入信號的信噪比。 在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，往往要對多個(gè)物理量進(jìn)行采集，即所謂多路巡回檢測，這可以通過多路模擬開關(guān)后面的單元電路實(shí)現(xiàn)。多路模擬開關(guān)可以分時(shí)選通來自多個(gè)輸入通道的某一路信號，因此，在多路開關(guān)后的單元電路，如采樣/保持電路、A/D及處理器電路等，只需一套即可，這樣節(jié)省成本和體積。 模擬開關(guān)之后是模擬通道的轉(zhuǎn)換部分，它包括采樣/保持和A/D轉(zhuǎn)換電路。采樣/保持電路的作用是快速拾取模擬多路開關(guān)輸出的子樣脈沖，并保持幅值恒定，以提高A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度，如果把采樣/保持電路放在模擬多路開關(guān)之前(每通道一個(gè))，還可實(shí)現(xiàn)對瞬時(shí)信號進(jìn)行同時(shí)采樣。 采樣/保持器輸出的信號

33、送至模數(shù)轉(zhuǎn)換器，模數(shù)轉(zhuǎn)換器是模擬輸入通道的關(guān)鍵電路。由于輸入信號變化速度不同，系統(tǒng)對分辨力，精度、轉(zhuǎn)換速率及成本的要求也不同，所以A/D轉(zhuǎn)換器的種類較多。 A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果要送給計(jì)算機(jī)。有的則采用并行碼輸出，有的則采用串行碼輸出。使用串行輸出結(jié)果的方式對長距離傳輸和需要光電隔離的場合較為有利。 2.4 采樣方式的選擇 模擬信號首先經(jīng)過一個(gè)預(yù)采樣濾波器進(jìn)行初步處理，主要是為滿足采樣定理的要求而濾除高頻干擾，然后由采樣器按照預(yù)定的時(shí)間間隔對模擬信號離散化，從而把連續(xù)的模擬信號轉(zhuǎn)化成離散的脈沖子樣，再由模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)把離散子樣進(jìn)行量化編碼，使之變成數(shù)字信號送到處理器進(jìn)行數(shù)字處理。數(shù)字處理

34、一般由數(shù)字計(jì)算機(jī)來完成。 均勻采樣定理：一個(gè)在頻譜中不包含大于頻率fm的分量的有限頻帶信號，由對該信號以不大于1/2fm的時(shí)間間隔進(jìn)行采樣的采樣值唯一地確定。當(dāng)這樣的采樣信號通過其截止頻率Wc滿足條件的理想低通濾波器后，可以將原信號完全重建。 采樣定理為我們確定采樣頻率提供了理論依據(jù)，但在具體實(shí)現(xiàn)由連續(xù)信號到離散信號的轉(zhuǎn)換時(shí)，又涉及采樣方式問題。設(shè)計(jì)采樣方式總的原則是：以保證采集精度為前提，以被測信號的具體特性為依據(jù)，盡量以較低的速率實(shí)現(xiàn)采樣，從而減少數(shù)據(jù)量，降低對傳輸、變換系統(tǒng)的要求，提高數(shù)據(jù)處理的效率。圖2-4是采樣方式分類圖： 圖2-4 采樣方式分類圖 基本采樣方式可分為兩大

35、類：實(shí)時(shí)采樣(Read-Time Sampling)和等效時(shí)間采樣(Equivalent- Time sampling)。對于實(shí)時(shí)采樣，當(dāng)數(shù)字化一開始，信號波形的第一個(gè)采樣點(diǎn)就被采樣并數(shù)字化，然后，經(jīng)過采樣間隔，再采入第二個(gè)子樣，這樣一直將整個(gè)信號波形數(shù)字化后存入存儲器。實(shí)時(shí)采樣的優(yōu)點(diǎn)在于信號波形一到就采入，因此適應(yīng)于任何形式的信號波形，重復(fù)的或不重復(fù)的，單次的或連續(xù)的。又由于采樣點(diǎn)是以時(shí)間為順序，因而易于實(shí)現(xiàn)波形顯示功能。等效時(shí)間采樣技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)很高的數(shù)字化轉(zhuǎn)換速率，但這種采樣方式的應(yīng)用前提是信號波形可以重復(fù)產(chǎn)生的。由于波形可以重復(fù)取得，故采樣可以用較慢的速度進(jìn)行。采樣的樣本可以是時(shí)序的(步

36、進(jìn)、步退、差額)，也可以是隨機(jī)的。這樣就可以把許多采集的樣本合成一個(gè)采樣密度較高的波形。 本設(shè)計(jì)采集系統(tǒng)的采樣方式選擇為實(shí)時(shí)采樣，即采用相等的時(shí)間間隔對血壓信號進(jìn)行連續(xù)采樣，每次采樣經(jīng)數(shù)字化后將結(jié)果送入PC機(jī)進(jìn)行存儲。血壓數(shù)據(jù)處理軟件再對這些存儲結(jié)果進(jìn)行分析處理。至于血壓數(shù)據(jù)處理軟件，我們可以使用別人設(shè)計(jì)好的成品。 三 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3.1單片機(jī)的選擇和相關(guān)模塊的設(shè)置 3.1.1 單片機(jī)的選擇 若選擇將多路開關(guān)、采樣保持器和AD轉(zhuǎn)換器集成在一起的單片機(jī)，就可以減少分離元件的數(shù)目，縮小血壓測量計(jì)的電路板大小和增加系統(tǒng)的可靠性?？紤]到血壓測量計(jì)的使用，功耗必須較低和用電池供電的等因

37、素，本文的單片機(jī)選擇為MICROCHIP公司的PIC16F874。下面將介紹PIC16F874芯片： PIC16F874是PIC16F87X系列中的一員。PIC16F87X系列產(chǎn)品是微芯公司生產(chǎn)的14位指令系統(tǒng)中功能最強(qiáng)的單片機(jī)之一，性能價(jià)格比很好，這類單片機(jī)廣泛使用的主要因素有： 開發(fā)容易，周期短：由于PIC16F87X采用RISC指令集，指令少，僅具有35條指令，且全部為單字長指令，易學(xué)易用，相對于采用CISC(復(fù)雜指令集)結(jié)構(gòu)的單片機(jī)可節(jié)省30%以上的開發(fā)時(shí)間，2倍以上的程序空間。 高速：采用哈佛總線和精簡指令集建立了一種新的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，指令的執(zhí)行速度快。工作速度：DC-20MHz時(shí)

38、鐘輸入，DC-200ns指令周期。當(dāng)PIC16F874以最大時(shí)鐘脈沖速率運(yùn)行時(shí)，它在0.2μs內(nèi)就能執(zhí)行一條指令(除GOTO和CALL指令外)，即每微秒執(zhí)行5條指令，比一般的單片機(jī)速度快5倍。 可靠的復(fù)位電路和多種時(shí)鐘選擇：上電復(fù)位和掉電鎖定功能，確保芯片只在電壓規(guī)定的范圍內(nèi)運(yùn)行，如果芯片誤操作和偏離正常運(yùn)行，看門狗定時(shí)器就會復(fù)位。同時(shí)，有4種時(shí)鐘脈沖可供選擇，其中包含有一個(gè)低價(jià)格的電阻電容振蕩器和一個(gè)高精度的晶體振蕩器，引外還有一些低功耗的時(shí)鐘脈沖可供選擇。 低功耗：PIC采用了CMOS設(shè)計(jì)結(jié)合了諸多的節(jié)電特性，使用高速、低功耗CMOS FLASH/EEPROM技術(shù)，使其功耗較低，PIC

39、百分之百的靜態(tài)設(shè)計(jì)可進(jìn)入休眠(sleep)省電狀態(tài)而不會影響喚醒后的正常運(yùn)行。在4MHz時(shí)鐘下，電源電壓為3V時(shí)，典型工作電流值小于0.6mA，在32KHz時(shí)鐘下，電源電壓為3V時(shí)，典型工作電流值為20μA，典型待令狀態(tài)的電流值小于1μA。 強(qiáng)大的輸出端口控制和驅(qū)動能力：一條端口操作指令可以在其0.2μs的指令執(zhí)行時(shí)間里選擇和驅(qū)動一個(gè)輸出端口，每個(gè)輸出引腳可以驅(qū)動多達(dá)25mA的負(fù)載，其拉電流和灌電流均為25mA，既可以高電平直接驅(qū)動LED也可以低電平直接驅(qū)動LED。 寬工作電壓范圍：PIC系列芯片可以工作在寬的電壓范圍內(nèi)，從2.5V到5.5V，特別適用于電池供電的場合，寬的電壓范圍使得芯片

40、可以很容易地與外圍的3.3V和5V供電接口芯片接口。 低價(jià)實(shí)用：PIC配備有OTP(One Time Programmable)型和FLASH型等多種形式的芯片。有高達(dá)8K字節(jié)的程序存儲器FLASH，368字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲器(RAM)和256字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲器EEPROM。提供了基于Windows的方便易用的全系列的產(chǎn)品開發(fā)工具。 外圍功能模塊特性：定時(shí)器TMR0：帶有8位前分頻器的8位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，定時(shí)器TMR1：帶有前分頻器的16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，在休眠期間可通過外部晶振/時(shí)鐘增量計(jì)數(shù):定時(shí)器TMR2：帶有8位周期寄存器、前分頻器和后分頻器的8位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；兩個(gè)捕捉比較/脈寬調(diào)制(P

41、WM)模塊，16位的捕捉輸入的最大分辨率為12.5ns，16位的比較輸出的最大分辨率為200ns，脈寬調(diào)制(PWM)輸出的最大分辨率為10位。 10位多通道模數(shù)轉(zhuǎn)換器(A/D)。 同步串行口(SSP)可滿足SPITM(主控)和I2CTM(主控/從動)總線要求。具有地址第9位檢側(cè)的通用異步接收器和發(fā)送器(USART/SCI)由外部RD，WR和CS控制的8位數(shù)據(jù)寬度的并行從動端口PSP。 用于掉電鎖定復(fù)位(BOR)的鎖定檢測電路。 3.1.2 相關(guān)模塊的設(shè)置 在使用PIC16F874芯片完成設(shè)計(jì)時(shí)，我們首先要對它的A/D轉(zhuǎn)換功能模塊以及定時(shí)器和比較捕捉模塊進(jìn)行相關(guān)的設(shè)置。 PIC16F

42、874單片機(jī)內(nèi)部集成了A/D轉(zhuǎn)換部件，并且有8個(gè)A/D輸入通道，通過編程，即可實(shí)現(xiàn)單路或多路A/D轉(zhuǎn)換的功能。另外其A/D轉(zhuǎn)換還可以在休眠狀態(tài)下進(jìn)行，由A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束中斷重新激活單片機(jī)。采用這種方式，在A/D采樣和轉(zhuǎn)換時(shí)間內(nèi)，單片機(jī)主頻關(guān)閉，干擾小，既提高了A/D轉(zhuǎn)換精度，以減少了功耗。 A/D轉(zhuǎn)換的設(shè)置有以下幾個(gè)步驟： (1)、AD轉(zhuǎn)換時(shí)鐘源的選取： 定義每一位A/D轉(zhuǎn)換時(shí)間為TAD，為保證正確地進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，A/D轉(zhuǎn)換時(shí)鐘必須滿足最小TAD要求，即TAD不小于1.6μs。而A/D轉(zhuǎn)換的時(shí)鐘源可用軟件設(shè)置進(jìn)行選擇。對于TAD有以下四種選擇： a)2Tosc； b)8Tosc；

43、c)32Tosc； d)A/D模塊內(nèi)部的RC振蕩器(2~6μs)。 選擇單片機(jī)的時(shí)鐘源為4MHZ，則Tosc=0.25μs。故TAD可選擇8Tosc。表3-1是PI16F87X芯片在各種工作頻率下不同A/D轉(zhuǎn)換時(shí)鐘源的TAD。 由于通道數(shù)目有限，僅只有滿足需要的8個(gè)，故A/D轉(zhuǎn)換所需要的參考電壓VREF+只能由PIC供電電壓來提供，即選擇供電壓內(nèi)部連接到A/D，就避免了占用2個(gè)引腳來實(shí)現(xiàn)這種功能。對于傳感器，輸出與其供電電壓成比例，并且用PIC供電壓作為參考電壓，使VREF等于VDD是較好的選擇。選擇VREF=VDD，PIC 16F874器件就可有8個(gè)引腳為A/D模擬輸入。 表3-1

44、TAD與器件工作頻率關(guān)系表 A/D時(shí)鐘源 最大器件頻率 選擇 ADCS1：ADCS0 Max 2 00 1.25MHz 8 01 5 MHz 32 10 20 MHz RC 11 （注） 注：內(nèi)部RC振蕩器典型的TAD=4μs，但是在2-6μs范圍內(nèi)變化當(dāng)工作頻率高于1MHz時(shí)，A/D轉(zhuǎn)換的RC時(shí)鐘推薦值僅適合在休眠方式正式下工作。 (2)、A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果的調(diào)整： A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束后，其10位的轉(zhuǎn)換結(jié)果存放于寄存器對ADRESH和ADRESL，這個(gè)寄存器對為16位寬，A/D格式選擇位（ADFM）控制10位轉(zhuǎn)換結(jié)果在16位寄存器中左移或右移。 本設(shè)計(jì)選

45、擇將A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果左移，則ADRESL的低6位為0。左移后ADRESL中的高2位即表示A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果的最低2位值，這2位值占結(jié)果的比例最大為3/210約等于0.3%。相對于課題所要求的精度值3%，則A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果的最低2位值完全可以省略掉。也就是說用ADRESH*4來代替A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果。這樣傳送的數(shù)據(jù)就只是經(jīng)左移位后的A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果ADRESH*4。 由前面的分析可知，A/D轉(zhuǎn)換模塊寄存器的初始化如圖3-1所示： 為實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換模塊的等時(shí)采樣，本文選用了PIC16F874單片機(jī)的捕捉/比較/脈寬調(diào)制(CCP)模塊和定時(shí)器TMR。

46、 圖3-1 A/D模塊的寄存器設(shè)置 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，本文將選擇CCP2工作在比較工作方式，產(chǎn)生特殊事件觸發(fā)，讓CCP2將TMR1復(fù)位，并且啟動模數(shù)轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。則CCP2CON=0BH。當(dāng)CCP2工作在比較工作方式時(shí)，不斷地用16位的CCP2寄存器中的值與TMR1寄存器中的值作比較，如果二者相等，在特殊事件觸發(fā)方式下，將產(chǎn)生一個(gè)內(nèi)部硬件觸發(fā)信號，用它來啟動A/D轉(zhuǎn)換(但觸發(fā)不會將中斷標(biāo)志位TMR1IF位置為1，也即不會產(chǎn)生TMR1的中斷)，當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，將產(chǎn)生一個(gè)中斷信號，CPU就去執(zhí)行A/D中斷服務(wù)程序。 3.2 輸入系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3.2.1 血壓傳感器的選擇 血壓信號

47、首先經(jīng)過壓力傳感器抬取，并進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆糯蠛驼{(diào)理然后才能送入A/D轉(zhuǎn)換模塊的模擬輸入口。本文選擇Motorola公司的壓力傳感器MPX5050GP，其內(nèi)部含有信號運(yùn)放和信號調(diào)節(jié)功能，可以直接將動脈血液對血管壁的壓力轉(zhuǎn)換為。0~4.7V的電信號，其對應(yīng)的血壓值為0~375mmHg。MPX5050GP壓力傳感器的模型如圖3-1所示。 MPX5050GP壓力傳感器具有如下特點(diǎn)： (1)、在0℃到85℃范圍的最大誤差為2.5%。 (2)、非常適合基于單片機(jī)(微處理器)的系統(tǒng)。 (3)、溫度補(bǔ)償范圍：-40℃到25℃。 (4)、具有專利的抗剪應(yīng)力疲勞技術(shù)。 (5)、耐用環(huán)氧單元；芯片選擇容易。

48、 (6)、最大電流0.1mA；電源電壓為4.75到5.25V。 (7)、最大壓力200Kpa。 (8)、靈敏度：90mV/Pa，反應(yīng)時(shí)間1.0ms，精度±2.5%VFS。 我們對單片機(jī)A/D轉(zhuǎn)換模塊的設(shè)置可知：A/D轉(zhuǎn)換模塊的參考電壓為電源電壓5V，而MPXSO50GP壓力輸出為0~4.7V，對應(yīng)的血壓值為0~375mmHg，則5V滿量程對應(yīng)的血壓值約為399mmHg(由375*5/4.7計(jì)算可得)。由于A/D轉(zhuǎn)換器為10位，則1LSB所對應(yīng)的血壓值約為0.4mmHg(由399/210計(jì)算可得)，根據(jù)這樣計(jì)算造成的滿刻度誤差為(0.4*210-399)/1024≈1.04%，完全能滿足

49、設(shè)計(jì)需要。這樣血壓測量值就應(yīng)該等于ADRES* 0.4+BIAODZ。BIAODZ為儀器的標(biāo)定值，ADRES為A/D轉(zhuǎn)換模塊的轉(zhuǎn)換結(jié)果。 3.2.2 低通濾波電路 傳感器和電路中的器件常會產(chǎn)生噪聲，人為的發(fā)射源也可以通過各種耦合渠道使信號通道感染上噪聲。為提高模擬輸入信號的信噪比，可以用信號濾波器(Filter)來衰減這些噪聲，即通過濾波器來去除許多與測量無關(guān)的頻率成分，濾去不必要的高頻、低頻或無關(guān)信號，或是取得某些特定頻段的信號。濾波器可以用R，L，C等無源元件組成，也可用無源和有源元件組合而成。前者稱之為無源濾波器(Passive Filter)，后者稱為有源濾波器(Active Fi

50、lter)。有源濾波器中的有源元件可以用晶體三極管，也可以使用運(yùn)算放大器。采用運(yùn)算放大器組成的有源濾波器具有體積小、重量輕、損耗低等優(yōu)點(diǎn)，并且可以提供一定的增益，還可以起到緩沖作用，所以采用運(yùn)放形式組成的有源濾波器使用特別廣泛。本設(shè)計(jì)所用的濾波器也采用了二階有源濾波器這種形式。其結(jié)構(gòu)如圖3-2所示。其中元件的選擇對其性能有很大影響。 圖3-2 二階有源濾波器結(jié)構(gòu)圖 1集成運(yùn)放的選擇 (1)、開環(huán)增益A0(S)的影響 由于在無限增益多路反饋型濾波電路中將集成運(yùn)放的開環(huán)增益A0(S)視為無窮大，故A0(S)之影響較大。對此電路就選用高增益集成運(yùn)放。當(dāng)此電路工作頻率較高時(shí)，尚應(yīng)考慮到A0

51、(S)之頻率特性，即A0(S)截止頻率較高的集成運(yùn)放。 (2)、輸入阻抗的影響 在有源RC濾波電路中所用電容器和電阻器的阻抗值一般均較大，故要求集成運(yùn)放有較高的輸入阻抗，以免影響返饋系數(shù)等參數(shù)。優(yōu)先選用FET輸入級的集成運(yùn)放。 (3)、輸入失調(diào)的影響 考慮到輸入失調(diào)電流和輸入失調(diào)電壓對輸出端漂移的影響。根據(jù)對濾波器的使用要求，選用輸入失調(diào)小的集成運(yùn)放，或在電路中采用必要的補(bǔ)償措施。 (4)、轉(zhuǎn)換速率的影響 轉(zhuǎn)換速率主要影響截止頻率高或中心頻率高的有源 RC濾波器，特別是在高通濾波器中。如采用轉(zhuǎn)換速率低的集成運(yùn)放將造成波形較大失真或Q值明顯下降。 (5)、運(yùn)算放大器的選擇 本文選

52、擇的是LM324低電壓運(yùn)算放大器，其內(nèi)部由4個(gè)獨(dú)立的、高增益的、內(nèi)部頻率補(bǔ)償?shù)倪\(yùn)算放大器組成。特別適合較大電壓范圍的單電源供電情況。LM324可以直接運(yùn)用于單電源供電系統(tǒng)，如數(shù)字系統(tǒng)中的標(biāo)準(zhǔn)的5V電源，其提供了所需的電氣接口，而不需要另外的±15V電源。LM324的一些主要參數(shù)如下： 輸入電壓范圍：-0.3~+32V 消耗電流：3mA 溫度補(bǔ)償范圍：0℃~70℃ 直流放大系數(shù)：100db 大信號電壓放大倍數(shù)：最小25V/mV，典型值100V/mV 共模抑制比：最小65db，典型值85db 2電容器的選擇 有源RC濾波電路對所用電容器應(yīng)考慮的主要參數(shù)有電容量、允許誤差、工作溫度系

53、數(shù)以及頻率特性等。當(dāng)所需容量較小時(shí)，常選用云母電容、CCI和CCZ型瓷介電容器，以及玻璃釉電容器等。當(dāng)所需要容量較大時(shí)，一般選用聚苯乙烯電容器、聚碳酸脂薄膜電容器等。對工作頻率較高的濾波器注意慎用金屬化類的薄膜電容器，因?yàn)樵诟哳l時(shí)金屬粒子會滲透到絕緣薄膜中去，從而造成電容器損耗上升，絕緣電阻下降，結(jié)果造成電路性能惡化。 本設(shè)計(jì)所選擇的電容為聚苯乙烯薄膜電容，其絕緣電阻R>50000MΩ，損耗角正切值在10-4，量級范圍，電容器的吸收系數(shù)Kα最小為0.05左右，電感量為4*10-3 ~6*10-3μH。C1=0.022μF，C2=0.01MF。 3電阻器的選擇 在有源Rc濾波電路中，主要考

54、慮電阻器的阻值、精度、溫度系數(shù)及工作頻率等參數(shù)。對于要求不高的濾波器，可選用價(jià)格低廉的電阻器，如碳膜電阻器。對于高Q及要求參數(shù)隨溫度變化小的濾波器應(yīng)選用金屬膜、線繞及金屬玻璃釉電阻器等。對于工作頻率較高的濾波器應(yīng)選用無感繞法和無感刻槽的電阻器，因?yàn)檫@種電阻器的自身分布電感較小。 濾波器所用的電阻均選用碳膜電阻。 3.2.3 鍵盤與接口設(shè)計(jì) 鍵盤與單片機(jī)的接口包括硬件與軟件兩部分。硬件是指鍵盤的組織，即鍵盤結(jié)構(gòu)及其與主機(jī)的連接方式。軟件是指對按鍵操作的識別與分析，稱為鍵盤管理程序。雖然對不同的鍵盤組織其鍵盤管理程序存在很大的差異，但任務(wù)大體可分為下列幾項(xiàng)： 識鍵：判斷是否有鍵按下。若有，

55、則進(jìn)行譯碼；若無，則等待或轉(zhuǎn)作別的工作。 譯鍵：識別出哪一個(gè)鍵被按下并求出被按下鍵的鍵值。 鍵值分析：根據(jù)鍵值，找出對應(yīng)的處理程序的入口的鍵值。 1鍵盤的組織： 鍵盤按其工作原理可分為編碼式鍵盤和非編碼式鍵盤。按其結(jié)構(gòu)中分為獨(dú)立式鍵盤和矩陣式鍵盤。鍵盤的擴(kuò)展也可以通過一些特殊功能的數(shù)字芯片，如各種移位寄存器等 圖3-3 鍵盤輸入電路 實(shí)現(xiàn)。雖然程序較為復(fù)雜，但占用的單片機(jī)的接口較少?？芍苯佑脝纹瑱C(jī)的引腳作為鍵 盤的行列線，對單片機(jī)的I/O口的拉電流和灌電流特性有較高的要求。本設(shè)計(jì)采用這種非編碼矩陣式鍵盤，這樣成本低，使用靈活，且編程簡單，擴(kuò)展容易。如圖

56、3-3所示。 為了使硬件設(shè)計(jì)簡單化，利用單片機(jī)的RB1 ,RB2和RB4,RB5進(jìn)行擴(kuò)展成矩陣式鍵盤。B5和B4與單片機(jī)的變位中斷輸入引腳RB5和RB4相連，將其設(shè)置為輸入；B1和B2與單片機(jī)的引腳RB1和RB2相連，將其設(shè)置為輸出，對鍵盤的掃描可采用查詢方式或中斷方式。PIC16F874單片機(jī)的RB5和RB4可以產(chǎn)生變位中斷，是微軟公司專門為設(shè)計(jì)鍵盤中斷功能使用的。 2鍵抖動及消除 鍵盤按鍵一般都采用觸點(diǎn)式按鍵開關(guān)。當(dāng)按鍵被按下或釋放時(shí)，按鍵觸點(diǎn)的彈性會產(chǎn)生一抖動現(xiàn)象。即當(dāng)按鍵按下時(shí)，觸點(diǎn)不會迅速可靠地接通，當(dāng)按鍵釋放時(shí)，觸點(diǎn)也不會立即斷開，而是要經(jīng)過一段時(shí)間的抖動才能穩(wěn)定下來，抖動時(shí)

57、間視按鍵材料的不同一般在5ms~10ms之間。 健抖動可能導(dǎo)致計(jì)算機(jī)將一次按鍵操作識別為多次操作，為克服這種由鍵抖動所致的誤判，本設(shè)計(jì)采用軟件延時(shí)法，這樣可以簡化硬件設(shè)計(jì)。軟件延時(shí)法即：當(dāng)判定按鍵按下時(shí)，用軟件延時(shí)10ms~20ms,等待鍵穩(wěn)定后重新再判斷一次，以躲過觸點(diǎn)抖動期。 3鍵連擊的處理 當(dāng)我們按下某鍵時(shí)，對應(yīng)的功能便會通過鍵盤分析程序得以執(zhí)行。如果在操作者釋放鍵之前，對應(yīng)的功能得以多次執(zhí)行，如同操作者在不斷操作一樣，這種現(xiàn)象就稱為連擊。連擊現(xiàn)象軟件方法來解決，當(dāng)某鍵被按下時(shí)，首先進(jìn)行軟件去抖動處理，確認(rèn)鍵被近下后，便執(zhí)行對應(yīng)的功能，執(zhí)行完后不是立即返回，而是等待鍵釋放之后再返回

58、，從而使一次按鍵只被響應(yīng)一次，避免連擊現(xiàn)象。 4本設(shè)計(jì)中鍵盤的工作原理 本次設(shè)計(jì)鍵盤工作的查詢方式，矩陣式鍵盤的查詢工作原理如下： 如圖3-3所示，B4, BS為列線，B 1, B2為行線。列線通過上拉電阻連接到電源上；因此當(dāng)無鍵按下時(shí)，各列線(B4,B5)均為高電平。當(dāng)行線(B1,B2)分別輸出低電平時(shí)，有鍵按下，相應(yīng)的列線B4或B5上會出現(xiàn)低電平。根據(jù)此原理，CPU對整個(gè)鍵盤進(jìn)行掃描。所謂掃描，即CPU不斷輪流對行線置低電平，然后檢查列線輸入狀態(tài)，確定按鍵情況。在確定有鍵按下后，先把B1置為低電平、B2置為高電平，再讀入B4,B5的值。若B5為“1”, B4為“0”，則S2鍵按下；

59、若B5為“0”，B4為“1”，則S1鍵被按下；若B4,B5皆為“1”，則證明按下的鍵不在該行，應(yīng)進(jìn)行下一行的掃描。下一行掃描時(shí)，令B1為高電平、B2為低電平，判斷方法同前。掃描鍵盤的時(shí)間很短，僅為幾微秒，而按一次鍵至少需要幾十毫秒，所以只要有鍵按下，就可以馬上判斷出是哪個(gè)鍵被按下，從而很快執(zhí)行相應(yīng)的功能。 五、鍵盤的功能分配 本設(shè)計(jì)中鍵盤用于主要是為了對單片機(jī)內(nèi)各種參數(shù)的設(shè)置進(jìn)行修改，以方便用戶根據(jù)自己需要對系統(tǒng)進(jìn)行控制。通過編程，S1鍵用于啟動或關(guān)閉傳感器；S2鍵用于設(shè)置通道數(shù)目；S3鍵用于設(shè)置數(shù)據(jù)是否傳送至計(jì)算機(jī)；S4鍵用于顯示設(shè)置。 3.3 輸出系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3.3.1 LED介紹

60、 LED即發(fā)光二極管，它是一種由某些特殊的半導(dǎo)體材料制作成的PN結(jié)，由于參雜濃度很高，當(dāng)正向偏置時(shí)，會產(chǎn)生大量的電子—空穴復(fù)和，把多余的能釋放變?yōu)楣饽?。LED顯示器具有工作電壓低、體積小、壽命長(約十萬小時(shí))、響應(yīng)速度快(小于1μs)、顏色豐富等特點(diǎn)。LED的正向電壓降一般在1.2~2.6V，發(fā)光工作電流在5mA~20mA。七段LED顯示器由數(shù)個(gè)LED組成一個(gè)陣列，并封裝于一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的外殼中。為適用于不同的驅(qū)動電路，有共陽極和共陰極兩種結(jié)構(gòu)。本次設(shè)計(jì)采用的是共陽極結(jié)構(gòu)，如圖3-4所示。 圖3-4 七段LED顯示器的共陽極結(jié)構(gòu) 為了顯示某個(gè)數(shù)或字符，就要

61、點(diǎn)亮對應(yīng)的段，這就需要譯碼。譯碼有硬件譯碼和軟件譯碼。硬件譯碼電路的優(yōu)點(diǎn)是計(jì)算機(jī)時(shí)間開銷比較小，但硬件開支大。軟件譯碼與硬件電路相比，省去了硬件譯碼器，其BCD碼轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的段碼這項(xiàng)工作由軟件來完成。表3-2顯示的就是共陽極情況下段碼與數(shù)字、字母的關(guān)系。 表3-2 LED顯示器字段 字符 共陽極段碼 字符 共陽極斷碼 字符 共陽極斷碼 0 C0H 5 92H A 88H 1 F9 6 82 B 83H 2 A4 7 F8 C C6H 3 B0 8 80 D A1 4 99 9 90 滅 FFH

62、3.3.2 數(shù)碼顯示的驅(qū)動電路 考慮到整體體積的大小，譯碼驅(qū)動電路不采用由六個(gè)74LS273組成的數(shù)據(jù)鎖存器和74LS244數(shù)據(jù)緩沖器，這七個(gè)集成塊由MAXIM公司的ICM7218C替代。一塊ICM7218C可以驅(qū)動八位七段LED數(shù)碼管，其內(nèi)部集成有BCD碼解碼器、多路掃描電路、顯示驅(qū)動、8*8的靜態(tài)存儲器。ICM7218C既可以顯示十六進(jìn)制格式也可以顯示BCD碼格式的數(shù)據(jù)。ICM7218C為并行輸入口、共陽極驅(qū)動，其DIP封裝形式的管腳功能圖如圖3-5所示 圖3-5 ICM7218C的管腳功能圖 一、主要功能引腳介紹如下： SEG A~

63、SEG G為七段LED的引腳輸出端，在本文中接各位數(shù)碼管的A~G位。 DA0~DA2為地址譯碼輸入，分別選擇不同的數(shù)碼管(即不同的位)。DA0~DA2分別接PIC16F874的AN4、RB6、RB7。其功能分配見本章表3-3。 ID0~ID3為BCD碼的輸入端。在本設(shè)計(jì)中接PORTD端口的RD0~RD3。 DIGIT1~DIGIT8分別為各位數(shù)碼管的陽極輸入端。即分別接各個(gè)BS206的陽極公共端。 HEXA/CODEB/SHUTDOWN為輸入方式選擇端。接高電平，選擇BCD碼輸入方式。 WRITE為寫輸入使能端。接低電平，使輸入使能。 V+用于接5V的電源，在V+和地之間應(yīng)接兩個(gè)并

64、聯(lián)的電容器47μF和0.1μF用于消除驅(qū)動LED的電流紋波的影響。 二、主要的參數(shù)(典型值)有： 電源電壓： 5V 關(guān)斷后電流： 25μA 工作電流： 200μA LED驅(qū)動電流： 70mA 顯示掃描速率： 250Hz 共陽極輸出電阻為4Ω，輸出顯示位電阻為50Ω 功耗：30mA 3.3.3 七段LED的顯示接口 一、顯示方式的選擇 按照顯示的方式，七段LED數(shù)碼管顯示有靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示之分。對本設(shè)計(jì)研究的血壓信號采集系統(tǒng)來說，采用集成顯示芯片ICM7218C的動態(tài)顯示具明顯的優(yōu)勢，它對靜態(tài)顯示而言并不占用更多的機(jī)時(shí)，其硬件電路簡單，所用器件較少，便于縮小

65、硬件電路的面積，從而時(shí)整個(gè)電路的體積可以做得更小。所以本次設(shè)計(jì)采用的就是基于集成顯示芯片的動態(tài)顯示方式。 在采用動態(tài)顯示的系統(tǒng)中，微處理器或控制器應(yīng)定時(shí)地對各個(gè)顯示器進(jìn)行掃描，顯示器件分時(shí)輪流工作，每次只能使一個(gè)器件顯示，但由于人的視覺暫留現(xiàn)象，仍感覺所有的器件都在同時(shí)顯示，此種顯示的優(yōu)點(diǎn)是使用硬件少，占用I/O口少。隨著大規(guī)棋集成電路的發(fā)展，目前已有能自動對顯示器進(jìn)行掃描的專用顯示芯片，使電路既簡單又少占用機(jī)時(shí)。這里采用的是MAXICM公司的集成顯示芯片ICM72I8C，它能自動對各數(shù)碼管進(jìn)行掃描，其BCD碼到LED段碼的轉(zhuǎn)換也由其內(nèi)部完成(即內(nèi)部具有BCD碼到LED段碼的譯碼功能)，顯示

66、方式為動態(tài)顯示，如圖3-5所示。 二、引腳功能設(shè)定 本設(shè)計(jì)所要求顯示接口電路完成兩組三位十進(jìn)制數(shù)字的顯示。即顯示測量結(jié)果：收縮壓和舒張壓，單位為mmHg。把PIC16F874單片機(jī)的PORTD端口(并行從動端口)的RD0~RD3作為顯示器的數(shù)據(jù)BCD碼傳送端口，如圖3-6所示。用PORTA的AN4和PORTB的RB6、RB7作為的地址譯碼線，由集成顯示芯片進(jìn)行譯碼，分別選中不同的LED數(shù)碼管對應(yīng)的芯片內(nèi)寄存器。圖中74LS244為單向緩沖器，起到隔離、緩沖等功能。數(shù)據(jù)顯示的過程是首先由AN4和RB6、RB7確定當(dāng)前該選中的數(shù)據(jù)寄存器，然后PORTD將相應(yīng)位要顯示 的數(shù)字送入對應(yīng)的數(shù)據(jù)鎖存器，集成顯示芯片將自動對內(nèi)部的寄存器進(jìn)行掃描，分別送入對應(yīng)的數(shù)碼管顯示。集成顯示芯片將在第六章電路的實(shí)現(xiàn)中做介紹。現(xiàn)在對地址線、LED數(shù)碼管進(jìn)行功能分配。如表3-3所示。 圖3-6 LED動態(tài)顯示電路圖 表3-3 地址線、LED分配表 血壓 LED分配線 AN4 RB6 RB7 收縮壓 個(gè)位 Ⅰ 0 0 0 十位 Ⅱ 0 0 1 百位