基于單片機(jī)的電子血壓計(jì)設(shè)計(jì).doc

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1、目錄摘 要IAbstractII第1章 緒論11.1 課題研究的背景11.2 課題研究的意義11.3本次設(shè)計(jì)的主要研究?jī)?nèi)容3第2章 總體設(shè)計(jì)方案42.1 總體設(shè)計(jì)目的42.2 實(shí)現(xiàn)原理的概述42.3 系統(tǒng)組成框圖52.4 系統(tǒng)組成部分62.4.1 信號(hào)采集部分62.4.2 模數(shù)轉(zhuǎn)化部分62.4.3 中央處理單元62.4.4 顯示模塊82.5 測(cè)量設(shè)計(jì)102.5.1 血壓測(cè)量設(shè)計(jì)102.5.2 體溫測(cè)量設(shè)計(jì)112.6 測(cè)量及計(jì)算方法112.6.1 血壓測(cè)量方法112.6.2 血壓計(jì)算方法12第3章 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)133.1 傳感器電路133.2 放大電路143.3 數(shù)據(jù)處理電路163.4 轉(zhuǎn)換電路

2、183.5 復(fù)位電路203.6 按鍵電路20第4章 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)224.1 主程序流程圖224.2 血壓信號(hào)的數(shù)模轉(zhuǎn)換224.3 體溫信號(hào)的數(shù)模轉(zhuǎn)換244.4 數(shù)碼顯示26第5章 系統(tǒng)的調(diào)試與仿真285.1 Keil C51軟件開發(fā)系統(tǒng)285.2 Proteus軟件開發(fā)系統(tǒng)285.3仿真分析30總結(jié)31致謝32參考文獻(xiàn)33附錄1 系統(tǒng)程序34摘要摘 要隨著社會(huì)的發(fā)展，人們生活水平提高，心腦血管疾病已經(jīng)成了威脅人們健康一個(gè)關(guān)鍵因素，我們開始對(duì)自己的健康越來越重視，尤其是血壓的測(cè)量，所以這就需要我們開發(fā)出一款實(shí)用的測(cè)量血壓裝置，讓人們自己隨時(shí)了解自己的血壓狀況從而減少了血壓疾病的發(fā)生。本次設(shè)計(jì)采用

3、微弱信號(hào)的檢測(cè)技術(shù)設(shè)計(jì)出電子血壓計(jì)，電子血壓計(jì)可以進(jìn)行簡(jiǎn)單的血壓測(cè)量和溫度測(cè)量，本次設(shè)計(jì)采用的是AT89S52型號(hào)的單片機(jī)為血壓計(jì)的核心，控制系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)測(cè)量相關(guān)的血壓和體溫?cái)?shù)據(jù)并記錄當(dāng)前的時(shí)間。系統(tǒng)設(shè)計(jì)相關(guān)的硬件電路和相關(guān)應(yīng)用程序，利用壓力傳感器將血液對(duì)血管壁的壓力轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，將血壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)后進(jìn)行顯示、傳輸、報(bào)警等處理，也可以通過按鍵切換實(shí)現(xiàn)體溫的測(cè)量。水銀體溫計(jì)使用方便、精度高，因而應(yīng)用很廣。但是由于水銀體溫計(jì)進(jìn)行體溫監(jiān)測(cè)很不方便，水銀的污染的可能也很嚴(yán)重的缺點(diǎn)，我們就需要開發(fā)出一個(gè)具備測(cè)量體溫功能的電子儀器。為了正確測(cè)量人體局部溫度，促使人們開發(fā)了各種不同的測(cè)溫儀器和測(cè)溫方法

4、?，F(xiàn)在已有許多醫(yī)院采用了電子體溫計(jì)，用其它電子儀器測(cè)量體溫也日益普及，所以本次設(shè)計(jì)將測(cè)量體溫的這一功能綜合到了血壓計(jì)當(dāng)中，實(shí)現(xiàn)了功能上的轉(zhuǎn)換。將要開發(fā)的電子血壓計(jì)不僅能夠測(cè)量血壓，還能測(cè)量體溫，達(dá)到了一機(jī)多用的效果，這樣在測(cè)量血壓的同時(shí)，也可以最患者的體溫進(jìn)行測(cè)量，通過對(duì)比數(shù)據(jù)，能夠更加及時(shí)的發(fā)現(xiàn)問題，解決問題。這種電子產(chǎn)品是未來醫(yī)院測(cè)量血壓和體溫的理想選擇。關(guān)鍵詞 血壓計(jì)；智能化；測(cè)量體溫 1第1章 緒論Abstract With the social development, peoples living standards improve, cardiovascular and cere

5、brovascular diseases have become a key factor in the threat to peoples health, we begin more and more attention to their health, especially blood pressure measurement, so this requires us to develop a blood pressure measurement device models and practical, so that people know their own blood pressur

6、e at any condition which reduces the blood disease. The design uses a weak signal detection techniques to design electronic, electronic blood pressure can be a simple blood pressure measurement and temperature measurement, this design model is used AT89S52 microcontroller as the core of sphygmomanom

7、eter, the control system can be related to real-time measurement blood pressure and temperature data and record the current time. System design-related hardware and related applications, the use of pressure sensors in the blood vessel wall pressure into electrical signals, the blood pressure signal

8、into a digital signal for display, transmission, alarm processing, can also be achieved through the key switch body measurements. Mercury thermometer is easy to use, high precision, and thus is widely used. However, because mercury thermometer for temperature monitoring is very convenient, mercury c

9、ontamination may also be very serious drawback, we need to develop a measurement of temperature with the functions of the electronic equipment. In order to correctly measure the local temperature of the human body, prompting people to develop a variety of thermometer and temperature measurement. Man

10、y hospitals have now adopted the electronic thermometer with other electronic instruments to measure the body temperature is also increasingly popular, so this will be designed to measure the temperature of this functionality integrated into a sphygmomanometer which achieve a functional conversion.

11、Electronic to be developed not only to measure blood pressure, but also to measure body temperature, reaching a multi-purpose machine effect, so that the measurement of blood pressure, but also the patients body temperature can be measured by comparing the data to more timely identify problems solve

12、 the problem. This electronic product is a future hospital measuring blood pressure and body temperature ideal choice.Key words blood pressure devices；intelligent；measure body temperatureI 第1章 緒論第1章 緒論1.1 課題研究的背景傳統(tǒng)的血壓計(jì)是模擬的血壓計(jì),此類血壓計(jì)操作比較復(fù)雜，測(cè)量精度不夠，而且受環(huán)境影響較大。且時(shí)常需要校準(zhǔn)精度，需用一只準(zhǔn)確的汞柱血壓計(jì)或血壓表一同校驗(yàn)。其方法是將聽診器上“Y”形管

13、取下，其兩端分別接準(zhǔn)確的血壓計(jì)(血壓表)和校驗(yàn)的彈簧表式血壓表，第三端接臂帶及氣閥，這樣利用同一壓力，觀察要校驗(yàn)的血壓表與準(zhǔn)確的血壓計(jì)(血壓表)的讀數(shù)是否相同，如不同則說明該校驗(yàn)的血壓表已不準(zhǔn)確，如讀數(shù)相同，僅零位有偏差時(shí)，并不影響實(shí)際使用。如發(fā)現(xiàn)血壓表指針不能回復(fù)零位時(shí)，切勿擅自調(diào)節(jié)螺釘，以免損害表內(nèi)機(jī)芯，此時(shí)應(yīng)將血壓表送到生產(chǎn)廠家或指定服務(wù)部維修。因此，此類血壓計(jì)的使用與維護(hù)相對(duì)麻煩。為了讓廣大血壓計(jì)使用者更方便的使用與維護(hù)血壓計(jì)，也讓更多的人學(xué)會(huì)使用血壓計(jì)進(jìn)行簡(jiǎn)單的血壓測(cè)量，我們?cè)O(shè)計(jì)出一臺(tái)操作便捷，測(cè)量精確，無需維護(hù)的智能型測(cè)量血壓的裝置，以幫助人們對(duì)抗高血壓。1.2 課題研究的意義市場(chǎng)

14、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(dòng)態(tài)血壓記錄儀。水銀血壓計(jì)每次測(cè)量必須由醫(yī)生戴上聽診器進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量過程復(fù)雜，只能是每個(gè)醫(yī)生一次對(duì)一個(gè)人進(jìn)行測(cè)量；而且對(duì)不同的醫(yī)生，測(cè)量結(jié)果可能不同，對(duì)同一個(gè)人來說，影響血壓因素非常多，由于每次測(cè)量的時(shí)間不可能很長(zhǎng)，測(cè)得結(jié)果在某些情況就不能真實(shí)的反映被測(cè)對(duì)象的血壓值。將脈動(dòng)波的記錄引入動(dòng)態(tài)血壓技術(shù)，提供24小時(shí)內(nèi)的每次血壓測(cè)量結(jié)果，而且能再現(xiàn)每次測(cè)量過程中的波形。在動(dòng)態(tài)血壓檢測(cè)中干擾和偽差是不可避免的。目前市場(chǎng)上的大部分動(dòng)態(tài)血壓記錄儀，只記錄每次測(cè)量的結(jié)果，醫(yī)生面對(duì)的是一批真?zhèn)坞y辯的數(shù)字。本課題研究最終旨在設(shè)計(jì)出全信息的動(dòng)態(tài)血壓記錄儀，使每次測(cè)量結(jié)

15、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(duì)照原始波形判斷數(shù)據(jù)的真?zhèn)?，有效甄別出干擾和偽差引起的誤檢測(cè)，恢復(fù)真實(shí)血壓，保證血壓報(bào)告的有效性和可靠性。經(jīng)過科學(xué)家與醫(yī)生的不斷試驗(yàn)探索，從最古老的方法到現(xiàn)今電子血壓計(jì)的發(fā)明，一路走來漫長(zhǎng)又艱辛。早年，威廉哈維注意到當(dāng)動(dòng)脈被割破時(shí)，血液就像被壓力驅(qū)動(dòng)那樣噴涌而出。通過觸摸脈搏的跳動(dòng)，會(huì)感覺到血壓。1835年，尤利烏斯埃里松發(fā)明了一個(gè)血壓計(jì)，它把脈搏的搏動(dòng)傳遞給一個(gè)狹窄的水銀柱。當(dāng)脈搏搏動(dòng)時(shí)，水銀會(huì)相應(yīng)地上下跳動(dòng)。醫(yī)生第一次能在不切開動(dòng)脈的情況下測(cè)量脈搏和血壓。但由于它使用不便，制作粗陋，并且讀數(shù)不準(zhǔn)確，因此其他的科學(xué)家對(duì)它進(jìn)行了改進(jìn)。1860年，朱爾

16、馬雷研制成了一個(gè)當(dāng)時(shí)最好的血壓計(jì)。它將脈搏的搏動(dòng)放大，并將搏動(dòng)的軌跡記錄在卷筒紙上。這個(gè)血壓計(jì)也能隨身攜帶。馬雷用這個(gè)血壓計(jì)來研究心臟的異常跳動(dòng)?，F(xiàn)在醫(yī)生使用的血壓計(jì)是希皮奧內(nèi),里瓦羅奇在1896年發(fā)明的。它有一個(gè)能充氣的袖帶，用于阻斷血液的流動(dòng)。醫(yī)生用一個(gè)聽診器聽脈搏的跳動(dòng)，同時(shí)在刻度表上讀出血壓數(shù)。大量研究數(shù)據(jù)表明，我國(guó)高血壓發(fā)病率逐年增加，已成為危害身體健康的一個(gè)重大問題，為了解決這個(gè)問題，提高人們對(duì)于高血壓的防范意識(shí)，擁有一款操作簡(jiǎn)單的電子血壓計(jì)是十分重要的。據(jù)有關(guān)機(jī)構(gòu)調(diào)查，我國(guó)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5%左右，老年人可達(dá)10%左右，因此開發(fā)出既適合家庭保健

17、有適合專業(yè)人士的電子血壓計(jì)具有重要意義。高血壓的危害無疑高居前幾位。對(duì)于上了年紀(jì)的人，血壓是一個(gè)重要的健康信號(hào)。隨著生活水平的提高，時(shí)下老年人對(duì)自己的血壓越來越關(guān)注。高血壓是世界最常見的心血管疾病，也是最大的流行病之一，它的危害非常的巨大，據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)資料顯示，我國(guó)現(xiàn)有的高血壓患者已達(dá)一億，并且每年新增人數(shù)在300萬以上。從高血壓目前的危害來看，高血壓病已成為人類的頭號(hào)隱形殺手病。高血壓病不但是長(zhǎng)期危害人體健康的一種慢性病，而且它還是腦中風(fēng)、冠心病、心肌梗死、心力衰竭、腎衰等疾病的禍?zhǔn)?，因此被人們稱為“無形殺手”。高血壓對(duì)人體的損害是全身性的，也是造成死亡的惡魔，直接威脅著人的生命，所以，對(duì)高血

18、壓這個(gè)無形殺手，不可掉以輕心。 治療高血壓病，首先是要測(cè)量準(zhǔn)確的血壓。測(cè)量血壓的儀器稱為血壓計(jì)。血壓計(jì)可分為直接式和間接式兩種。兩種血壓計(jì)的工作原理是不相同的，直接式是用壓力傳感器直接測(cè)量壓力變化；間接式的工作原理則是控制從外部施加到被測(cè)部位上的壓強(qiáng)，并將控制的結(jié)果與其相關(guān)的柯氏音的產(chǎn)生和消失的信息加以判斷。前者不管對(duì)動(dòng)脈或靜脈都可連續(xù)測(cè)試，而后者只能測(cè)量動(dòng)脈的收縮壓和舒張壓。隨著醫(yī)學(xué)知識(shí)的普及和民眾保健意識(shí)的提高，人們開始重視自身血壓的日常監(jiān)測(cè)，電子血壓計(jì)已悄悄走進(jìn)了尋常百姓家，成為普通家庭常用的保健器械。越來越多的商家開始看好電子血壓計(jì)這個(gè)高度可開發(fā)性和高速成長(zhǎng)性的市場(chǎng)，同時(shí)國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)

19、日益白熱化。目前世界電子血壓計(jì)市場(chǎng)呈現(xiàn)出打破原有競(jìng)爭(zhēng)格局，建立新市場(chǎng)格局的趨勢(shì)。電子血壓計(jì)已經(jīng)進(jìn)入了普通的家庭里面了，當(dāng)然醫(yī)院還沒有大量的普遍的的使用起來，因?yàn)殡娮友獕河?jì)的價(jià)格在醫(yī)院還是一個(gè)不小的開銷，因?yàn)殡娮友獕河?jì)的更新速度還是很快的，所以對(duì)于很多的醫(yī)院來說，更換的電子血壓計(jì)目前還沒有得到資金的允許, 當(dāng)然對(duì)于電子血壓計(jì)的討論也是目前很多的朋友都比較熱衷的話題，從電子血壓計(jì)的品牌到電子血壓計(jì)的價(jià)格、還有電子血壓計(jì)的準(zhǔn)確度等等，都是普通家庭比較熱衷的話題。1.3本次設(shè)計(jì)的主要研究?jī)?nèi)容主要研究?jī)?nèi)容是開發(fā)出一款電子血壓儀器，人們可以用這臺(tái)裝置精確地完成血壓值的測(cè)量，省去了去醫(yī)院的麻煩，為自身安全提

20、供了保障。本次設(shè)計(jì)增加了許多創(chuàng)新，給使用者帶來了極大的方便和實(shí)惠，滿足不同人群的使用需求，電子血壓計(jì)使用起來方便快捷，實(shí)用性強(qiáng)，具有小型化、低功耗、智能化等特點(diǎn)，在使用時(shí)又便攜易操作，從而呈現(xiàn)出家用化的趨勢(shì)。此次設(shè)計(jì)增加了報(bào)警功能，解決了老年人看不清楚的問題，使得設(shè)計(jì)更為人性化。 患者取坐位或仰臥位，被測(cè)肢體應(yīng)和心臟處于同一水平，上臂自然下垂，坐位時(shí)平第四肋軟骨；臥位平腋中線，平整地將袖帶置于上臂中部，距肘窩下緣2-3cm。需密切觀察血壓者應(yīng)做到四定：定時(shí)間、定部位、定體位、定血壓計(jì)，有助于測(cè)定血壓的準(zhǔn)確性和對(duì)照的可比性。為偏癱、肢體外傷或手術(shù)的患者測(cè)血壓應(yīng)測(cè)健測(cè)肢體。排除影響血壓的外界因素

21、袖帶過寬、過窄；袖帶纏得過緊、過松；肢體位置過高、過低等因素對(duì)血壓值的影響。 袖帶寬度要合適，袖帶太窄，須加大力量才能阻斷動(dòng)脈血流，測(cè)得數(shù)值偏高；袖帶太寬，大段血管受阻，測(cè)得數(shù)值偏低。肱動(dòng)脈位置高于心臟水平，測(cè)得血壓值偏低；低于心臟水平，測(cè)得血壓值偏高。 袖帶過松，橡膠帶呈氣球狀，有效測(cè)量面積變窄，使血壓測(cè)量值偏高；袖帶過緊，使血管在未注氣時(shí)已受壓，使血壓測(cè)量值偏低。發(fā)現(xiàn)血壓聽不清或異常，應(yīng)重復(fù)測(cè)量；應(yīng)將袖帶內(nèi)氣體驅(qū)盡，稍等片刻再?gòu)?fù)測(cè)，連續(xù)測(cè)23次，取其最低值。第2章 總體設(shè)計(jì)方案2.1 總體設(shè)計(jì)目的本設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的電子血壓計(jì)，運(yùn)用單片機(jī)原理，結(jié)合傳感器電路，設(shè)計(jì)一個(gè)電子血壓計(jì)并且具

22、有測(cè)量體溫功能。可以通過切換系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)血壓和體溫的精確測(cè)量，測(cè)量結(jié)果將用數(shù)碼管顯示出來，要求設(shè)計(jì)仿真電路圖，編寫程序。實(shí)際性能滿足要求，可演示測(cè)量效果，記錄結(jié)果。該電子血壓計(jì)使用血壓觸感器進(jìn)行血壓數(shù)據(jù)收集，再通過放大電路將采集的模擬信號(hào)進(jìn)行放大，使其轉(zhuǎn)化為單片機(jī)可以接收的電壓值，主控器內(nèi)的數(shù)模轉(zhuǎn)換器可以將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)，最后在數(shù)碼管上顯示出血壓值。這樣就完成了血壓的測(cè)量。也可以把收集到的體溫?cái)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，在顯示電路上得到數(shù)據(jù)。這種血壓計(jì)操作簡(jiǎn)單，非醫(yī)護(hù)人員也可以使用。而且它能更精確的測(cè)量出血壓值和體溫值，減少了誤差的存在。這種血壓計(jì)是將傳感技術(shù)與單片機(jī)有機(jī)結(jié)合而成的，它的結(jié)構(gòu)應(yīng)該

23、保證完成三項(xiàng)基本流程：感應(yīng)血流的壓力，并能夠?qū)⑿盘?hào)轉(zhuǎn)變成壓電信號(hào)；利用單片機(jī)技術(shù)判斷高壓與低圧；在屏幕上顯示測(cè)量結(jié)果。對(duì)于傳感器的要求是：高性能低成本的，靈敏度要高，測(cè)量范圍倒不需要很大。能根據(jù)血壓變動(dòng)及時(shí)抓住高、低壓體積小，集成度高，抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高，價(jià)格低，程序簡(jiǎn)單，運(yùn)用靈活，易于實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品化的單片機(jī)；使用具有顯示清晰，亮度高，壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)的顯示器。 水銀血壓計(jì)能直接測(cè)得血壓值，較為直觀，準(zhǔn)確性和可靠性很好，價(jià)格低廉，其缺點(diǎn)是較重，攜帶不方便，且需要用聽診器不是專業(yè)的醫(yī)護(hù)人員無法使用，彈簧式血壓計(jì)有以下優(yōu)點(diǎn)，攜帶方便，操作簡(jiǎn)單，但是準(zhǔn)確度不高，維修起來很不方便，刻度數(shù)值較小，需要聽診器

24、聽力視力不好的老人使用起來比較困難，而我們將要開發(fā)的電子血壓計(jì)克服了以上血壓計(jì)的缺點(diǎn)，方便易學(xué)，能自動(dòng)顯示血壓測(cè)量值，可以提供脈搏讀數(shù)，更為方便的監(jiān)測(cè)血壓變化，隨著科技的發(fā)展，降低了血壓計(jì)的生產(chǎn)成本，未來將會(huì)有很大的發(fā)展空間。2.2 實(shí)現(xiàn)原理的概述本設(shè)計(jì)是通過電子設(shè)備來進(jìn)行血壓測(cè)量和體溫測(cè)量，分析血壓數(shù)據(jù)，從而得出各種科學(xué)準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，其實(shí)質(zhì)是對(duì)脈搏的測(cè)量，因此對(duì)于脈搏信號(hào)的提取成為設(shè)計(jì)成功的前提，首先要進(jìn)行的是對(duì)微弱脈搏波進(jìn)行信號(hào)采集的硬件電路圖的設(shè)計(jì)，然后根據(jù)示波器法進(jìn)行相關(guān)的算法研究和驗(yàn)證。同時(shí)還可以通過傳感器采集體溫信號(hào)，實(shí)現(xiàn)體溫?cái)?shù)據(jù)在顯示器上顯示。 血壓值采集方面采用專用血壓傳感器，并

25、通過三運(yùn)放儀用放大電路放大，整11 第2章 總體設(shè)計(jì)方案形，使用三運(yùn)放儀用放大電路是因?yàn)槠渌?jiǎn)單且穩(wěn)定，可以完成模擬信號(hào)的處理工作，并將處理結(jié)果送到主控器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，利用自內(nèi)部自帶的A/D數(shù)模轉(zhuǎn)換器將返回的電壓值轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號(hào)。因?yàn)閭鹘y(tǒng)聽診器和水銀血壓測(cè)量?jī)x的測(cè)量過程是通過判斷是否聽到脈搏聲來判斷收縮壓及舒張壓的。充氣過程中，從無聲到有聲過度點(diǎn)是舒張壓，即低壓，從有聲到無聲則是收縮壓，即高壓。放氣過程剛好相反。而有聲的過程伴隨著就是血壓的跳動(dòng)，主控器巧妙地利用這一特點(diǎn)進(jìn)行血壓的測(cè)量。因?yàn)檠獕涸诔錃膺^程血壓變化大且不規(guī)律，本設(shè)計(jì)則讓血壓先達(dá)到一個(gè)固定的血壓值，利用放氣過程血壓穩(wěn)定下降，測(cè)出收縮

26、壓和舒張壓，并通過數(shù)碼管顯示出來。通過打氣囊向袖帶打氣，當(dāng)氣壓到達(dá)氣壓峰值的時(shí)候停止打氣，這時(shí)候開始緩慢放氣，在氣壓下降過程中，會(huì)在某一時(shí)刻第一次出現(xiàn)氣壓的小的回升，而這正是對(duì)應(yīng)著傳統(tǒng)的水銀血壓計(jì)當(dāng)中第一聲聽到脈搏聲，也就是收縮壓。繼續(xù)放氣，氣壓繼續(xù)下降，這過程會(huì)有好幾次氣壓的回升，每次都對(duì)應(yīng)著傳統(tǒng)測(cè)量過程的脈搏聲跳動(dòng)時(shí)刻。當(dāng)最后一次有著氣壓的回升時(shí)，也就是傳統(tǒng)中氣壓從有到無那一點(diǎn)，即我們所要的舒張壓。2.3 系統(tǒng)組成框圖本設(shè)計(jì)是基于AT89S52單片機(jī)的設(shè)計(jì)，具體裝置方案如下圖2-1所示：模數(shù)轉(zhuǎn)換器 濾 波 電 路 放 大 電 路報(bào)警裝置AT89S52傳感 電 路 顯示電路按鍵電路圖2-1

27、系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖 血液在動(dòng)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30300bpm，由此血壓脈動(dòng)信號(hào)是相對(duì)而言還是屬于一種緩慢變化的信號(hào)，我的設(shè)計(jì)是采用外接式的結(jié)構(gòu)，以AT89S52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)姆绞健?.4 系統(tǒng)組成部分電子血壓計(jì)由傳感器、運(yùn)算放大電路、濾波電路、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路、顯示電路、按鍵電路、報(bào)警電路和單片機(jī)組成，傳感器能夠完成對(duì)血壓信號(hào)和體溫信號(hào)的采集，運(yùn)算放大電路對(duì)采集來的血壓信

28、號(hào)和體溫信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理得到所需數(shù)據(jù)，A/D轉(zhuǎn)換電路對(duì)信號(hào)進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，單片機(jī)作為電子血壓計(jì)和測(cè)溫計(jì)的控制中心，完成對(duì)信號(hào)的儲(chǔ)存，并通過計(jì)算得到數(shù)據(jù)進(jìn)行外圍電路的控制，進(jìn)行血壓數(shù)據(jù)和體溫?cái)?shù)據(jù)的顯示，整個(gè)系統(tǒng)是由以下幾個(gè)模塊組成。2.4.1 信號(hào)采集部分信號(hào)采集部分主要包括一個(gè)傳感器、放大器、帶通濾波器與低通濾波器，主要完成軸帶壓力、脈搏信號(hào)、體溫信號(hào)的檢測(cè)，濾波器將這信號(hào)分開，分別送入轉(zhuǎn)換器的不同通道，在轉(zhuǎn)換器中進(jìn)行信號(hào)處理。2.4.2 模數(shù)轉(zhuǎn)化部分本部分設(shè)計(jì)單片機(jī)為核心器件，內(nèi)與模數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行連接，它是一種8位逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器，內(nèi)部具有8通道多路轉(zhuǎn)換開關(guān)，可以直接對(duì)8路電壓模擬量進(jìn)行轉(zhuǎn)換

29、,精度速度適中。每采集一次可需要100微秒，采用中斷方式讀入結(jié)果,經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束后會(huì)自動(dòng)產(chǎn)生信號(hào)，將其與中央控制單元的外部中斷相接，便可采集到數(shù)據(jù)。由于需要對(duì)袖帶壓力信號(hào)和脈動(dòng)壓力信號(hào)的處理，選用的A/D轉(zhuǎn)換芯片至少滿足兩通道同時(shí)輸入，由于8位的分辨率能滿足測(cè)量的精度要求，并且8位的數(shù)據(jù)正好是一個(gè)字節(jié)處理起來很方便，因此本次設(shè)計(jì)采用的ADC0809是逐次比較式轉(zhuǎn)換器，ADC是一種逐次比較式8位模擬輸入，8位數(shù)字輸出的A/D轉(zhuǎn)換器，它的性能比較好，價(jià)格比較便宜，購(gòu)買也很方便,并且可以對(duì)信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。模數(shù)轉(zhuǎn)換工作過程：首先用指令選擇其中一個(gè)模擬輸入通道，當(dāng)執(zhí)行時(shí)，便會(huì)產(chǎn)生脈沖給開始引腳，開始對(duì)選

30、中通道轉(zhuǎn)換。當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束后便會(huì)發(fā)出結(jié)束信號(hào)，該信號(hào)可以作為中斷申請(qǐng)信號(hào)，當(dāng)讀允許信號(hào)讀到EOC端有高電平，則可以讀出轉(zhuǎn)換的數(shù)字量，利用該通道轉(zhuǎn)換結(jié)果讀到累加器A中。2.4.3 中央處理單元中央處理單元是整個(gè)設(shè)計(jì)內(nèi)容的核心部分，主要組成為單片機(jī)AT89S52，其主要作用是：通過串口接收單片機(jī)給出的系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置以及控制命令，并向單片機(jī)傳輸測(cè)量數(shù)據(jù)，其中包括計(jì)算收縮壓、舒張壓、體溫以及對(duì)模數(shù)轉(zhuǎn)換信號(hào)控制，測(cè)量過程中各種算法的實(shí)現(xiàn)，同時(shí)控制報(bào)警裝置。如圖2-2所示： 圖2-2 AT89S52結(jié)構(gòu)示意圖AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32位I/O口線，看門狗定時(shí)器，2

31、個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。P0口：P0口是一個(gè)8位漏極開路的雙向 I/O口。作為輸出口，每位能驅(qū)動(dòng)8 個(gè)TTL 邏輯電平。對(duì)P0端口寫“1”時(shí)，引腳用作高阻抗輸入。當(dāng)訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P0口也被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種模式下，P0具有內(nèi)部上拉電阻。在flash編程時(shí)，P0口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)。程序校時(shí)，需要外部上拉電阻。P1口：P1口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4 個(gè)TTL邏輯電平。對(duì)P1端口寫“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口

32、使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流。此外，P1.0 和P1.2分別作定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的外部計(jì)數(shù)輸入（P1.0/T2）和時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的觸發(fā)輸入（P1.1/T2E）。P2口：P2口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4 個(gè)TTL 邏輯電平。對(duì)P2 端口寫“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）在訪問外部程序存儲(chǔ)器或用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行MOVX DPTR）時(shí)，P2口送出高八位地址。P3口：P3口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/

33、O口，P2輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL 邏輯電平。對(duì)P3端口寫“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻。P3口如下表2-1所示：表2-1 引腳含義引腳第2功能P3.0RXD（串行口輸入端0）P3.1TXD（串行口輸出端）P3.2INT0（部中斷0請(qǐng)求輸入端，低電平有效）P3.3INT1（中斷1請(qǐng)求輸入端，低電平有效）P3.4T0（時(shí)器/計(jì)數(shù)器0計(jì)數(shù)脈沖端）P3.5T1（時(shí)器/計(jì)數(shù)器1數(shù)脈沖端）P3.6WR（部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通信號(hào)輸出端，低電平有效）P3.7RD（部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)輸出端，低電平有效）RST：復(fù)位輸入晶振工作時(shí)，RS

34、T腳持續(xù)2個(gè)機(jī)器周期高電平將使單片機(jī)復(fù)位?？撮T狗計(jì)時(shí)完成后，RST腳輸出96個(gè)晶振周期的高電平。特殊寄存器AUXR(地址8EH)上的DISRTO位可以使此功能無效。默認(rèn)狀態(tài)下，復(fù)位高電平有效。ALE/PROG：地址鎖存控制信號(hào)（ALE）是訪問外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，鎖存低8 位地址的輸出脈沖。在flash編程時(shí)，此引腳（PROG）也用作編程輸入脈沖。在一般情況下，ALE以晶振六分之一的固定頻率輸出脈沖，ALE脈沖將會(huì)跳過。PSEN：外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)（PSEN）是外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)。當(dāng)AT89S52從外部程序存儲(chǔ)器執(zhí)行外部代碼時(shí)，PSEN在每個(gè)機(jī)器周期被激活兩次，而在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P

35、SEN將不被激活。EA/VPP：訪問外部程序存儲(chǔ)器控制信號(hào)。為使能從0000H到FFFFH的外部程序存儲(chǔ)器讀取指令，EA必須接GND。為了執(zhí)行內(nèi)部程序指令，EA應(yīng)該接VCC。在flash 編程期間，EA也接收12伏VPP電壓。XTAL1：振蕩器反相放大器和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生電路的輸入端。XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。2.4.4 顯示模塊顯示模塊是由八段數(shù)碼管組成，LED顯示具有豐富多樣性、靈活性、電路簡(jiǎn)第2章 總體設(shè)計(jì)方案單、易于控制而且功耗小，對(duì)于信息量多的系統(tǒng)，是比較適合的，LED液晶顯示模塊采用LED1602型號(hào)，具有很低的功耗，正常工作室電流僅2.0mA/5.0V。通過編程實(shí)現(xiàn)總動(dòng)關(guān)

36、閉屏幕能夠更有效地降低功耗。LED1602分兩行顯示，每行可現(xiàn)實(shí)多達(dá)16個(gè)字符，其內(nèi)部的字符發(fā)生器已經(jīng)存儲(chǔ)了160個(gè)不同的點(diǎn)陣字符圖形，通過內(nèi)部指令可實(shí)現(xiàn)對(duì)其顯示多樣的控制。如圖2-3所示： 圖2-3 八段數(shù)碼管LED數(shù)碼管由多個(gè)發(fā)光二極管封裝在一起組成“8”字型的器件，引線已在內(nèi)部連接完成，只需引出它們的各個(gè)筆劃，公共電極。LED數(shù)碼管常用段數(shù)一般為7段有的另加一個(gè)小數(shù)點(diǎn)，還有一種是類似于3位“+1”型。位數(shù)有半位，了解LED的這些特性，對(duì)編程是很重要的，因?yàn)椴煌愋偷臄?shù)碼管，除了它們的硬件電路有差異外，編程方法也是不同的。 LED數(shù)碼管要正常顯示，就要用驅(qū)動(dòng)電路來驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管的各個(gè)段碼，從而

37、顯示出數(shù)字，因此根據(jù)LED數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動(dòng)態(tài)式兩類。 靜態(tài)顯示：靜態(tài)驅(qū)動(dòng)也稱直流驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)是指每個(gè)數(shù)碼管的每一個(gè)段碼都由一個(gè)單片機(jī)的I/O端口進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，或者使用如BCD碼十進(jìn)制譯碼器譯碼進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是編程簡(jiǎn)單，顯示亮度高，缺點(diǎn)是占用I/O端口多，如驅(qū)動(dòng)5個(gè)數(shù)碼管靜態(tài)顯示則需要58=40根I/O端口來驅(qū)動(dòng)，要知道一個(gè)AT89S52單片機(jī)可用的I/O端口才32個(gè)，實(shí)際應(yīng)用時(shí)必須增加譯碼驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，增加了硬件電路的復(fù)雜性。動(dòng)態(tài)顯示：數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示接口是單片機(jī)中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)是將所有數(shù)碼管的8個(gè)顯示筆劃a, b, c, d, e,

38、 f, g, dp的同名端連在一起，另外為每個(gè)數(shù)碼管的公共極COM增加位選通控制電路，位選通由各自獨(dú)立的I/O線控制，當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼時(shí)，單片機(jī)對(duì)位選通COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會(huì)亮。通過分時(shí)輪流控制各個(gè)數(shù)碼管的COM端，就使各個(gè)數(shù)碼管輪流受控顯示。2.5 測(cè)量設(shè)計(jì)2.5.1 血壓測(cè)量設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)當(dāng)中，蜂鳴器報(bào)警系統(tǒng)起到一個(gè)很重要的角色，它是作為人機(jī)互動(dòng)的一個(gè)橋梁，是向使用者傳遞電子血壓計(jì)內(nèi)部的信息，從而指導(dǎo)使用者的正確使用及當(dāng)前的操作動(dòng)作，數(shù)碼管顯示模塊是一種簡(jiǎn)單而經(jīng)濟(jì)的人機(jī)交互途徑，通過數(shù)碼管的顯示模塊，我們能

39、夠直觀地看到血壓測(cè)量結(jié)果。其具體的流程圖設(shè)計(jì)如圖2-4所示： 開 始輸入設(shè)置參數(shù)數(shù)據(jù)處理顯示結(jié)果結(jié)束否 N Y 結(jié) 束 Y 圖2-4 測(cè)量血壓系統(tǒng)工作示意圖對(duì)于傳統(tǒng)的水銀血壓計(jì)的測(cè)量方式，它是利用打氣過程中脈搏聲的有和無來判斷收縮壓與舒張壓的，而本設(shè)計(jì)中卻是利用測(cè)量到的氣壓是否在下降過程中有43 第2章 總體設(shè)計(jì)方案小許的回升來判斷，這部分設(shè)計(jì)是本設(shè)計(jì)當(dāng)中的關(guān)鍵部分之一，其效果好否也直接影響到測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確度。電源開啟后，若有必要修改默認(rèn)參數(shù)，可以通過程序設(shè)置，待采樣的時(shí)間達(dá)到規(guī)定時(shí)間后，將開始分析數(shù)據(jù)結(jié)果，求出最大值和最小值，經(jīng)過處理后即收縮壓和舒張壓，并將其送往LED屏顯示出來。2.5.2

40、 體溫測(cè)量設(shè)計(jì)系統(tǒng)的軟件主要是采用C語言，對(duì)單片機(jī)進(jìn)行變成實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)功能。主程序?qū)δK進(jìn)行初始化，而后調(diào)用收集體溫?cái)?shù)據(jù)、處理體溫信號(hào)、顯示、鍵盤等模塊。用的是循環(huán)查詢方式，來顯示體溫，主程序的主要功能是負(fù)責(zé)體溫的實(shí)時(shí)顯示，單片機(jī)讀出并處理ADC0809的測(cè)量的當(dāng)前溫度值并負(fù)責(zé)調(diào)用各子程序，體溫測(cè)量圖如圖2-5所示： 開 始 初 始 化啟動(dòng)ADC0809測(cè)量體溫計(jì)算溫度LED顯示圖2-5 測(cè)量體溫系統(tǒng)工作示意圖2.6 測(cè)量及計(jì)算方法2.6.1 血壓測(cè)量方法通過打氣囊向袖帶打氣，當(dāng)氣壓到達(dá)氣壓峰值的時(shí)候停止打氣，這時(shí)候開始緩慢放氣，在氣壓下降過程中，會(huì)在某一時(shí)刻第一次出現(xiàn)氣壓的小的回升，而這正是對(duì)應(yīng)

41、著傳統(tǒng)的水銀血壓計(jì)當(dāng)中第一聲聽到脈搏聲，也就是收縮壓。繼續(xù)放氣，氣壓繼續(xù)下降，這過程會(huì)有好幾次氣壓的回升，每次都對(duì)應(yīng)著傳統(tǒng)測(cè)量過程的脈搏聲跳動(dòng)時(shí)刻。當(dāng)最后一次有著氣壓的回升時(shí)，也就是傳統(tǒng)中氣壓從有到無那一點(diǎn)，即我們所要的舒張壓，這時(shí)測(cè)量結(jié)束。2.6.2 血壓計(jì)算方法基于示波器法這一原理，可以直接計(jì)算出平均壓，收縮壓與舒張壓是不能直接測(cè)量出來的，但是可以通過他們與平均壓的關(guān)系或者包絡(luò)線的特征可以計(jì)算出收縮壓與舒張壓，目前血壓計(jì)開發(fā)商都在研究這一塊。幅值系數(shù)法，是利用壓力波的最大幅值的比例關(guān)系進(jìn)行識(shí)別收縮壓合舒張壓。目前電子血壓計(jì)的產(chǎn)品，絕大部分都是基于這個(gè)方法的計(jì)算出血壓。此方法已經(jīng)得到醫(yī)學(xué)界的

42、認(rèn)可，在臨床上得到運(yùn)用。幅度系數(shù)的法的原理，可以看到脈搏波的幅值隨壓力的變化而變化，幅值最大那個(gè)脈搏波為Pmax，收縮壓對(duì)應(yīng)的脈搏波為SBP，舒張壓對(duì)應(yīng)的脈搏波為DBP，他們之間的函數(shù)關(guān)系： SBP = a * Pmax ( 0.4 a 0.7 ) （2-1） DBP = b * Pmax ( 0.4 b 0.8 ) （2-2）波形特征法，是觀察脈搏波幅值突變的點(diǎn)，來辨別收縮壓合舒張壓。收縮壓判別點(diǎn)在脈搏波幅度有明顯增加，舒張壓判別點(diǎn)在脈搏波幅度有明顯減少，根據(jù)差分算法，求相鄰脈搏波幅度的差值，認(rèn)為差值最大的為突變點(diǎn)。小波分析，即通過對(duì)包絡(luò)線的拐點(diǎn)辨別，求出收縮壓和舒張壓。壓力包絡(luò)線拐點(diǎn)在理論

43、上是可行的，但是實(shí)際應(yīng)用時(shí)，因?yàn)槠骷墓に?，放大后的信?hào)誤差比較大，拐點(diǎn)并不明顯，并且容易受到外部干擾，產(chǎn)生假的脈搏拐點(diǎn)，這也使得壓力波包絡(luò)線拐點(diǎn)的確定非常困難。平均壓（MAP）是血壓波形（P(t)）在一個(gè)周期內(nèi)的積分除以周期T，其定義如下： （2-3）均壓反映了動(dòng)脈血壓的數(shù)值和波形。從示波法原理的兩條基本原則，振蕩波包絡(luò)線呈現(xiàn)出近似拋物線的形態(tài)，脈搏振蕩波振幅最大對(duì)應(yīng)的袖帶壓力為平均壓，可以順利推導(dǎo)出平均壓的計(jì)算方法。第3章 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)第3章 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1 傳感器電路本次設(shè)計(jì)我選用固態(tài)傳感器，因?yàn)樗臏?zhǔn)確度高，且輸出信號(hào)為0100mV 。它的壓力接口和引腳結(jié)構(gòu)提供了優(yōu)良的靈活性，尤其

44、是在壓力連接方向要求嚴(yán)格的應(yīng)用中。壓力傳感器是基于美國(guó)GE公司先進(jìn)的壓電電阻技術(shù)。最新硅片微機(jī)械技術(shù)被應(yīng)用于壓阻應(yīng)變片被離子注入在惠斯通橋路結(jié)構(gòu)內(nèi)。壓力傳感器具有優(yōu)良的溫度特性，溫度補(bǔ)償范圍為060。它將一個(gè)增益設(shè)置電阻集成在傳感器內(nèi)，使傳感器可以互換。壓力傳感器工作特點(diǎn)：恒流供電，溫度補(bǔ)償（060），滿量程輸出100mV，0.1%準(zhǔn)確度，可互換性。如下圖3-1所示：圖3-1 傳感器電路圖壓力傳感器典型應(yīng)用：電子血壓計(jì)檢定儀，血壓計(jì)標(biāo)準(zhǔn)器，血壓計(jì)智能標(biāo)準(zhǔn)器，血壓計(jì)校驗(yàn)儀，醫(yī)療器械，氣體流量測(cè)量，供暖，制冷，過程控制。壓力傳感器的工作原理：金屬電阻應(yīng)變片的工作原理是吸附在基體材料上應(yīng)變電阻隨機(jī)械

45、形變而產(chǎn)生阻值變化的現(xiàn)象，俗稱為電阻應(yīng)變效應(yīng)。金屬導(dǎo)體的電阻值可用以下量表示： 金屬導(dǎo)體的電阻率 S導(dǎo)體的截面積 L導(dǎo)體的長(zhǎng)度以金屬絲應(yīng)變電阻為例，當(dāng)金屬絲受外力作用時(shí)，其長(zhǎng)度和截面積都會(huì)發(fā)生變化，從上式中可很容易看出，其電阻值即會(huì)發(fā)生改變，假如金屬絲受外力作用而伸長(zhǎng)時(shí)，其長(zhǎng)度增加，而截面積減少，電阻值便會(huì)增大。當(dāng)金屬絲受外力作用而壓縮時(shí)，長(zhǎng)度減小而截面增加，電阻值則會(huì)減小。只要測(cè)出加在電阻的變化（通常是測(cè)量電阻兩端的電壓），即可獲得應(yīng)變金屬絲的應(yīng)變情況。 3.2 放大電路放大電路的作用：能把輸入訊號(hào)的電壓或功率放大的裝置，由電子管或晶體管、電源變壓器和其他電器元件組成。用在通訊、廣播、雷達(dá)、

46、電視、自動(dòng)控制等各種裝置中。 放大電路的原理:運(yùn)算放大電路,是一種直流耦合、差模輸入，通常為單端輸出的高增益電壓放大器，因?yàn)閯傞_始主要用于加法，乘法等運(yùn)算電路中，因而得名。一個(gè)理想的運(yùn)算放大器必須具備下列特性：無限大的輸入阻抗、等于零的輸出阻抗、無限大的開回路增益、無限大的共模排斥比的部分、無限大的頻寬。一個(gè)運(yùn)算放大器模組一般包括：一個(gè)正輸入端、一個(gè)負(fù)輸入端和一個(gè)輸出端。通常使用運(yùn)算放大電路時(shí)，會(huì)將其輸出端與其反相輸入端連接，形成一負(fù)反饋組態(tài)。原因是運(yùn)算放大電路的電壓增益非常大，使用負(fù)反饋方可保證電路的穩(wěn)定運(yùn)作。但是這并不代表運(yùn)算放大器不能 連接成正回饋，相反地，在很多需要產(chǎn)生震蕩訊號(hào)的系統(tǒng)中

47、，正回饋組態(tài)的運(yùn)算放大器是很常見的組成元件。圖3-2 開環(huán)回路放大電路圖開環(huán)回路運(yùn)算放大電路如圖3-2。當(dāng)一個(gè)理想運(yùn)算放大器采用開回路的方式工作時(shí)，其輸出與輸入電壓的關(guān)系式如下：Vout = ( V+ -V-) * Aog。 其中Aog代表運(yùn)算放大器的開環(huán)回路差動(dòng)增益,由于運(yùn)算放大器的開環(huán)回路增益非常高，因此就算輸入端的差動(dòng)訊號(hào)很小，仍然會(huì)讓輸出訊，導(dǎo)致非線性的失真出現(xiàn)。 因此運(yùn)算放大器很少以開環(huán)回路出現(xiàn)在電路系統(tǒng)中，少數(shù)的例外是用運(yùn)算放大器做比較器，比較器的輸出通常為邏輯準(zhǔn)位元。閉環(huán)負(fù)反饋：將運(yùn)算放大器的反向輸入端與輸出端連接起來，放大器電路就處在負(fù)反饋組態(tài)的狀況，此時(shí)通常可以將電路簡(jiǎn)單地稱

48、為閉環(huán)放大器。閉環(huán)放大器依據(jù)輸入訊號(hào)進(jìn)入放大器的端點(diǎn)，又可分為反相放大器與非反相放大器兩種。反相閉環(huán)放大器如圖3-3所示：圖3-3 反相閉環(huán)放大器假設(shè)這個(gè)閉環(huán)放大器使用理想的運(yùn)算放大器，則因?yàn)槠溟_環(huán)增益為無限大，所以運(yùn)算放大器的兩輸入端為虛接地，假設(shè)這個(gè)閉環(huán)放大器使用理想的運(yùn)算放大器，則因?yàn)槠溟_環(huán)增益為無限大，所以運(yùn)算放大器的兩輸入端電壓差幾乎為零，非反相閉環(huán)放大器如圖3-4所示： 圖3-4 非反相閉環(huán)放大器閉環(huán)正回饋：將運(yùn)算放大器的正向輸入端與輸出端連接起來，放大器電路就處在正回饋的狀況，由于正回饋組態(tài)工作于一極不穩(wěn)定的狀態(tài)，多應(yīng)用于需要產(chǎn)生震蕩訊號(hào)的應(yīng)用中，成為理想運(yùn)放和理想運(yùn)放條件。在分

49、析和綜合運(yùn)放應(yīng)用電路時(shí)，大多數(shù)情況下，可以將集成運(yùn)放看成一個(gè)理想運(yùn)算放大器。理想運(yùn)放顧名思義是將集成運(yùn)放的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)理想化。由于實(shí)際運(yùn)放的技術(shù)指標(biāo)比較接近理想運(yùn)放，因此由理想化帶來的誤差非常小，在一般的工程計(jì)算中可以忽略。理想運(yùn)放各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)具體如下：電壓放大倍數(shù)達(dá)到104倍；輸入電阻達(dá)到104；輸出電阻小于幾百歐姆；外電路中的電流遠(yuǎn)大于偏置電流；失調(diào)電壓、失調(diào)電流及其溫漂很小,造成電路的漂移在允許范圍之內(nèi)，電路的穩(wěn)定性符合要求即可；輸入最小信號(hào)時(shí)，有一定信噪比，共模抑制比大于等于60dB；帶寬符合電路帶寬要求即可。運(yùn)算放大器中的虛短和虛斷含意：虛短，因?yàn)槔硐脒\(yùn)放的電壓放大倍數(shù)很大，而運(yùn)放工

50、作在線性區(qū)，是一個(gè)線性放大電路，輸出電壓不超出線性范圍（即有限值），所以，運(yùn)算放大器同相輸入端與反相輸入 端的電位十分接近相等。在運(yùn)放供電電壓為15V時(shí)，輸出的最大值一般在1013V。所以運(yùn)放兩輸入端的電壓差，在1mV以下，近似兩輸入端短路。這一特性稱為虛短，顯然這不是真正的短路，只是分析電路時(shí)在允許誤差范圍之內(nèi)的合理近似。虛斷電路的運(yùn)放的輸入電阻一般都在幾百千歐以上，流入運(yùn)放同相輸入端和反相輸入端中的電流十分微小，比外電路中的電流小幾個(gè)數(shù)量級(jí)，流入運(yùn)放的電流往往可以忽略，這相當(dāng)運(yùn)放的輸入端開路，這一特性稱為虛斷。顯然，運(yùn)放的輸入端不能真正開路。運(yùn)用虛短和虛斷這兩個(gè)概念，在分析運(yùn)放線性應(yīng)用電路

51、時(shí)，可以簡(jiǎn)化應(yīng)用電路的分析過程。運(yùn)算放大器構(gòu)成的運(yùn)算電路均要求輸入與輸出之間滿足一定的函數(shù)關(guān)系，因此均可應(yīng)用這兩條結(jié)論。如果運(yùn)放不在線性區(qū)工作，也就沒有虛短和虛斷的特性。如果測(cè)量運(yùn)放兩輸入端的電位，達(dá)到幾毫伏以上，往往該運(yùn)放不在線性區(qū)工作，或者已經(jīng)損壞。 前置放大電路的基本組成有：音源選擇、輸入放大和音質(zhì)控制等電路。前置放大電路功能有兩個(gè)：一是要選擇所需要的音源信號(hào)，并前置放大器,放大到額定電平；二是要進(jìn)行各種音質(zhì)控制，以美化聲音。 音源選擇電路的作用是選擇所需的音源信號(hào)送入后級(jí)，同時(shí)關(guān)閉其他音源通道。輸入放大器的作用是將音源信號(hào)放大到額定電平，通常是1V左右。音質(zhì)控制的作用是使音響系統(tǒng)的頻率

52、特性可以控制，以達(dá)到高保真的音質(zhì)；或者根據(jù)聆聽者的愛好，修飾與美化聲音。3.3 數(shù)據(jù)處理電路濾波器是一種選頻裝置，可以使信號(hào)中特定的頻率成分通過，而極大地衰減其它頻率成分。在測(cè)試裝置中，利用濾波器的這種選頻作用，可以濾除干擾噪聲或進(jìn)行頻譜分析。任何一種信息傳輸?shù)耐ǖ烂劫|(zhì)都可視為是一種濾波器。因?yàn)槿魏窝b置的響應(yīng)特性都是激勵(lì)頻率的函數(shù)，都可用頻域函數(shù)描述其傳輸特性。因此，構(gòu)成測(cè)試系統(tǒng)的任何一個(gè)環(huán)節(jié)，諸如機(jī)械系統(tǒng)、電氣網(wǎng)絡(luò)、儀器儀表甚至連接導(dǎo)線等，都將在一定頻率范圍內(nèi)，按其頻域特性，對(duì)所通過的信號(hào)進(jìn)行變換與處理。如下圖3-5所示：圖3-5 濾波器電路圖本文所述內(nèi)容屬于模擬濾波范圍。主要介紹模擬濾波電

53、路原理、種類、數(shù)學(xué)模型、主要參數(shù)、RC濾波器設(shè)計(jì)。盡管數(shù)字濾波技術(shù)已得到廣泛應(yīng)用，但模擬濾波在自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)控制以及電子測(cè)量?jī)x器中仍被廣泛應(yīng)用。（1）紋波幅度d在一定頻率范圍內(nèi)，實(shí)際濾波器的幅頻特性可能呈波紋變化，其波動(dòng)幅d與幅頻特性的平均值相比，越小越好，一般應(yīng)遠(yuǎn)小于-3dB。（2）截止頻率fc幅頻特性值等于0.707所對(duì)應(yīng)的頻率稱為濾波器的截止頻率。作為參考值，0.707對(duì)應(yīng)于-3dB點(diǎn)，即相對(duì)于衰減3dB。若以信號(hào)的幅值平方表示信號(hào)功率，則所對(duì)應(yīng)的點(diǎn)正好是半功率點(diǎn)。（3）帶寬B和品質(zhì)因數(shù)Q值上下兩截止頻率之間的頻率范圍稱為濾波器帶寬，或-3dB帶寬，單位為Hz。帶寬決定著濾波器分離信號(hào)中

54、相鄰頻率成分的能力頻率分辨力。在電工學(xué)中，通常用Q代表諧振回路的品質(zhì)因數(shù)。在二階振蕩環(huán)節(jié)中，Q值相當(dāng)于諧振點(diǎn)的幅值增益系數(shù)。對(duì)于帶通濾波器，通常把中心頻率和帶寬之比稱為濾波器的品質(zhì)因數(shù)Q。例如一個(gè)中心頻率為500Hz的濾波器，若其中-3dB帶寬為10Hz，則稱其Q值為50。Q值越大，表明濾波器頻率分辨力越高。（4）倍頻程選擇性在兩截止頻率外側(cè)，實(shí)際濾波器有一個(gè)過渡帶，這個(gè)過渡帶的幅頻曲線傾斜程度表明了幅頻特性衰減的快慢，它決定著濾波器對(duì)帶寬外頻率成分衰阻的能力。通常用倍頻程選擇性來表征。所謂倍頻程選擇性，是指在上截止頻率fc2與2fc2之間，或者在下截止頻率fc1與fc1/2之間幅頻特性的衰減

55、值，即頻率變化一個(gè)倍頻程時(shí)的衰減量。由壓力傳感電路輸出的信號(hào)，包括袖帶壓信號(hào)、脈搏波信號(hào)和大量的噪聲。模擬信號(hào)處理的主要任務(wù)就是從信號(hào)中提取袖帶壓信號(hào)和脈搏波信號(hào)然后將信號(hào)輸出給A/D轉(zhuǎn)換電路。濾波電路是一種頻域變化電路，可以讓適合頻段的信號(hào)順利通過，并將信號(hào)放大，濾波電路分為有源濾波電路和無源濾波電路，本次設(shè)計(jì)采用的是有源濾波電路。濾波電路按照頻域性能可分為全通、低通、高通、帶通、帶阻五種。下面我們來分別介紹一下幾種濾波電路的特點(diǎn)：低通濾波電路主要用于使低頻信號(hào)通過，減弱高次諧波或較高頻率的干擾和噪聲。高通濾波電路主要用于有效頻率較高，而又必須消除低頻和直流信號(hào)影響的地方。電阻電容耦合電路，

56、就有效地隔離了零點(diǎn)漂移等慢變化和兩級(jí)的直流信號(hào)。帶通濾波電路主要用于選擇有用頻段信號(hào)，而消除其他非有用頻段的信號(hào)、干擾和噪聲。帶阻濾波電路主要是消除某指定頻段的信號(hào)，而允許非指定頻段的所有信號(hào)通過。3.4 轉(zhuǎn)換電路經(jīng)過低通濾波器和帶通濾波器得到的信號(hào)為模擬信號(hào)，單片機(jī)無法對(duì)其進(jìn)行識(shí)別，就需要把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)。如圖3-6所示：圖3-6 A/D轉(zhuǎn)換電路 ADC0809主要信號(hào)引腳的功能說明如下： ALE地址鎖存允許信號(hào)。對(duì)應(yīng)ALE上跳沿，A、B、C地址狀態(tài)送入地址鎖存器中。 START轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)。START上升沿時(shí)，復(fù)位ADC0809；START下降沿時(shí)啟動(dòng)芯片，開始進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換；在A

57、/D轉(zhuǎn)換期間，START應(yīng)保持低電平。本信號(hào)有時(shí)簡(jiǎn)寫為ST。A、B、C地址線。通道端口選擇線，A為低地址，C為高地址，引腳圖中為ADDA，ADDB和ADDC。CLK時(shí)鐘信號(hào)。ADC0809的內(nèi)部沒有時(shí)鐘電路，所需時(shí)鐘信號(hào)由外界提供，因此有時(shí)鐘信號(hào)引腳。通常使用頻率為500KHz的時(shí)鐘信號(hào)。EOC轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)。EOC=0,正在進(jìn)行轉(zhuǎn)換；EOC=1,轉(zhuǎn)換結(jié)束。使用中該狀態(tài)信號(hào)即可作為查詢的狀態(tài)標(biāo)志，又可作為中斷請(qǐng)求信號(hào)使用。D7D0數(shù)據(jù)輸出線。為三態(tài)緩沖輸出形式，可以和單片機(jī)的數(shù)據(jù)線直接相連。D0為最低位，D7為最高。OE輸出允許信號(hào)。用于控制三態(tài)輸出鎖存器向單片機(jī)輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。OE=0，輸

58、出數(shù)據(jù)線呈高阻；OE=1，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。A/D轉(zhuǎn)換器是將幅值連續(xù)和時(shí)間連續(xù)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為時(shí)間離散、幅值也離散的二進(jìn)制數(shù)字輸出信號(hào)的電路。A/D轉(zhuǎn)換器一般經(jīng)過采樣、保持、量化、及編碼四個(gè)過程，在實(shí)際電路中，有些過程是合并進(jìn)行的，例如采樣、保持、量化和編碼的轉(zhuǎn)化過程是同時(shí)實(shí)現(xiàn)的，A/D轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)據(jù)應(yīng)及時(shí)傳送給單片機(jī)進(jìn)行處理。數(shù)據(jù)傳送的關(guān)鍵問題是如何確認(rèn)A/D轉(zhuǎn)換的完成，因?yàn)橹挥写_認(rèn)完成后，才能進(jìn)行傳送。為此可采用下述三種方式: （1）定時(shí)傳送方式對(duì)于一種A/D轉(zhuǎn)換其來說，轉(zhuǎn)換時(shí)間作為一項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)是已知的和固定的。例如ADC0809轉(zhuǎn)換時(shí)間為128s，相當(dāng)于6MHz的MCS-51單片機(jī)共

59、64個(gè)機(jī)器周期?？蓳?jù)此設(shè)計(jì)一個(gè)延時(shí)子程序，A/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)后即調(diào)用此子程序，延遲時(shí)間一到，轉(zhuǎn)換肯定已經(jīng)完成了，接著就可進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。（2）查詢方式A/D轉(zhuǎn)換芯片由表明轉(zhuǎn)換完成的狀態(tài)信號(hào)，例如ADC0809的EOC端。因此可以用查詢方式，測(cè)試EOC的狀態(tài)，即可卻只轉(zhuǎn)換是否完成，并接著進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。（3）中斷方式把表明轉(zhuǎn)換完成的狀態(tài)信號(hào)（EOC）作為中斷請(qǐng)求信號(hào)，以中斷方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。不管使用上述那種方式，只要一旦確定轉(zhuǎn)換完成，即可通過指令進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。首先送出口地址并以信號(hào)有效時(shí)，OE信號(hào)即有效，把轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)送上數(shù)據(jù)總線，供單片機(jī)接受。不管使用上述那種方式，只要一旦確認(rèn)轉(zhuǎn)換結(jié)束，便可通過指令進(jìn)行數(shù)

60、據(jù)傳送。所用的指令為MOVX讀指令，則有MOV DPTR , #FE00H MOVX A , DPTR該指令在送出有效口地址的同時(shí)，發(fā)出有效信號(hào)，使ADC0809的輸出允許信號(hào)OE有效，從而打開三態(tài)門輸出，是轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)總線送入累加器中。3.5 復(fù)位電路復(fù)位電路是由復(fù)位引腳來實(shí)現(xiàn)的。復(fù)位引腳RST通過一個(gè)斯密特觸發(fā)器與復(fù)位電路相連，斯密特觸發(fā)器用來抑制噪聲，在每個(gè)機(jī)器周期內(nèi)，斯密特觸發(fā)器的輸出電平由復(fù)位電路采樣一次，然后才能得到內(nèi)部復(fù)位操作所需要的信號(hào)。如下圖3-7所示：圖3-7 復(fù)位電路圖 上電復(fù)位：上電復(fù)位電路是種簡(jiǎn)單的復(fù)位電路，只要在RST復(fù)位引腳接一個(gè)電容到Vcc，接一個(gè)電阻到

61、地就可以了。上電復(fù)位是指在給系統(tǒng)上電時(shí)，復(fù)位電路通過電容加到RST復(fù)位引腳一個(gè)短暫的高電平信號(hào)，這個(gè)復(fù)位信號(hào)隨著Vcc對(duì)電容的充電過程而回落，所以RST引腳復(fù)位的高電平維持時(shí)間取決于電容的充電時(shí)間。為了保證系統(tǒng)安全可靠的復(fù)位，RST引腳的高電平信號(hào)必須維持足夠長(zhǎng)的時(shí)間。上電自動(dòng)復(fù)位是通過外部復(fù)位電路的電容充電來實(shí)現(xiàn)的。只要Vcc的上升時(shí)間不超過1ms，就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上電復(fù)位。3.6 按鍵電路按鍵的開關(guān)狀態(tài)通過一定的電路轉(zhuǎn)換為高、低電平狀態(tài)。按鍵閉合過程在相應(yīng)的I/O端口形成一個(gè)負(fù)脈沖。閉合和釋放過程都要經(jīng)過一定的過程才能達(dá)到穩(wěn)定，這一過程是處于高、低電平之間的一種不穩(wěn)定狀態(tài)，稱為抖動(dòng)。抖動(dòng)持續(xù)時(shí)間的常長(zhǎng)短與開關(guān)的機(jī)械特性有關(guān)，一般在5-10ms之間。為了避免CPU多次處理按鍵的一次閉合，應(yīng)采用措施消除抖動(dòng)。本文采用的是獨(dú)立式按鍵，直接用I/O口線構(gòu)成單個(gè)按鍵電路，每個(gè)按鍵占用一條I/O口線，每個(gè)按鍵的工作狀態(tài)不會(huì)產(chǎn)生互相影響。E2口表示測(cè)量數(shù)值的的切換，程序默認(rèn)為測(cè)量血壓值，當(dāng)按下該開關(guān)，使輸入為低電平時(shí)，表示當(dāng)前執(zhí)行的是血壓測(cè)量，并有綠發(fā)光二極管顯示。再按鍵，使鍵抬起，輸入維高電平時(shí)，表示當(dāng)前執(zhí)行的是體溫測(cè)量，用藍(lán)發(fā)光二級(jí)管顯示。如下圖3-8所示：圖3-8