便攜式數(shù)字血壓計電路的設(shè)計(共38頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 便攜式數(shù)字血壓計電路的設(shè)計學(xué) 生：鐘 杰學(xué) 號：專 業(yè)：生物醫(yī)學(xué)工程班 級：2009.2指導(dǎo)教師：孫 靜 四川理工學(xué)院自動化與電子信息學(xué)院二O一三年六月專心-專注-專業(yè)便攜式數(shù)字血壓計電路的設(shè)計摘要：現(xiàn)在很多家庭都需要電子血壓計測量血壓，因此設(shè)計出高性價比的電子血壓計具有良好的前景。人們可以自己測量自身的血壓值，為預(yù)防心血管疾病提供了有效的幫助。本文將介紹一種通過運用示波法原理，選用MPX5050GP傳感器和AT89C51單片機以及1602液晶顯示器等元器件設(shè)計的便攜式數(shù)字血壓計。該電子血壓計具有體積小、測量快速準確、使用方便等特點。關(guān)鍵詞：A

2、T89C51；MPX5050GP；示波法；液晶顯示Circuit design of the portable digital blood pressure meterZHONG Jie(Sichuan University of Science and Engineering, Zigong, China, )Abstract：Nowadays many families are in need of electronic sphygmomanometer to measure their blood pressure, so the design of electronic sphygmo

3、manometer with high performance-to-price ratio meter has a good prospects.People can measure their blood pressure help for the prevention of cardiovascular disease.This paper will introduce a by using the oscillometric method, MPX5050GP sensor and AT89C51 SCM and the 1602 liquid crystal display to d

4、esign a electronic sphygmomanometer.The eelectronic sphygmomanometer has the advantages of small size, fast and accurate measurement, convenient use etc. Key words：AT89C51;MPX5050GP;The oscillometric method;Liquid-crystal display 目 錄第1章 前 言1.1 電子血壓計設(shè)計背景現(xiàn)代社會人們的生活壓力比較大，由此帶來了很多的健康隱患，心血管疾病正在逐漸的往低齡化的方向發(fā)展

5、。2010 年調(diào)查結(jié)果顯示，我國平均每五個家庭就有兩個高血壓患者，慢性低血壓的患病率增至4.8%，在老年人中更高達11.8%。高血壓容易引發(fā)腦血管疾病，引起腎臟病，引起猝死，導(dǎo)致多種病變。為了做到對自己的身體健康程度有一定的了解，經(jīng)常測量自己的血壓值是一個很好的方法，起到了預(yù)防各種心血管疾病的重要作用。因此，設(shè)計一款體積小，攜帶方便，測量精準、使用方便的電子血壓計具有重要的意義。1.2 電子血壓計設(shè)計目的 電子血壓計設(shè)計目的在于相對于水銀血壓計的專業(yè)性操作而言方便了個人的使用，利于普遍家庭的推廣使用。給被測者提供次數(shù)較多的血壓測量值，由此便于醫(yī)生更準確的診斷病情。電子血壓計體積小，方便攜帶，其

6、相對于水銀血壓計更加環(huán)保安全。1.3 電子血壓計現(xiàn)狀電子血壓計從使用原理上經(jīng)歷了聽診法和示波法兩個階段。目前，只有極少數(shù)的公司生產(chǎn)的血壓計是基于聽診法的，大多數(shù)主流企業(yè)都是采用的示波法。雖然相對于水銀血壓計來說，示波法電子血壓計的可靠性和準確性都有較大的提高。但受測量系統(tǒng)因素和人體生理因素的影響，示波法電子血壓計的準確性，尤其是重復(fù)性仍然不盡如人意。這也是本設(shè)計將面臨的一大挑戰(zhàn)。電子血壓計在普通家庭中具有良好的推廣性，為人體血壓測量及各種心血管疾病的預(yù)防起到了積極作用。目前國際上發(fā)達國家普遍禁止使用水銀柱式血壓計，而采用精度更高的電子血壓計。當(dāng)今社會可持續(xù)發(fā)展的主題是“低碳、環(huán)保、健康”，我們

7、國家將于2013年全面禁止使用水銀，這也標志著屬于傳統(tǒng)水銀血壓計的王朝將要落下帷幕。因此傳統(tǒng)水銀血壓計將會被電子血壓計所取代，可以預(yù)見本次設(shè)計的便攜式數(shù)字血壓計將會有非常廣闊的發(fā)展前景。1.4 本章小結(jié) 本章通過對血壓計的一些發(fā)展情況進行了解，并且說明了電子血壓計設(shè)計目的。血壓很多時候是衡量人體健康與否的標準，因此血壓計對于每個人來講具有重要的作用。設(shè)計出一款經(jīng)濟高效的電子血壓計具有重要的意義，由此引出本次關(guān)于便攜式數(shù)字血壓計電路的設(shè)計。 第2章 基本理論及方案論證2.1 血壓計簡介2.1.1 血壓計的特點電子血壓計通過壓電傳感器和單片機以及液晶顯示器等主要電子元器件構(gòu)成。利用袖帶靜態(tài)壓力與袖

8、帶動脈壓力波的對應(yīng)關(guān)系，以此測量出人體的平均壓、收縮壓、舒張壓。12傳統(tǒng)的水銀血壓計由于體積較大不利于攜帶。其測量血壓方法的難度系數(shù)較大，不利于普通家庭的推廣使用。尤其是水銀血壓計里面含有水銀，水銀是劇毒物質(zhì)，不利于環(huán)保健康的需要，因此更加限制了水銀血壓計的推廣。電子血壓計相對于傳統(tǒng)的水銀血壓計具有體積小，攜帶方便，測量準確，使用方便，不含水銀無毒無害的特點，其不斷地被廣大的家庭接受認可，具有很好的推廣性和發(fā)展空間。2.1.2 使用中注意事項1.電子血壓計的設(shè)計是面向所有家庭成員的，所以測量的位置是在上臂，在測量的時候，袖帶要與心臟保持水平，手心向上，前臂與肘很自然的放在桌上面。2.測量的環(huán)境

9、應(yīng)該保持安靜，時刻保持心情的平靜，測量前休息15分鐘，深呼吸5次，進行測量。3.由于人體一天處在不同的時間段，血壓值是不一樣的，所以測量應(yīng)該每天在相同的時間，用同樣的姿勢進行血壓的測量。4.在運動后或者飯后的一個半小時才能進行血壓的測量。5.被測者應(yīng)該保持平靜樂觀的心情，不要心慌和過度緊張。32.2 血壓的測量方法2.2.1 血壓的定義當(dāng)心臟收縮時，從心室攝入的血液對血管壁產(chǎn)生的側(cè)壓力，這時血壓最大，此時內(nèi)壁的壓力稱為收縮壓。正常的收縮壓范圍95140mmHg。當(dāng)心臟舒張末期，血液暫時停止攝入動脈，而已經(jīng)流入動脈的血液靠血管壁的彈性和張力的作用，繼續(xù)流動，對血管壁仍有壓力，這時候的血壓稱為舒張

10、壓。正常的舒張壓范圍6090mmHg。（1mmHg=0.133KPa）12.2.2 血壓的測量方法血壓的測量可分為直接測量法和間接測量法兩種。直接測量法是一種有創(chuàng)測量法，通過在血管內(nèi)放置導(dǎo)管后測得的血壓。在危重病人如心臟手術(shù)病人、深度昏迷休克病人和大型手術(shù)時，對血壓進行實時變化的監(jiān)測具有很重要的臨床價值，這就需要采用有創(chuàng)血壓監(jiān)測技術(shù)來實現(xiàn)。間接測量法又叫無創(chuàng)測量法，也就是不通在血管內(nèi)放置導(dǎo)管而是通過間接測得的血壓。當(dāng)今社會醫(yī)療都提倡無創(chuàng)檢測和無創(chuàng)治療，因此血壓計的發(fā)展將會往無創(chuàng)的方向發(fā)展。間接測量法又分為聽診法和示波法。聽診法又叫，柯氏音法也就是我們通常所見到的醫(yī)務(wù)人員用的水銀血壓計進行測量血

11、壓的方法。聽診法測量血壓所用的血壓計由氣球、袖帶和檢壓計三部分組成?，F(xiàn)在一般醫(yī)院使用的是水銀血壓計，是基于柯氏音聽診法。醫(yī)生可以通過用聽診器聽動脈血管的不同聲音，來判斷收縮壓和舒張壓的值。但聽診法存在著一些缺點：一是確定舒張壓比較困難；二是此方法憑人的視覺和聽覺來進行判別，在判斷的過程中人的情緒、反應(yīng)能力、所處環(huán)境的噪聲、測量環(huán)境的溫度等因素都會影響人的主觀判斷能力，使測量結(jié)果存在較大誤差。該方法對醫(yī)務(wù)人員的技術(shù)要求比較高，不適宜在廣大的家庭中推廣使用。在7080年代發(fā)展起來的一種電子測量血壓的方法。它的基本原理是把人工柯氏音法用電子技術(shù)來完成。判斷方法是用計算機代替了人的判斷。這種方法減輕了

12、醫(yī)生的勞動強度，一致性比較好，但是易受外界干擾，即外界的其他聲音振動等都會影響測量準確度。不同人的脈搏強弱也對測量結(jié)果有一定影響。所以，目前大多數(shù)醫(yī)院使用的無創(chuàng)血壓監(jiān)護設(shè)備都采用的示波法原理。12示波法也叫測振法，是90年代發(fā)展起來的一種比較先進的電子測量方法。示波法血壓計的測量采用充氣袖套來阻斷上臂動脈血流，從而進行血壓測量。通過建立收縮壓、舒張壓、平均壓與袖帶動脈壓力波的關(guān)系來判別血壓。與柯氏音法血壓計相比較,示波法適用范圍廣,不依賴于柯氏音,抗環(huán)境干擾能力強,并且動脈壓力波信號頻率較低, 適于計算機處理, 能測出較準確的血壓，還便于采用電子線路加以實現(xiàn), 其測量結(jié)果與柯氏音法有著統(tǒng)計上的

13、一致性。常見的判別法有突變點準則、固定比率計算法。在突變點準則的方法中由于背景噪音和個體差異，給特征點的確定帶來了困難。固定比率計算法是根據(jù)動脈壓力波振幅與氣袖壓力之間的關(guān)系來判斷血壓的。與動脈壓力波最大幅值對應(yīng)的是平均壓,收縮壓和舒張壓通過對應(yīng)動脈壓力波最大振幅的比例來計算。12.3 血壓測量工作原理 本次設(shè)計的便攜式數(shù)字血壓計測量將采用示波法原理。示波法又叫測振法，是通過建立平均壓、收縮壓和舒張壓與動脈壓力波的關(guān)系來判別血壓。示波法是通過袖帶靜態(tài)壓力與動脈壓力波的同時記錄來測量血壓。對袖帶進行充氣時，本次設(shè)計對袖帶充氣到200mmHg，當(dāng)袖帶壓力大于收縮壓時，動脈關(guān)閉，袖帶由于近端脈搏的振

14、動沖擊，會出現(xiàn)小幅度的震蕩波。隨著袖帶以35mmHg/s的速度進行放氣時，當(dāng)袖帶壓力小于等于收縮壓時，波幅開始增大。當(dāng)袖帶壓力等于平均壓的時候，動脈的管壁處于去負荷狀態(tài)，波幅達到最大。當(dāng)袖帶壓力小于平均壓時，波幅逐漸減小。當(dāng)袖帶壓力小于舒張壓時，動脈管壁已經(jīng)充分擴張，管壁剛性增加，波幅又維持在了較小的幅度。示波法的關(guān)鍵在于找到靜態(tài)壓力與動脈壓力波的關(guān)系。116關(guān)于示波法血壓的判定方法主要有兩種：突變點準則、固定比率計算法。突變點準則的判定方式為根據(jù)收縮壓與舒張壓對應(yīng)的脈搏包絡(luò)點的變化陡度較大，而平均壓對應(yīng)的脈搏包絡(luò)點變化陡度最小的特點，對脈搏包絡(luò)進行微分，從而分別得到對應(yīng)的收縮壓、舒張壓和平均

15、壓。但是由于背景噪聲和個體的差異，給特征點的確定帶來了困難。目前設(shè)計大多采用固定比率計算法，該方法認為袖帶內(nèi)振動信號幅度達到最大值對應(yīng)的袖帶壓力為平均壓，目前，該準則基本得到了公認。本次設(shè)計也采用固定比例計算法，判斷方法是先找出壓力脈搏波信號的最大振幅值 Amax ,在往前找出振幅值為0. 5Amax的瞬態(tài)位置對應(yīng)血壓直流分量即為收縮壓,往后找幅值為0. 8Amax的瞬態(tài)位置對應(yīng)血壓直流分量即為舒張壓，最終通過相應(yīng)的運算處理在液晶顯示器上面顯示測量結(jié)果。其中靜態(tài)壓力信號與動脈壓力波信號對應(yīng)關(guān)系如圖2-1所示：1 圖2-1 靜態(tài)壓力信號與動脈壓力波信號對應(yīng)關(guān)系2.4 方案論證2.4.1 設(shè)計總體

16、要求本設(shè)計以壓力傳感器、單片機、液晶顯示器等元器件為主體，通過外圍電路的連接，設(shè)計構(gòu)成便攜式數(shù)字血壓計。其必須滿足能夠測量出人體的血壓信號，能夠進行收縮壓和舒張壓的判別以及進行相應(yīng)的運算，能夠在液晶顯示器上顯示出所測得的收縮壓與舒張壓的值。該電子血壓計采用示波法原理，通過置于袖帶內(nèi)的壓電傳感器將袖帶內(nèi)的靜態(tài)壓力和動脈壓力波轉(zhuǎn)化為比較微弱的電信號輸出，然后信號分為兩路進行放大濾波分別得到靜態(tài)壓力和動脈壓力波信號，再通過A/D（模數(shù)）轉(zhuǎn)換器分別將信號轉(zhuǎn)為數(shù)字信號，最后進入單片機，通過主程序的處理計算，最終在液晶顯示器上面顯示出收縮壓與舒張壓的測量值。45本設(shè)計要求壓力傳感器具有較高的靈敏度，性能穩(wěn)

17、定，滿足長期重復(fù)使用的條件。要求模數(shù)轉(zhuǎn)換器具有工作穩(wěn)定，性價比高的特點。微處理器必須能夠?qū)⒎磻?yīng)袖帶壓力和動脈壓力波的數(shù)字信號進行處理運算，得到相應(yīng)的收縮壓和舒張壓的值，且工作性能必須穩(wěn)定，功耗較低。顯示器通過與微處理器進行相應(yīng)的連接，準確顯示出測量的值，要求其具有低功耗，體積小，顯示清晰的特點。2.4.2 設(shè)計的總體框圖本設(shè)計通過運用單片機對袖帶的充放氣進行控制，使得壓力傳感器產(chǎn)生相應(yīng)的信號，通過A/D轉(zhuǎn)換器，最終經(jīng)過單片機的計算處理，通過液晶顯示器顯示出測量的結(jié)果。硬件原理框圖如圖2-2所示:單片機 A/D轉(zhuǎn)換器液晶顯 示器 壓力傳感器 氣泵 袖帶 按鍵 放氣閥 圖2-2 硬件原理框圖2.4

18、.3 根據(jù)設(shè)計要求對比選擇硬件根據(jù)本次設(shè)計的硬件原理對本次設(shè)計的硬件進行最終的對比選擇，主要在壓力傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器、單片機、液晶顯示器的選擇上面。本次設(shè)計的便攜式數(shù)字血壓計具有體積小、攜帶方面、測量準確、使用方便的特點，并且具有良好的推廣使用性。在硬件的選擇上面將在優(yōu)先滿足上述總體的要求下，選用技術(shù)先進、性價比高的電子元件。血壓計的傳感器是壓力傳感器。本次設(shè)計的一大關(guān)鍵在于設(shè)計出測量準確的血壓計，因此壓力傳感器的選擇顯得格外的重要。人體的血壓信號一般為V與mV之間的低頻小信號，信噪比低，因此對傳感器的要求很高。本次設(shè)計要求所選用的壓力傳感器具有靈敏度高、良好的線性度、性能穩(wěn)定、長期重復(fù)使用

19、的特點。MPX5050GP和BP300APM壓力傳感器是電子血壓計中常用的傳感器，都具備了較高的靈敏度、良好的線性度、工作性能可靠穩(wěn)定。但是MPX5050GP在性能上面更為出色，其采用了摩托羅拉公司的多項專利技術(shù)，使得靈敏度極高，且內(nèi)部還內(nèi)置了運算放大器，對測量的血壓信號進行放大，袖帶靜態(tài)壓力可以直接接到A/D轉(zhuǎn)換器上面，這是BP300APM所不具備的。因此，經(jīng)過對比，本次設(shè)計選用了性能更加優(yōu)越的MPX5050GP壓力傳感器。614血壓計的設(shè)計中，要對測量的信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，由于測量的信號有靜態(tài)壓力信號和動脈壓力波兩種信號，因此對于模數(shù)轉(zhuǎn)換至少需要兩個通道，MAX197和ADC0832都是性能

20、優(yōu)越的A/D轉(zhuǎn)換器。MAX197具有良好的兼容性，且轉(zhuǎn)換的時間可以達到6S。ADC0832具有體積小，兼容性良好、性價比高的特點，轉(zhuǎn)換時間為32S，相對于MAX197來講所花時間會多一些，但是能夠達到本次設(shè)計的要求。更重要的是ADC0832具有雙通道A/D轉(zhuǎn)換的特點。由于本次設(shè)計有兩種信號需要轉(zhuǎn)換，若用MAX197，則會用兩個，若用ADC0832，一個就可以滿足要求。在考慮到電路簡單化、經(jīng)濟化，本次設(shè)計將選用A/D轉(zhuǎn)換芯片ADC0832。715單片機是設(shè)計的核心部件，主要運用于對信號的處理和對外部其他硬件的控制。電子血壓計中常用的單片機有很多，例如MSP430、PIC16系列單片機，這些單片機

21、價格相對較高，通過對單片機的熟悉和了解程度以及考慮到制作成本的問題，本次設(shè)計選擇了AT89C51單片機。該單片機可以大幅度降低成本，同時足以滿足設(shè)計的要求，在產(chǎn)品中具有很強大的競爭優(yōu)勢。8對于液晶顯示器的選擇，低功耗是首要考慮的對象，其次優(yōu)先選擇顯示清晰、體積小的液晶顯示器。本次設(shè)計選用1602LCD，它具有功耗低、超薄輕巧的特點，非常適合本次設(shè)計的要求。92.5 本章小結(jié) 本章通過對電子血壓計的特點和血壓測量的方法進行介紹，根據(jù)本次血壓計設(shè)計的特點來對比選擇相關(guān)的硬件元器件。通過對比選擇，在滿足本次設(shè)計要求的前提下，選擇性價比高的硬件模塊，由此設(shè)計出的電子血壓計具有高的性價比，也更具有競爭的

22、優(yōu)勢。第3章 元器件介紹及硬件電路的設(shè)計3.1 元器件介紹3.1.1 MPX5050GP傳感器簡介MPX5050GP是摩托羅拉公司生產(chǎn)的一款采用離子注入工藝生產(chǎn)的壓力傳感器，其壓敏電阻元件利用離子注入工藝光刻在單個膜片上，同時采用計算機控制的激光修正技術(shù)，使得MPX5050GP壓力傳感器精度極高，具有廣泛的應(yīng)用范圍。MPX5050GP傳感器內(nèi)置了運算放大器，使得其模擬輸出的電壓正比于所測量的壓力值和其正常工作的偏置電壓。由于其采用了摩托羅拉公司的多項專利技術(shù)，因而該傳感器具有良好的線性度，且長期重復(fù)性好。MPX5050GP的內(nèi)部構(gòu)造如圖3-1所示：圖3-1 MPX5050GP內(nèi)部構(gòu)造該傳感器的

23、內(nèi)部集成了一個X型壓敏傳感器，一個用于修正輸出誤差大小的電阻補償網(wǎng)絡(luò)，一個運放和一個輸出電路。正常工作時傳感器所探測的壓力信號首先轉(zhuǎn)換為一電壓信號，然后電阻補償網(wǎng)絡(luò)對該電壓信號進行補償，使之與所探測的壓力信號滿足一定的線性關(guān)系，最后經(jīng)運放對該電壓信號進行放大，并輸出。引腳功能如表3-1所示： 引腳號 符號 功能 1 Vout 傳感器輸出端 2 Vss 接地端 3 Vdd 電源正端 4、5、6 內(nèi)部連接腳，使用時，禁止和電路連接 表3-1 MPX5050GP引腳功能性能參數(shù)如表3-2所示：測試參數(shù)單位最小典型最大壓力測量范圍KPa050工作電壓V4.7555.25工作電流mA710輸出電壓范圍（

24、085，Vs=5V）V0.24.7精度%2.5靈敏度mV/KPa90預(yù)熱時間ms20表3-2 MPX5050GP性能參數(shù) 根據(jù)該傳感器的良好線性度得出公式:Vout=Vdd*(0.018*P+0.04)，其中Vdd為5V，Vout為輸出電壓，單位V，P為傳感器受到壓力，單位KPa。6143.1.2 ADC083芯片簡介 ADC0832是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的一種8位分辨率、雙通道A/D轉(zhuǎn)換芯片。由于它體積小，兼容性強，性價比高而深受單片機愛好者及企業(yè)歡迎，其目前已經(jīng)有很高的普及率。ADC0832具有以下特點：􀂄 8位分辨率；􀂄 雙通道A/D轉(zhuǎn)換；h

25、8708; 輸入輸出電平與TTL/CMOS相兼容；􀂄 5V電源供電時輸入電壓在05V之間；􀂄 工作頻率為250KHZ，轉(zhuǎn)換時間為32S；􀂄 一般功耗僅為15mW；􀂄 8P、14PDIP（雙列直插）、PICC多種封裝；􀂄 商用級芯片溫寬為0°C+70°C，工業(yè)級芯片溫寬為40°C+85°C； ADC0832接口示意圖如圖3-2所示: 圖3-2 ADC0832接口示意圖 ADC0832芯片接口說明：CS_ 片選使能，低電平芯片使能。CH0 模擬輸入通道0，或作為IN+/

26、-使用。CH1 模擬輸入通道1，或作為IN+/-使用。GND 芯片參考0電位（地）。DI 數(shù)據(jù)信號輸入，選擇通道控制。DO 數(shù)據(jù)信號輸出，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出。CLK 芯片時鐘輸入。Vcc/REF 電源輸入及參考電壓輸入（復(fù)用）。73.1.3 AT89C51單片機簡介AT89C51是一種帶4K字節(jié)FLASH存儲器的低電壓、高性能CMOS 8位微處理器，俗稱單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除1000次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制

27、器。AT89C51單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。其主要特性如下：與MCS-51 兼容 ；4K字節(jié)可編程FLASH存儲器；壽命：1000寫/擦循環(huán)；數(shù)據(jù)保留時間：10年；全靜態(tài)工作：0Hz-24MHz；三級程序存儲器鎖定；128×8位內(nèi)部RAM；32可編程I/O線；兩個16位定時器/計數(shù)器；5個中斷源；可編程串行通道；低功耗的閑置和掉電模式；片內(nèi)振蕩器和時鐘電路；AT89C51單片機封裝如圖3-3所示：圖3-3 AT89C51單片機封裝圖 AT89C51單片機管腳說明： VCC：供電電壓。 GND：接地。 P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可

28、吸收8TTL門電流。當(dāng)P0口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的低八位。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須接上拉電阻。 P1口：P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為低八位地址接收。 P2口：P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當(dāng)

29、P2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。 P3口：P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是

30、由于上拉的緣故。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下所示： P3.0 RXD（串行輸入口）； P3.1 TXD（串行輸出口）； P3.2 /INT0（外部中斷0）； P3.3 /INT1（外部中斷1）； P3.4 T0（計時器0外部輸入）； P3.5 T1（計時器1外部輸入）； P3.6 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）； P3.7 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）； P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。 RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。 ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的低位字節(jié)。在F

31、LASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令時ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。 /PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。 /EA/VPP：當(dāng)/EA保

32、持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。 振蕩器特性:XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅(qū)動器件，XTAL2應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必

33、須保證脈沖的高低電平要求的寬度。83.1.4 1602液晶顯示器簡介 該液晶顯示器具有微功耗、體積小、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧，常用在袖珍式儀表和低功耗應(yīng)用系統(tǒng)中。 1602液晶顯示器引腳圖如圖3-4所示: 圖3-4 1602液晶顯示器引腳圖 1602采用標準的16腳接口，其中： 第1腳：VSS為電源地。 第2腳：VCC接5V電源正極。 第3腳：V0為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高（對比度過高時會 產(chǎn)生“鬼影”，使用時可以通過一個10K的電位器調(diào)整對比度）。 第4腳：RS為寄存器選擇，高電平1時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平0時選擇指令寄存器。 第5腳：RW為讀寫信號

34、線，高電平(1)時進行讀操作，低電平(0)時進行寫操作。 第6腳：E(或EN)端為使能(enable)端,高電平（1）時讀取信息，負跳變時執(zhí)行指令。 第714腳：D0D7為8位雙向數(shù)據(jù)端。第1516腳：空腳或背燈電源。15腳背光正極，16腳背光負極。3.2 硬件電路的設(shè)計3.2.1 傳感器與A/D轉(zhuǎn)換器電路的設(shè)計由于從壓力傳感器出來的信號是靜態(tài)壓力信號與動脈壓力波的混合信號，還夾雜著來自外界的高頻干擾和低頻分量。傳感器內(nèi)部具有補償電路和運放電路，對測得的信號具有一定的放大功能，但是對動脈壓力波信號的放大有限，因此需要對動脈壓力波信號進行進一步的濾波放大，然后連接到A/D轉(zhuǎn)換器。靜態(tài)壓力信號可以

35、直接接到A/D轉(zhuǎn)換器上面。濾波器由兩個截止頻率RC網(wǎng)絡(luò)組成，根據(jù)f=1/（2RC），本次設(shè)計設(shè)定通過的動脈壓力波頻率為0.55Hz, 因此取R1=1M，C1=0.33F，R2=1K，C2=33F。此電路提取出了動脈壓力波信號，還要對其進行放大，本次設(shè)計將放大倍數(shù)設(shè)計為150倍，由此可以使得信號定位在A/D轉(zhuǎn)換器靈敏度較高的區(qū)域，可以提高采集的精度。1011傳感器的輸出信號有靜態(tài)壓力信號與動脈壓力波信號，靜態(tài)壓力信號經(jīng)過了傳感器內(nèi)部放大可以直接接ADC0832，動脈壓力波信號要進行濾波放大后再接到ADC0832,通過了模數(shù)轉(zhuǎn)換以后與單片機P2.1口進行連接。P2.1即為信號的輸入口。綜上所述，傳

36、感器及A/D轉(zhuǎn)換器的硬件電路圖如圖3-5所示：圖3-5 傳感器及A/D轉(zhuǎn)換器電路圖3.2.2 復(fù)位電路與時鐘電路的設(shè)計復(fù)位電路由+5V的電壓源供電，通過一個500與一個8.2k的電阻以及一個10uF的無極性電容組成，連接到RST接口。通過按鍵開關(guān)，當(dāng)按鍵按下，RST接口電平被拉高，保持RST腳兩個機器周期的高電平時間，此時單片機進行復(fù)位。由兩個1nF無極性電容和12MHz的晶體振蕩器，通過連接單片機的XTAL1和XTAL2接口，構(gòu)成了一個時鐘振蕩電路。本次設(shè)計的單片機的復(fù)位電路與時鐘電路如圖3-6所示：圖3-6 復(fù)位電路與時鐘電路3.2.3 開關(guān)電路 開關(guān)電路用來啟動血壓計系統(tǒng)工作，通過一個開

37、關(guān)連接到單片機的P2.6接口。通過開關(guān)的閉合與斷開，改變該接口的電平高低，來控制血壓計系統(tǒng)工作。當(dāng)P2.6口為高電平時系統(tǒng)不工作，當(dāng)P2.6口為低電平時系統(tǒng)工作。其具體如圖3-7所示：圖3-7 開關(guān)電路3.2.4 充氣泵控制電路充氣泵控制電路，通過單片機P1.3口輸出的電平高低進行控制，當(dāng)P1.3口輸出低電平約為0.6V信號給R11，Q2導(dǎo)通，Q2導(dǎo)通輸出一個電壓經(jīng)充氣泵，使充氣泵導(dǎo)通。D2為保護二極管，使充氣泵能穩(wěn)定工作。充氣泵控制電路如圖3-8所示：圖3-8 充氣泵控制電路3.2.5 放氣閥控制電路放氣閥控制電路，通過單片機的P1.2口的電平高低，控制放氣閥以35mmHg/s的速率放氣。以

38、PWM（脈沖寬度調(diào)制）方式控制，單片機將通過壓力值的變化來調(diào)整放氣速率。C8與C9起到穩(wěn)定電源與濾波作用，減少因PWM控制造成電壓不穩(wěn)。當(dāng)袖帶充氣到200mmHg時，放氣閥開始放氣，由單片機發(fā)出一個信號給P1.2口，經(jīng)R10流過到Q3，使Q3導(dǎo)通，輸出一個約2.7V的電壓給L1，使L1開始工作，D1的作用是保護Q3和L1正常工作。放氣閥控制電路如圖3-9所示：圖3-9 放氣閥控制電路3.2.6 +5V電源供電電路電源供電電路，本設(shè)計是利用4節(jié)1.5V的5號干電池串聯(lián)形成6V電壓，再利用7805三端穩(wěn)壓集成電路，最終輸出適合本設(shè)計要求的電壓5V輸出，供給單片機和其他硬件模塊所需，具體電路圖，如圖

39、3-10所示：圖3-10 電源供電電路3.2.7 液晶顯示器電路設(shè)計液晶顯示器通過與單片機的P0口進行連接來顯示所測得的血壓值，由于用P0口作為輸出接口，因此外部接上拉電阻。VSS接地，VDD接+5V電源，VEE連接變阻器調(diào)節(jié)液晶顯示器的對比度。RS為寄存器選擇，高電平1時選擇數(shù)據(jù)寄存器，低電平0時選擇指令寄存器，與P3.5接口相連接。RW為讀寫信號線，高電平1時進行讀操作，低電平0時進行寫操作，與P3.6接口相連接。E為使能端，與單片機P3.7接口相連接，當(dāng)E端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。液晶顯示器電路設(shè)計如圖3-11所示：圖3-11 液晶顯示器線路設(shè)計3.3 本章小結(jié) 本章對

40、所選擇的的硬件元器件相關(guān)參數(shù)和性能進行了介紹說明，使得自己對這些元器件有了更深的了解。對于硬件電路進行模塊化處理，這樣使得設(shè)計很有條理性。硬件電路的設(shè)計對自己的電路布線、元件布局能力有了很大的提升。最后將各個模塊進行有效的連接，得到本次設(shè)計的硬件電路總圖。第4章 軟件系統(tǒng)設(shè)計4.1 系統(tǒng)工作流程圖 本設(shè)計在硬件全部滿足的條件下，得到本次設(shè)計的便攜式數(shù)字血壓計的系統(tǒng)工作流程圖如圖4-1所示： 開機 液晶顯示器初始化 信號的采集和A/D轉(zhuǎn)換 信號的計算與處理 測量數(shù)據(jù)的顯示 結(jié)束復(fù)位 圖4-1 系統(tǒng)工作流程圖4.2 單片機主流程設(shè)計 首先單片機檢測P3.6口電平的高低，若開關(guān)閉合該接口電平被拉低，

41、血壓計系統(tǒng)開始工作。單片機通過控制P1.3口的電平，充氣泵對袖帶迅速充氣到200mmHg。單片機通過壓力傳感器采集袖帶氣壓，并根據(jù)袖帶氣壓下降的速度來控制放氣閥排氣，使袖帶內(nèi)氣壓以35mmHg/s 勻速降壓. 同時采集動脈壓力波信號，當(dāng)動脈壓力波振幅達到最大時，袖帶氣壓就是動脈的平均壓。波峰值前面0.5倍幅度值，即對應(yīng)的是收縮壓，波峰值后面0.8倍幅度值，即對應(yīng)的是舒張壓。最后單片機通過液晶顯示器輸出測量結(jié)果。主流程圖如圖4-2所示： 開始測量、A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)處理子程序最大幅度后的0.8倍測量、A/D轉(zhuǎn)換 N數(shù)據(jù)處理子程序保存幅度和對應(yīng)壓力值 Y 計算舒張壓值壓力波最 大幅度 最大振幅前的0.

42、5倍N計算收縮壓Y 保存最大幅值Y 結(jié)束圖4-2 單片機主流程圖 4.3開關(guān)充放氣流程設(shè)計開關(guān)充放氣流程是指當(dāng)接單片機的開關(guān)閉合時，此時系統(tǒng)開始工作。首先單片機通過對P1.3口輸出低電平，此時充氣泵開始對袖帶充氣到200mmHg停止充氣，此時通過單片機P1.2口控制放氣閥進行35mmHg/s的速度放氣。開關(guān)充放氣流程圖如圖4-3所示： 開始開關(guān)按鍵是否按下NY 開啟充氣泵氣壓達到200mmHgNY關(guān)閉充氣泵并打開放氣閥滿足以35mmHg/s放氣 調(diào)節(jié)放氣閥NY 按正常步驟測量血壓值 圖4-3 開關(guān)充放氣流程4.4 信號測量流程設(shè)計本次設(shè)計測量的信號有兩種，一種是袖帶的靜態(tài)壓力信號，另一種是動脈

43、壓力波信號。其中的袖帶靜態(tài)壓力信號通過傳感器出來直接接A/D轉(zhuǎn)換器，另一路動脈壓力波信號出來要經(jīng)過濾波放大電路才能接A/D轉(zhuǎn)換器。最終信號都輸入到單片機進行采樣分析，經(jīng)過一定的處理，單片機得出系統(tǒng)所測得的收縮壓與舒張壓。信號測量流程，如圖4-4所示： 單片機 A/D轉(zhuǎn)換器傳感器 袖帶 濾波放大 圖4-4 信號測量流程4.5 信號處理流程設(shè)計信號在測量放大濾波經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器，最終進入單片機內(nèi)部，由單片機內(nèi)部程序進行相應(yīng)的信號處理，最終得到舒張壓與收縮壓。信號處理模塊的流程圖如圖4-5所示： 讀取A/D信號取A0之前0.5A0為收縮壓對應(yīng)幅度，得出收縮壓 取A0之后0.8A0為舒張壓對應(yīng)幅度，得

44、出舒張壓A0是波峰值，存儲A0值比較此時波幅A1與上次波幅A0的大小A1<A0NY圖4-5信號處理流程4.6 顯示流程設(shè)計單片機的通過處理得到所測得的收縮壓與舒張壓的值，通過對P0口連接的液晶顯示器進行數(shù)據(jù)輸出，最終顯示出來結(jié)果，顯示流程如圖4-6所示： 數(shù)據(jù)P0口輸出 單片機處理結(jié)果數(shù)據(jù)輸出完成NY顯示收縮壓與舒張壓測量結(jié)果 復(fù)位 圖4-6 顯示流程4.7 本章小結(jié) 本章對本次設(shè)計的軟件系統(tǒng)流程進行了說明，每一個模塊都有其自身的功能，通過協(xié)調(diào)工作最后才能達到測量血壓的目的。通過軟件對硬件電路進行驅(qū)動的工作需要仔細認真，需要考慮到很多因素，避免各個模塊出現(xiàn)工作上面的沖突。有一個良好的軟件

45、驅(qū)動系統(tǒng)，每個硬件模塊都可以很好的協(xié)調(diào)工作，最終提升硬件的總體性能。結(jié) 論通過本次關(guān)于便攜式數(shù)字血壓計的設(shè)計，為了保持測量的精度，我選擇了由摩托羅拉公司生產(chǎn)的高精度MPX5050GP壓力傳感器，并設(shè)計了相應(yīng)的放大濾波電路，使測量信號的精度保持較高水平。在單片機與液晶顯示模塊的選擇，我選擇了滿足要求價格便宜的AT89C51與1602液晶顯示器，這樣設(shè)計出來的電子血壓計，在能夠滿足較高精度測量的條件下，擁有低的生產(chǎn)成本，使得在面向普通家庭的推廣中，更具有競爭力。本次設(shè)計的電子血壓計在測量的過程中，由于壓力傳感器是高靈敏度的傳感器，因此測量的過程中人體必需要遵守測量的一些要求，切忌緊張和測量姿勢不對

46、等情況的出現(xiàn)。人體每次測量的血壓值所得到的結(jié)果一模一樣的幾率很低，因為正常人體的血壓隨時都在波動變化的，不能因為連續(xù)幾次測量的結(jié)果不一致就認為電子血壓計的測量不準確。12在單片機處理所測得的收縮壓和舒張壓的過程中，由于本設(shè)計采用的是示波法測量的原理，對于判斷收縮壓與舒張壓運用的是固定比率的算法，固定比率的值是在一個范圍內(nèi)取值。其中收縮壓對應(yīng)幅值與平均壓對應(yīng)幅值的固定比率的取值范圍是0.30.75，舒張壓對應(yīng)幅值與平均壓對應(yīng)幅值的固定比率的取值范圍是0.450.9。本次設(shè)計取值分別為0.5和0.8，為了進一步的提高測量的精度，可以通過大量的臨床樣本對該血壓計的參數(shù)進行修改校驗?？梢杂盟y血壓計或

47、者其他的高精度電子血壓計對其進行固定比率參數(shù)的校驗，對本次設(shè)計血壓計的精度作進一步的提升。13本次設(shè)計的電子血壓計的功能具有擴展提升的空間，可以通過單片機在規(guī)定的時間內(nèi)檢測動脈壓力波的峰值的個數(shù)，以此來計算判斷所測量的人體心率值，最終顯示到液晶顯示器上面，目前大多數(shù)先進的電子血壓計都具備了測量心率的功能。 致 謝通過本次設(shè)計，使得我把自己大學(xué)所學(xué)的很多電路知識都重新鞏固了一遍，通過查閱了很多資料與文獻，拓寬了自己的知識面。本次設(shè)計期間，在孫靜老師的悉心指導(dǎo)下，我對自己的設(shè)計思路更加的明確。孫靜老師對我的多次指導(dǎo)，讓我對本次設(shè)計的傳感器和51單片機的性能等模塊有了較深刻的認識。首先，關(guān)于血壓計設(shè)

48、計的背景，我通過網(wǎng)絡(luò)對血壓計的發(fā)展歷程和現(xiàn)狀做了一個深刻的了解。硬件模塊的選擇，我仔細的閱讀了每個元件的介紹，最終進行了選擇。本次設(shè)計通過不斷的考慮硬件與軟件方面的問題，對我自己的設(shè)計思維和電路安排布局理念有了一個很大的提高。更重要的是進一步加強了我的電路知識和設(shè)計創(chuàng)新的能力，也培養(yǎng)了自己的電路設(shè)計興趣。在此，對在我的設(shè)計中給予我?guī)椭膶O靜老師表示深深的謝意。參考文獻1 余學(xué)飛.現(xiàn)代醫(yī)學(xué)電子儀器原理與設(shè)計M.廣州：華南理工出版社，2007.2 楊玉星.生物醫(yī)學(xué)傳感器與檢測技術(shù)M.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005.3 顧涵.基于AT89S51單片機的電子血壓計設(shè)計J.常熟理工學(xué)院報（自然科學(xué)），2011,25（8）：97-100.4 張曉芳.基于示波法電子血壓計的研究與設(shè)計D.吉林大學(xué)碩士學(xué)位論,2004.9-2006.5. 5 張高雷.提高示波法電子血壓計測量準確性的考慮J.計量與測式技術(shù),2010, 37(2):28.6 董雪峰.基于MPX5050GP的便攜式數(shù)字血壓計J.電子世界.2006,8:59-60.7 杜洋