基于單片機(jī)的電子血壓計設(shè)計

1、基于單片機(jī)的電子血壓計設(shè)計摘 要現(xiàn)代社會的迅速發(fā)展，導(dǎo)致環(huán)境日益惡化，不健康的生活習(xí)性與不科學(xué)的飲食習(xí)慣，導(dǎo)致人類疾病越來越多的出現(xiàn)。其中，有著人類第一無形殺手稱號的高血壓病，已逐漸上升到人類疾病危害排行榜的前幾名，長期危害著人體健康，讓飽受高血壓折磨的患者痛不欲生。如何便捷有效地測量與監(jiān)控高血壓，從而有效預(yù)防與治療高血壓，成為人們對抗高血壓病的首要問題。于是，設(shè)計一臺便捷的測量血壓的裝置，成為重中之重。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，無法判別血壓計的準(zhǔn)確性、可靠性。本課題研究最終旨在設(shè)計出全信息的動態(tài)血壓記錄儀，使每次測量結(jié)果完全透明，

2、使醫(yī)生可以對照原始波形判斷數(shù)據(jù)的真?zhèn)?，有效甄別出干擾和偽差引起的錯誤檢測，恢復(fù)真實(shí)血壓，保證血壓報告的有效性和可靠性。家用電子血壓計，主要是用于家庭。家庭醫(yī)療保健已成為現(xiàn)代人的醫(yī)療保健時尚。過去人們測量血壓必須到醫(yī)院才行，而今只要擁有了家用電子血壓計，坐在家里便可隨時監(jiān)測血壓的變化，如發(fā)現(xiàn)血壓異常便可及時去醫(yī)院治療，起到了預(yù)防腦出血、心功能衰竭等疾病猝發(fā)的作用。本文將詳細(xì)介紹便攜式血壓測量裝置的設(shè)計。關(guān) 鍵 詞：ASDX 001，AT89C51，液晶顯示，壓力測量THE DESIGN OF PORTABLE BLOOD PRESSUREMONITORABSRACTThe rapid devel

3、opment of modern society, leading to deteriorating environment, unhealthy living habits and unscientific eating habits, leading to the emergence of an increasing number of human diseases. Which has one invisible killers of the human hypertension, and has gradually risen to the top ranks of human dis

4、ease, a long-term hazard to human health, so that patients suffering from hypertension pain. How convenient and effective measurement and monitoring hypertension, and thus effective prevention and treatment of hypertension, a confrontation hypertension is the most important issue. Therefore, design

5、a convenient measurement of blood pressure devices, has become a priority. This article will detail the design of our intelligent blood pressure measuring devices.Currently on the market most of the ambulatory blood pressure recording devices only records the results of each measurement, the doctor

6、faced with a group of authenticity Nanbian figures. This study is designed eventually to full information, ambulatory blood pressure recorder, so that each measurement is entirely transparent, real-time analysis combined with retrospective analysis, so that doctors can control the data to judge the

7、authenticity of the original waveform, effectively screening out interference and artifact caused The error detection, recovery true blood pressure, blood pressure reports to ensure the validity and reliability.Home Blood Pressure Monitor, mainly for home. Home health care has become a fashionable m

8、odern health care. Measuring blood pressure in the past people have to go to the hospital for the job now as long as the electronic blood pressure monitor has a home, sit at home monitoring of blood pressure can be atany time, such as abnormal blood pressure can be found in time to the hospital for

9、treatment, prevention plays a cerebral hemorrhage, heart failure The role of diseases such as burst.Keyword : ASDX 001，AT89C51，liquid crystal show that the module，Pressure measurements目 錄前言 . 6第一章 便攜式血壓計裝置總體概述 . . 8§1.1 便攜式血壓計簡介. 8§1.2 血壓計裝置設(shè)計方案 . . 11§1.3 便攜式血壓計工作原理 . 13第三章 硬件電路的設(shè)計 .

10、 . 14§3.1 傳感器簡介以及電路設(shè)計 . 14§3.2 AT89C51單片機(jī)的簡介及其電路設(shè)計 . 17§3.3 單片機(jī)電路設(shè)計 . 20§3.4 液晶顯示模塊簡介及電路設(shè)計 . 21§3.5 其他電路設(shè)計 . 25第四章 軟件系統(tǒng)流程以及程序的設(shè)計 . . 29§4.1 單片機(jī)主程序流程圖 . 29§4.2 處理模塊 . 29§4.3測量模塊 . . 30§4.4 信號處理模塊. 30§4.5 顯示模塊 . 31§4.7 電源處理模塊. 32結(jié)論 . 33參考文獻(xiàn) . 34致謝

11、 . 35附錄 . 36附錄A 子程序流程圖 . 36附錄B 部分參考程序 . 38附錄C 元件清單 . . 40附錄D 主電路圖： . 42前言在現(xiàn)代疾病譜上，高血壓的危害無疑高居前幾位。對于上了年紀(jì)的人，血壓是一個重要的健康信號。隨著生活水平的提高，時下老年人對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)計資料顯示，我國現(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隱形殺手病。高血壓病不但是長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

12、疾病的禍?zhǔn)?，因此被人們稱為“無形殺手”。治療高血壓病，首先是要測量準(zhǔn)確的血壓。測量血壓的儀器稱為血壓計。血壓計可分為直接式和間接式兩種。兩種血壓計的工作原理是不相同的，直接式是用壓力傳感器直接測量壓力變化；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。前者不管對動脈或靜脈都可連續(xù)測試，而后者只能測量動脈的收縮壓和舒張壓。傳統(tǒng)的血壓計是模擬的血壓計。此類血壓計操作比較復(fù)雜，測量精度不夠，而且受環(huán)境影響較大。為了讓廣大血壓計使用者更方便的使用與維護(hù)血壓計，也讓更多的人學(xué)會使用血壓計進(jìn)行簡單的血壓測量，設(shè)計出一臺操作便捷，測量精確，無

13、需維護(hù)的智能型測量血壓的裝置，以幫助人們對抗高血壓。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大部分仍是水銀血壓計，也有一些動態(tài)血壓記錄儀。水銀血壓計每次測量必須由醫(yī)生戴上聽診器進(jìn)行測量，測量過程復(fù)雜；而且對不同的醫(yī)生，測量結(jié)果可能不同：對同一個人來說，影響血壓因素非常多，由于每次測量的時間不可能很長，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。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。本課題研究最終旨在設(shè)計出全信息的動態(tài)血壓記錄儀，使每次測量結(jié)果完全透明，實(shí)時分析結(jié)合回顧分析，使醫(yī)生

14、可以對照原始波形判斷數(shù)據(jù)的真?zhèn)?，有效甄別出干擾和偽差引起的誤檢測，恢復(fù)真實(shí)血壓，保證血壓報告的有效性和可靠性。第一章 便攜式血壓計裝置總體概述§1.1 便攜式血壓計簡介該血壓計以壓力傳感器測得血壓值，再將血壓數(shù)據(jù)通過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，傳入單片機(jī)，然后由控制核心單片機(jī)控制，經(jīng)主程序處理數(shù)據(jù)之后，在液晶顯示器上把數(shù)據(jù)顯示出來。1. 袖帶位置須與心臟高度保持一致，上臂自然下垂，肘和前臂自然地搭在桌子上，手心向上，不要把整個胳膊平伸在高于心臟位置的桌子上，或用墊子將胳膊墊得過高；2. 每天要在固定時間和同樣狀態(tài)下，以相同的姿勢測量血壓；3. 應(yīng)該在安靜的狀態(tài)下進(jìn)行測量，測量前安靜休

15、息1020分鐘，深呼吸23次；4. 飯后或運(yùn)動后至少休息一小時再進(jìn)行測量；5. 不要在浴后、吸煙、飲酒、喝咖啡后測血壓；6. 要在沒有尿意時測血壓7. 測量時應(yīng)保持心情舒暢，沒有疲勞感，不緊張。在設(shè)計和使用一個生物醫(yī)學(xué)儀器系統(tǒng)或進(jìn)行這種測量時，為了方 便，通常又只簡單考慮下列基本要求。一量程測量儀器的測量范圍稱為量程。必須使測量儀器的量程適合于被測信號大小的范圍。對所有可能的被測變量或參量的整個可能取值范圍，儀器應(yīng)能提供適當(dāng)?shù)淖x數(shù)或其它顯示信號。儀器量程太小，則被測信號將使儀器“超載”而無法測量；儀器量程過大，則因信號過小而增加測量誤差。所以，儀器量程必須適當(dāng)。對于電子血壓計來說，合適的量程應(yīng)

16、該在0300mmHg 。二靈敏度測量儀器的靈敏度決定被測量多小的一個改變量能夠可靠地被測量來。一個儀器的靈敏度越高，它能測出的變化量越小。一個儀器靈敏度的高或低，取決于被測量有一個微小改變時，它是否能可靠地反映出來，而與被測量的絕對大小無關(guān)。必須注意，儀器的靈敏度并不是越高越好。對于給定的測量，靈敏度應(yīng)適當(dāng)。靈敏度低固然不行，但靈敏度過高將帶來非線性或不穩(wěn)定性。對于電子血壓計來說，靈敏度在1刻度/mmHg即可。三 線性測量儀器的線性表示在整個測量量程內(nèi)，輸出值是否以相同比例（即呈直線地）隨輸入值而變化。在一個線性測量系統(tǒng)內(nèi)，對所有的輸入值不論是在量程的高端、中段還是低端，都具有相同的靈敏度。在

17、直角坐標(biāo)系內(nèi)，將測量結(jié)果作輸出值與輸入值的對應(yīng)關(guān)系曲線，得到的是一根直線。除非為了某種特殊的目的，一般情況下，希望整個測量量程內(nèi)有盡可能大的線性范圍。至少在感興趣或最重要的量程段內(nèi)測量具有足夠好的線性。測量儀器通常給出指定量程范圍內(nèi)的非線性值。例如，非線性<±5%，表示在指定量程范圍內(nèi)，靈敏度相差小于±5。四頻率響應(yīng)對不同頻率的輸入信號，儀器的反應(yīng)往往不完全相同。有的儀器對較高頻率的信號較靈敏，而對較低頻率的信號不靈敏；另外一些儀器則相反。測量儀器的頻率響應(yīng)反映對不同頻率信號的靈敏度的變化。對不同頻率范圍的被測生物信息，必須選擇適當(dāng)頻率響應(yīng)的測量儀器。根據(jù)不同的頻率范

18、圍，有所謂的“高頻儀器”、“低頻儀器”、“寬頻帶儀器”。如果頻率范圍不適當(dāng)，將出現(xiàn)“失真”，測量結(jié)果不符合被測信號的真實(shí)情況。人體血壓波是一個低頻信號，因此電子血壓計應(yīng)具有良好的低頻響應(yīng)。五信噪比測量中總是存在噪聲干擾，這種噪聲有時使測量無法進(jìn)行。衡量的標(biāo)準(zhǔn)就是信噪比（S/N），即信號與噪聲的相對大小比值。盡管儀器靈敏度很高，如果噪聲的大小與信號的大小相近，甚至更高，則測量無法進(jìn)行。顯然，信噪比越大越好。六測量平均值通常一個被測量的真實(shí)值是不知道的，需要我們?nèi)y定它。總不可避免地具有誤差，誤差的根源是多種多樣的，可能來自測量儀器的某些缺陷、各種外界因素（空氣溫度、壓力、濕度等的變化，外部電磁場

19、、機(jī)械振動等）或者觀察者的視察等等。故嚴(yán)格地講，真實(shí)值是無法確切地測得的。我們可以這樣來定義實(shí)驗(yàn)科學(xué)中的真實(shí)值：設(shè)在測量中觀察的次數(shù)為無限多，根據(jù)誤差分布定律，正負(fù)誤差出現(xiàn)的幾率相等，故將各觀察值相加，加以平均，可獲得極接近于真實(shí)值的數(shù)值。所以測量次數(shù)無限多時求得的平均值可作為科學(xué)實(shí)驗(yàn)的真實(shí)值。當(dāng)然，平時我們測量的次數(shù)都是有限的，求得的只是近似真實(shí)值的平均值。常用的平均值有下列幾種：1算術(shù)平均值2均方根平均值3中位值4加權(quán)平均值七精確度與準(zhǔn)確度測量的精確度和準(zhǔn)確度的意義是不同的。精確度指所測得數(shù)值重復(fù)性的大小；準(zhǔn)確度指所測得的數(shù)值與真實(shí)值符合的程度。在一組測量值中，盡管精確度很高，但準(zhǔn)確度不一

20、定很好；反之，若準(zhǔn)確度好，則精確度一定高。因此，測量儀器的校準(zhǔn)是一項(xiàng)十分重要的任務(wù)，應(yīng)當(dāng)定期與相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)或地方標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行校準(zhǔn)。還應(yīng)當(dāng)注意準(zhǔn)確度與靈敏度的區(qū)別。人們常把靈敏的儀器稱為準(zhǔn)確的儀器，這是不確切的。在一個靈敏的儀器中，被測量有一個很小的改變就能使指針偏轉(zhuǎn)，但這時儀器的讀數(shù)可能與該量的真實(shí)值相差很大。八絕對誤差與相對誤差測量所得的數(shù)值和真實(shí)值之間總存在著某一誤差，這一誤差值稱為測量的絕對誤差。我們用絕對誤差值與整個被測量的值之比來估量的準(zhǔn)確度是比較方便的，這個比值稱為測量的相對誤差。九重復(fù)性儀器對于在一定時間期限內(nèi)加上同樣的輸入信號，能給出同樣的輸出信號的能力，叫重復(fù)性或再現(xiàn)性。重復(fù)性

21、不意味著精度。十 精度儀器的精度是指其最大誤差值，并以該儀器的量程的百分比來表示。按照標(biāo)準(zhǔn)，通常的電氣測量儀表依其精度可分為：0.2，0.5，1.0，1.5，2.5等五級。電子血壓計的精度一般在1.5級就可以了。§1.2 血壓計裝置設(shè)計方案便攜式電子血壓計是傳感技術(shù)和微電腦技術(shù)的結(jié)合體，它的結(jié)構(gòu)應(yīng)該能保證完成三項(xiàng)基本任務(wù)：感應(yīng)血流的壓力；判別高壓和低壓；在屏幕上顯示測量結(jié)果。感受血流壓力離不了傳感器，民用電子血壓計中所應(yīng)用的壓力傳感器必須是高性能低成本的，靈敏度要高，測量范圍倒不需要很大。在各種傳感器中有一類是利用壓電效應(yīng)的，還有一種人工合成的被稱為PVDF 的壓電薄膜，它是柔軟的塑

22、料。其次就是能根據(jù)血壓變動及時抓住高、低壓的微處理器。另外，血壓會通過電子血壓計的液晶顯示屏進(jìn)行顯示。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)流動時對血管壁的側(cè)壓力。血壓分收縮壓和舒張壓。當(dāng)心室收縮向動脈泵血時，血壓升高，其最高值為收縮壓。心室舒張時，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90140毫米汞柱，舒張壓為6090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30300bpm，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，

23、我的設(shè)計是采用外接式的結(jié)構(gòu)，以89C51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)姆绞奖驹O(shè)計是基于89C51單片機(jī)的設(shè)計，具體裝置方案如圖1-1所示。 圖1-1便攜式血壓計設(shè)計方案系統(tǒng)工作示意圖如圖 1-2所示。 圖1-2 血壓計系統(tǒng)工作示意圖電源開啟過后，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)換結(jié)束。然后將

24、A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果送入上位機(jī)。待采樣的時間達(dá)1秒鐘后將分析數(shù)據(jù)結(jié)果，求出最大值和最小值，將這些數(shù)據(jù)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。§1.3 便攜式血壓計工作原理血壓有兩種，一是收縮壓:是當(dāng)心臟收縮把血液打到血管所測得的血壓，二是舒張壓:是心臟在不收縮所得的壓力。當(dāng)袖帶的壓力等于血壓時, 血液開始可以流通而產(chǎn)生所謂的袖帶聲，這時候也就是收縮壓，必須開始從這里做記錄，直到最后當(dāng)袖帶聲沒有的時候，此點(diǎn)即為舒張壓。根據(jù)氣袖在減壓過程中，其壓力振蕩波的振幅變化包絡(luò)線來判定血壓的。目前比較一致的看法是當(dāng)氣袖壓力振蕩波的振幅最大的時候，氣袖的壓力是動脈的平均壓。動脈的收縮壓

25、對應(yīng)于振幅包絡(luò)線的第一個拐點(diǎn)，舒張壓對應(yīng)于包絡(luò)線的第二個拐點(diǎn)。收縮壓判斷的確定：通常采用最大的振幅法，即在放氣過程中脈搏波振幅度包絡(luò)線的上升段，當(dāng)某一個脈搏波的幅度Ui 與Um 之比Kd 時，就認(rèn)為此時對應(yīng)的氣袖壓力為收縮壓。Um Ks Ui P Ps *=| （1-1）舒張壓判斷的確定：也是用最大的振幅法來判定，不過是在脈搏波振幅包絡(luò)線的下降段，當(dāng)某一個脈搏波的幅度Ui 與Um 之比Kd 時，就認(rèn)為此時對應(yīng)的氣袖壓力為舒張壓。Um Kd Ui P Pd *=| （1-2）血壓信號以及收縮舒張壓的位置如圖1-3所示 圖1-3 血壓交直流信號及收縮壓和舒張壓位置馬達(dá)在充氣時，袖帶內(nèi)部產(chǎn)生壓力，數(shù)

26、字壓力傳感器ASDX 001感應(yīng)到該壓力值，經(jīng)過放大以及濾波電路后，由單片機(jī)89C51的第1腳讀入，并進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。單片機(jī)在程序的控制下，嚴(yán)格按照ASDX 001壓力傳感器的要求的工作時序進(jìn)行讀寫控制，讀入信號后，對數(shù)字信號進(jìn)運(yùn)算，然后經(jīng)DM-162液晶顯示模塊進(jìn)行顯示模擬開關(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 ，還可實(shí)現(xiàn)對瞬時信號進(jìn)行同時采樣。采樣/保持器輸出的信號送至模數(shù)轉(zhuǎn)換器，模數(shù)轉(zhuǎn)換器是模擬輸入通道的關(guān)鍵

27、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。第三章 硬件電路的設(shè)計§3.1 傳感器簡介以及電路設(shè)計ASDX 001屬于微型結(jié)構(gòu)壓力傳感器ASDX DO 系列。ASDX 系列是Sensym 公司檢定合格的ICT 代表產(chǎn)品的一種增強(qiáng)型品種。也是工業(yè)水平領(lǐng)先的一種SDX 系列傳感器增強(qiáng)型。ASDX 001 傳感器的外形尺寸要比SDX稍大，能提供高電平(4.0 V測量范圍 的輸出電壓，價格便宜

28、。ASDX 001壓力傳感器內(nèi)置專用集成電路（ASIC 經(jīng)全面CI 校準(zhǔn)并有溫度補(bǔ)償。ASDX 001壓力傳感器采用標(biāo)準(zhǔn)DIP 封裝，可對傳感器偏置、靈敏度、溫度系數(shù)和非線性度進(jìn)行數(shù)字校正。ASDX 001采用了IC 兼容性協(xié)議，無需額外的元件或電子電路，就可容易地連接最常用的微控制器和微處理器。所有ASDX DO壓力傳感器的精度在滿量程范圍內(nèi)為 。具有可用單一5 c Vd 供電電壓土作的特性。傳感器的設(shè)計和制造均遵循ISO 9001標(biāo)準(zhǔn)。此系列傳感器可用于非腐蝕性、非電離的工作流體，如空氣和干燥氣體。傳感器的輸出是一個16進(jìn)制格式的己校正的壓力值，其分辨率為12位。 該壓力傳感器可用于測量絕

29、對壓、差力壓和表力壓。范圍從1PSI 到100PSI ，絕壓型傳感器有一個內(nèi)部真空參比值(基準(zhǔn)值 ，因此可直接輸出一個與絕對壓成比例的信號。差壓型裝置允許在傳感膜片的任一側(cè)施加壓力，可用于壓力差的測量。數(shù)字壓力傳感器ASDX 001的結(jié)構(gòu)簡介。（1）外部結(jié)構(gòu)： 圖2-1 ASDX 001外部結(jié)構(gòu)圖（2）內(nèi)部結(jié)構(gòu)ASDX 001的內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要包括4部分，如圖2-2所示。 多路分配器；模/數(shù)轉(zhuǎn)換器；微控控制；模/數(shù)轉(zhuǎn)換器。 ASDX 001的外圍引腳共有8個，其中5個為空腳。工作電壓為正5負(fù)。由Vs 腳引入正5負(fù)電壓，Vout 為數(shù)據(jù)輸出腳，將所測量得到的數(shù)字電壓信號傳送到單片機(jī)的P1.0腳，AS

30、DX 001的地腳為GND 腳，接地。因此，這個電路連接十分簡單，只需要將傳感器的輸出腳Vout 連接到AT89C51單片機(jī)的1腳上即可，如圖2-3所示。 圖2-3 ASDX 001與單片機(jī)的連接電路原理圖§3.2 AT89C51單片機(jī)的簡介及其電路設(shè)計AT89C51是美國ATMEL 公司生產(chǎn)的低電壓 ，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含4k bytes的可反復(fù)擦寫的Flash 只讀程序存儲器和128 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器(RAM ，器件采用ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器(CPU和Flash 存儲單元，

31、功能強(qiáng)大的AT89C51單片機(jī)能應(yīng)用許多高性價比的場合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。AT89C51的封裝如圖2-4所示。 圖2-4 AT89C51封裝圖（1）主要特性：811·4K 字節(jié)可編程閃爍存儲器；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-24Hz·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（2）管腳說明：VCC ：供電電壓。GND ：接地。P0口

32、：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL 門電流。當(dāng)P1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)/地址的第八位。在FIASH 編程時，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH 進(jìn)行校驗(yàn)時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。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(yàn)時，P1口作為第八位地址接收。P2口：P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O

33、口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL 門電流，當(dāng)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(jìn)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(jìn)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(yàn)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，

34、由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL ）這是由于上拉的緣故。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下所示?？诠苣_ （備選功能）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（記時器0外部輸入）P3.5 T1（記時器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(yàn)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(jī)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

35、許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH 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 指令是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(jī)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

36、有效的 /PSEN信號將不出現(xiàn)。/EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時，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。（3）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

37、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，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。（4）芯片擦除整個PEROM 陣列和三個鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號組合，并保持ALE 管腳處于低電平10ms 來完成。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫“1”且在任何非空存儲字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。此外，AT89C51設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下，CPU 停止工作。但RAM ，定時器，計數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存RAM 的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個硬件復(fù)位為止。

38、67;3.3 單片機(jī)電路設(shè)計同時在第9腳引出一個22uF 的電容和一個2K 的電阻接+5V的電源組成一個復(fù)位電路，如圖2-5所示。 圖2-5 AT89C51復(fù)位電路原理圖AT89C51的+5V電源由39腳引入，第19腳接地，第17腳和第18腳間由12MHz 的晶振及兩個20pF 的無極性電路組成一個時鐘振蕩電路，如圖2-6所示。 圖2-6 AT89C51時鐘電路原理圖液晶顯示模塊所要的數(shù)字信號從AT89C51的P0.0-P0.7口引出，分別對應(yīng)的接DM-162的D0-D7端口，完成數(shù)據(jù)傳輸，液晶顯示模塊的控制引腳RS 、PR 、E 分別接到89C51的P3.5、P3.6、P3.7口，以實(shí)現(xiàn)微處

39、理器對液晶顯示模塊的控制，如圖2-7所示。 圖2-7 AT89C51與顯示模塊電路接線原理圖§3.4 液晶顯示模塊簡介及電路設(shè)計液晶顯示器以其微功耗、體積小、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧的諸多優(yōu)點(diǎn)，在袖珍式儀表和低功耗應(yīng)用系統(tǒng)中得到越來越廣泛的應(yīng)用。這里介紹的字符型液晶模塊是一種用5x7點(diǎn)陣圖形來顯示字符的液晶顯示器，根據(jù)顯示的容量可以分為1行16個字、2行16個字、2行20個字等等，實(shí)物圖片如圖2-8所示。 圖2-8 DM-162實(shí)物圖1602采用標(biāo)準(zhǔn)的14腳接口，其中：第1腳：VSS 為地電源 第2腳：VDD 接5V 正電源第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

40、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，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選擇指令寄存器。第5腳：RW 為讀寫信號線，高電平時進(jìn)行讀操作，低電平時進(jìn)行寫操作。當(dāng)RS 和RW 共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng)RS 為低電平RW 為高電平時可以讀忙信號，當(dāng)RS 為高電平RW 為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。第 6腳：E 端為使能端，當(dāng)E 端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。第 714腳：D0D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。 第1516腳：空腳1602液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲器（CGROM 已經(jīng)存儲了160個不同的點(diǎn)

41、陣字符圖形，如表2-1所示，這些字符有：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號、和日文假名等，每一個字符都有一個固定的代碼，比如大寫的英文字母“A ”的代碼是 01000001B （41H ），顯示時模塊把地址41H中的點(diǎn)陣字符圖形顯示出來，就能看到字母“A ”。表2-1 CGRM和CGRAM 中字符代碼與字符圖形對應(yīng)關(guān)系 1602液晶模塊內(nèi)部的控制器共有11條控制指令，如表2-2所示。表2-2 1062 內(nèi)部控制指令 VSS 為地電源，VDD 接5V 正電源，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

42、位器調(diào)整對比度。PS 為寄存器選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選擇指令寄存器。RW 為讀寫信號線，高電平時進(jìn)行讀操作，低電平時進(jìn)行寫操作。當(dāng)PS 和PR 共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng)PS 為低電平PR 為高電平時可以讀忙信號，當(dāng)PS 為高電平PR 為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。E 端為使能端，當(dāng)E 端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令，如圖2-11所示。 圖2-11 液晶顯示模塊電路§3.5 其他電路設(shè)計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

43、，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 Filter。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

44、響。 26電源由AAA 電池兩顆提供。電源透過L1、D1、U3形成PFM 升壓電路，R33與C9做為升壓后電壓濾波作用。實(shí)測中，加上R33可降低50%之電源離訊。Q4為VCC 電源控制電晶體。R13與R14分壓值做為電壓偵測位準(zhǔn)。具體工作方式：當(dāng)3V 電壓從L1流過給升壓IC 后，經(jīng)升壓從第3腳輸出為5V ，Q4為開關(guān)管，在關(guān)機(jī)狀態(tài)下，Q4不導(dǎo)通，C9，C11為濾波電容。當(dāng)POWER 鍵按下時Q4導(dǎo)通，輸出一個5V 的電壓給Vcc ，供電給其他設(shè)備。如圖2-12所示。 圖2-12 電源電路原理圖PWM 是一種波形調(diào)制技術(shù)，可用來產(chǎn)生占空比可調(diào)的方波輸出，廣泛用27于電機(jī)調(diào)速控制空面，電動機(jī)是常

45、用的電能動能轉(zhuǎn)換器件。如果簡單的通過串電阻或者降電壓的方法來降低電動機(jī)的轉(zhuǎn)速往往使得效率下降，能耗增加，嚴(yán)重可能使電動機(jī)再非額定參數(shù)下工作而造成損壞。于是需要一種既要電機(jī)工作在額定電壓又可以使電動機(jī)降低轉(zhuǎn)速的技術(shù)。PWM 應(yīng)運(yùn)而生。泄氣速率以PWM （Pulse Width Modulation 脈寬調(diào)變）方式控制，MCU 將依據(jù)壓力值之泄氣變化調(diào)整泄氣速率在規(guī)格范圍內(nèi)。C11與C12做為 穩(wěn)定電源與濾波作用，減少PWM 控制避免電源變動造成電壓不穩(wěn)。12具體工作方式：當(dāng)充氣到200KPA 時，開始漏氣，由IC 發(fā)出一個信號給第3腳，經(jīng)R12流過到Q2，使Q2導(dǎo)通，輸出一個2.7V 的電壓給V

46、1，使V1開始工作，D2保護(hù)Q2和V1的正常工作而設(shè)計，如圖2-13所示。 圖2-13 線性閥 PWM控制電路PUMP control訊號控制PUMP 動作，R27為限流電阻。具體工作方式：由IC 的4腳輸出一個低電平約（0.6V ）信號給R27，經(jīng)Q1導(dǎo)通，VBT 為Q1提供3V 的電壓，Q1導(dǎo)通輸出一個3.2V 的電壓經(jīng)PUMP ，使PUMP 導(dǎo)通。D3為保護(hù)二極管，使PUMP 能穩(wěn)定工作。12如圖2-14所示。 28圖2-14 充氣PUMP 控制電路原理圖開關(guān)連接單片機(jī)的27腳，構(gòu)成整個系統(tǒng)的開關(guān)電源。按下POWER 鍵，則系統(tǒng)導(dǎo)通，開始工作。如圖2-15所示。 圖2-15 按鍵電路原理

47、圖29第四章 軟件系統(tǒng)流程以及程序的設(shè)計§4.1 單片機(jī)主程序流程圖主程序流程如圖3-1所示。 圖3-1主程序流程圖主程序依此調(diào)用5個模塊：處理模塊、測量模塊、信號處理模塊顯示模塊、顯示模塊、電源處理模塊。§4.2 處理模塊判斷鍵盤的當(dāng)前狀態(tài)（是否開/關(guān)電源），執(zhí)行相應(yīng)的操作。處理模塊流程圖如圖3-2所示。30 圖3-2 處理模塊流程圖§4.3測量模塊測量信號為二路，壓力傳感器的信號經(jīng)放大送AD1，作為靜態(tài)直流血壓信號；隔直后經(jīng)再次放大送AD2，作為脈搏波信號。由于傳感器的AD 為10位，因此最高精度可達(dá)1/1024。采樣后的信號經(jīng)信號處理模塊的處理，最終計算得到

48、收縮壓、舒張壓。§4.4 信號處理模塊主要功能是脈搏波的判斷和檢測，主要分為兩步：第一步，對A/D采樣的脈搏波信號進(jìn)行低通濾波處理，排除因外界干擾造成的信號讀數(shù)的誤差；第二步，采用相關(guān)運(yùn)算，最大程度的排除因手臂的運(yùn)動造成的誤差。在這基礎(chǔ)上，分析信號，得到波形的峰值（供判斷收縮壓，舒張壓和平均壓），得到每個脈搏波的時間。信號處理模塊流程圖如圖3-3所示。 圖3-3 信號處理模塊流程圖§4.5 顯示模塊主要顯示3種信息：測量過程顯示當(dāng)前壓力值、漏氣速率；測量結(jié)束后分別以mmHgH 和Kpa 方式滾動顯示收縮壓、舒張壓及心率；校準(zhǔn)狀態(tài)下顯示當(dāng)前壓力值、漏氣速率。§4.6

49、 串行通信模塊采用PC 機(jī)主叫的中斷方式，一旦接到PC 機(jī)發(fā)來的命令，對血壓進(jìn)行初始值的設(shè)定，主要包括起始加壓值，每次的壓力遞增值和最高壓力限制。LCD 顯示子程序流程LCD1602。顯示模塊流程圖如圖3-4所示。 圖3-4 顯示模塊流程圖§4.7 電源處理模塊用于穩(wěn)壓模塊的控制，按開/關(guān)鍵，穩(wěn)壓模塊的控制端為高電平，穩(wěn)壓模塊處于正常輸出狀態(tài)。此時，血壓計處于“開”狀態(tài)；再次按開/關(guān)鍵，置PAO 低電平，關(guān)閉穩(wěn)壓模塊的輸出，處于斷電的“關(guān)”狀態(tài)。結(jié)論目前市場上的大部分動態(tài)血壓記錄儀，存在很多缺點(diǎn)，如：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；需要大量的連線才能把現(xiàn)場傳感器

50、的信號送到采集卡上，布線施工麻煩，成本也高；其二，線路上傳送的是模擬信號，易受干擾和損耗。為了克服這些缺點(diǎn)，一種基于數(shù)字化技術(shù)的系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。本文設(shè)計的血壓計在單片機(jī)選擇上，采用了比較常見的Atmel 公司生產(chǎn)的AT89C51。這主要是考慮到：一方面本血壓計在軟件設(shè)計上不涉及大量的計算，AT89C51作為8位微控制器（帶4K 字節(jié)閃速存儲器）已經(jīng)能足夠滿足設(shè)計要求；另一方面，AT89C51系列單片機(jī)技術(shù)發(fā)展比較成熟，且市場價格較低，能夠很好地節(jié)約設(shè)計成本。本課題研究最終旨在設(shè)計出全信息的動態(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)?，有效甄別

51、出干擾和偽差引起的誤檢測，恢復(fù)真實(shí)血壓，保證血壓報告的有效性和可靠性；設(shè)計的集成式A/D傳感器大大降低了因?yàn)榫€路復(fù)雜而造成的信號干擾；并且使信號傳輸更為快速準(zhǔn)確性也大大提高，降低了產(chǎn)品成本。但同時由于作者能力有限設(shè)計方面也有缺陷，如由于成本限制，采用的芯片并不是最新版本，系統(tǒng)計算速度上不如同類產(chǎn)品；能源消耗量還沒有完全優(yōu)化。望讀者給予建議或意見。參考文獻(xiàn)1 張國雄. 測控電路M.第3版. 機(jī)械工業(yè)出版社2 包旭鶴. 便攜式電子血壓計設(shè)計. 現(xiàn)代電子技術(shù)J.2007年第8期總第247期 7-11頁3 張毅剛 彭喜元. 單片機(jī)原理與應(yīng)用設(shè)計M.電子工業(yè)出版社.20084 閻石. 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)M

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