（电力电子与电力传动专业论文）远程血压监控系统.pdf

西华大学硕士学位论文 r e m o t eb l o o d p r e s s u r em o n i t o r i n gs y s t e m p o w e re l e c t r o n i c sa n de l e c t r i c a ld r i v e g r a d u a t e ：h o n g j i nl is u p e r v i s o r ：j i n g c h a n gy a n g a st h ei m p r o v m e n to fp e o p l e sl i v i n gs t a n d a r d ，p e o p l ea r ef a rm o r ec o n c e r n a b o u tt h e i rh e a l t hs i t u a t i o n b l o o dp r e s s u r ei st h em o s ti m p r o t a n tt a r g e t ，w h i c h r e f l e c tt h ep h y s i o l o g i c a ls t a t u so fh u m a nb e i n g n o r m a lb l o o dp r e s s u r ei st h e i m p o r t a n tf a c t o rt h a ti n s u r e sah e a l t h yb o d y i na d d i t i o n ， b l o o dp r e s s u r ei sa n i m p o r t a n ti n d i c a t o ro fc a r ef o rc r i t i c a lp a t i e n t s a c c u r a t l l ya n dt i m e l ym o n i t o r i n go f b l o o dp r e s s u r ei s e x t r e m e l yi m p o r t a n t f o rt h eu n d e r s t a n d i n go fh i si l l n e s s ， d i a g n o s i so fd i s e a s ea n dp r o t e c t i o ns a f e t yo fc r i t i c a lp a t i e n t s t h e r e f o r e ，t h e d e v e l o p m e n to fh i g h - p e r f o r m a n c eb l o o dp r e s s u r em o n i t o r i n gs y s t e mh a si m p o r t a n t p r a c t i c a ls i g n i f i c a n c e r e s p o n s et ot h ea b o v e ，t h i sp a p e rp r e s e n t st h es o l u t i o n so fr e m o t eb l o o d p r e s s u r em o n i t o r i n g a n dc o n t r o l s y s t e m , c o m b i n i n gc o m p u t e rt e c h n o l o g y ， m e a s u r e m e n ta n dc o n t r o lt e c h n o l o g ya n dn e t w o r kc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g y s o e l e c t r o n i cb l o o dp r e s s u r es y s t e mb e c o m en e t w o r k t h es y s t e mw i l lc o l l e c ta n d t r e a tb l o o dp r e s s u r ei n f o r m a t i o na n dd i s p l a yi nt h el c d ，a tt h es a m et i m e ，t h e i n f o r m a t i o n 埘t l lt c p i ps e n tt ot h en e t w o r k ，w h i c hi st h ep u r p o s eo ft h i sd e s i g n a tt h eb e g i n n i n g ，t h i sp a p e rd e s c r i b e st h ec h a r a c t e r i s t i c so fp h y s i o l o g i c a l s i g n a l sa n dt h e i rm e a s u r e m e n tc o n d i t i o n s ，d e t a i l e sa n a l y s i so ft h ep r i n c i p l e o f m e a s u r i n gb l o o dp r e s s u r ea sw e l la si d e n t i f i c a t i o no fd i a s t o l i ca n ds y s t o l i cb l o o d p r e s s u r e s p a p e r sf o c u so nb o t hh a r d w a r ea n ds o f t w a r es y s t e md e s i g n i nt e r m so f h a r d w a r e ，i ti se a s yi nd e s i g no ft h eh a r d w a r es y s t e m ，u s e i n gl m 3 s 8 9 6 2c o n t r o l l e r ( i n t e r n a li n t e g r a t e da d c o n v e r t e r sa n de t h e r n e tc o n t r o l l e r , e t c ) w i t ha r m c o r t e x - m 3p r o c e s s o rc o r e t h ee n t i r eh a r d w a r es y s t e mc i r c u i ti so fs i xp a r t s ：t h e m i l l i m u i i ls y s t e mc i r c u i to fl m 3 s 8 9 6 2 ；t h ep o w e rs u p p l ym o d u l e ；t h ei n t e r f a c e 西华大学硕士学位论文 c i r c u i to fj t a g ；t h eb l o o dp r e s s u r ed e t e c t i o nm o d u l e ；t h ed i s p l a ym o d u l eo fl i q u i d c w s t a l ；t h en e t w o r ki n t e r f a c e a m o n gt h e m , t h eb l o o dp r e s s u r ed e t e c t i o nm o d u l ei s ak e ya n dd i f f i c u l tp a r to f t h r o u g h o u ts y s t e md e s i g n ，w h i c he x c h a n g et oi s o l a t e a ca n dd cp a r to fc u f fp r e s s u r ea n dg i v et h e mt ot h ea dc o n v e r t e r o nt h e s o f t w a r es i d e ，t h i sp a r ti st h es y s t e ms o f t w a r ed e s i g no fc h a p t e ri v f i r s to fa l l ，t h e r e a l t i m eo p e r a t i n gs y s t e mp c o s 一1 1m i g r a t et ot h ep r o c e s s o r so fl m 3 $ 8 9 6 2 ，a n d t h e ni te x p l a i n st h ed e s i g no ft h ea p p l i c a t i o n ( b yt h et h r e ep a r t s ) t h e ya r ea d c o n v e r s i o np r o g r a m d e s i g n ，p r o g r a md e s i g no fl i q u i dc t y s t a ld i s p l a ya n dt h e n e t w o r kc o m m u n i c a t i o np r o g r a md e s i g n i nt h ee n d ，t h ep a p e rd o n eab r i e f i n t r o d u c t i o ni nt h es y s t e mh a r d w a r ea n ds o f t w a r ed e b u g g i n ga sw e l la sab r i e f s u m m a r yo ft h ef i l l lt e x t k e y w o r d s ：t c p 口o s c i l l a m e t r i cm e t h o d d i a s t o l i cb l o o dp r e s s u r e s y s t o l i cb l o o dp r e s s u r e肛c o s i i i l l 西华大学硕士学位论文 声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师的指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经 发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得西华大学或其它教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究工作所作的任何贡献均已在论 文中作了明确的说明并表示谢意。 本学位论文成果是本人在西华大学读书期间在导师的指导下取得的，论文成 果归西华大学所有，特此声明。 作者签名耋洫叮年j 月订日 | 聊躲撕哆耵月妇 i 西华大学硕士学位论文 西华大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规 定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电 子版，允许论文被查阅和借阅，西华大学可以将本论文的全部或部 分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复 印手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1 、保密口，在年解密后适用本授权书； 2 、不保密酬适用本授权书。 ( 请在以上口内划) 夕名厂 努 氰， 签斤、 秘川 ，-，一刻 导期指日 递进 李 名厂 签。 者一 作 文砂 一1 位期学日 西华大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 课题的背景 随着生活水平的提高，人们越来越关注自己的身体健康，血压是反映人 体生理状况的最重要指标之一，正常的血压是保证身体健康的重要条件，合 适的血压是维持人体正常新陈代谢的必要条件。同时，血压的高低也反映了 人体心脏和血管的功能状况。血压的测量结果对疾病的预防、诊断及治疗方 案具有重要的临床意义。根据2 0 0 1 年全国健康普查结果显示，中国平均每三 个家庭就有一个高血压患者；慢性低血压的发病率在4 左右，其在老年人群 中发病率高达l o 左右【l 】。随着医疗科学的发展，医疗临床对人体血压测量 的精确性与可靠性要求越来越高，这是因为在一些特殊病理条件下，如心脏 病手术后、心脑血管疾病、高血压危象和休克病人等，需要根据人体血压的 变化及时调整能对心血管系统产生明显影响的药物的给药速度和给药剂量， 另外血压也是重症病人监护的重要监护指标。准确、及时地监测血压，对于 了解病情、诊断疾病、指导心血管治疗和保障危重病人安全都极为重要。所 以，一个方便使用，测量精度高的血压仪器相当重要。 当前市面上，血压仪表种类繁多，但主要是国外公司研发生产，国内代 理销售，它们主要采用8 位或者1 6 位的单片机作为主控制器。随着技术越来 越成熟，各大公司竞争越来越强，3 2 位的微控制器的价格越来越便宜，原来 的8 位或1 6 位的单片机的价格优势不符存在。所以选择3 2 位的微控制器作 为血压仪表的主控制器是大势所趋。同时，随着科学技术的发展，计算机技 术，测控技术和网络通讯技术的融合成为一种趋势，各种智能仪表的网络化 是各国科学技术人员所追求的。其中，测量血压的医疗仪表也不例外。网络 化的血压仪表能把采集到的人体血压参数经过处理后或者直接通过网络传输 到上位机，这有利于专家分析处理原始数据和存档。当前，市面上所用的水 银血压计和电子血压仪表都不具备联网功能。所以，本课题所设计的远程血 西华大学硕士学位论文 压监控系统具有重要的现实意义。 1 2 生理学参数检测概述 随着医学的发展及工程技术在医学领域的应用，促使在本世纪5 0 年代初 兴起并形成了- - i l 生物医学工程( b i o m e d i c a le n g i n e e r i n g ，b m e ) 科学。它广 泛涉及医学、电子学、计算技术。生物材料、生物力学、生物控制、人工脏 器、仿生学及医疗器械等方面的内容，同时综合运用了现代自然科学和工程 技术方面的成就，并从工程角度深入人体结构、机能及相互之间的关系，以 解决医学上存在的问题，它是一门医学与工程技术互相渗透的学科。医学仪 器是b m e 的重要组成部分。医学仪器通过检测人体的生理参数来获取信息， 一般生理参数可分成两类，即电学量和非电学量，属于电学量的主要是各种 生物电，如心电、脑电、肌电等。属于非电学量的生理参数比较多，如体温、 血压、呼吸、血流量、脉搏、心音、氧分压、二氧化碳分压、钾以及各种微 量元素的含量等等。但这些非电学类型的生理参数的测量实质上就是温度、 压力、气体流量、液体流量、力、位移、加速度等非电物理量和化学量的测 量。医学参数测量又有其自身的特点：医学仪器所要测且的生理参数与工业 上非医学参数相比，被测生理量的幅值和频率范围都比较低，这使我们对生 理参数的测量有一个初步的概念并为医学仪器的设计提供一定依据【2 】。表1 1 为人体中涉及到的生理参数的测量范围。 1 2 1 生理参数的特点 人体系统的测量不同干工业系统中的物理。化学参数的测量，由于人体 生理系统的复杂性，所以测量时将会受到各种因素的限制，这些特点应引起 足够的重视。现将这些特殊性归纳如下： 1 传感器对被测生理量的影响 测量人体参数时，传感器几乎对任何形式的测量产生不同程度的影响， 在活体系统内的测量影响则更大。在很多情况下，传感器的存在显著的改变 了被测生理量的读数。 2 西华大学硕士学位论文 2 被测生理量的难接近性 在活体系统的测量中，有时因为没有适当的传感器一被测对象的界面， 所以对许多重要生理变量难以进行测量。 3 生理数据的变异性 人体上测出的生理变量即使出许多可控因素不变的条件下，仍会呈现随 时间而变化，这主要是因为该变量还与其它不确定变量有关，所以生理变量 不能认为是严格的定值，而应该用统计或概率分布的形式来说明，换旬说， 在相同的条件下，不同时刻测量的结果不会完全相同。 表1 1 人体生理参数 t a b l e l 1t h ep h y s i o l o g i c a lp a r a m e t e r so f b o d y 参数和所用传感器 测基幅度范围 频率范围( h z ) 心电圈描记e o g 体表电极1 0 p v 4 m ( 典型值1 m e )o 0 5 2 5 0 心脏电极爽型值5 0 m y0 0 5 2 5 0 胎儿心电典型傻1 0 p vo 0 50 - , 2 5 0 脑电图描记e i g ；头皮电掇1 0 l v 3 弘vq5 1 0 0 颅内屯极1 0 p v l o o m ，o - 5 1 0 0 动脉；直接应变仪、袖套1 0 4 0 0 m m i - i i 0 v 5 0 血压网接听诊器 2 5 4 0 0 m m h g 0 6 0 静脉：废变仪0 5 0 1 h g伊一5 0 血流曩流燕计 t c k 测试时钟输入； t d l _ 期4 试数据输入，数据通过t d i 输入j t a g 口； t d q - 钡试数据输出，数据通过t d o 从j t a g 口输出； 西华大学硕士学位论文 t m s 铡试模式选择，t m s 用来设置j t a g 处于某种特定的测试 模式： t r s t _ 一9 试复位，输入引脚，低电平有效。 l m 3 s 8 9 6 2 内置了j t a g 调试单元。故调试用只需将其j t a g 引脚连出即 可。电路连接如下图： f i 9 3 5t h ei n t e r f a c ec i r c u i to f j t a g 图3 5j t a g 接口电路 3 3 4 以太网接口电路设计 i n t e r a c t 可以说是最近5 0 年来最伟大的一项发明。在网络面前，所有的 交通工具，如飞机、火车等，他们的速度显得如此的幼稚和低级。嵌入式系 统作为i t 的技术前沿，也感受到了网络带来的巨大压力。在可以遇见的将来， 大部分的嵌入式系统都将带有网络接口，这就是所称的后p c 时代。鉴于后 p c 时代的到来，以及我们对远程控制的需求，因此在设备里添加网络功能已 经是非常必要的一项工作。而且嵌入式设备与网络结合起来，将会带来许多 崭新的应用。 以太网是属于o s i 模型第二层的协议。本系统不需要以太网接口芯片， 比如r e a l t e k 公司的r t l 8 0 1 9 s 芯片，因为l m 3 s 8 9 6 2 芯片里集成了以太网控 制器。它的框图如下： 2 7 西华大学硕士学位论文 f i 9 3 6t h eb l o c kd i a g r a mo f e t h e r n e tc o n t r o l l e r 图3 6 以太网控制器框图 l m 3 s 8 9 6 2 的以太网控制器由一个完全集成的媒体访问控制器( m a c ) 和 网络物理( p h y ) 接口器件组成。以太网控制器遵循i e e e8 0 2 3 规范，完全 支持1 0 b a s e t 和1 0 0 b a s e t x 标准。以太网控制器模块具有以下特性【1 7 】： 遵循i e e e8 0 2 3 - 2 0 0 2 规范 遵循1 0 b a s e t 1 0 0 b a s e t xi e e e 8 0 2 3 。只需要一个双路1 ：1 隔离 变压器就能与线路相连 1o b a s e t 10 0 b a s e t xe n d e c 10 0 b a s e t x 扰码器解扰器 全功能的自协商 多种工作模式 全双工和半双工1 0 0m b p s 全双工和半双工1 0m b p s 节电和掉电模式 高度可配置 可编程m a c 地址 l e d 活动选择 西华大学硕士学位论文 支持混杂模式 c r c 错误拒绝控制 用户可配置的中断 物理媒体操作 自动m d i m d i - x 交叉校验 寄存器可编程的发送幅度 自动极性校正和1 0 b a s e t 信号接口 l m 3 s 8 9 6 2 芯片以太网控制器在功能上被划分为两层或两个模块媒 体访问控制器( m a c ) 层和网络物理( p h y ) 层。它们与i s o 模型的第2 和第 1 层相对应。以太网控制器的基本接口是到m a c 层的一个简单总线接口。 m a c 层提供了以太网帧的发送和接收处理。m a c 层还通过一个内部的媒体 独立接口( m i i ) 给p h y 模块提供接口。为了m i i 管理接口的正确工作，m d i o 信号必须通过一个1 0 kq 的上拉电阻连接到+ 3 3v 的电源。不连接这个上拉 电阻将阻止这个内部m i i 上的管理传输起作用；内部时钟必须被向下分频，使 频率从统时钟变为一个不大于2 5 m h z 的频率，m a c m d v 寄存器包含用来下调 系统时钟的分频器。 p h y 配置操作； 时钟选择：p h y 有一个片内晶体振荡器，这个振荡器也可由一个外部 振荡器驱动。在这种模式的工作中，x t l p p h y 和x t l n p h y 管脚 之间应该连接一2 5 m h z 的晶体。或者，x t l p 管脚也可以连接一个 外部2 5 m h z 的时钟输入。在这种模式的工作中，不需要任何晶体 x t l n 管脚必须连接到地。 自协商：p i t y 支持i e e e8 0 2 3 标准中第2 8 条的自协商功能，可以在铜 线电缆上执行1 0 1 0 0 m b p s 的操作。这个功能可以通过寄存器设置来 使能。复位后，自协商功能默认开启，m r 0 寄存器的a n e g e n 位为 高。软件可以通过写a n e g e n 位禁止自协商功能。在自协商过程 中m r 4 寄存器的内容通过快速链路脉冲编码发送给p h y 的连接方。 一旦自协商结束，m r l8 寄存器的d p l x 和r a t e 位就反映了实际速 度和选择的双工。如果由于某种原因自协商未能建立一个链路，则 西华大学硕士学位论文 m r l 8 寄存器的a n e g f 位就会将该情况反映出来，自协商从头开始重 新启动。向m r 0 寄存器的r a n e g 位写l 也能使自协商重新启动。 极性校正：p h y 能够为1 0 b a s e t 执行自动或手动极性翻转，也具有 自协商功能。m r l 6 寄存器的位4 和5 ( r v s p o l 和a p o l ) 控制着这 个特性。默认是自动模式，该模式下a p o l 为低，r v s p o l 指明检 测电路是否已经将输入信号翻转了。要进入手动模式，a p o l 应当 被设置成高，r v s p o l 控制着信号的极性。 m d i m d i x 配置：p h y 支持i e e e8 0 2 32 0 0 2 中定义的自m d i m d i - x 配置。这就使得在连接到另一个器件( 例如，集线器) 时无需使用 交叉电缆。通过m r 2 4 寄存器中的设置来控制算法。 l e d 指示器：p h y 支持2 个l e d 信号，它们可以用来指示以太网控制 器操作的各种状态。这两个信号对应l e d 0 和l e d l 管脚。默认情况 下，这些管脚配置用作g p i o 信号( p f 3 和p f 2 ) 。为了使p h y 层驱 动这两个信号，信号必须被重新配置成硬件功能。这些管脚的功能 通过p h y 层的m r 2 3 寄存器来编程。 m a c 配置操作： 以太网帧格式：以太网数据由以太网帧来传送，基本的帧格式如图 3 9 。帧的7 个字段从左到右被发送。帧的位按照最低有效位到最高 有效位的方向被发送。 1 个字节6 个字节 6 个字节2 个字节字4 6 节- 1 5 0 0 个 4 个字节 f i 9 3 7t h ee t h e m e tf r a m ef o r m a t 图3 7 以太网帧格式 m a c 层f i f o ：一个2 k 字节的t xf i f o 提供给以太网帧的发送，可以 用来存放单个帧。虽然i e e e8 0 2 3 规范限制一个以太网帧的净负荷 西华大学硕士学位论文 区的大小为1 5 0 0 字节，但以太网控制器并没有给出这样的限制。整 个缓冲区都可以使用，净负荷区高达2 0 3 2 字节。一个2 k 字节的r x f i f o 提供给以太网帧接收，可以用来保存多个帧( 最多可高达3 1 个 帧) 。如果接收到一个帧而r xf i f o 没有足够的空间来存放，则会指 示溢出错误。 以太网发送选择：以太网控制器可以在发送帧结束时自动产生和插入 帧校验序列( f c s ) ，这由m a c t c t l 寄存器的c r c 位来控制。出于 测试的目的，为了产生一个带有无效c r c 的帧，这个特性可以被禁止。 i e e e8 0 2 3 规范要求以太网帧的净负荷区的大小最小为4 6 字节，如 果装入f i f o 的净负荷数据区小于最小的4 6 字节，则以太网控制器可 以配置成自动填充数据区，这个特性由m a c t c t l 寄存器的p a d e n 位来控制。在m a c 层，发送器可以通过使用m a c t c t l 寄存器的 d u p l e x 位配置成既执行全双工，又执行半双工操作。 以太网接收选择：利用m a c r c t l 寄存器的b a d c r c 位，以太网控制 器可以配置成拒绝带有无效帧校验序列字段的以太网帧。以太网接收 器也可以用m a c r c t l 寄存器的p r a m s 和a m u l 域配置成多播模式。 如这些模式被禁止，那只带有广播地址的以太网帧或编程到m a c n o 和m a c i a l 寄存器m a c 地址相匹配的帧被放置到r xf i f o 中。 要使用以太网控制器，外设必须通过置位r c g c 2 寄存器的e t h 位来使能。 然后，使用以下步骤来配置以太网控制器执行基本的操作。( 1 ) 编程m a c d i v 寄存器在内部m i i 上获得一个2 5 m h z 的时钟( 或更小的时钟) 。假设系统时 钟为2 0 m h z ，则m a c d 的值就是4 。( 2 ) 编程m a c i a 0 和m a c i a l 寄存器进 行地址过滤。( 3 ) 使用值0 x 1 6 编程m a c t c t l 寄存器，实现自动c r c 产生、 填充和全双工操作。( 4 ) 使用值0 x 0 8 编程m a c r c t l 寄存器来拒绝带有坏f c s 的帧。( 5 ) 通过置位m a c t c t l 和! m a c r c t l 寄存器的l s b 来使能发送器和接 收器。( 6 ) 要发送一个帧，就使用m a c d a t a 寄存器将该帧写入t xf i f o 。然 后置位m a c t r 寄存器的n e w t x 位启动发送过程。当n e w t x 位被清零后， t xf i f o 就可用于下个帧的送。( 7 ) 要接收一个帧，就必须等到m a c n p 寄存 器的n p r 域为非零值。然后使用m a c d a t a 寄存器开始将帧从r xf i f o 中读 3 1 西华大学硕士学位论文 出。当帧( 包括f c s 字段在内) 被读取后，n p r 域的值应当减1 。当r xf i f o 中没有帧时，n p r ：t 或将读出为零。 ；，： ：! ：i ： 聃 p 绉l2l 庙t = 与 铲 o，li t m lt 1 f 一一 厂 院3 l2 篓广二芝， i k fi ：0 15 3 i 玉d 二 r 气蠢馏 r ” 。，1 2n ：l4 ：7 - - - 一j 蹦7 56 6 斛 。鼍二笔一名i 嘲”嚯”l i ：强s9 ， l s融 9 l o碧裂f 赢确。耻；： ：，。 万、 。 蝌u nu i ：jl 二一j ：甬i f 一 ： “；- j 一；i r - t j ；一：。 j 。j ： 。：j5 ：；， ：r x -_ 2 石【+ 一 白l ：+ 。：y ；r “：一!“鼯3 酉 ；。 i l “”删t f t z “”口p “ ， 一? r 。 i d i + 赫5e 斛1 ，k吨 ， ：一m ol； 阮 i 3 j ： 力x 册c + 1 5 一 硌 。 1 。 茎 辩 匹配 l ir x p 3 硪墨f r 咒 l 弦 l 似 一一 船叼口 撂 1 4 d b c 3 j5 n c辩 1 3 砒l ， lm n c 糍。 l ia 6l 碰丁一 n e鞑 1 2 fi “” 。；： l 印| lq 奠珏： 1 i 啦和船卜 1 1 醛。 ，霄怂一 鲥置腿 1 0 l 务 9 弱【翻 ： 口阳昏t x - - - - g ( i 。 ； ： ” 。1 i i ：；0o _涵盘r 钒；醢船谭缯w ：； l 。 ：? j + + ；t ：，! ；j；“p ! 一 j “7 ，中一 f i 9 3 8t h ee t h e r n e ti n t e r f a c e 图3 8 以太网接口 图3 8 所示为以太网接口电路，其中网络变压器采用h r 6 0 1 6 8 。以太网接口 支持2 个l e d 信号，它们用来指示以太网控制器操作的各种状态，这两个信号对 应l e d 0 和l e d i 管脚。 3 3 5 液晶显示电路设计 为了能够直观的显示出所测的收缩压和舒张压，需要显示设备的支持。 本设计采用的l c d 屏是w i s t r o n 公司2 6 万色t 3 2 q m 6 4 5 0 型的液晶显示屏，该 型号显示屏具有2 4 0 * 3 2 0 的分辨率，3 3 v 电压供电。如图3 9 为液晶控制的写 操作时序图1 8 1 。 3 2 西华大学硕士学位论文 x jk - _ - 一， ， 舀 p ： l 一- j 2 _ ， 一 孵v c 2 1 - 静强牌盘睁盘婚主 n 釜&么磊 n& ，例0 州砼丽。 虻熔2 iol-t27 。确脯2 1 。跏”啦i r ，r、 7 i xx f i 9 3 9t h et i m i n gd i a g r a mo f w r i t eo p e r a t i o n 图3 9 写操作时序图 液晶模块的写时序采用8 0 8 0 总线方式，采用纯软件驱动液晶屏，通过i o 口来模拟8 0 8 0 的总线操作时序来控制液晶模块。它的管脚图如下所示。 3 3 嚣 茎萋 西华大学硕士学位论文 f i 9 3 1 0t h el c d c o n t r o lc i r c u i t 图3 1 0 液晶控制电路 如图3 1 0 所示，液晶屏具有3 0 个引脚信号，其中c s 是片选信号( 低电平 有效) ，r s 是数据命令信号( 高电平写数据，低电平写命令) ，r d 、w r 分别是读、 写控制信号( 低电平有效) ，r e s e t 是复位信号，d o 到d 1 5 是1 6 位数据总线。 电路板扩展接口的p a 0 到p a 7 ( 主芯片p a 口) 用连接线接到d 8 到d 1 5 ，p d 0 到 p d 7 ( 主芯片p d 口) 用连接线接到d o 到d 7 。p b 0 到p i m 分别接r e s e t 、r s 、 r d 、c s 和w i t 引脚。 3 3 6 血压检测模块电路设计 血压检测模块是整个系统设计的关键部分，也是系统设计的难点部分。 系统整个功能能否实现就看血压检测模块功能的实现。 主要元件选择： 1 传感器b p 3 0 0 t b p 3 0 0 系列压力传感器是专为电子血压计开发的一款压力传感器：具有 结构简单、性能稳定、可靠性好、通用性强等优点，加之具有低廉的价格， 标准的d i p 6 标准封装等特点，是目前较为流行的产品，主要适用于腕式臂 式电子血压计、医疗按摩器等需要控制气体压力的设备和器械中。它的主要 参数如下【1 9 】： 压力范围3 0 0m m h g5 8p s i g 4 0 k p a 最大的超压3 x 输入阻抗4 - 6k 输出阻抗“k 工作温度范围- 2 0 - - + 1 0 0 储藏温度范围- 4 0 , - + 1 2 5 重量 直线性o 5 磁滞现象+ o 5 综上特点所述，我们选择了b p 3 0 0 t 压力传感器。 西华大学硕士学位论文 2 仪用放大器i n a l2 9 2 0 】 i n a l 2 9 放大器，低功耗，常用于仪表放大器且精度高。多功能3 运算放 大器的设计，电流反馈输入电路提供高带宽且有高增益。内部电路结构如下 图所示。 v + v - f i 9 3 11t h ei n t e r n a ls t r u c t u r eo f i n a l 2 9 图3 1 1 烈a 1 2 9 内部结构 它的主要特点如下： 低偏移电压：最大5 0 i n v 低漂移：最大0 5 m v o c 低输入偏置电流：最大5 h a 高共模抑制比：1 2 0 d br a i n 宽电压范围：4 - 2 2 5t o 士1 8 v 低静态电流：7 0 0 m a 8 引脚双列直插式封装 i n a l 2 9 常用于桥式放大器，热电偶放大器，传感器放大器，医疗仪器放 大器等。综上分析，我选择了此放大器。 3 模数转换器【1 7 】 v o 西华大学硕士学位论文 血压检测模块的最后环节就是把模拟信号转换成数字信号，在本系统设 计中没有采用专用的模数转换芯片，而是用l m 3 s 8 9 6 2 芯片内部集成的模数 转换器( a d c ) 。它的框图如下： f i 9 3 1 2t h ea d c b l o c kd i a g r a m 图3 1 2 a d c 模块框图 a d c 模块的转换分辨率为1 0 位，并支持3 个输入通道，以及一个内部温度 传感器。a d c 模块含有一个可编程的序列发生器，它可在无需控制器干涉的 情况下对多个模拟输入源进行采样。每个采样序列均对完全可配置的输入源、 触发事件、中断的产生和序列优先级提供灵活的编程。a d c 通过使用一种基 于序列的可编程方法来收集采样数据，取代了传统a d c 模块使用的单次采样 或双采样的方法。每个采样序列均为一系列程序化的连续( b a c k - t o - b a c k ) 采 样，使得a d c 可以从多个输入源中收集数据，而无需控制器对它进行重新配 置或处理。对采样序列内的每个采样进行编程，包括对某些参数进行编程如 输入源和输入模式( 差分输入还是单端输入) ，采样结束时的中断产生，以 及指示序列最后一个采样的指示符。a d c 提供下列的特性： 3 d 模拟输入通道 西华大学硕士学位论文 单端和差分输入配置 内部温度传感器 5 0 0 0 0 0 次秒的采样率 4 个可编程的采样转换序列，入口长度1 到8 ，每个序列均带有相应的 转换结果f i f o 灵活的触发控制：控制器( 软件) 触发；定时器触发；模拟比较器触 发；p w m 触发；g p i o 触发 硬件可对多达6 4 个采样值进行平均计算，以便提高精度 为了使用a d c 模块，必须使能p l l ，同时使用所支持的晶振频率，如使 用不支持的频率可能会导致a d c 模块的操作发生错误。同时要对a d c 模块的 初始化和配置采样序列发生器。 a d c 模块的初始化过程很简单，主要的步骤包括使能a d c 时钟和重新配 置采样序列发生器的优先级： 通过写0 x 0 0 0 1 0 0 0 0 的值到r c g c l 寄存器来使能a d c 时钟 如果应用要求，那么在a d c s s p r i 寄存器中重新配置采样序列发生器 的优先级。默认配置是采样序列发生器0 优先级最高，采样序列发生 器3 优先级最低。 采样序列发生器的配置要稍微比模块初始化的过程复杂，因为每个采样 序列是完全可编程的。每个采样序列发生器的配置如下： 确保采样序列发生器被禁能，这可以通过写0 到a d c a c t s s 寄存器中 对应的a s e n 位来实现。采样序列发生器无需使能就可编程。如果在 配置过程中发生触发事件，那么在编程期间禁能序列发生器就可以预 防错误的执行操作。 在a d c e m u x 寄存器中为采样序列发生器配置触发事件。 在a d c s s m u x n 寄存器中为采样序列的每个采样配置相应的输入源。 在a d c s s c t l n 寄存器中为采样序列的每个采样配置采样控制位。当 对最后半个字节进行编程时，确保e n d 位已置位。e n d 位置位失败会 导致不可预测的行为。 如果要使用中断，那么必须写l 到a d c m 寄存器中相应的m a s k 位。 3 7 西华大学硕士学位论文 通过写1 到a d c a c t s s 寄存器中相应的a s e n 位来使能采样序列发生 器逻辑。 从血压检测原理一章知道，要想测出舒张压和收缩压，就必须检测出直 流袖压信号、脉搏信号。在血压检测模块中，直流袖压信号、脉搏信号具体 检测过程如下：信号首先进入压力传感器电路一差分放大电路：对压力传感 器输出的信号经差分放大电路进行第一级放大，将放大的信号分成两路，一 路将其作为袖压直流信号直接送到加转换器，另一路信号一高通滤波电路： 将直流袖压信号滤除，得到交流的脉搏信号一放大电路：得到放大脉搏信号 一低通滤波器：消除模拟通道引入的高频噪声干扰信号- - - , a d 转换器_ 微控器 通道。直流袖压信号、脉搏信号检测模块框图如图3 1 3 所示。 血压检测模块主要包括一个压力传感器电路、一个运算放大器电路、一 个低通滤波器和一个高通滤波器组成，见图3 1 4 、图3 1 5 、图3 1 6 、图3 1 7 。 它主要完成袖带直流压力以及脉搏信号检测。模拟信号的检测十分重要，它 是整个系统的前处理部分，其质量的好坏直接影响到后面的处理。 西华大学硕士学位论文 f i 9 3 13t h ed i a g r a mo f b l o o dp r e s s u r em o n i t o r i n g 图3 1 3 血压检测框图 f 噜3 1 4d cp r e s s u r et e s t i n g 图3 1 4 血压直流检测 3 9 西华大学硕士学位论文 f i 驴1 5h i g h - p a s sf i l t e r 图3 1 5 高通滤波器 y h “ 硒 “k 萝” 5义 o 。o 。7 蓐 l r n i a 。屠r ；：| ： = a - k l t 一 田删 ，茎篓： | ； ，材强， 1 v j ，= ，啦 ”o f i 驴16t h ea m p l i f i e rc i r c u i t 图3 1 6 放大电路 f i 9 3 1 7l o w - p a s sf i l t e r 图3 1 7 低通滤波器 西华大学硕士学位论文 人体生理信息的特点是低频小信号( “v - - m v 量级) ( 0 3 0 0 h z ) ，低信噪 比，因此传感器必需根据其特点精心选择，才能有效地提取生理信息并 转换为电信号。经实验检测，压力传感器b p 3 0 0 t 能满足要求。它能将袖 带内的气体振动信号转化为电信号，得到的电信号不仅包含气体的压力 信号，还包含了脉搏的波动信号。因此要获得血压、脉搏的波动信号， 就必须将这两种不同频率的信号分开。压力传感器用于测量迭加在一起 的袖带压力和脉搏波的混合信号，再通过滤波器将这两个信号分开，分 别送入a d 转换器，供主处理器分析处理。 见图3 1 4 压力传感器输出的电信号是很微弱的，有效信号中还包含有工 频、静电和电磁耦合等共模干扰，并混有大量的高频噪声。针对此类生物信 号的特殊性，初级放大电路应具有很高的共模抑制比，以及高增益、低噪声 和高输入阻抗等特点。因而，前置放大级要对信号进行差动一级放大并去噪。 根据前面的介绍，i n a l 2 9 p 作为初级放大器，它具高输入阻抗、低输出阻抗、 强抗共模干扰能力、低温漂、低失调电压且增益可调等特点，使其在微弱信 号的检测系统中广泛用作前置放大器。从i n a l 2 9 p 的6 脚输出的信号为袖带 压力和脉搏波的混合信号，但其中脉搏波信号所占比重极小，可直接作为直 流袖压送入a d 转换器。 放大器i n a l 2 9 p 的输出由两个信号组成：微弱脉搏波信号b p ( 1 3 0 h z 左 右) 叠加在袖带压力信号c p ( osc p u h 的移植 在该文件中，移植内容主要包括以下几个方面【2 3 】： ( 1 ) 数据类型定义。为了增强可移植性，i - t c o s i i 应避免使用类似缸、 c h a r 之类的具体与编译器相关的数据类型来定义变量，取而代之使用诸如 b o o l e a n 、i n t s u 之类的宏来定义变量，这些宏的定义被集中写在文件 o s c p u h 中。因此，要根据所使用的特定编译器来改写此文件中的这些宏 的定义。数据类型定义如下： t y p e d e fu n s i g n e dc h a rb o o l e a n ； t y p e d e f u n s i g n e dc h a r i n t 8 u ； t y p e d e fs i