【正文】 模擬多路選擇器、可編程增益放大器、 ADC、電壓比較器、電壓基準(zhǔn)、溫度傳感器、 SMBus/I2C、UART、 SPI、可編程計(jì)數(shù)器 /定時(shí)器陣列 (PCA)、定時(shí)器、數(shù)字 I/O 端口、電源監(jiān)視器、看門狗定時(shí)器（ WDT）和時(shí)鐘振蕩器等。 淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 14 (4)電氣特性 校準(zhǔn)器的輸入電壓 (REGIN 引腳 )： ； VDD(電壓校準(zhǔn)器的輸出 )：(通常取 )； VREG 偏流 (電壓校準(zhǔn)器有效時(shí) )： 70uA； CPU 和 USB運(yùn)行時(shí)的供給電流： 1mA(CPU 時(shí)鐘為 24MHz,USB 時(shí)鐘為 48MHz 時(shí) )，或 9mA(CPU時(shí)鐘為 12MHz,USB 時(shí)鐘為 6MHz 時(shí) )；內(nèi)部晶振頻率： ； USB 時(shí)鐘頻率： (全速 )， (低速 )。 圖 28次級(jí)放大電路原理圖 (2)電源電路 由于該設(shè)備采用的是 USB 總線供電，且電路中的有源器件多是采取雙電源供電方式，所以在電路中我們使用了由 LM7805 和 LM7905 組合成的提供177。頻率測(cè)量如圖 32 所 示。 圖 35 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)界面 本章小結(jié) 本章對(duì)脈搏檢測(cè)儀的軟件設(shè)計(jì)進(jìn)行了比較詳細(xì)的介紹。 由于時(shí)間關(guān)系，本課題的脈搏檢測(cè)儀在硬件和軟件設(shè)計(jì)方面都可以采取更加高級(jí)的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。 在硬件設(shè)計(jì)中采用了高集成度的 C8051F320主控制器芯片，設(shè)備與主機(jī)通過(guò) USB接口進(jìn)行通信。 Visual Basic 開(kāi)發(fā)平臺(tái)，具有編程簡(jiǎn)潔、程序集成度高的特點(diǎn)，可以充分利用其界面設(shè)計(jì)工具，迅速完成各種功能的圖形界面設(shè)計(jì)，得到美觀清楚的界面；它能充分利用系統(tǒng)的資源，有利于對(duì)大量數(shù)據(jù)、圖像進(jìn)行處理；可以充分利用其面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)方法，也可由操作系統(tǒng)和其它應(yīng)用程序的消息觸發(fā)（應(yīng)用程序的運(yùn)算結(jié)果，參數(shù)調(diào)用等），甚至由應(yīng)用程序本身的消息觸發(fā)（自身收 /發(fā)信息以及執(zhí)行自身程序產(chǎn)生的參數(shù)變化等）。 時(shí)鐘脈沖利用 C8051F320 內(nèi)部的時(shí)鐘。 (1)信號(hào)處理電路 U3B 為 RC4558 型放大器， CD4052 為 4 路模擬開(kāi)關(guān)， C8051F320 的 P2 P24 與 CD4052 的 A、 B 引腳相連， C8051F320 通過(guò)控制 P2 P24 引腳電平的變換選通 CD4052 的不同通道，從而調(diào)節(jié)信號(hào)的次級(jí)放大倍數(shù)，以滿足實(shí)驗(yàn)的要求， CD4052 的 A、 B 引腳的電平變換與次級(jí)放大倍數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表 所示。內(nèi)有輸入 /輸出電路單元通過(guò)相應(yīng)的配置寄存器控制的交叉開(kāi)關(guān)配置到所選擇的端口上。所有 USB設(shè)備必須在零號(hào)端口上有一指定的通道，每個(gè) USB設(shè)備的 USB控制通道將與之相連。 (6)提供電源。 R 1 = 1 . 6 k R f = 4 8 k+_△∞+R = 1 . 6 k R = 1 . 6 kC 2 = 0 . 1 u FC 1 = 0 . 1 u F6V iV o 圖 26 二階低通濾波電路 USB 總線簡(jiǎn)介 USB（ Universal Serial Bus，通用串行總線）是一個(gè)外部總線標(biāo)準(zhǔn)，用于規(guī)范電腦與外部設(shè)備的連接和通訊。它的電源范圍寬 (177。 被測(cè)量 電量 敏感 元件 轉(zhuǎn)換 元件 基本轉(zhuǎn) 換電路 淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 6 光電傳感器的電路設(shè)計(jì) 在本設(shè)計(jì)中我們采用 IR333 型紅外發(fā)射二極管作為光源， BPW83 型紅外接收二極管作為光電轉(zhuǎn)換器件，兩種二極管的峰值波長(zhǎng)都在 900nm 附近，在指夾中，紅外發(fā)射二極管和紅外接收二極管并排擺放。 信號(hào)采集及處理系統(tǒng) 由于光電脈搏波屬于緩慢變化的微弱生理信號(hào)，信噪比低，極易受到環(huán)境噪聲和肢體運(yùn)動(dòng)的干擾。其中比較有代表性的儀器有美國(guó)醫(yī)學(xué)博士 Jhon. 研制的一種針灸臨床用的新型無(wú)創(chuàng)脈波記錄儀，日本的田口賢輝發(fā)明的一種“壓力、脈搏測(cè)定裝置”、日本的代用文彥設(shè)計(jì)了一種“局部加壓型可償還脈裝置”、日本 Cofnia 公司研制的一種 CBM— 3000/20xx 型撓動(dòng)脈脈波檢測(cè)儀以及日本 Sony 公司曾經(jīng)推出的一種利用三個(gè)駐體微音器作為脈波傳感元件的脈波檢測(cè)儀 [3]。因此，認(rèn)識(shí)、預(yù)防及早期發(fā)現(xiàn)這些疾病是十分必要的。儀器的硬件、軟件各部分配合良好，測(cè)試所得脈搏波形能夠正確反映人體脈搏的真實(shí)特征。 脈搏檢測(cè)儀研究現(xiàn)狀和未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì) 脈搏傳感器檢測(cè)的信號(hào)要通過(guò)串行通訊的方式傳輸給微處理器。 設(shè)計(jì)研究的內(nèi)容 包括傳感器的選用，傳感器驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)、調(diào)理電 路的設(shè)計(jì)、光電隔離電路設(shè)計(jì)、單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)、 USB 接口設(shè)計(jì)、人機(jī)接口的設(shè)計(jì)等。傳感器一般由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、基本轉(zhuǎn)換電路三部分組成，組 成框圖如圖 21所示。 +5VGND1KR1500R2C1D1IR333D2BPW8323 圖 22 光電式傳感器電路 光電式脈搏傳感器實(shí)驗(yàn)測(cè)量和噪聲分析 在測(cè)量過(guò)程中，前端測(cè)量到的脈搏信號(hào)十分微弱，容易受到外界環(huán)境的干擾，因此需要對(duì)脈搏傳感器的干擾噪聲進(jìn)行分析，從光電式脈搏傳感器設(shè)計(jì)的技術(shù)角度減少干擾，使之能夠準(zhǔn)確測(cè)量到脈搏信號(hào)，光電式脈搏傳感器的干擾主要有測(cè)量環(huán)境光干擾、工頻干擾、測(cè)量過(guò)程運(yùn)動(dòng)噪聲，下面對(duì)上述情況結(jié)合儀器軟硬件設(shè)計(jì)做進(jìn)一步的分析。通過(guò) Q1A1R1 環(huán)路和 Q2A2R2 環(huán)路的反饋，保持了 Q1， Q2 集電極電流為常量，所以輸入電壓相當(dāng)于加在外接電阻 R 的兩端，從輸入到 A1/A2 輸出的差分放大倍數(shù)為 G=（ R1+R2） /RG +1，由 A3 組成的單位增益減法器消除了任何共模成分，而產(chǎn)生一個(gè)與 REF 管腳電位有關(guān)的單路輸出。用戶可以在任何時(shí)候斷開(kāi) USB 外設(shè)，而不管計(jì)算機(jī)是否正在運(yùn)行，這都不會(huì)損壞 PC 機(jī)和 外設(shè)。 (1)USB系統(tǒng)的描述 一個(gè) USB系統(tǒng)主要被定義為三個(gè)部分 :USB的互連； USB的設(shè)備 (device)；USB的主機(jī) (host)。所有器件都有內(nèi)置的 FLASH存儲(chǔ)器和 256 字節(jié)的內(nèi)部 RAM,有些器件還可以訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ XRAM）。 USB 寄存器訪問(wèn) USB0 控制器寄存器的訪問(wèn)是通過(guò)兩個(gè)特殊功能寄存器來(lái)實(shí)現(xiàn)的，這兩個(gè)特殊功能寄存器是： USB0 地址寄存器（ USB0ADR）和 USB0 數(shù)據(jù)寄存（ USB0DAT）。 5V 電源電壓的電路，其電路連接圖如圖 所示，其中輸出的 +5V 電壓通過(guò)USB 電纜中的 VBUS 電壓信號(hào)源與單片機(jī)相連接， C8051F320 中集成了穩(wěn)壓器，可以將 VBUS 引腳檢測(cè)到的 +5V 電源穩(wěn)壓至單片機(jī)正常工作的的 + 電源電壓。 信號(hào)采集子程序流程圖如圖33 所示。軟件的設(shè)計(jì)包括MCU 固件程序、 USB 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序、數(shù)據(jù)管理程序及軟件濾波程序。對(duì)儀器的改進(jìn)思想概括如下： (1)目前的硬件電路多采用低集成度器件的設(shè)計(jì) ， 今后可以開(kāi)發(fā)高集成度新技術(shù)的系統(tǒng)以進(jìn)一步縮小體積、簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)、提高穩(wěn)定性和處 理速度 。 第 五 章 總結(jié)與展望 25 第五章 總結(jié)與展望 本論文從硬件和軟件兩個(gè)方面介紹了脈搏檢測(cè)儀的結(jié)構(gòu)，并給出實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，結(jié)果表明該儀器達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)要求 ，測(cè)試所得脈搏波形能夠正確反映人體脈搏的真實(shí)特征 。 al Basic 開(kāi)發(fā)工具具有很大的優(yōu)勢(shì)[22]。 對(duì)于脈搏波形的計(jì)數(shù)，采用單片機(jī)為核心的計(jì)時(shí)法，計(jì)時(shí)法是對(duì)時(shí)鐘Φ計(jì)數(shù)，測(cè)出相鄰兩個(gè)脈搏脈沖信號(hào)間的時(shí)間間隔。下面將對(duì)各部分電路依次進(jìn)行說(shuō)明。在這種通過(guò)交叉開(kāi)關(guān)配置的 I/O 端口系統(tǒng)中，單 片機(jī)外部為通用 I/O 口，如 P0 口、 P1 口和 P2 口。設(shè)備就是通過(guò)該 USB地址被操作的，每一個(gè) USB設(shè)備通過(guò)一個(gè)或多個(gè)通道與主機(jī)通訊。 USB 系統(tǒng)通過(guò)硬件設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議兩方面來(lái)保證其傳輸?shù)目煽啃?。二階低通濾波電路圖如圖 26所示。 AD620 是一種僅需在其引腳跨接一個(gè)電阻就能調(diào)節(jié)放大倍數(shù)的低功耗、高精度儀表放大器，其放大倍數(shù)調(diào)節(jié)范圍為 11000 倍，盡管 AD620 由傳統(tǒng)的三運(yùn)放組成，但一些主要性能卻優(yōu)于由三個(gè)分立運(yùn)放構(gòu)成的儀表放大器。 在通常脈搏測(cè)量過(guò)程中，手指和光電式脈搏傳感器可能產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，會(huì)使脈搏測(cè)量產(chǎn)生誤差，這里我們采用指夾式機(jī)械模型，提高其機(jī)械抗運(yùn)動(dòng)性，使指夾能夠更緊的夾在手指上，不易松動(dòng)來(lái)降低運(yùn)動(dòng)噪聲 的干擾。紅外發(fā)射二極管中的電流越大，發(fā)射角度越小，產(chǎn)生的發(fā)射強(qiáng)度就越大。但是這些儀器裝置大多數(shù)沒(méi)有形成產(chǎn)品，也沒(méi)有見(jiàn)到廣泛臨床應(yīng)用的報(bào)道。其發(fā)病率和死亡率均居各種疾病之首，是人類死亡的主要原因之一。該儀器同時(shí)具有使用、攜帶方便等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試表明：本系統(tǒng)已達(dá)到預(yù)期設(shè)計(jì)要求。串行通訊是把主系統(tǒng)與子系統(tǒng)（或 系統(tǒng)與系統(tǒng)、或子系統(tǒng)與子系統(tǒng)）輸入輸出通道的發(fā)送與接收端連接在一起作為信息交流的公共通道，以達(dá)到相互之間通訊的目的。 脈搏波檢測(cè)電路 目前脈搏波檢測(cè)系統(tǒng)有以下幾種檢測(cè)方法：光電容積脈搏波法、液體耦合腔脈搏傳感器、壓阻式脈搏傳感器以及應(yīng)變式脈搏傳感器。 圖 21 組成框圖 光電容積式麥博傳感器的原理 生理學(xué)和解剖學(xué)中脈搏沒(méi)有專門的部位，也沒(méi)有專門對(duì)脈搏的講解，脈搏是一個(gè)非常復(fù)雜的過(guò)程，它是由心臟收縮和舒張產(chǎn)生的壓力，通過(guò)容量血管與阻力血管，在動(dòng)脈內(nèi)產(chǎn)生的壓力變動(dòng)以及有節(jié)律性的沖動(dòng)形式，它存在于身體的每個(gè)部位。 在光電式脈搏傳感器中，光敏器件接收到的光信號(hào)不僅有包含 脈搏信息的反射光的信號(hào)，而且有測(cè)量環(huán)境下的背景光信號(hào)，由于動(dòng)脈波動(dòng)引起的光強(qiáng)變化比背景光的變化微弱得多，因此在測(cè)量過(guò)程當(dāng)中要保持測(cè)量背景光的恒定，減少背景光的干擾。 AD620 原理圖如圖 23 所示。 (2)即插即用。 USB的互連是指 USB設(shè)備與 USB主機(jī)之間進(jìn)行連接和通信的操作，主要包括以下幾方面：總線的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)： USB設(shè)備與主機(jī)之間的各種連接方式；內(nèi)部層次關(guān)系：根據(jù)