【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、溫度傳感器、 SMBus/I2C、UART、 SPI、可編程計數(shù)器 /定時器陣列 (PCA)、定時器、數(shù)字 I/O 端口、電源監(jiān)視器、看門狗定時器（ WDT）和時鐘振蕩器等。 淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文 14 (4)電氣特性 校準器的輸入電壓 (REGIN 引腳 )： ； VDD(電壓校準器的輸出 )：(通常取 )； VREG 偏流 (電壓校準器有效時 )： 70uA； CPU 和 USB運行時的供給電流： 1mA(CPU 時鐘為 24MHz,USB 時鐘為 48MHz 時 )，或 9mA(CPU時鐘為 12MHz,USB 時鐘為 6MHz 時 )；內(nèi)部晶振頻率： ； USB 時鐘頻率： (全速 )， (低速 )。 圖 28次級放大電路原理圖 (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) 本章對脈搏檢測儀的軟件設(shè)計進行了比較詳細的介紹。 由于時間關(guān)系，本課題的脈搏檢測儀在硬件和軟件設(shè)計方面都可以采取更加高級的方法來實現(xiàn)。 在硬件設(shè)計中采用了高集成度的 C8051F320主控制器芯片，設(shè)備與主機通過 USB接口進行通信。 Visual Basic 開發(fā)平臺，具有編程簡潔、程序集成度高的特點，可以充分利用其界面設(shè)計工具，迅速完成各種功能的圖形界面設(shè)計，得到美觀清楚的界面；它能充分利用系統(tǒng)的資源，有利于對大量數(shù)據(jù)、圖像進行處理；可以充分利用其面向?qū)ο蟮脑O(shè)計方法，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）。 時鐘脈沖利用 C8051F320 內(nèi)部的時鐘。 (1)信號處理電路 U3B 為 RC4558 型放大器， CD4052 為 4 路模擬開關(guān)， C8051F320 的 P2 P24 與 CD4052 的 A、 B 引腳相連， C8051F320 通過控制 P2 P24 引腳電平的變換選通 CD4052 的不同通道，從而調(diào)節(jié)信號的次級放大倍數(shù)，以滿足實驗的要求， CD4052 的 A、 B 引腳的電平變換與次級放大倍數(shù)的對應(yīng)關(guān)系如表 所示。內(nèi)有輸入 /輸出電路單元通過相應(yīng)的配置寄存器控制的交叉開關(guān)配置到所選擇的端口上。所有 USB設(shè)備必須在零號端口上有一指定的通道，每個 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 總線簡介 USB（ Universal Serial Bus，通用串行總線）是一個外部總線標準，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)計論文 6 光電傳感器的電路設(shè)計 在本設(shè)計中我們采用 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，信噪比低，極易受到環(huán)境噪聲和肢體運動的干擾。其中比較有代表性的儀器有美國醫(yī)學(xué)博士 Jhon. 研制的一種針灸臨床用的新型無創(chuàng)脈波記錄儀，日本的田口賢輝發(fā)明的一種“壓力、脈搏測定裝置”、日本的代用文彥設(shè)計了一種“局部加壓型可償還脈裝置”、日本 Cofnia 公司研制的一種 CBM— 3000/20xx 型撓動脈脈波檢測儀以及日本 Sony 公司曾經(jīng)推出的一種利用三個駐體微音器作為脈波傳感元件的脈波檢測儀 [3]。因此，認識、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，測試所得脈搏波形能夠正確反映人體脈搏的真實特征。 脈搏檢測儀研究現(xiàn)狀和未來的發(fā)展趨勢 脈搏傳感器檢測的信號要通過串行通訊的方式傳輸給微處理器。 設(shè)計研究的內(nèi)容 包括傳感器的選用，傳感器驅(qū)動電路的設(shè)計、調(diào)理電 路的設(shè)計、光電隔離電路設(shè)計、單片機最小系統(tǒng)設(shè)計、 USB 接口設(shè)計、人機接口的設(shè)計等。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驗測量和噪聲分析 在測量過程中，前端測量到的脈搏信號十分微弱，容易受到外界環(huán)境的干擾，因此需要對脈搏傳感器的干擾噪聲進行分析，從光電式脈搏傳感器設(shè)計的技術(shù)角度減少干擾，使之能夠準確測量到脈搏信號，光電式脈搏傳感器的干擾主要有測量環(huán)境光干擾、工頻干擾、測量過程運動噪聲，下面對上述情況結(jié)合儀器軟硬件設(shè)計做進一步的分析。通過 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)生一個與 REF 管腳電位有關(guān)的單路輸出。用戶可以在任何時候斷開 USB 外設(shè)，而不管計算機是否正在運行，這都不會損壞 PC 機和 外設(shè)。 (1)USB系統(tǒng)的描述 一個 USB系統(tǒng)主要被定義為三個部分 :USB的互連； USB的設(shè)備 (device)；USB的主機 (host)。所有器件都有內(nèi)置的 FLASH存儲器和 256 字節(jié)的內(nèi)部 RAM,有些器件還可以訪問外部數(shù)據(jù)存儲器（ XRAM）。 USB 寄存器訪問 USB0 控制器寄存器的訪問是通過兩個特殊功能寄存器來實現(xiàn)的，這兩個特殊功能寄存器是： 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USB 電纜中的 VBUS 電壓信號源與單片機相連接， C8051F320 中集成了穩(wěn)壓器，可以將 VBUS 引腳檢測到的 +5V 電源穩(wěn)壓至單片機正常工作的的 + 電源電壓。 信號采集子程序流程圖如圖33 所示。軟件的設(shè)計包括MCU 固件程序、 USB 設(shè)備驅(qū)動程序、數(shù)據(jù)管理程序及軟件濾波程序。對儀器的改進思想概括如下： (1)目前的硬件電路多采用低集成度器件的設(shè)計 ， 今后可以開發(fā)高集成度新技術(shù)的系統(tǒng)以進一步縮小體積、簡化設(shè)計、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方面介紹了脈搏檢測儀的結(jié)構(gòu)，并給出實驗數(shù)據(jù)，結(jié)果表明該儀器達到了預(yù)期的設(shè)計要求 ，測試所得脈搏波形能夠正確反映人體脈搏的真實特征 。 al Basic 開發(fā)工具具有很大的優(yōu)勢[22]。 對于脈搏波形的計數(shù)，采用單片機為核心的計時法，計時法是對時鐘Φ計數(shù)，測出相鄰兩個脈搏脈沖信號間的時間間隔。下面將對各部分電路依次進行說明。在這種通過交叉開關(guān)配置的 I/O 端口系統(tǒng)中，單 片機外部為通用 I/O 口，如 P0 口、 P1 口和 P2 口。設(shè)備就是通過該 USB地址被操作的，每一個 USB設(shè)備通過一個或多個通道與主機通訊。 USB 系統(tǒng)通過硬件設(shè)計和數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議兩方面來保證其傳輸?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)的三運放組成，但一些主要性能卻優(yōu)于由三個分立運放構(gòu)成的儀表放大器。 在通常脈搏測量過程中，手指和光電式脈搏傳感器可能產(chǎn)生相對運動，會使脈搏測量產(chǎn)生誤差，這里我們采用指夾式機械模型，提高其機械抗運動性，使指夾能夠更緊的夾在手指上，不易松動來降低運動噪聲 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)射強度就越大。但是這些儀器裝置大多數(shù)沒有形成產(chǎn)品，也沒有見到廣泛臨床應(yīng)用的報道。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。該儀器同時具有使用、攜帶方便等優(yōu)點，現(xiàn)場測試表明：本系統(tǒng)已達到預(yù)期設(shè)計要求。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，以達到相互之間通訊的目的。 脈搏波檢測電路 目前脈搏波檢測系統(tǒng)有以下幾種檢測方法：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)中脈搏沒有專門的部位，也沒有專門對脈搏的講解，脈搏是一個非常復(fù)雜的過程，它是由心臟收縮和舒張產(chǎn)生的壓力，通過容量血管與阻力血管，在動脈內(nèi)產(chǎn)生的壓力變動以及有節(jié)律性的沖動形式，它存在于身體的每個部位。 在光電式脈搏傳感器中，光敏器件接收到的光信號不僅有包含 脈搏信息的反射光的信號，而且有測量環(huán)境下的背景光信號，由于動脈波動引起的光強變化比背景光的變化微弱得多，因此在測量過程當中要保持測量背景光的恒定，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主機之間進行連接和通信的操作，主要包括以下幾方面：總線的拓撲結(jié)構(gòu)： USB設(shè)備與主機之間的各種連接方式；內(nèi)部層次關(guān)系：根據(jù)