基于虛擬儀器的汽車(chē)儀表設(shè)計(jì)

本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)基于USB接口的脈搏檢測(cè)儀的設(shè)計(jì)院系名稱專(zhuān)業(yè)班級(jí)學(xué)生姓名指導(dǎo)教師職稱黑龍江工程學(xué)院二一二年六月THEGRADUATIONDESIGNFORBACHELORSDEGREETHEPLUSEDETECTINGINSTRUMENTBASEDONUSBINTERFACECANDIDATESPECIALTYCLASSSUPERVISORHEILONGJIANGINSTITUTEOFTECHNOLOGY201206HARBIN摘要脈診是中華醫(yī)學(xué)的重要組成部分，也是中醫(yī)臨床上診斷病癥的重要手段之一，中醫(yī)脈學(xué)的許多推理雖然也有其合理的一面，但是畢竟只是一種主觀的觸覺(jué)，缺乏客觀性和科學(xué)性。因此實(shí)現(xiàn)脈診科學(xué)化是繼承開(kāi)拓中醫(yī)脈學(xué)的重要途徑。本設(shè)計(jì)制作了一種基于USB接口的脈搏檢測(cè)儀，該檢測(cè)儀由硬件和軟件兩部分組成，硬件電路包括數(shù)據(jù)采集電路、放大濾波電路、控制電路及電源電路。其中數(shù)據(jù)采集部分采用的是光電脈搏傳感器；放大電路采用了AD620；濾波電路由二階有源低通濾波器構(gòu)成；控制電路選用了帶USB控制器、ADC、內(nèi)部時(shí)鐘源、具有標(biāo)準(zhǔn)CIP51內(nèi)核的微控制器C8051F320。軟件包括固件程序設(shè)計(jì)、USB設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)采集程序設(shè)計(jì)等三部分，其中固件程序、主機(jī)驅(qū)動(dòng)程序由C語(yǔ)言編寫(xiě)，數(shù)據(jù)采集程序由VB60語(yǔ)言編寫(xiě)。該儀器同時(shí)具有使用、攜帶方便等優(yōu)點(diǎn)。關(guān)鍵詞脈搏；光電傳感器；低通濾波；C8051F320；USB接口ABSTRACTPULSOLOGYISANIMPORTANTCOMPONENTOFCHINESEMEDICINE,MINEWHILE,ITISONEOFTHEIMPORTANTMEANSINCLINICALDIAGNOSISOFTHEDISEASEEITHER,ALTHOUGHMANYCHINESEPULSOLOGYREASONINGHASAREASONABLESIDE,AFTERALL,ITISJUSTASUBJECTIVESENSATIONSANDISLACKOFOBJECTIVEANDSCIENTIFICTHEREFORE,TOINHERITANDPIONEERINGCHINESEPULSOLOGY,REALIZINGTHESCIENTIFICOFPULSOLOGYISVERYIMPORTANTTHEPULSETESTINSTRUMENTBASEDONUSBINTERFACEISDESIGNEDANDITCANMEASUREAPERSONSPULSEONLINE,THEHARDWAREANDTHESOFTWAREAREMADEOFITTHEHARDWAREINCLUDESTHEDATACOLLECTINGCIRCUIT,THEAMPLIFYINGANDFILTERINGCIRCUIT,THECONTROLLINGCIRCUITANDTHEPOWERCIRCUITTHEDATACOLLECTINGCIRCUITISPHOTOSENSOR,THELARGEFILTERCIRCUITISAD620ASAMPLIFIERSINTHEPARTOFSIGNALFILTERING,WEDESIGNTHEACTIVESECONDORDERLOWPASSFILTERCIRCUITTHECONTROLLINGCIRCUITISAMICROPROCESSOROFC8051F320WITHUSBCONTROLLER,ADC,INNERCLOCKSOURCETHESOFTWAREINCLUDESTHEFIRMWAREPROGRAM,USBDRIVERSPROGRAM,DATACOLLECTINGPROGRAMANDTHEBASELINEDRIFTCORRECTINGPROGRAMFIRMWAREPROGRAMISCOMPLIEDWITHCLANGUAGE,THEDATAMANAGINGPROGRAMISCOMPLIEDWITHVISUALBASIC60ITCANWORKWELLITHASTHEADVANTAGESOFHIGHACCURACY,LOWPRICE,ANDISCONVENIENTTOCARRYANDUSEKEYWORDSPULSEPHOTOSENSORLOWPASSFILTERINGC8051F320USBINTERFACE目錄摘要IABSTRACTII第1章引言111概述1111課題研究的目的及意義112脈搏檢測(cè)儀研究現(xiàn)狀和未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)113設(shè)計(jì)的研究?jī)?nèi)容和擬達(dá)到的結(jié)果2131設(shè)計(jì)的研究?jī)?nèi)容2132擬達(dá)到的結(jié)果3第2章方案選擇與論證421總體方案的比較與論證422電壓信號(hào)放大電路模塊的選擇523傳感器的選擇524A/D轉(zhuǎn)換器的選擇525串行通信的選擇626本章小結(jié)6第3章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)731傳感器電路設(shè)計(jì)7311傳感器的定義與組成7312光電容積式脈搏傳感器的原理7313光電傳感器電路設(shè)計(jì)8314光電式脈搏傳感器的實(shí)驗(yàn)測(cè)量和噪聲分析832放大濾波電路設(shè)計(jì)9321放大電路的設(shè)計(jì)9322低通濾波電路設(shè)計(jì)1133USB總線簡(jiǎn)介1134MCU及外圍電路設(shè)計(jì)12341C8051F320介紹12342MCU外圍電路設(shè)計(jì)1735本章小結(jié)19第4章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)2041MCU固件程序設(shè)計(jì)2042USB設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)2143數(shù)據(jù)采集程序設(shè)計(jì)21431VISUALBASIC60簡(jiǎn)介21432數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)2244本章小結(jié)23結(jié)束語(yǔ)24參考文獻(xiàn)25致謝27附錄28附錄A系統(tǒng)總體硬件原理圖28附錄B數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)程序代碼30附錄C單片機(jī)程序代碼35附錄D英文文獻(xiàn)翻譯38第1章引言11概述中醫(yī)僅用三個(gè)手指切取腕部的脈搏信息，根據(jù)脈學(xué)理論即可診斷人體疾病。但是中醫(yī)切脈帶有個(gè)人主觀臆斷因素。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，脈診的客觀化、定量化的已成為中醫(yī)診斷的必然趨勢(shì)。中醫(yī)診斷依賴于對(duì)病人脈象信息的測(cè)試與分析，而脈診客觀化的最基本要是研制高性能的脈搏傳感器，取代人手指靠觸壓覺(jué)對(duì)脈搏信號(hào)檢測(cè)。采用傳感器檢測(cè)脈搏信息，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代信號(hào)處理技術(shù)、人工智能技術(shù)，可較客觀地記錄出脈搏波，有利于存儲(chǔ)，對(duì)脈搏信息進(jìn)行分析、識(shí)別。111課題研究的目的及意義脈診是我國(guó)傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)中最具特色的一項(xiàng)診斷方法，歷史悠久，內(nèi)容豐富，是中醫(yī)“整體觀念”、“辨證論治”的基本精神的體現(xiàn)和應(yīng)用，亦是中醫(yī)理論體系不可缺少的組成部分。脈搏在生物醫(yī)學(xué)測(cè)量中是一種常用而重要的指標(biāo)，也是人體重要的動(dòng)力學(xué)信號(hào)之一，它能反映人體心臟器官和血液循環(huán)系統(tǒng)的生理變化，在臨床健康觀察和疾病診斷中十分重要。脈搏檢測(cè)手段的發(fā)展大體分兩個(gè)階段傳統(tǒng)的中醫(yī)診脈和現(xiàn)代客觀化診脈。由于傳統(tǒng)的中醫(yī)診脈容易受到人為等多方面因素的干擾，使其缺乏客觀性。在西方醫(yī)學(xué)隨工業(yè)革命發(fā)展而醫(yī)療技術(shù)飛速進(jìn)步的形勢(shì)下，中國(guó)脈學(xué)不論在理論上或是方法上都較少有新的突破，而且脈學(xué)理論深?yuàn)W，方法陳舊，使脈診的臨床應(yīng)用受到很大的限制。中醫(yī)脈學(xué)的許多推理和經(jīng)驗(yàn)雖有其合理和實(shí)用的一面，但往往給人以玄妙莫測(cè)的印象，長(zhǎng)期以來(lái)影響著脈學(xué)的傳授和發(fā)展。因此實(shí)現(xiàn)脈診客觀化是繼承、開(kāi)拓中醫(yī)脈學(xué)的重要途徑。在中醫(yī)國(guó)際化高速發(fā)展的今天，中醫(yī)數(shù)字化和標(biāo)準(zhǔn)化研究日益深入，利用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行中醫(yī)輔助診療的系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生?；赨SB技術(shù)的脈搏數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)從中醫(yī)的脈診數(shù)字化入手，采集并重現(xiàn)中醫(yī)的脈圖，可為中醫(yī)師臨床工作帶來(lái)極大的方便。USB是一種標(biāo)準(zhǔn)的PC外設(shè)接口，經(jīng)過(guò)近十年的發(fā)展，USB技術(shù)在PC領(lǐng)域以及消費(fèi)電子產(chǎn)品市場(chǎng)領(lǐng)域日益占據(jù)了統(tǒng)治地位；另一方面，USB還正成為多種新型應(yīng)用的通用連接標(biāo)準(zhǔn)，包括數(shù)據(jù)采集、測(cè)量測(cè)試以及POS產(chǎn)品等場(chǎng)合?；谝陨纤枷?，設(shè)計(jì)基于USB接口的脈搏測(cè)量?jī)x，它可以短時(shí)間內(nèi)測(cè)得人體脈搏次數(shù)，并能實(shí)時(shí)顯示脈搏跳動(dòng)波形為心血管疾病的診斷提供有效的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。12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。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)）輸人輸出通道的發(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。利用這種方法可以節(jié)省通訊時(shí)間，提高信息交換速度，減少相互間連線，從而有效提高系統(tǒng)的可靠性和降低系統(tǒng)成本。因此，在數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)通信、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、分布式工業(yè)控制系統(tǒng)以及武備系統(tǒng)中，經(jīng)常采用串行通信來(lái)交換數(shù)據(jù)和信息。目前常用的串行總線接口標(biāo)準(zhǔn)主要有RS232、RS422、RS423、RS485和USB等。RS232總線是PC機(jī)早期采用的通用串行總線,至今仍然適用于要求較低的虛擬儀器或測(cè)試系統(tǒng)。通用串行總線（UNIVERSALSERIALBUS）與以往的傳統(tǒng)方式相比具有傳輸速度快、支持即插即用、功耗低等優(yōu)點(diǎn)，已成為新型數(shù)據(jù)通信接口的首選，可以連接鼠標(biāo)、鍵盤(pán)、打印機(jī)、掃描儀、攝像頭、閃存盤(pán)、MP3機(jī)、手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、移動(dòng)硬盤(pán)、外置光軟驅(qū)、USB網(wǎng)卡、ADSLMODEM、CABLEMODEM等，幾乎所有的外部設(shè)備。目前主流的計(jì)算機(jī)均配備有RS232和USB兩種串行接口，而早期的計(jì)算機(jī)主板只支持RS232串行接口，當(dāng)今則以USB接口為通用外設(shè)接口的趨勢(shì)。近年來(lái)日本、美國(guó)等國(guó)家的醫(yī)生、學(xué)者在醫(yī)學(xué)研究、針灸研究中設(shè)計(jì)了一些脈象客觀描記儀器或裝置。這些儀器的主要功能是描記脈象波形，是用作臨床觀察脈象變化的工具。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。其中比較有代表性的儀器有美國(guó)醫(yī)學(xué)博士JHONHLAUB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CBM3000/2000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。雖然國(guó)內(nèi)外在提取脈搏圖像方面已經(jīng)開(kāi)展了大量的工作，先后研制了不同種類(lèi)的傳感器及測(cè)量設(shè)備獲得脈搏波形，但從研制情況看，大部分傳感器不能模擬中醫(yī)切脈診法來(lái)檢測(cè)脈搏信號(hào)，適用性不夠好。例如80年代研制的液態(tài)傳感器利用將單位長(zhǎng)度管段動(dòng)脈內(nèi)血液休積隨時(shí)間變化量轉(zhuǎn)換成導(dǎo)電液柱體電阻的改變參量來(lái)測(cè)最脈搏波的。這種傳感器雖然有較高的靈敏度，但出于液態(tài)傳感器本身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的限制使測(cè)量過(guò)程并不十分方便。所以人體脈搏信號(hào)采集裝置的研究仍有其可行性和必要。13設(shè)計(jì)的研究?jī)?nèi)容和擬達(dá)到的結(jié)果131設(shè)計(jì)的研究?jī)?nèi)容包括傳感器的選用及使用，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)、A/D轉(zhuǎn)換器的設(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。132擬達(dá)到的結(jié)果技術(shù)指標(biāo)脈搏信號(hào)屬于低頻、微弱信號(hào)，而且干擾較大。設(shè)計(jì)基于USB接口的脈搏檢測(cè)儀要具有檢測(cè)人體脈搏且通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸、處理最終顯示結(jié)果的能力。1）對(duì)脈搏傳感器輸出的信號(hào)進(jìn)行放大從而更充分的利用模數(shù)轉(zhuǎn)換器的電壓轉(zhuǎn)換范圍。2）把經(jīng)過(guò)放大后的脈搏信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，為后續(xù)的信號(hào)處理做準(zhǔn)備。3）實(shí)現(xiàn)電路板與計(jì)算機(jī)之間的通信功能。4）在PC機(jī)上實(shí)現(xiàn)脈搏信號(hào)的還原、實(shí)時(shí)顯示及信號(hào)處理。第2章方案選擇與論證21總體方案的比較與論證方案一系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖21所示。傳感器放大整形倍頻三位BCD計(jì)數(shù)譯碼驅(qū)動(dòng)三位顯示閘門(mén)消隱脈沖圖21光電型倍頻法測(cè)脈搏系統(tǒng)框圖方案二系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖22所示。濾波電路PC按鍵顯示次級(jí)放大初級(jí)放大傳感器CPUADCUSB控制器MCU圖22基于USB接口的脈搏檢測(cè)儀系統(tǒng)框圖方案比較方案一利用光電傳感器檢測(cè)脈搏信號(hào)，經(jīng)放大整形后，輸出脈搏脈沖信號(hào)，在將其輸入計(jì)數(shù)器之前，先利用鎖相環(huán)倍頻器作100倍頻的處理，計(jì)數(shù)器對(duì)其進(jìn)行測(cè)量，設(shè)置閘門(mén)脈寬為06S，即能顯示出脈搏跳動(dòng)次數(shù)N次/MIN。但由于放大整形后的脈搏脈沖信號(hào)本身并非完全呈周期性，而倍頻器的倍頻需要一定的穩(wěn)定時(shí)間，影響了系統(tǒng)的測(cè)量精度。方案二中傳感器檢測(cè)的脈搏信號(hào)先進(jìn)行初級(jí)放大然后進(jìn)入低通濾波器進(jìn)行濾波處理，再經(jīng)過(guò)次級(jí)放大放大信號(hào)，進(jìn)入單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換和波形變換得到脈沖信號(hào)，并測(cè)頻計(jì)算1MIN脈搏跳動(dòng)的次數(shù)，由上位機(jī)顯示。與方案一相比，方案二提高了測(cè)量精度，同時(shí)可以利用軟件進(jìn)行精度的調(diào)整，節(jié)省了資源。22電壓信號(hào)放大電路模塊的選擇方案一應(yīng)用OP07是一種低噪聲,非斬波穩(wěn)零的雙極性運(yùn)算放大電路，具有非常低的輸入失調(diào)電壓，無(wú)需額外的調(diào)零措施，超低偏移，低輸入偏置電流穩(wěn)定性好，這種低失調(diào)高開(kāi)環(huán)增益的特性使得OP07特別適用于高增益的測(cè)量設(shè)備和放大傳感器的微弱信號(hào)方面，OP07信號(hào)放大器如圖23所示。OA1IN23V4C5UT678P0圖23OP07信號(hào)放大器功能框圖方案二采用由傳統(tǒng)的三運(yùn)算放大器發(fā)展而成的集成運(yùn)放芯片AD620,但一些主要性能卻優(yōu)于三運(yùn)算放大器構(gòu)成的儀表放大器的設(shè)計(jì),如電源范圍寬（2318V）,設(shè)計(jì)體積小,功耗非常低最大供電電流僅13MA,因而適用于低電壓、低功耗的應(yīng)用場(chǎng)合。對(duì)電壓信號(hào)進(jìn)行放大處理，根據(jù)系統(tǒng)的需要可以選擇不同的阻值就可以產(chǎn)生不同的放大倍數(shù)。使之成為適合A/D轉(zhuǎn)換的（010V）的模擬電壓信號(hào)。方案比較雖然方案一的運(yùn)放在各個(gè)方面都有出色的表現(xiàn)和明顯的優(yōu)勢(shì)，但是從本設(shè)計(jì)應(yīng)用的角度來(lái)考慮，其工作環(huán)境以及其它方面要求的條件，AD620完全可以勝任，其中最為關(guān)鍵的是AD620價(jià)格低廉、通用性好，而OP07單片價(jià)格昂貴、成本高，從成本上考慮本設(shè)計(jì)，選擇通用性更好、價(jià)格更低的AD620。23傳感器的選擇各種傳感器，由于原理、結(jié)構(gòu)不同，使用環(huán)境、條件、目的不同，其技術(shù)指標(biāo)也不可能相同。但是有些一般要求，卻基本上是共同的，包括可靠性、靜態(tài)精度、動(dòng)態(tài)性能、量程、抗干擾能力、分辨力、靈敏度、成本、能耗、對(duì)被測(cè)對(duì)象的影響等。傳感器是通過(guò)檢測(cè)功能來(lái)達(dá)到各種技術(shù)指標(biāo)的目的，很多傳感器要在動(dòng)態(tài)條件下工作，精度不夠、動(dòng)態(tài)性能不好或出現(xiàn)故障，整個(gè)工作就無(wú)法進(jìn)行。在某些系統(tǒng)中或設(shè)備上往往裝上許多傳感器，若有一個(gè)傳感器失靈，會(huì)影響全局。所以傳感器的工作可靠性、靜態(tài)精度和動(dòng)態(tài)性能是最基本的要求。目前我們常見(jiàn)的脈搏采集方法有壓力傳感器法、超聲脈圖法、光電容積法、電容傳感器法、電聲傳感器法等。以上這些方法中，超聲脈圖法和光電傳感器法在目前臨床應(yīng)用中比較普遍。而電容、電聲和壓力傳感器法多用于無(wú)創(chuàng)血壓測(cè)量中的脈搏測(cè)量，本文采用光電容積法實(shí)現(xiàn)對(duì)脈搏信號(hào)的采集。24A/D轉(zhuǎn)換器的選擇對(duì)于AD轉(zhuǎn)換器，選取的標(biāo)準(zhǔn)主要決定于采樣頻率和位數(shù)，以及價(jià)格、供貨周期、應(yīng)用情況等其他因數(shù)。ADS5422是14BIT的最高采樣頻率可達(dá)62MSPS的高速AD轉(zhuǎn)換芯片，采用單5V電源供電，在采樣頻率為10M時(shí)其最大動(dòng)態(tài)范圍為82DB，最高信噪比達(dá)到72DB，其數(shù)字量輸出可以直接和5V或者33V的CMOS芯片連接，模擬量輸入的峰峰值為4V，可以直接輸人0545V的模擬量，封裝形式為64腳的扁平四方封裝，目前TI的官方報(bào)價(jià)為29美元片（一次購(gòu)買(mǎi)千片以上的單價(jià)）。國(guó)內(nèi)也有該芯片出售，國(guó)內(nèi)價(jià)格在300元左右?；诒驹O(shè)計(jì)的硬件結(jié)構(gòu)、成本及通用性考慮，使用A/D集成到MUC上的C8051F系列單片機(jī)，既簡(jiǎn)化了硬件的復(fù)雜性，又節(jié)約了成本，通用性較好。25串行通信的選擇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)輸人輸出通道的發(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。利用這種方法可以節(jié)省通訊時(shí)間，提高信息交換速度，減少相互間連線，從而有效提高系統(tǒng)的可靠性和降低系統(tǒng)成本。因此，在數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)通信、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、分布式工業(yè)控制系統(tǒng)以及武備系統(tǒng)中，經(jīng)常采用串行通信來(lái)交換數(shù)據(jù)和信息。目前常用的串行總線接口標(biāo)準(zhǔn)主要有RS232、RS422、RS423、RS485和USB等。RS232總線是PC機(jī)早期采用的通用串行總線,至今仍然適用于要求較低的虛擬儀器或測(cè)試系統(tǒng)。通用串行總線UNIVERSALSERIALBUS與以往的傳統(tǒng)方式相比具有傳輸速度快、支持即插即用、功耗低等優(yōu)點(diǎn)，已成為新型數(shù)據(jù)通信接口的首選，可以連接鼠標(biāo)、鍵盤(pán)、打印機(jī)、掃描儀、攝像頭、閃存盤(pán)、MP3機(jī)、手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、移動(dòng)硬盤(pán)、外置光軟驅(qū)、USB網(wǎng)卡、ADSLMODEM、CABLEMODEM等，幾乎所有的外部設(shè)備。目前主流的計(jì)算機(jī)均配備有RS232和USB兩種串行接口，而早期的計(jì)算機(jī)主板只支持RS232串行接口，當(dāng)今則以USB接口為通用外設(shè)接口的趨勢(shì)。26本章小結(jié)本章主要從整體上經(jīng)過(guò)對(duì)控制功能的實(shí)現(xiàn)，硬件電路的設(shè)計(jì)，各個(gè)器件性能的優(yōu)劣，成本造價(jià)的高低等方面的綜合考慮，選擇出了合理的設(shè)計(jì)方案。本次設(shè)計(jì)各器件的選擇均滿足需求，得到了實(shí)用性的最大化。第3章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)31傳感器電路設(shè)計(jì)311傳感器的定義與組成傳感器（TRANSDUCER/SENSOR）在我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB76651987）中的定義是“能夠感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置”。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31所示。圖31傳感器組成框圖敏感元件它是直接感受被測(cè)量，并輸出與被測(cè)量成確定關(guān)系的某一物理量的元件。轉(zhuǎn)換元件敏感元件的輸出就是它的輸入，它把輸入轉(zhuǎn)換成電路參量?；巨D(zhuǎn)換電路將電路參量接入基本轉(zhuǎn)換電路（簡(jiǎn)稱轉(zhuǎn)換電路），便可轉(zhuǎn)換成電量輸出。傳感器只完成被測(cè)參數(shù)至電量的基本轉(zhuǎn)換，然后輸入到測(cè)控電路，進(jìn)行放大、運(yùn)算、處理等進(jìn)一步轉(zhuǎn)換，以獲得被測(cè)值或進(jìn)行過(guò)程控制。312光電容積式脈搏傳感器的原理生理學(xué)和解剖學(xué)中脈搏沒(méi)有專(zhuān)門(mén)的部位，也沒(méi)有專(zhuān)門(mén)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。通常人們對(duì)感觸到的體表的反應(yīng)叫脈搏，它是受心臟、血管、大腦中迷走神經(jīng)、交感神經(jīng)、及心臟神經(jīng)控制的一個(gè)非常復(fù)雜的過(guò)程。就容積式脈搏波的探測(cè)而言，指尖是較理想的部位，因?yàn)樗挥谥w前端，容易實(shí)現(xiàn)非接觸檢測(cè)；其次，由手指的解剖結(jié)構(gòu)可知，每個(gè)指尖的血液都是經(jīng)指總動(dòng)脈分兩路從指干兩側(cè)通向指尖，再經(jīng)豐富的冠狀動(dòng)脈彌散至毛細(xì)血管，然后從靜脈回流。血液是一種高度不透明的液體。近紅外單色光在一般組織中的穿透性比在血液中大幾十倍。皮膚內(nèi)的血液容積在心臟作用下呈波動(dòng)性變化，當(dāng)心臟收縮時(shí)外周血容量被測(cè)量電量敏感元件轉(zhuǎn)換元件基本轉(zhuǎn)換電路最多，而心臟舒張時(shí)則外周血容量減小。血容積搏動(dòng)使組織中血液透光率隨之變化，當(dāng)光源和光敏元件置于被測(cè)部位（如手指）的同一側(cè)（或兩側(cè)），光源發(fā)出的光照射在組織上，經(jīng)反射（或透射）后被光敏元件接，光敏元件將脈動(dòng)的光強(qiáng)度信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)槊}動(dòng)的電信號(hào)。在檢測(cè)系統(tǒng)中將變化量與直流量相互分離，從而得到光電容積脈搏波。313光電傳感器電路設(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。R2選500是基于紅外接收二極管感應(yīng)紅外光靈敏度考慮的。R2過(guò)大，通過(guò)紅外發(fā)射二極管的電流偏小，BPW83型紅外接收二極管無(wú)法區(qū)別有脈搏和無(wú)脈搏時(shí)的信號(hào)。反之，R2過(guò)小，通過(guò)的電流偏大，紅外接收二極管也不能準(zhǔn)確地辨別有脈搏和無(wú)脈搏時(shí)的信號(hào)，電容C1起到隔直通交的作用，因?yàn)閺墓怆姸O管拾取的電壓信號(hào)是直流和交流疊加的信號(hào)。光電傳感器電路原理圖如圖32所示。5VGND1KR0247CI3BPW8圖32光電式傳感器電路314光電式脈搏傳感器的實(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。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。在同時(shí)考慮到傳感器使用的方便性，本儀器采用特制的指夾封裝形式，整個(gè)外殼采用不透光的介質(zhì)和顏色，盡量減小背景光的影響。工頻干擾是電路中最常見(jiàn)的干擾，脈搏信號(hào)變化緩慢，特別容易受到工頻信號(hào)的干擾，因此對(duì)工頻信號(hào)干擾的抑制是保證脈搏信號(hào)測(cè)量精度的主要措施之一。通常脈搏信號(hào)的頻率范圍在0320HZ之間，小于工頻50HZ，因此必須通過(guò)低通濾波電路濾除工頻干擾，這里我們使用二階低通濾波電路進(jìn)行濾波處理。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。32放大濾波電路設(shè)計(jì)由光電傳感器拾取的脈搏信號(hào)十分微弱，僅為微伏量級(jí)或毫伏量級(jí)，所以首先要對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大，介于此系統(tǒng)的特點(diǎn)，我們使用了兩級(jí)放大電路，分別為初級(jí)放大和次級(jí)放大。在信號(hào)采集過(guò)程中，工頻、人體位移、呼吸作用等都會(huì)對(duì)原始信號(hào)產(chǎn)生干擾，所以必須對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波處理。321放大電路的設(shè)計(jì)由于光電傳感器拾取的脈搏信號(hào)十分微弱，僅為微伏量級(jí)或毫伏量級(jí)，所以要求前置級(jí)滿足下述要求（1）高輸入阻抗。光電信號(hào)是不穩(wěn)定的內(nèi)阻變化的微弱信號(hào)，為了減少信號(hào)源內(nèi)阻的影響，必須提高放大器輸入阻抗，所以要求放大器具有高的輸入阻抗。（2）低噪聲、低漂移。可以減小信號(hào)源的影響，增強(qiáng)信號(hào)的拾取能力，使輸出穩(wěn)定。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。它的電源范圍寬23V18V，體積小,功耗低最大供電電流僅為13MA，因而經(jīng)常使用在低電壓、低功耗的應(yīng)用場(chǎng)合。AD620的工作原理AD620是在傳統(tǒng)的三運(yùn)放組合方式的基礎(chǔ)上研制的單片儀用放大器。輸入三極管Q1和Q2提供了唯一雙極差分輸入，因內(nèi)部的超處理，它的輸入偏移電流比一般情況低10倍。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（R1R2）/RG1，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。AD620原理圖如圖33所示。圖33AD620原理圖AD620封裝圖如圖34所示。AD620134875RGINVSOUTPEFW圖34AD620封裝引腳圖內(nèi)部增益電阻R1和R2被精確確定247K,使得運(yùn)放增益精確地由確定G494K/RG1或RG494K/G1。由于經(jīng)光電傳感器采集到的信號(hào)為毫伏量級(jí)，并且在信號(hào)的次級(jí)放大中還可以設(shè)置25倍的放大倍數(shù)，所以在前級(jí)放大電路的設(shè)計(jì)中令放大倍數(shù)為101倍，經(jīng)過(guò)計(jì)算RGR3500，交流信號(hào)由2、3引腳輸入經(jīng)放大后通過(guò)低通濾波器進(jìn)行處理。信號(hào)初級(jí)放大電路原理圖如圖35所示。圖35信號(hào)初級(jí)放大電路322低通濾波電路設(shè)計(jì)濾波器是一種能使有用頻率信號(hào)通過(guò)而同時(shí)抑制無(wú)用頻率信號(hào)的電子裝置。工程上常用它處理信號(hào)、傳送數(shù)據(jù)和抑制干擾。有源濾波和無(wú)源濾波相比，有源濾波采用了集成運(yùn)放，集成運(yùn)放的開(kāi)環(huán)電壓增益和輸入阻抗都很高，輸出阻抗低，構(gòu)成有源濾波器后還具有一定的電壓放大和緩沖作用。通常脈搏信號(hào)的頻率范圍在0320HZ之間，因此通過(guò)低通濾波器可以有效濾除50HZ工頻干擾及其他的高頻噪聲干擾。本文采用二階有源低通濾波器對(duì)經(jīng)初級(jí)放大后的信號(hào)進(jìn)行濾波處理。二階低通濾波電路圖如圖38所示。R1F_C2V0N圖36二階低通濾波電路33USB總線簡(jiǎn)介USB（UNIVERSALSERIALBUS，通用串行總線）與其它老式PC機(jī)接口相比，USB的如下特點(diǎn)正好說(shuō)明了這些優(yōu)點(diǎn)1、熱插拔。用戶可以把USB外設(shè)連接到一臺(tái)正在運(yùn)行的PC機(jī)上，操作系統(tǒng)能自動(dòng)識(shí)別，并且用戶可以立即使用，而不需要重新啟動(dòng)PC機(jī)。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)。2、即插即用。USB實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)配置，它不需要用戶手工配置I/O地址和中斷請(qǐng)求。當(dāng)USB外設(shè)接入PC機(jī)時(shí)，操作系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)檢測(cè)到這個(gè)連接，并加載合適的驅(qū)動(dòng)程序。3、共享式接口。USB端口支持多個(gè)外設(shè)的連接，采用“菊花瓣”式的連接方式。通過(guò)USB集線器，一個(gè)USB主控制器上最多可連接127個(gè)外設(shè)。4、低成本。USB能實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大的功能，它比以前的接口更加復(fù)雜，但是它的組件和電纜并不貴，帶有USB接口的外設(shè)和具有同樣功能的老外設(shè)接口相比，所需費(fèi)用差不多，有時(shí)會(huì)更少一些。5、性能可靠。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)目煽啃浴?、提供電源。USB電纜向外設(shè)提供了一根5V的電源線，電流的大小取決于集線器，最小為100MA，最大不會(huì)超過(guò)500MA，用戶可以直接使用這個(gè)總線電源。另外，USB支持低功耗模式，如果其連續(xù)3MS沒(méi)有總線活動(dòng)的話，USB就會(huì)自動(dòng)進(jìn)入掛起狀態(tài)，以節(jié)省電能消耗。7、兼容性。USB規(guī)范有良好的向下兼容性，如USB20的主控制器就能很好的兼容USBIA的產(chǎn)品，操作系統(tǒng)在檢測(cè)到全速USB設(shè)備接入時(shí)，會(huì)自動(dòng)按照12MB/S的速率進(jìn)行傳輸，而其它高速USB設(shè)備并不會(huì)因?yàn)槿僭O(shè)備的連接而減慢它們的傳輸速率，它們?nèi)钥衫^續(xù)使用480MB/S的速率進(jìn)行傳輸。USB是一種電纜總線，一個(gè)完整的USB總線系統(tǒng)可以分為三部分USB總線的主機(jī)U（SBHOST）、USB總線的設(shè)備（USBDEVICE）以及USB集線器（USBHUB）來(lái)實(shí)現(xiàn)它們之間的互連，支持在主機(jī)和各式各樣的即插即用的外設(shè)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。由主機(jī)預(yù)定的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議使各種設(shè)備分享USB帶寬，當(dāng)其它設(shè)備和主機(jī)在運(yùn)行時(shí)，總線允許添加、設(shè)置、使用以及拆除外設(shè)。USB連接了USB設(shè)備和USB主機(jī)，USB的物理連接是有層次性的星型結(jié)構(gòu)。每個(gè)網(wǎng)絡(luò)集線器是在星型的中心，每條線段是點(diǎn)點(diǎn)連接。從主機(jī)到集線器或其功能部件，或從集線器到集線器或其功能部件。USB的電纜只有四根導(dǎo)線一對(duì)互相絞纏的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格線，用于傳輸差分信號(hào)D和D，另有一對(duì)符合標(biāo)準(zhǔn)的電源線VBUS和GND，用于給設(shè)備提供SV電源。USB連接線具有屏蔽層，以避免外界干擾。34MCU及外圍電路設(shè)計(jì)341C8051F320介紹美國(guó)CYGNAL公司是一家專(zhuān)業(yè)從事混合信號(hào)片上系統(tǒng)單片機(jī)設(shè)計(jì)與制造的半導(dǎo)體公司，它在市場(chǎng)上推出了53個(gè)品種的C8051F系列片上系統(tǒng)單片機(jī)。C8051F系列單片機(jī)是集成的混合信號(hào)片上系統(tǒng)SOC（SYSTEMONCHIP），具有與MCS51內(nèi)核及指令集完全兼容的微控制器，除了具有標(biāo)準(zhǔn)8051的數(shù)字外設(shè)部件之外，片內(nèi)還集成了數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)中常用的模擬部件和其它數(shù)字外設(shè)及功能部件。C8051F系列單片機(jī)的功能部件包括模擬多路選擇器、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(mén)狗定時(shí)器（WDT）和時(shí)鐘振蕩器等。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）。C8051F320是CYGNALC8051F系列單片機(jī)中的一款，它除了具備上述強(qiáng)大功能外，它還帶有USB控制處理器，完全遵循USB20協(xié)議，支持12MBPS的全速傳輸或15MBPS的低速傳輸，可時(shí)鐘恢復(fù)，不須額外的晶振，其提供端點(diǎn)（ENDPOINT）數(shù)為8個(gè)，且每個(gè)端點(diǎn)的傳輸類(lèi)型、傳輸方向均可由設(shè)計(jì)者自由配置。另外，它的內(nèi)部還集成有1KBYTE的USBSRAM和USB收發(fā)器。1、功能部件（1）模擬外設(shè)10位的ADC（1LSBINL）其最大可編程轉(zhuǎn)換速率可達(dá)200KSPS；可多達(dá)17個(gè)外部輸入；可編程為單端輸入或差分輸入；內(nèi)置一個(gè)溫度傳感器；2個(gè)模擬比較器；24V的內(nèi)部電壓基準(zhǔn)；精確的VDD監(jiān)視器和欠壓檢測(cè)器。（2）USB功能控制模塊滿足USB20協(xié)議；可在全速12MBPS或低速15MBPS下運(yùn)行；集成有一個(gè)時(shí)鐘恢復(fù)源，對(duì)于全速或低速傳輸均可不用外部晶振；支持8個(gè)靈活通用的端點(diǎn)；內(nèi)置一個(gè)1K的USB專(zhuān)用緩沖存儲(chǔ)器；集成了一個(gè)USB接收器，不需要外部電阻。（3）片內(nèi)調(diào)試模塊片內(nèi)調(diào)試電路提供全速、非侵入式的在系統(tǒng)調(diào)試不需仿真器；支持端點(diǎn)、單步、觀察點(diǎn)、堆棧監(jiān)視器；可以觀察/修改存儲(chǔ)器和寄存器；比使用仿真芯片、目標(biāo)仿真頭和仿真插座的仿真系統(tǒng)有更好的性能。（4）工作溫度范圍070（5）高速8051微控制器內(nèi)核（6）采用流水線指令結(jié)構(gòu)，其70的指令的執(zhí)行時(shí)間為一個(gè)或兩個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期速度可達(dá)25MIPS時(shí)鐘頻率為25MHZ時(shí)。（7）存儲(chǔ)器1280字節(jié)的內(nèi)部數(shù)據(jù)RAM（1K256）；16K字節(jié)的可以在系統(tǒng)編程的FLASH閃速存儲(chǔ)器。（8）數(shù)字外設(shè)25個(gè)字節(jié)寬的端點(diǎn)I/O；所有口線均耐5V電壓；可同時(shí)使用UART串口、硬件SMBUSTM、SPITM；帶有4個(gè)可編程的16位計(jì)數(shù)器/定時(shí)器陣列；帶有5個(gè)捕捉/比較模塊的通用16位計(jì)數(shù)器/定時(shí)器。（9）時(shí)鐘源內(nèi)部晶振的精度為025，支持所有USB和UART模式；外部晶振器晶體、RC、C或外部時(shí)鐘；內(nèi)置一個(gè)針對(duì)與USB控制器的片上時(shí)鐘乘法器。（10）供電電壓片上的參考電源校準(zhǔn)器支持USB總線電源操作；校準(zhǔn)器的BYPASS模式支持USB內(nèi)部電源操作。2、性能特點(diǎn)C805IF320在保持CISC結(jié)構(gòu)及指令系統(tǒng)不變的情況下，對(duì)指令運(yùn)行實(shí)行流水作業(yè)，推出了CIP51的CPU模式，從而大大提高了指令運(yùn)行速度，使8051兼容機(jī)系列進(jìn)入了8位高速單片機(jī)行列。傳統(tǒng)的單片機(jī)I/O端口大都是固定為某個(gè)特殊功能的輸入/輸出口，可以是單功能或多功能，I/O口可編程選擇為單向/雙向以及上拉、開(kāi)漏等。這種固定方式既占用較多引腳，配置又不夠靈活。C8051F320采用開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)以硬件方式實(shí)現(xiàn)I/O端口的靈活配置。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。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。C8051F320還提供了一個(gè)完整而先進(jìn)的時(shí)鐘系統(tǒng)。在這個(gè)系統(tǒng)中，片內(nèi)設(shè)置有一個(gè)可編程的時(shí)鐘振蕩器無(wú)需外部器件，可提供2、4、8和16MHZ時(shí)鐘的編程設(shè)定。外部振蕩器可選擇4種方式。當(dāng)程序運(yùn)行時(shí)，可實(shí)現(xiàn)內(nèi)外時(shí)鐘的動(dòng)態(tài)切換。編程選擇的時(shí)鐘輸出CYSCLK除供片內(nèi)使用外，還可從隨意選擇的I/O端口輸出。C8051F320的ADC子系統(tǒng)集成了兩個(gè)17通道模擬多路選擇器（合稱AMUX0）和一個(gè)200KSPS的10位逐次逼近寄存器型ADC。模擬多路選擇器（AMUX0）選擇ADC的正輸入和負(fù)輸入，P10P30、片內(nèi)溫度傳感器輸出和正電源（VDD）中的任何一個(gè)都可以被選擇為正輸入；P10P30、VREF和GND中的任何一個(gè)都可以被選擇為負(fù)輸入。當(dāng)GND被選擇為負(fù)輸入時(shí)，ADC工作在單端方式；在所有其它時(shí)間，ADC工作在差分方式。ADC的輸入通道由寄存器AMX0P和AMX0N選擇。ADC中集成了跟蹤保持電路和可編程窗口檢測(cè)器。AMUX0、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方式及窗口檢測(cè)器都可用軟件通過(guò)特殊功能寄存器來(lái)配置。ADC可以工作在單端方式或差分方式，當(dāng)工作在單端方式時(shí)，轉(zhuǎn)化碼為10位無(wú)符號(hào)整數(shù)，所測(cè)量的輸入范圍為0VREF1023/1024；當(dāng)工作在差分方式時(shí)，轉(zhuǎn)化碼為10位有符號(hào)整數(shù)（2的補(bǔ)碼），所測(cè)量的輸入范圍為VREFVREF511/512。ADC可以被配置為用于測(cè)量P10P30、溫度傳感器輸出或VDD（相對(duì)于P10P30、VREF或GND）。只有當(dāng)ADC控制寄存器（ADC0CN）中的AD0EN位被置1時(shí)ADC子系統(tǒng)才被使能。當(dāng)AD0EN位為0時(shí)，ADC子系統(tǒng)處于低功耗關(guān)斷方式。C8051F320的電壓基準(zhǔn)MUX可以被配置為連接到外部電壓基準(zhǔn)、內(nèi)部電壓基準(zhǔn)或電源電壓VDD?；鶞?zhǔn)控制寄存器REF0CN中的REFSL位用于選擇基準(zhǔn)源。選擇使用外部或內(nèi)部基準(zhǔn)時(shí)，REFSL位應(yīng)被設(shè)置0；選擇VDD作為基準(zhǔn)，REFSL應(yīng)被置1。C805IF320在8位單片機(jī)中率先配置了標(biāo)準(zhǔn)的EC2接口IEEE11491，在上位機(jī)軟件支持下，通過(guò)串行的EC2接口直接對(duì)產(chǎn)品系統(tǒng)進(jìn)行仿真調(diào)試。C8051F的EC2接口不僅支持FLASHROM的讀/寫(xiě)操作及非侵入式在系統(tǒng)調(diào)試，還為在系統(tǒng)測(cè)試提供邊界掃描功能。通過(guò)邊界寄存器的編程控制，可對(duì)所有器件引腳、SFR總線和I/O口弱上拉功能實(shí)現(xiàn)觀察和控制。C805IF320把80C51單一的外部復(fù)位發(fā)展成多源復(fù)位上電復(fù)位、掉電復(fù)位、外部引腳復(fù)位、軟件復(fù)位、時(shí)鐘檢測(cè)復(fù)位、比較器0復(fù)位和引腳配置復(fù)位。眾多的復(fù)位源為保障系統(tǒng)的安全、操作的靈活性以及零功耗系統(tǒng)設(shè)計(jì)帶來(lái)極大的好處。3、引腳及封裝C8051F320引腳圖如圖37所示。PGND45V6REI7BUST9CF圖37C8051F320引腳圖C8051F320封裝圖如圖38所示。3231302928272625242322212019181712345678910111213141516P01P00GNDDDVDDBEGINRSTP30P27P26P25P24P23P22P21VBUSP20P17P16P15P14P13P12P02P03P04P05P06P07P10P11C8051F320圖38C8051F320封裝圖VDD數(shù)字電源；GND模擬地；BEGIN5V校準(zhǔn)器的輸入端；/RST/C2CK設(shè)備的復(fù)位引腳或EC2調(diào)試接口的時(shí)鐘信號(hào)；P30/C2D端口30或EC2調(diào)試接口的雙向信號(hào)引腳；VBUSUSB總線輸入腳；DUSB的D；DUSB的D；P02/XTALL端口02或外部晶振輸入；P03/XTAL2端口03或外部晶振輸出；P06/CNVSTR端口06或ADC0外部轉(zhuǎn)換開(kāi)始輸入腳；P07/VRFF端口07或外部參考電源的輸入端或輸出端；P00，P01，P04，P05，P10P17,P20P27均為相應(yīng)的端口引腳。4、電氣特性校準(zhǔn)器的輸入電壓REGIN引腳40525V；VDD電壓校準(zhǔn)器的輸出3036V通常取33V；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1MACPU時(shí)鐘為24MHZ,USB時(shí)鐘為48MHZ時(shí)，或9MACPU時(shí)鐘為12MHZ,US