電子血壓計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

1、 學(xué)號 蘇州市職業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 題目題目 血壓計(jì)控制器設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名： 專業(yè)班級： 學(xué)院 (部)： 電子信息工程學(xué)院 校內(nèi)指導(dǎo)教師： 校外指導(dǎo)教師： 完成日期： 2014 年 5 月 蘇州市職業(yè)大學(xué)電子信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)蘇州市職業(yè)大學(xué)電子信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)摘 要：現(xiàn)代社會的快速發(fā)展，人們的生活節(jié)奏變快，帶來了不健康的飲食與生活規(guī)律，導(dǎo)致了越來越多的心血管疾病的出現(xiàn)。其中，高血壓被稱為第一無形殺手，可見它的可怕程度。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(jì)一種便捷的測量血壓的控制器，顯得尤為重要。便攜式家用血壓計(jì)，普通人員即可方便操

2、作。隨著家庭醫(yī)療保健的普及，這種血壓計(jì)的市場得以開發(fā)。只要擁有這種血壓計(jì)，在家里即可隨時(shí)監(jiān)測血壓，做到早發(fā)現(xiàn)早治療，降低了腦出血、心功能衰竭等猝發(fā)疾病的危害。本電子血壓計(jì)控制器以MPS-3117 壓力傳感器測得血壓值，再將血壓數(shù)據(jù)通過HT45F3W型單片機(jī)的數(shù)模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，經(jīng)主程序處理數(shù)據(jù)之后，在段式液晶面板上把數(shù)據(jù)顯示出來。關(guān)鍵詞：電子血壓計(jì) MPS3117 壓力傳感器 HT45F3W 單片機(jī) 數(shù)模轉(zhuǎn)換 段式液晶蘇州市職業(yè)大學(xué)電子信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)蘇州市職業(yè)大學(xué)電子信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)AbstractAbstractThe rapid development of modern

3、society, peoples pace of life becomes faster, bringing unhealthy diet and patterns of life, leading to the emergence of a growing number of cardiovascular diseases. Among them, high blood pressure is known as the first invisible killer, showing its terrible extent. How convenient and effective measu

4、rement and monitoring of blood pressure, so as to effectively prevent and treat hypertension, to become the most important issue that people fight hypertension. Thus, the design of a convenient measurement of blood pressure control, it is particularly important. Portable home blood pressure monitors

5、, ordinary people can be easy to operate. With the popularity of home health care, this sphygmomanometer market to develop. Just have this blood pressure monitor, blood pressure monitor at home, at any time, so early detection and early treatment, reducing cerebral hemorrhage, heart failure and othe

6、r hazards burst diseases. The electronic sphygmomanometer controller MPS-3117 pressure sensors measured blood pressure values, then the blood pressure data via HT45F3W type microcontroller DAC converts the digital signal, after the main processing data through on the data segment liquid crystal pane

7、l displayed.Keywrds Blood Pressure Meter MPS3117 pressure sensor HT45F3W MCU D/A conversin Segment LCD蘇州市職業(yè)大學(xué)電子信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)蘇州市職業(yè)大學(xué)電子信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)目 錄1 緒論.11.1 電子血壓計(jì)簡介.21.1.1 電子血壓計(jì)的介紹.21.1.2電子血壓計(jì)的功能介紹.31.1.3電子血壓計(jì)使用注意事項(xiàng).31.2 血壓計(jì)控制器設(shè)計(jì)方案.31.2.1 設(shè)計(jì)總體要求.31.2.2具體設(shè)計(jì)方案.31.3 電子血壓計(jì)工作原理.61.3.1 血壓測量的工作原理.61.3.2 電子血壓計(jì)的

8、工作原理.82 電子血壓計(jì)控制器硬件設(shè)計(jì).92.1 單片機(jī)電路設(shè)計(jì).92.1.1 HT45F3W 單片機(jī)簡介 .92.1.2 HT45F3W 的復(fù)位電路 .122.1.3 HT45F3W 的時(shí)鐘電路 .132.2 傳感器簡介以及電路設(shè)計(jì).142.2.1 傳感器簡介.142.2.2 傳感器電路設(shè)計(jì).152.4 液晶顯示部分簡介及電路設(shè)計(jì).182.5 其他電路設(shè)計(jì).192.5.1 電源電路.192.5.2 電磁閥和充氣 PUMP 控制電路.192.5.3 按鍵電路.202.5 PCB 板的設(shè)計(jì) .213 軟件系統(tǒng)流程以及程序的設(shè)計(jì).233.1 軟件開發(fā)環(huán)境簡介.233.2 系統(tǒng)軟件初始化設(shè)置.23

9、蘇州市職業(yè)大學(xué)電子信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)蘇州市職業(yè)大學(xué)電子信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)3.2.1 系統(tǒng)時(shí)鐘初始化.243.2.2 電源管理部分.243.2.3 靜態(tài)電流發(fā)生器及驅(qū)動傳感器電路.253.2.4 ADC 初始化 .253.2.5 LCD 驅(qū)動器設(shè)置 .263.3 程序設(shè)計(jì).273.3.1 按鍵處理模塊.283.3.2 測量模塊.293.3.3 信號處理模塊.303.3.4 顯示模塊.313.3.5 其他處理模塊.324血壓計(jì)控制器調(diào)試及測試 .334.1系統(tǒng)組裝調(diào)試.334.2 操作及測試.34結(jié) 論.37致 謝.38參 考 文 獻(xiàn):.39附錄 A 部分程序 .40附錄 B 原理圖 .48附

10、錄 C PCB 平面圖.49附錄 D 血壓計(jì)控制器實(shí)物圖 .50蘇州市職業(yè)大學(xué)電子信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)蘇州市職業(yè)大學(xué)電子信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)第 1 頁 共 51 頁1 緒論現(xiàn)如今人們的生活水平提高了，越來越觀注自己的身體健康，血壓是身體康的一項(xiàng)重要指標(biāo)。血壓的高低可直接影響全身各組織器官的血液供給。若血壓過低，可造成組織器官供血不足。相反，血壓過高，增加心臟負(fù)擔(dān)，久而久之，導(dǎo)致心衰，同時(shí)血管彈性下降，脆性增加，腦動脈破裂，出現(xiàn)腦出血。在疾病排名冊上，高血壓的危害已居前幾位。對于老年人群，血壓是一個(gè)重要的健康信號。高血壓是最常見的心血管疾病，也是最大的流行病之一。高血壓病不僅是危害人體健康的一種

11、慢性病，而且它還是腦中風(fēng)、冠心病、心肌梗死、心力衰竭、腎衰等疾病的禍?zhǔn)?，因此被人們稱為“無形殺手” 。高血壓對人體的損害是全身性的，也是造成死亡的惡魔，直接威脅著人的生命，所以，對高血壓這個(gè)無形殺手，不可掉以輕心。預(yù)防高血壓病，首先量測量準(zhǔn)確的血壓。正常的收縮壓為：90-140mmHg（12.0-18.6kpa）舒張壓為：60-90mmHg（8.0-12.0kpa） ，正常血壓的范圍：正常成人在安靜狀態(tài)時(shí)，動脈壓為：30-40mmHg（4.0-5.3kpa）。5我們常用血壓計(jì)測量血壓。測量血壓時(shí)，是以血壓和大氣壓作為比較的，用血壓高于大氣壓的數(shù)值表示血壓的高度。常用血壓計(jì)有：1（1）汞柱式:玻

12、璃管面,標(biāo)有雙刻度；玻璃管上端蓋以金屬帽與大氣相通，下端和汞槽相通,汞槽內(nèi)有水銀；特點(diǎn)：測得數(shù)值準(zhǔn)確可靠，但較笨重不易攜帶，且玻璃管部分易破裂。（2）表式：又稱彈簧式血壓計(jì)。外形似表,呈圓盤狀，正面盤上標(biāo)有刻度及讀數(shù)，盤中央有一指針,以提示血壓數(shù)值。特點(diǎn)攜帶方便，但準(zhǔn)確性不如汞柱式血壓計(jì)。（3）電子血壓計(jì)：袖帶內(nèi)有一換能器，有自動采樣單片機(jī)控制數(shù)字運(yùn)算，自動放氣程序。數(shù)秒鐘內(nèi)可得到收縮壓、舒張壓、脈搏數(shù)值。特點(diǎn)是操作方便，不用聽診器，省略放氣系統(tǒng)，排除聽覺不靈敏，噪音干擾等造成的誤差，但準(zhǔn)確性不如汞柱式血壓計(jì)。傳統(tǒng)的血壓計(jì)操作比較復(fù)雜，而且受環(huán)境的影響較大。在使用時(shí)，需要用一個(gè)準(zhǔn)確的汞柱血壓計(jì)

13、一同校核，專業(yè)性較強(qiáng)。為了讓每個(gè)血壓計(jì)使用者更方便的使用蘇州市職業(yè)大學(xué)電子信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)蘇州市職業(yè)大學(xué)電子信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)第 2 頁 共 51 頁與維護(hù)血壓計(jì)；我們設(shè)計(jì)了一種操作便捷，測量精確，無需維護(hù)的自動測量血壓的裝置，用來幫助人們預(yù)防發(fā)現(xiàn)高血壓跡象。目前生活中使用的血壓計(jì)大部分是水銀式的。水銀血壓計(jì)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，只能是每個(gè)醫(yī)生一次對一個(gè)人進(jìn)行測量；而且對不同的醫(yī)生，測量結(jié)果可能不同。對同一個(gè)人來說，影響血圧因素也非常多，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。血壓隨年齡的增加而增高，新生兒血壓最低，小兒血壓比成人低，中年以前女性

14、血壓略低于男性，中年以后差別較??；一般白天血壓高于夜間，過度勞累或睡眠不佳時(shí)，血壓稍增高；在寒冷環(huán)境中血壓可升高，高溫環(huán)境中血壓可略下降；緊張、恐懼、興奮及疼痛均可導(dǎo)致血壓升高，舒張壓一般無變化。勞動、飲食、吸煙和飲酒也可影響血壓值。將脈動波的記錄引入動態(tài)血壓技術(shù)，提供 24 小時(shí)內(nèi)的每次血壓測量結(jié)果，而且能再現(xiàn)每次測量過程中的波形。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2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。本課題研究設(shè)計(jì)動態(tài)血壓記錄儀，使每次測量結(jié)果完全透明，實(shí)時(shí)分析，使醫(yī)生可以對照原始波形判斷數(shù)據(jù)的真?zhèn)?，有效查找出干擾和偽差引起的誤檢測

15、，恢復(fù)真實(shí)血壓，保證血壓報(bào)告的有效性和可靠性。1.1 電子血壓計(jì)簡介1.1.1 電子血壓計(jì)的介紹電子血壓計(jì)原理采用示波法，其原理上是準(zhǔn)確的。電子血壓計(jì)的臨床驗(yàn)證是以聽診法作為標(biāo)準(zhǔn)、使用統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法來設(shè)計(jì)的。但這并不意味著使用水銀壓力表的聽診法所測出的結(jié)果比電子血壓計(jì)的測量結(jié)果準(zhǔn)確。當(dāng)然，認(rèn)為電子血壓計(jì)的測量結(jié)果比使用水銀壓力表的聽診法所測出的結(jié)果更加準(zhǔn)確也是錯(cuò)誤的。醫(yī)院的醫(yī)生所使用的水銀柱式血壓計(jì)，只是壓力測量的工具。認(rèn)為水銀柱式血壓計(jì)是精確的血壓計(jì)的觀點(diǎn)是片面的，因?yàn)樗y柱式血壓計(jì)只是一個(gè)壓力計(jì)而已，重點(diǎn)在于醫(yī)生通過聽診器進(jìn)行的聽診。目前國際上發(fā)達(dá)國家普遍禁止使用水銀柱式血壓計(jì)，而采用精度更

16、高的電子壓力計(jì)。如今電子血壓計(jì)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)全自動智能測量，測量數(shù)據(jù)能通過網(wǎng)絡(luò)自動傳輸至倍益知心健康管理平臺，并將生成健康數(shù)據(jù)報(bào)告反饋給用戶。測量結(jié)果因采用更領(lǐng)先的技術(shù)，也比傳統(tǒng)電子血壓計(jì)更準(zhǔn)確了一些。蘇州市職業(yè)大學(xué)電子信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)蘇州市職業(yè)大學(xué)電子信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)第 3 頁 共 51 頁對個(gè)體被測者來說，電子血壓計(jì)和聽診法有差異是很正常的。1.1.2電子血壓計(jì)的功能介紹本血壓計(jì)控制器的測量方式為臂式壓感應(yīng)測量；壓力測量范圍達(dá)到 40299 毫米汞柱(5.3339.9 千帕)；脈搏測量范圍在 30180 跳/分鐘（5%）靜態(tài)壓力精確度：3 毫米汞柱(0.4 千帕)；能記憶多組測量的數(shù)據(jù)；

17、時(shí)間、日期的顯示。測量過程一鍵開始，全程在一分鐘左右完成。1.1.3電子血壓計(jì)使用注意事項(xiàng)31.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(gè)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(shí)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，測量前安靜休息 1020 分鐘，深呼吸 23次；4.飯后或運(yùn)動后至少休息一小時(shí)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(shí)測血壓。7.測量時(shí)應(yīng)保持心情舒暢，沒有疲勞感，不緊張。1.2 血壓計(jì)控制器設(shè)計(jì)方案1.2.1 設(shè)計(jì)總體要求該種血壓控制

18、器是將傳感技術(shù)與單片機(jī)緊密結(jié)合而成的，它的結(jié)構(gòu)應(yīng)該能完成三個(gè)基本任務(wù)：1、測量血管的壓力，并能夠?qū)⑿盘栟D(zhuǎn)變成電信號；2、利用單片機(jī)采集壓力信號并計(jì)算出高壓與低圧；3、能夠在屏幕上顯示測量結(jié)果。對于傳感器的要求是：高性能低成本的，靈敏度要高。而對于單片機(jī)的要求是血壓變動能及時(shí)抓住高、低壓，體積小，集成度高，抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高，價(jià)格低，運(yùn)用靈活，易于實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品化的單片機(jī)。顯示器應(yīng)該選用顯示清晰，亮度高，壽命長，價(jià)格低的顯示器。11.2.2具體設(shè)計(jì)方案蘇州市職業(yè)大學(xué)電子信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)蘇州市職業(yè)大學(xué)電子信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)第 4 頁 共 51 頁（1） 、整體設(shè)計(jì)方案論證選擇方案一:采用基于

19、AT89C51 單片機(jī)的設(shè)計(jì)方案，配合外部 A/D 轉(zhuǎn)換器，傳感器，搭建外部放大電路，分離電路，以及濾波電路，低通濾波器，顯示部分采用 LCD12864 進(jìn)行顯示。方案二：采用合泰公司最新的用于血壓計(jì)開發(fā)的單片機(jī)，器內(nèi)部集成 ADC，放大電路，濾波電路，外部搭建電路較少。顯示采用段式液晶。（2） 、對于單片機(jī)選用有兩個(gè)方案方案一：采用 AT89S52,片內(nèi) ROM 全都采用 Flash ROM。能以 3V 的超低壓工作；同時(shí)也與MCS-51 系列單片機(jī)完全兼容,具有 89C51 的功能，而且具有在線編程可擦除技術(shù)，當(dāng)在對系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試時(shí)，不需要拿下單片機(jī)進(jìn)行編程,而直接進(jìn)行程序調(diào)試。3方案二：采

20、用專用的血壓計(jì)設(shè)計(jì)控制芯片，HT45F3W 單片機(jī)，該單片機(jī)是臺灣 Hltek 公司在醫(yī)療量測領(lǐng)域正式推出高度整合，高性價(jià)比的血壓計(jì)專用 MCU。HT45F3W 整合了多個(gè)可程序調(diào)整放大倍率及偏壓的專用運(yùn)算放大器，內(nèi)部帶有 12-位模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，恒定電流產(chǎn)生器，同時(shí)具有 ChargePump 及 Regulatr 等功能，并搭配 IAP（In-ApplicatinPrgramming）技術(shù)，對于程序更新及量測數(shù)據(jù)儲存都可輕易完成。非常適用于臂式血壓計(jì)及腕式血壓計(jì)以及各項(xiàng)居家醫(yī)療健康器材等產(chǎn)品。6（3） 、顯示電路選擇方案一：采用數(shù)碼管顯示，數(shù)碼管是由八個(gè)發(fā)光二極管組成，對于顯示較少數(shù)據(jù)量時(shí),

21、功耗要求不高的情況下可以選用,顯然作為血壓計(jì)這種電池供電,數(shù)據(jù)顯示的也較多的顯示方式,是不合適的。方案二：采用 LCD12864 液晶顯示，如采用在顯示數(shù)字顯得太浪費(fèi),且價(jià)格也相對較高,所蘇州市職業(yè)大學(xué)電子信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)蘇州市職業(yè)大學(xué)電子信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)第 5 頁 共 51 頁以也不用此種作為顯示。 方案三： 采用定制的段式液晶顯示。由于 HT45F3W 單片機(jī)自帶有 LCD 驅(qū)動,因此采用定制的段式液晶。同時(shí)又可對顯示內(nèi)容實(shí)現(xiàn)個(gè)性化設(shè)計(jì)，成本也較低，適合大批量生產(chǎn)。綜合考慮，采用合泰公司最新的用于血壓計(jì)開發(fā)的單片機(jī) HT45F3W，由于內(nèi)部集成的放大電路，濾波電路，因此不需要大量的

22、外部電路，提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。而外部電路只需傳感器電路，顯示電路及電源部分電路。本設(shè)計(jì)是基于 HT45F3W 單片機(jī)設(shè)計(jì)的,具體裝置方案如圖 1-1 所示:HT45F3W單片機(jī)MPS-3117壓力傳感器LCD液晶面板氣泵電磁閥電源按鍵 氣袖圖 1-1 血壓計(jì)各部件連接圖系統(tǒng)工作示意圖:蘇州市職業(yè)大學(xué)電子信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)蘇州市職業(yè)大學(xué)電子信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)第 6 頁 共 51 頁接通電源單片機(jī)系統(tǒng)初始化內(nèi)部放大調(diào)理電路初始化ADC開始工作采集數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)處理LCD顯示等待按鍵喚醒系統(tǒng)進(jìn)入睡眠圖 1-2 系統(tǒng)工作示意圖系統(tǒng)啟動后，系統(tǒng)進(jìn)行簡單初始化即進(jìn)入睡眠狀態(tài),等待開始按鍵。若按下開始按

23、鍵,系統(tǒng)則對芯片內(nèi)部的 ADC、PGA、濾波器、液晶驅(qū)動等模塊初始化，參數(shù)設(shè)置后，系統(tǒng)利用 PWM 波控制氣泵同時(shí)系統(tǒng)將會啟動 A/D 轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換結(jié)束后將進(jìn)行數(shù)據(jù)處理階段，若未轉(zhuǎn)換完畢將進(jìn)行程序循環(huán)繼續(xù)轉(zhuǎn)換。數(shù)據(jù)處理階段將會對轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣，分析數(shù)據(jù)，按血壓原理定為收縮壓和舒張壓，經(jīng)由單片機(jī)將其送到LCD 液晶面板進(jìn)行顯示。1.3 電子血壓計(jì)工作原理1.3.1 血壓測量的工作原理由于心搏動力學(xué)作用，在袖帶里所發(fā)生的壓力變化將能夠準(zhǔn)確的反映出心搏壓力的波動，即脈搏波，因此隨著袖帶里壓力的變化,脈搏波將呈現(xiàn)以下的變化趨勢如圖 1-3 所示:1當(dāng)袖帶壓力遠(yuǎn)高于收縮壓時(shí)，脈搏波消失；2.隨著袖帶壓

24、力的下降，脈搏波開始出現(xiàn)，并呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢；蘇州市職業(yè)大學(xué)電子信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)蘇州市職業(yè)大學(xué)電子信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)第 7 頁 共 51 頁3.當(dāng)袖帶壓力從高于收縮壓降到收縮壓以下時(shí)，脈搏波會突然增大；4.當(dāng)袖帶壓力降到平均壓時(shí)，脈搏波的幅度達(dá)到最大值；5.當(dāng)袖帶壓力繼續(xù)下降，袖帶與胳膊的壓力緊密程度下降時(shí)，脈搏波的幅度也開始減??；6.當(dāng)袖帶壓力從舒張壓降到低于舒張壓時(shí)，脈搏波的幅度會突然減??；7.當(dāng)袖帶壓力低于一定的數(shù)值時(shí)，脈搏波消失。圖 1-3 示波法血壓測量原理示波法血壓測量就是根據(jù)脈搏波振幅與袖帶壓力之間的關(guān)系來計(jì)算血壓的，其計(jì)算方式如下：當(dāng)脈搏波的幅度最大時(shí)(過程 D)，此時(shí)

25、袖帶里的壓力對應(yīng)的為平均壓；用一個(gè)比例參數(shù) a(0a1)乘以平均壓力所對應(yīng)的脈搏波(最大脈搏波)，用乘得的結(jié)果作為一個(gè)比較因子，在整個(gè)測量過程中檢測到的第一個(gè)脈搏波和最大脈搏波之間找到與之匹配的脈搏波，此脈搏波所對應(yīng)的袖帶壓力就為收縮壓；同樣，用另外一個(gè)比例參數(shù) b(0b1)乘以平均壓力所對應(yīng)的脈搏波(最大脈搏波)，用乘得的結(jié)果作為另外一個(gè)比較因子，在最大脈搏波和整個(gè)測量過程中檢測到的最后一個(gè)脈搏波之間找到與之匹配的脈搏波，此脈搏波所對應(yīng)的袖帶壓力就為舒張壓。蘇州市職業(yè)大學(xué)電子信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)蘇州市職業(yè)大學(xué)電子信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)第 8 頁 共 51 頁1.3.2 電子血壓計(jì)的工作原理當(dāng)袖

26、帶充氣時(shí)，袖帶內(nèi)部便會產(chǎn)生一定壓力，壓力傳感器 MPS-3117 感應(yīng)到該壓力時(shí)，經(jīng)過 HT45F3W 單片機(jī)內(nèi)部放大以及濾波電路后，由單片機(jī)的 ADC 讀入，并進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換。單片機(jī)在程序的控制下，得到脈搏波的交流分量和直流分量，對數(shù)字信號進(jìn)行運(yùn)算，得到收縮壓和舒張壓還有脈搏，然后經(jīng) LCD 液晶顯示模塊進(jìn)行顯示，并將數(shù)據(jù)和時(shí)間保存。蘇州市職業(yè)大學(xué)電子信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)蘇州市職業(yè)大學(xué)電子信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)第 9 頁 共 51 頁2 電子血壓計(jì)控制器硬件設(shè)計(jì)2.1 單片機(jī)電路設(shè)計(jì)2.1.1 HT45F3W 單片機(jī)簡介HT45F3W 型單片機(jī)是臺灣 Hltek 公司在醫(yī)療量測領(lǐng)域正式推出

27、高度整合，高性價(jià)比的血壓計(jì)專用 MCU。HT45F3W 整合了多個(gè)可程序調(diào)整放大倍率及偏壓的專用運(yùn)算放大器，內(nèi)部帶有 12-位模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，恒定電流產(chǎn)生器，同時(shí)具有 ChargePump及 Regulatr 等功能，并搭配 IAP（In-ApplicatinPrgramming）技術(shù)，對于程序更新及量測數(shù)據(jù)儲存都可輕易完成。非常適用于臂式血壓計(jì)及腕式血壓計(jì)以及各項(xiàng)居家醫(yī)療健康器材等產(chǎn)品。HT45F3W 型單片機(jī) CPU 特性：61.工作電壓：在 4MHz：2.2V5.5V，在 8MHz：3.0V5.5V，F(xiàn)SYS=12MHz 的：4.55.5V。2.高達(dá) 0.33s 指令周期在 VDD=5V

28、12MHz 系統(tǒng)時(shí)鐘。3.五種振蕩模式：外部高速晶振HXT、外部 32.768kHz 晶振LXT、外部 RCERC、內(nèi)部 RCHIRC、內(nèi)部 32kHzRCLIRC。4.多模式操作：正常，低速，空閑和休眠，電源關(guān)閉。5.在一個(gè)或兩個(gè)指令周期內(nèi)執(zhí)行所有指令，63 條功能強(qiáng)大的指令，查表指令，位操作指令。6.高達(dá) 12 層硬件堆棧。HT45F3W 型單片機(jī)的外設(shè)特性：1.閃存程序存儲器：16K16bit，RAM 數(shù)據(jù)存儲器：5128bit，EEPRM 存儲器：648bit。2.看門狗定時(shí)器功能。3.多達(dá) 29 個(gè)雙向 I/O 線，兩個(gè)共用引腳的外部中斷。4.定時(shí)器模塊實(shí)現(xiàn)時(shí)間測量，輸入捕捉，比較匹

29、配輸出，PWM 輸出或單脈沖輸出功能5.兩個(gè)串行 SPI 接口。6.雙時(shí)基功能用于生成固定時(shí)間中斷信號。蘇州市職業(yè)大學(xué)電子信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)蘇州市職業(yè)大學(xué)電子信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)第 10 頁 共 51 頁7.8 通道 12 位分辨率的 A/D 轉(zhuǎn)換器。一個(gè)通道 16 位 D/A 轉(zhuǎn)換器。8.低電壓復(fù)位功能，低電壓檢測功能。9.LCD 驅(qū)動器功能。10.PGA 和 Regulatr 模塊。11.電荷泵和 3.3V 穩(wěn)壓器的模擬電路?，F(xiàn)今的應(yīng)用要求單片機(jī)具有較高的性能及盡可能低的功耗，這種矛盾的要求在便攜式電池供電的應(yīng)用領(lǐng)域尤為明顯。高性能所需要的高速時(shí)鐘將增加功耗， 反之亦然。該系列單片機(jī)提供

30、高、低速兩種時(shí)鐘源，它們之間可以動態(tài)切換， 用戶可通過優(yōu)化單片機(jī)操作來獲得最佳性能、功耗比。單片機(jī)為 CPU 和外圍功能操作提供了多種不同的時(shí)鐘源。用戶使用配置選項(xiàng)和寄存器編程可獲取多種時(shí)鐘，進(jìn)而使系統(tǒng)時(shí)鐘獲取最大的應(yīng)用性能。主系統(tǒng)時(shí)鐘可來自高頻時(shí)鐘源 fH 或低頻時(shí)鐘源 fL，通過 SMOD 寄存器中的HLCLK 位及 CKS2CKS0 位進(jìn)行選擇。高頻時(shí)鐘來自 HXT、ERC、HIRC 振蕩器或 EC，可通過配置選項(xiàng)選擇，低頻系統(tǒng)時(shí)鐘源來自內(nèi)部時(shí)鐘 fL，若 fL 被選擇，可通過配置選項(xiàng)設(shè)定為 LXT 或 LIRC 振蕩器。其它系統(tǒng)時(shí)鐘還有高速系統(tǒng)振蕩器的分頻fH/2fH/64。另外兩個(gè)內(nèi)

31、部時(shí)鐘用于外圍電路，次時(shí)鐘源 fSUB 和周期時(shí)鐘 fTBC。這兩個(gè)時(shí)鐘源來自 LXT 或 LIRC 振蕩器，通過配置選項(xiàng)選擇?？焖賳拘寻l(fā)生后，fSUB 為單片機(jī)提供一個(gè)次時(shí)鐘，使系統(tǒng)能夠在更短的時(shí)間內(nèi)快速喚醒。fSUB 和 fSYS/4 用于看門狗定時(shí)器的的時(shí)鐘源。fTB 用于時(shí)基 0/1 中斷功能的時(shí)鐘源。蘇州市職業(yè)大學(xué)電子信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)蘇州市職業(yè)大學(xué)電子信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)第 11 頁 共 51 頁圖 2-1 HT45F3W 單片機(jī)的系統(tǒng)時(shí)鐘HT45F3W 包含有 16KWordFlash 程序內(nèi)存、512Byte 數(shù)據(jù)存儲器、64ByteDataEEPRM 及 8LevelSta

32、ck 等核心規(guī)格；同時(shí)具有實(shí)用的外圍電路，例如LCDDriver，可支持多達(dá) 160 點(diǎn) LCDPanel；多組多功能定時(shí)器模塊可實(shí)現(xiàn)包含捕獲、比較、PWM 等功能，另有兩組 SPI 接口作為通訊使用，并有用于語音的 D/A，可彈性實(shí)現(xiàn)語音播放的功能。HT45F3W 型單片機(jī)具有豐富的功能，還有針對血壓計(jì)的片內(nèi)外設(shè)，是設(shè)計(jì)電子血壓計(jì)控制器的不二首選。多樣化的功能可以很容易完成產(chǎn)品的開發(fā)與應(yīng)用。HT45F3W 型單片機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖 2-2 所示。 6蘇州市職業(yè)大學(xué)電子信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)蘇州市職業(yè)大學(xué)電子信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)第 12 頁 共 51 頁圖 2-2 HT45F3W 單片機(jī)的系統(tǒng)

33、框圖Hltek 同時(shí)提供軟硬件功能齊全的發(fā)展系統(tǒng)。在硬件上使用 e-Link 搭配專用的OCDS（OnChipDebugSupprt）架構(gòu)的 MCU，可提供與最終 MCU 相同的封裝及特性的模擬。在軟件上使用 HT-IDE3000，包含有實(shí)時(shí)仿真、內(nèi)存/緩存器存取、硬件斷點(diǎn)邏輯設(shè)定、執(zhí)行追蹤分析等等功能，適合需要更快速并更具效率來開發(fā)程序及調(diào)試的用戶進(jìn)行產(chǎn)品開發(fā)。2.1.2 HT45F3W 的復(fù)位電路復(fù)位功能是任何單片機(jī)中基本的部分，使得單片機(jī)可以設(shè)定一些與外部參數(shù)無關(guān)的先置條件。最重要的復(fù)位條件是在單片機(jī)首次上電以后，經(jīng)過短暫的延遲，內(nèi)部硬件電路使得單片機(jī)處于預(yù)期的穩(wěn)定狀態(tài)并開始執(zhí)行第一條程

34、序指令。上電復(fù)位以后，在程序執(zhí)行之前，部分重要的內(nèi)部寄存器將會被設(shè)定為預(yù)先設(shè)定的狀態(tài)。程序計(jì)數(shù)器就是其中之一，它會被清除為零，使得單片機(jī)從最低的程序存儲器地址開始執(zhí)行程序。由于復(fù)位引腳與PB.4共用，復(fù)位功能必須使用配置選項(xiàng)選擇。雖然單片機(jī)有一個(gè)內(nèi)部RC復(fù)位功能，如果電源上升緩慢或上電時(shí)電源不穩(wěn)定，內(nèi)部RC振蕩可能導(dǎo)致芯片復(fù)位不良，所以推薦使用和RES引腳連接的外部RC電路，由RC電路所造成的時(shí)間延遲使得RES引腳在電源供應(yīng)穩(wěn)定前的一段延長周期內(nèi)保持在低電平。在這段時(shí)間內(nèi)，蘇州市職業(yè)大學(xué)電子信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)蘇州市職業(yè)大學(xué)電子信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)第 13 頁 共 51 頁單片機(jī)的正常操作是被

35、禁止的。RES引腳達(dá)到一定電壓值后，再經(jīng)過延遲時(shí)間單片機(jī)可以開始進(jìn)行正常操作。在許多應(yīng)用場合，可以在VDD和RES之間接入一個(gè)電阻，在VSS與RES之間接入一個(gè)電容作為外部復(fù)位電路。與RES腳上所有相連接的線段必須盡量短以減少噪聲干擾。當(dāng)系統(tǒng)在較強(qiáng)干擾的場合工作時(shí)，建議使用增強(qiáng)型的復(fù)位電路，如圖2-3所示。6圖 2-3 HT45F3W 單片機(jī)復(fù)位電路設(shè)計(jì)2.1.3 HT45F3W 的時(shí)鐘電路振蕩器除了作為系統(tǒng)時(shí)鐘源，還作為看門狗定時(shí)器和時(shí)基功能的時(shí)鐘源。外部振蕩器需要一些外圍器件，而集成的兩個(gè)內(nèi)部振蕩器不需要任何外圍器件。它們提供的高速和低速系統(tǒng)振蕩器具有較寬的頻率范圍。所有振蕩器選擇通過配置

36、選項(xiàng)選擇。較高頻率的振蕩器提供更高的性能，但要求有更高的功率，反之亦然。動態(tài)切換快慢系統(tǒng)時(shí)鐘的能力使單片機(jī)具有靈活而優(yōu)化的性能/功耗比，此特性對功耗敏感的應(yīng)用領(lǐng)域尤為重要。此單片機(jī)有5個(gè)系統(tǒng)振蕩器，包括三個(gè)高速振蕩器和兩個(gè)低速振蕩器。高速振蕩器有外部晶體振蕩器，外部RC振蕩器，外部時(shí)鐘和內(nèi)部8MHz RC 振蕩器。兩個(gè)低速振蕩器包括外部32.768kHz振蕩器和內(nèi)部32kHz振蕩器。見表2-1。6表 2-1 HT45F3W 振蕩器類型表類型名稱頻率引腳外部晶振HXT400kHz12MHzOSC1/OSC2外部RCERC4MHz12MHzOSC1內(nèi)部高速RCHIRC8MHz外部低速晶振LXT32

37、.768kHzXT1/XT2蘇州市職業(yè)大學(xué)電子信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)蘇州市職業(yè)大學(xué)電子信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)第 14 頁 共 51 頁內(nèi)部低速RCLIRC32kHz我們這里的振蕩器采用內(nèi)部高速RC和外部低速晶振的組合。外部32.768kHz 晶體振蕩器是一個(gè)低頻振蕩器，經(jīng)由配置選項(xiàng)選擇。時(shí)鐘頻率固定為32.768kHz，此時(shí)XT1 和XT2 間引腳必須連接32.768kHz 的晶體振蕩器。需要外部電阻和電容連接到32768Hz晶振以幫助起振。一些配置選項(xiàng)決定是否XT1/XT2 腳是用于LXT 還是作為普通I/O口使用。若 LXT振蕩器未被用于任何時(shí)鐘源，XT1/XT2 腳能被用作一般I/O口使用。

38、若LXT振蕩器被用于一些時(shí)鐘源，32.768kHz晶體應(yīng)被連接至XT1/XT2腳。外部32.768kHz 晶體振蕩器接法如圖2-4所示。6圖 2-4 外部低速晶體振蕩器接法2.2 傳感器簡介以及電路設(shè)計(jì)2.2.1 傳感器簡介本設(shè)計(jì)采用臺灣全磊公司的MPS-3117壓力傳感器，該傳感器具有價(jià)格優(yōu)勢之SMD封裝型式寬廣溫度，操作范圍：- 40 到 +85，固態(tài)可靠性，容易使用，容易嵌入OEM 裝置，等特點(diǎn)。MPS-3117產(chǎn)品尺寸77mm的壓阻式壓力傳感器，可經(jīng)由定電壓(5 Vdc)或定電流(1, 1.5 mA)驅(qū)動產(chǎn)生正比于輸入壓力之毫伏等級電壓輸出訊號，具有優(yōu)異的性能與長時(shí)間穩(wěn)定性。大量應(yīng)用在

39、數(shù)位血壓計(jì)，數(shù)字壓力計(jì)，環(huán)境監(jiān)控，消費(fèi)性電子產(chǎn)品，醫(yī)療監(jiān)控儀器上。7蘇州市職業(yè)大學(xué)電子信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)蘇州市職業(yè)大學(xué)電子信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)第 15 頁 共 51 頁圖 2-5 MPS-3117 壓力傳感器外觀圖技術(shù)指標(biāo)：壓力范圍：0 15 PSIG最大壓力：30 PSIG操作溫度范圍：-40 85 操作濕度范圍：15 85 %RH驅(qū)動電壓：5V DC驅(qū)動電流：1 mA (5kohm)線性度：0.05%其等效電路如圖 2-6 所示。8圖 2-6 MPS-3117 壓力傳感器內(nèi)部等效電路2.2.2 傳感器電路設(shè)計(jì)MPS-3117的外圍引腳共有6個(gè)，其中4腳為空腳。壓力傳感器的SVIN腳和SV

40、IP7腳引分別與單片機(jī)引腳SVIN腳和SVIP腳相接，1腳和6腳接到單片機(jī)的CCVIP腳，3腳接到單片機(jī)的CCVIN腳。電路連接圖見圖2-7。9蘇州市職業(yè)大學(xué)電子信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)蘇州市職業(yè)大學(xué)電子信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)第 16 頁 共 51 頁圖 2-7 MPS-3117 壓力傳感器電路連接圖HT45F3W單片機(jī)提供一個(gè)靜態(tài)電流發(fā)生器（圖2-8）用來驅(qū)動壓力傳感器的電橋。驅(qū)動電流可以通過編程決定。該電路可以通過設(shè)置CCVREFC寄存器來選擇的輸出6電壓為0.2V0.95V之間，以0.05V的間隔。該電壓可在腳CCVREF接一個(gè)電容到地實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的目的。這個(gè)電壓被提供給一個(gè)內(nèi)部的正輸入端運(yùn)算放大

41、器。通過連接一個(gè)外部電阻到負(fù)運(yùn)算放大器的輸入，一個(gè)恒定的電流可以被設(shè)置。圖 2-8 靜態(tài)電流發(fā)生器框圖MPS-3117壓力傳感器電橋產(chǎn)生的差分信號，要進(jìn)過單片機(jī)內(nèi)部相關(guān)電路進(jìn)一步處理，并進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換過后，供程序處理計(jì)算，得到收縮壓和舒張壓以及脈搏。壓力傳感器的調(diào)理電路如圖2-9所示：6蘇州市職業(yè)大學(xué)電子信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)蘇州市職業(yè)大學(xué)電子信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)第 17 頁 共 51 頁圖 2-9 壓力信號處理電路1. 其中差分信號通過SVIP、SVIN引腳進(jìn)入單片機(jī)內(nèi)部的差分放大器PGA1，該P(yáng)GA1輸入電壓范圍為-20mV到100mV的。 PGA1增益分為兩個(gè)階段。在第一階段，被稱為G11

42、，具有8，16，32或64的倍數(shù)，是由寄存器P GAC0控制。在第二階段，被稱為G12，具有（3263）/ 32的倍數(shù)，并通過控制 PGAC1寄存器。 PGA1的失調(diào)電壓，VOF1，可以是（PGAVREF4:0/32）VOREG，一系列的32個(gè)離散值，并且是由PGAC0寄存器控制。該P(yáng)GA1輸出電壓，VPGAO1，由下式給出如下公式：6(2-1)11211)(1VOFGGVVPGAOPGA2的增益固定為2,PGA2偏置電壓VOF2以下公式給出： (2-2)256)2550(3 . 32VVREGVOF該P(yáng)GA2輸出電壓，VPGA02，給出下式： (2-3)2)21(2VOFVPGAOVPGAO

43、它是被提供給A/D轉(zhuǎn)換器，用于測量血壓的直流分量信號，用作記錄當(dāng)前袖帶內(nèi)的壓力值。2. 該電路包括一個(gè)帶通開關(guān)電容濾波器。SCF PGA輸入電壓范圍VIN，是30V 到150V。SCF的低通濾波器的截止頻率可以使用SCFC0寄存器被選擇為：9Hz、10Hz、11Hz、12 Hz。高通濾波器的截止頻率是固定在0.7Hz。SCF的還包括一個(gè)PGA功能，其增益可以使用SCFC0寄存器設(shè)置一個(gè)在56和308之間的值。蘇州市職業(yè)大學(xué)電子信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)蘇州市職業(yè)大學(xué)電子信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)第 18 頁 共 51 頁SCF的增益由下式給出如下公式：(2-4)05456：增益SCFSCF對SCF需要具有

44、大約為100Hz的頻率的時(shí)鐘。對SCF是從系統(tǒng)時(shí)鐘源，并使用在SCFC1和SFCKD寄存器位細(xì)分。 SCF的時(shí)鐘是由給定的下列公式計(jì)算： (2-5)1SCFCKDFSCFSCF時(shí)鐘其中SCFCKD代表的8位在SCFCDK寄存器中的十進(jìn)制值，通過設(shè)置SCFC1寄存器相應(yīng)的位在fSCF=FSYS/8、16、32、64、128、256、512、1024中選擇。SCF PGA輸出信號為測量血壓的交流分量，相當(dāng)于袖帶內(nèi)的脈搏波，利用ADC可以檢測出脈搏波的最大值，從而計(jì)算出收縮壓和舒張壓。2.4 液晶顯示部分簡介及電路設(shè)計(jì)HT45F3W 其中集成了一個(gè) LCD 驅(qū)動，使用起來更加靈活方便，而不是用更昂貴

45、的基于字符顯示的 LCM，降低了成本顯著。但是，需要相應(yīng)的 COM 和 SEG 信號。HT45F3W 包含的 LCD 驅(qū)動，可以內(nèi)部設(shè)置 LCD 電路及各種選項(xiàng)，就會自動產(chǎn)生時(shí)間與增益可變的信號直接驅(qū)動，并可以輕松連接多種自定義的液晶顯示器。液晶面板與單片機(jī)的連接見下圖：圖 2-10 單片機(jī)與 LCD 面板原理圖蘇州市職業(yè)大學(xué)電子信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)蘇州市職業(yè)大學(xué)電子信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)第 19 頁 共 51 頁2.5 其他電路設(shè)計(jì)2.5.1 電源電路電源采用 4 節(jié) AA 電池提供 6V 電壓，6V 電壓可以驅(qū)動氣泵和電磁閥，同時(shí)采用HT7540 給單片機(jī)提供穩(wěn)定的 4V 電壓。8 圖 2-

46、11 供電原理圖另外單片機(jī)內(nèi)部集成了 Charge Pump 和 Voltage Regulator 功能如圖 2-12 所示，可以提供 2 倍的電源電壓，和穩(wěn)定的 3.3V 電壓供給 ADC 作參考電壓。圖 2-12 Charge Pump 和 Voltage Regulator 功能框圖2.5.2 電磁閥和充氣 PUMP 控制電路這里電磁閥采用三極管 S8050 驅(qū)動、充氣泵通過三極管 PXT8050 驅(qū)動，而充氣泵則利用了單片機(jī)的 PWM（Pulse Width Modulation 脈寬調(diào)變）波控制充氣的速度。原理圖如下圖：4蘇州市職業(yè)大學(xué)電子信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)蘇州市職業(yè)大學(xué)電子信息

47、工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)第 20 頁 共 51 頁圖 2-13 電磁閥和充氣 PUMP 控制原理圖2.5.3 按鍵電路按鍵電路采用獨(dú)立按鍵，由于 HT45F3W 單片機(jī)的 IO 口帶有內(nèi)部上拉電阻，故按鍵電路不需要外部上拉電阻，原理圖如下：關(guān)關(guān)關(guān)關(guān)/關(guān)關(guān)關(guān)關(guān)GNDKEY1KEY2KEY3圖 2-14 按鍵設(shè)計(jì)原理圖蘇州市職業(yè)大學(xué)電子信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)蘇州市職業(yè)大學(xué)電子信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)第 21 頁 共 51 頁2.5 PCB 板的設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)的血壓計(jì)本著便攜式的特點(diǎn)，因此對 PCB 的大小有較高要求，這里 PCB的尺寸為 80mmX60mm。PCB 設(shè)計(jì)片面圖及 PCB3 維圖，見圖 2-14、2-

48、15。圖 2-15 PCB 設(shè)計(jì)片面圖蘇州市職業(yè)大學(xué)電子信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)蘇州市職業(yè)大學(xué)電子信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)第 22 頁 共 51 頁圖 2-15 PCB3 維圖PCB 設(shè)計(jì)中，預(yù)留調(diào)試接口，以便于最后的調(diào)試，傳感器預(yù)留測試點(diǎn)，氣泵、電磁閥接口用排陣引出，以便調(diào)試時(shí)連接。設(shè)計(jì)中還預(yù)留了一塊 Flash 芯片，喇叭驅(qū)動及接口以便日后升級語音功能使用。按鍵電路引出，以應(yīng)對產(chǎn)品的差異化按鍵設(shè)計(jì)。為了減少干擾，PCB 設(shè)計(jì)中，兩面采用覆銅方式，電源線遠(yuǎn)離信號線。晶振電路離單片機(jī)盡量靠近，保證時(shí)鐘頻率準(zhǔn)確。蘇州市職業(yè)大學(xué)電子信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)蘇州市職業(yè)大學(xué)電子信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)第 23 頁 共

49、 51 頁3 軟件系統(tǒng)流程以及程序的設(shè)計(jì)3.1 軟件開發(fā)環(huán)境簡介HT-IDE3000 ( Integrated Development Environment)是一個(gè)具有高效能，使用于合泰公司8位MCU應(yīng)用程序的整合開發(fā)環(huán)境。系統(tǒng)中的硬件及軟件工具能夠幫助用戶使用8位MCU芯片，快速且容易地編寫應(yīng)用程序。在IDE整合開發(fā)環(huán)境中最主要的組件HT8OCDS-ICE，專為 Flash MCU 量身打造。它們提供了8位微控制器的實(shí)時(shí)仿真功能以及強(qiáng)而有力的調(diào)試與跟蹤功能。在軟件方面，HT-IDE3000發(fā)展系統(tǒng)提供友善的工作平臺。將所有的軟件工具，例如編輯器、組譯器、連結(jié)器、函式庫管理員和。整合成為一窗

50、口環(huán)境，使程序開發(fā)過程更為容易。圖 3-1 HT-IDE3000開發(fā)環(huán)境3.2 系統(tǒng)軟件初始化設(shè)置系統(tǒng)初始化模塊，包括對系統(tǒng)時(shí)鐘的初始化，電源管理部分，靜態(tài)電流發(fā)生器，以驅(qū)動傳感器，ADC 初始化，LCD 液晶驅(qū)動的寄存器設(shè)置，以及 IO 口的配置。以便蘇州市職業(yè)大學(xué)電子信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)蘇州市職業(yè)大學(xué)電子信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)第 24 頁 共 51 頁接下來能正常工作。3.2.1 系統(tǒng)時(shí)鐘初始化產(chǎn)生系統(tǒng)時(shí)鐘有五種方法，三個(gè)高速振蕩器和兩個(gè)低速振蕩器。高速振蕩器有外部晶體/陶瓷振蕩器，外部 RC 振蕩器和內(nèi)部 8MHz 的 RC 振蕩器。兩個(gè)低速振蕩器為內(nèi)部 32kHzRC 振蕩器和外部 32

51、.768kHz 晶體振蕩器。選擇是否在低速或高速振蕩器作為系統(tǒng)振蕩器使用 SMOD0 寄存器的 HLCLK 位以及及 CKS2 CKS0 位。通過配置選項(xiàng)也可以用于實(shí)際高速和低速振蕩器的時(shí)鐘源選擇。其中，兩個(gè)振蕩器的選擇必須作出即一個(gè)高速和一個(gè)低速系統(tǒng)振蕩器。_smod0=0 x03; /8M HIRC 32.768K LXT本設(shè)計(jì)采用配置選項(xiàng)，選擇系統(tǒng)時(shí)鐘為內(nèi)部 8MRC 振蕩器和外部 32.786kHz 的晶體振蕩器。3.2.2 電源管理部分HT45F3W 單片機(jī)采用單個(gè)寄存器 CHPRC，控制電荷泵和穩(wěn)壓器的整體運(yùn)作，控制功能，如開啟/電荷泵關(guān)閉，開/關(guān)調(diào)節(jié)器，并確定時(shí)鐘分頻值，以生成電

52、荷泵的時(shí)鐘頻率。寄存器 CHPRC 的 REGCEN 位是穩(wěn)壓器/電荷泵模塊使能/禁用控制位。如果該位被禁用，則穩(wěn)壓器和電荷泵都將被禁用，以節(jié)省電源。如果該位被設(shè)置為“0 ” ，那么，電荷泵和調(diào)節(jié)器模塊將被斷電不論 CHPEN 位的設(shè)置。如果 REGCEN 位設(shè)置為“1”時(shí)，該穩(wěn)壓器將被啟用。如果 CHPEN 被啟用時(shí)，電荷泵將被激活并使用 VDD 作為輸入，生成雙電壓輸出。雙電壓將被用作調(diào)節(jié)器的輸入。如果 CHPEN 位被設(shè)置為“0”時(shí)，電荷泵被禁止，電荷泵的輸出將等于充電泵輸入的 VDD。當(dāng)使用調(diào)節(jié)器，有必要采取在 VDD 電壓的音符。如果電壓是 3.6V 下然后，將 CHPEN 位應(yīng)設(shè)置

53、高，使能電荷泵，否則 CHPEN 應(yīng)清除為零。如果電荷泵被禁用， VDD 為 3.6V 以下，則輸出電壓監(jiān)管機(jī)制將無法得到保障。/*電源部分初始化*/_cpden=0; /電荷泵輸入檢測禁止_chpen=0; /電荷禁止_regcen=1; /使能穩(wěn)壓模塊_ccvrefc=0 x0f;蘇州市職業(yè)大學(xué)電子信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)蘇州市職業(yè)大學(xué)電子信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)第 25 頁 共 51 頁_ccvrefen=1;3.2.3 靜態(tài)電流發(fā)生器及驅(qū)動傳感器電路恒定電流發(fā)生器必須將 CCVREFC 寄存器的 CCVREFEN 位置高，來首次啟用。如果清 0，電路會自動關(guān)閉，這將是在電池供電的設(shè)備的一個(gè)重要

54、的考慮因素。該VCCREF 電路的輸出電壓可以被選擇為 0.2V0.95V 之間，以 0.05V 的間隔，CCVREFC 寄存器的 BIT3-BIT0 提供 16 個(gè)選擇。該電壓可在針 CCVREF 到一個(gè)電容應(yīng)用于連接穩(wěn)定的目的。這個(gè)電壓被提供給一個(gè)內(nèi)部的正輸入端運(yùn)算放大器。通過連接一個(gè)外部電阻到負(fù)運(yùn)算放大器的輸入，一個(gè)恒定的電流可以被設(shè)置。6_ccvrefc=0 x89; /恒定的電流使能，電壓 0.9V表 3-1 CCVREFC 寄存器3.2.4 ADC 初始化A/D 轉(zhuǎn)換控制寄存器-ADCR，ACSR，ANCSR 控制 A / D 轉(zhuǎn)換器的功能和操作，為ADCR 三個(gè)控制寄存器。這些

55、8 位的寄存器定義功能，如選擇其中模擬通道連接到內(nèi)部 A/D 轉(zhuǎn)換器，數(shù)字化數(shù)據(jù)格式，該 A/D 時(shí)鐘源，以及控制啟動功能和監(jiān)測的 A/D轉(zhuǎn)換器的結(jié)束的轉(zhuǎn)換狀態(tài)。在 ACS2ACS0 位 ADCR 寄存器定義 ADC 輸入通道號。由于設(shè)備僅包含一個(gè)實(shí)際的模數(shù)轉(zhuǎn)換器的硬件電路，每個(gè)各個(gè) 8 個(gè)模擬輸入必須被路由到該轉(zhuǎn)換器。它是 ACS2ACS0 的功能位來決定哪個(gè)模擬通道輸入引腳實(shí)際上是連接到內(nèi)部 A / D 轉(zhuǎn)換器。該 ANCSR 控制寄存器包含 PCR3 PCR0 位的確定哪個(gè)引腳上的端口 B 被用作模擬輸入的 A/D 轉(zhuǎn)換器的輸入，哪些引腳不被用作 A/D 轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換器的輸入。設(shè)置相應(yīng)的位高

56、將選擇 A / D 輸入功能，清除位為零將選擇的 I/O 或其他引腳共用功能。當(dāng)引腳被選擇為一 A/D 輸入，其原有的功能是否它是一個(gè) I/O 或其他引腳共用功能將被刪除。在此外，連接到這些引腳的任何內(nèi)部上拉電阻會自動被取消作為一個(gè) A/D 輸入端。蘇州市職業(yè)大學(xué)電子信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)蘇州市職業(yè)大學(xué)電子信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)第 26 頁 共 51 頁圖 3-2 ADC 寄存器分布下面是 A/D 轉(zhuǎn)換輪詢 ADCR 寄存器的 EOC 位的方法來檢測轉(zhuǎn)換周期的完成的例子。_ADE=0; /禁止 ADC 中斷 _ACSR=0 x01;/ 選擇 fSYS/8 作為 A/D 時(shí)鐘 _ADOFF=0; _

57、ANCSR=0 x0f; _ADCR=0; /選擇 AN0 作為 A/D 接口 /開始轉(zhuǎn)換: _START=0; _START=1; /復(fù)位 A/D _START=0;/ 開始 A/DWhile(_EOCB) ; /循環(huán)查詢 EOCB 位 adrl_buffer=_ADRL ;/ 讀轉(zhuǎn)換結(jié)果低字節(jié)adrh_buffer=_ADRH ; /讀轉(zhuǎn)換結(jié)果高字節(jié)3.2.5 LCD 驅(qū)動器設(shè)置LCD 控制寄存器，用來控制 LCD 的各種設(shè)置功能驅(qū)動程序。各個(gè)位，這些寄存器控制功能，如占空比和偏壓類型，偏壓電阻選擇以及整體 LCD 啟用和禁用。LCDCTRL 寄存器中 LCDEN 位，它提供了整體的 LC

58、D 使能/禁止功能時(shí)，才會生效時(shí)，該設(shè)備是在正常，慢速或空閑模式。如果設(shè)備處于睡眠模式，則顯示將會一直被禁用。位 RSEL0 和 RSEL1 在 LCDCTRL 寄存器選擇內(nèi)部偏置電阻用正確的偏置電壓蘇州市職業(yè)大學(xué)電子信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)蘇州市職業(yè)大學(xué)電子信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)第 27 頁 共 51 頁供應(yīng) LCD 面板。可選擇最適合使用的 LCD 面板在應(yīng)用程序中，可以選擇也盡量減少偏置電流。SEGCR 寄存器用來確定輸出功能 SEG0SEG7 作為段驅(qū)動器或 CMOS 輸出。如果作為 CMOS 輸出則輸出引腳電平。VLCDC 寄存器有 LCD 電源控制控制位，和設(shè)置 LCD 供電電壓。本設(shè)計(jì)

59、 LCD 設(shè)置為3V 電壓。3.3 程序設(shè)計(jì)主程序流程如圖 3-3 所示。開始系統(tǒng)初始化進(jìn)入睡眠等待按鍵是否喚醒判斷按鍵啟動氣泵，關(guān)閉電磁閥AD采集數(shù)據(jù)監(jiān)測到最大脈搏波保存并處理得到舒張壓、收縮壓、心率數(shù)據(jù)LCD面板顯示顯示歷史測量記錄設(shè)置時(shí)間模式圖 3-3 主程序流程圖蘇州市職業(yè)大學(xué)電子信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)蘇州市職業(yè)大學(xué)電子信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)第 28 頁 共 51 頁主程序依此調(diào)用幾個(gè)模塊：系統(tǒng)初始化模塊、按鍵處理模塊、開始測量模塊、信號處理模塊、顯示模塊。3.3.1 按鍵處理模塊按鍵處理模塊包括，按鍵喚醒部分、按鍵掃描部分、按鍵功能實(shí)現(xiàn)部分。其中按鍵喚醒部分是，系統(tǒng)進(jìn)入睡眠后，通過按鍵進(jìn)

60、行喚醒，喚醒后，對一些寄存器的設(shè)置，保證系統(tǒng)時(shí)鐘，系統(tǒng)參數(shù)正常，可以正確測量血壓。按鍵掃描部分是按鍵喚醒單片機(jī)后，通過此部分程序進(jìn)行識別是哪一個(gè)按鍵按下，為按鍵功能部分提供處理?xiàng)l件。而按鍵功能處理，是對應(yīng)查詢、測量、設(shè)置三個(gè)按鍵的具體功能的實(shí)現(xiàn)。按鍵處理模塊流程圖如圖 3-4 所示。等待按鍵是否喚醒判斷按鍵執(zhí)行測量模塊程序查詢歷史記錄設(shè)置時(shí)間模式通過LCD顯示判斷按鍵加一操作切換進(jìn)入睡眠模式圖 3-4 按鍵處理模塊流程圖蘇州市職業(yè)大學(xué)電子信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)蘇州市職業(yè)大學(xué)電子信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)第 29 頁 共 51 頁3.3.2 測量模塊測量模塊，包括控制氣泵和電磁閥，ADC 采集部分來采集