电子血压计毕业设计论文

1、 学号 苏州市职业大学毕业设计 题目题目 血压计控制器设计 学生姓名： 专业班级： 学院 (部)： 电子信息工程学院 校内指导教师： 校外指导教师： 完成日期： 2014 年 5 月 苏州市职业大学电子信息工程学院毕业设计苏州市职业大学电子信息工程学院毕业设计摘 要：现代社会的快速发展，人们的生活节奏变快，带来了不健康的饮食与生活规律，导致了越来越多的心血管疾病的出现。其中，高血压被称为第一无形杀手，可见它的可怕程度。如何便捷有效地测量与监控高血压，从而有效预防与治疗高血压，成为人们对抗高血压病的首要问题。于是，设计一种便捷的测量血压的控制器，显得尤为重要。便携式家用血压计，普通人员即可方便操

2、作。随着家庭医疗保健的普及，这种血压计的市场得以开发。只要拥有这种血压计，在家里即可随时监测血压，做到早发现早治疗，降低了脑出血、心功能衰竭等猝发疾病的危害。本电子血压计控制器以MPS-3117 压力传感器测得血压值，再将血压数据通过HT45F3W型单片机的数模转换器转换成数字信号，经主程序处理数据之后，在段式液晶面板上把数据显示出来。关键词：电子血压计 MPS3117 压力传感器 HT45F3W 单片机 数模转换 段式液晶苏州市职业大学电子信息工程学院毕业设计苏州市职业大学电子信息工程学院毕业设计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苏州市职业大学电子信息工程学院毕业设计苏州市职业大学电子信息工程学院毕业设计目 录1 绪论.11.1 电子血压计简介.21.1.1 电子血压计的介绍.21.1.2电子血压计的功能介绍.31.1.3电子血压计使用注意事项.31.2 血压计控制器设计方案.31.2.1 设计总体要求.31.2.2具体设计方案.31.3 电子血压计工作原理.61.3.1 血压测量的工作原理.61.3.2 电子血压计的

8、工作原理.82 电子血压计控制器硬件设计.92.1 单片机电路设计.92.1.1 HT45F3W 单片机简介 .92.1.2 HT45F3W 的复位电路 .122.1.3 HT45F3W 的时钟电路 .132.2 传感器简介以及电路设计.142.2.1 传感器简介.142.2.2 传感器电路设计.152.4 液晶显示部分简介及电路设计.182.5 其他电路设计.192.5.1 电源电路.192.5.2 电磁阀和充气 PUMP 控制电路.192.5.3 按键电路.202.5 PCB 板的设计 .213 软件系统流程以及程序的设计.233.1 软件开发环境简介.233.2 系统软件初始化设置.23

9、苏州市职业大学电子信息工程学院毕业设计苏州市职业大学电子信息工程学院毕业设计3.2.1 系统时钟初始化.243.2.2 电源管理部分.243.2.3 静态电流发生器及驱动传感器电路.253.2.4 ADC 初始化 .253.2.5 LCD 驱动器设置 .263.3 程序设计.273.3.1 按键处理模块.283.3.2 测量模块.293.3.3 信号处理模块.303.3.4 显示模块.313.3.5 其他处理模块.324血压计控制器调试及测试 .334.1系统组装调试.334.2 操作及测试.34结 论.37致 谢.38参 考 文 献:.39附录 A 部分程序 .40附录 B 原理图 .48附

10、录 C PCB 平面图.49附录 D 血压计控制器实物图 .50苏州市职业大学电子信息工程学院毕业设计苏州市职业大学电子信息工程学院毕业设计第 1 页 共 51 页1 绪论现如今人们的生活水平提高了，越来越观注自己的身体健康，血压是身体康的一项重要指标。血压的高低可直接影响全身各组织器官的血液供给。若血压过低，可造成组织器官供血不足。相反，血压过高，增加心脏负担，久而久之，导致心衰，同时血管弹性下降，脆性增加，脑动脉破裂，出现脑出血。在疾病排名册上，高血压的危害已居前几位。对于老年人群，血压是一个重要的健康信号。高血压是最常见的心血管疾病，也是最大的流行病之一。高血压病不仅是危害人体健康的一种

11、慢性病，而且它还是脑中风、冠心病、心肌梗死、心力衰竭、肾衰等疾病的祸首，因此被人们称为“无形杀手” 。高血压对人体的损害是全身性的，也是造成死亡的恶魔，直接威胁着人的生命，所以，对高血压这个无形杀手，不可掉以轻心。预防高血压病，首先量测量准确的血压。正常的收缩压为：90-140mmHg（12.0-18.6kpa）舒张压为：60-90mmHg（8.0-12.0kpa） ，正常血压的范围：正常成人在安静状态时，动脉压为：30-40mmHg（4.0-5.3kpa）。5我们常用血压计测量血压。测量血压时，是以血压和大气压作为比较的，用血压高于大气压的数值表示血压的高度。常用血压计有：1（1）汞柱式:玻

12、璃管面,标有双刻度；玻璃管上端盖以金属帽与大气相通，下端和汞槽相通,汞槽内有水银；特点：测得数值准确可靠，但较笨重不易携带，且玻璃管部分易破裂。（2）表式：又称弹簧式血压计。外形似表,呈圆盘状，正面盘上标有刻度及读数，盘中央有一指针,以提示血压数值。特点携带方便，但准确性不如汞柱式血压计。（3）电子血压计：袖带内有一换能器，有自动采样单片机控制数字运算，自动放气程序。数秒钟内可得到收缩压、舒张压、脉搏数值。特点是操作方便，不用听诊器，省略放气系统，排除听觉不灵敏，噪音干扰等造成的误差，但准确性不如汞柱式血压计。传统的血压计操作比较复杂，而且受环境的影响较大。在使用时，需要用一个准确的汞柱血压计

13、一同校核，专业性较强。为了让每个血压计使用者更方便的使用苏州市职业大学电子信息工程学院毕业设计苏州市职业大学电子信息工程学院毕业设计第 2 页 共 51 页与维护血压计；我们设计了一种操作便捷，测量精确，无需维护的自动测量血压的装置，用来帮助人们预防发现高血压迹象。目前生活中使用的血压计大部分是水银式的。水银血压计每次测量必须由医生戴上听诊器进行测量，测量过程复杂，只能是每个医生一次对一个人进行测量；而且对不同的医生，测量结果可能不同。对同一个人来说，影响血圧因素也非常多，测得结果在某些情况就不能真实的反映被测对象的血压值。血压随年龄的增加而增高，新生儿血压最低，小儿血压比成人低，中年以前女性

14、血压略低于男性，中年以后差别较小；一般白天血压高于夜间，过度劳累或睡眠不佳时，血压稍增高；在寒冷环境中血压可升高，高温环境中血压可略下降；紧张、恐惧、兴奋及疼痛均可导致血压升高，舒张压一般无变化。劳动、饮食、吸烟和饮酒也可影响血压值。将脉动波的记录引入动态血压技术，提供 24 小时内的每次血压测量结果，而且能再现每次测量过程中的波形。在动态血压检测中干扰和伪差是不可避免的。目前市场上2的大部分动态血压记录仪，只记录每次测量的结果，医生面对的是一批真伪难辩的数字。本课题研究设计动态血压记录仪，使每次测量结果完全透明，实时分析，使医生可以对照原始波形判断数据的真伪，有效查找出干扰和伪差引起的误检测

15、，恢复真实血压，保证血压报告的有效性和可靠性。1.1 电子血压计简介1.1.1 电子血压计的介绍电子血压计原理采用示波法，其原理上是准确的。电子血压计的临床验证是以听诊法作为标准、使用统计学的方法来设计的。但这并不意味着使用水银压力表的听诊法所测出的结果比电子血压计的测量结果准确。当然，认为电子血压计的测量结果比使用水银压力表的听诊法所测出的结果更加准确也是错误的。医院的医生所使用的水银柱式血压计，只是压力测量的工具。认为水银柱式血压计是精确的血压计的观点是片面的，因为水银柱式血压计只是一个压力计而已，重点在于医生通过听诊器进行的听诊。目前国际上发达国家普遍禁止使用水银柱式血压计，而采用精度更

16、高的电子压力计。如今电子血压计已经实现全自动智能测量，测量数据能通过网络自动传输至倍益知心健康管理平台，并将生成健康数据报告反馈给用户。测量结果因采用更领先的技术，也比传统电子血压计更准确了一些。苏州市职业大学电子信息工程学院毕业设计苏州市职业大学电子信息工程学院毕业设计第 3 页 共 51 页对个体被测者来说，电子血压计和听诊法有差异是很正常的。1.1.2电子血压计的功能介绍本血压计控制器的测量方式为臂式压感应测量；压力测量范围达到 40299 毫米汞柱(5.3339.9 千帕)；脉搏测量范围在 30180 跳/分钟（5%）静态压力精确度：3 毫米汞柱(0.4 千帕)；能记忆多组测量的数据；

17、时间、日期的显示。测量过程一键开始，全程在一分钟左右完成。1.1.3电子血压计使用注意事项31.袖带位置须与心脏高度保持一致，上臂自然下垂，肘和前臂自然地搭在桌子上，手心向上，不要把整个胳膊平伸在高于心脏位置的桌子上，或用垫子将胳膊垫得过高；2.每天要在固定时间和同样状态下，以相同的姿势测量血压；3.应该在安静的状态下进行测量，测量前安静休息 1020 分钟，深呼吸 23次；4.饭后或运动后至少休息一小时再进行测量；5.不要在浴后、吸烟、饮酒、喝咖啡后测血压；6.要在没有尿意时测血压。7.测量时应保持心情舒畅，没有疲劳感，不紧张。1.2 血压计控制器设计方案1.2.1 设计总体要求该种血压控制

18、器是将传感技术与单片机紧密结合而成的，它的结构应该能完成三个基本任务：1、测量血管的压力，并能够将信号转变成电信号；2、利用单片机采集压力信号并计算出高压与低圧；3、能够在屏幕上显示测量结果。对于传感器的要求是：高性能低成本的，灵敏度要高。而对于单片机的要求是血压变动能及时抓住高、低压，体积小，集成度高，抗干扰能力强，可靠性高，价格低，运用灵活，易于实现产品化的单片机。显示器应该选用显示清晰，亮度高，寿命长，价格低的显示器。11.2.2具体设计方案苏州市职业大学电子信息工程学院毕业设计苏州市职业大学电子信息工程学院毕业设计第 4 页 共 51 页（1） 、整体设计方案论证选择方案一:采用基于

19、AT89C51 单片机的设计方案，配合外部 A/D 转换器，传感器，搭建外部放大电路，分离电路，以及滤波电路，低通滤波器，显示部分采用 LCD12864 进行显示。方案二：采用合泰公司最新的用于血压计开发的单片机，器内部集成 ADC，放大电路，滤波电路，外部搭建电路较少。显示采用段式液晶。（2） 、对于单片机选用有两个方案方案一：采用 AT89S52,片内 ROM 全都采用 Flash ROM。能以 3V 的超低压工作；同时也与MCS-51 系列单片机完全兼容,具有 89C51 的功能，而且具有在线编程可擦除技术，当在对系统进行调试时，不需要拿下单片机进行编程,而直接进行程序调试。3方案二：采

20、用专用的血压计设计控制芯片，HT45F3W 单片机，该单片机是台湾 Hltek 公司在医疗量测领域正式推出高度整合，高性价比的血压计专用 MCU。HT45F3W 整合了多个可程序调整放大倍率及偏压的专用运算放大器，内部带有 12-位模拟数字转换器，恒定电流产生器，同时具有 ChargePump 及 Regulatr 等功能，并搭配 IAP（In-ApplicatinPrgramming）技术，对于程序更新及量测数据储存都可轻易完成。非常适用于臂式血压计及腕式血压计以及各项居家医疗健康器材等产品。6（3） 、显示电路选择方案一：采用数码管显示，数码管是由八个发光二极管组成，对于显示较少数据量时,

21、功耗要求不高的情况下可以选用,显然作为血压计这种电池供电,数据显示的也较多的显示方式,是不合适的。方案二：采用 LCD12864 液晶显示，如采用在显示数字显得太浪费,且价格也相对较高,所苏州市职业大学电子信息工程学院毕业设计苏州市职业大学电子信息工程学院毕业设计第 5 页 共 51 页以也不用此种作为显示。 方案三： 采用定制的段式液晶显示。由于 HT45F3W 单片机自带有 LCD 驱动,因此采用定制的段式液晶。同时又可对显示内容实现个性化设计，成本也较低，适合大批量生产。综合考虑，采用合泰公司最新的用于血压计开发的单片机 HT45F3W，由于内部集成的放大电路，滤波电路，因此不需要大量的

22、外部电路，提高了系统稳定性和准确性。而外部电路只需传感器电路，显示电路及电源部分电路。本设计是基于 HT45F3W 单片机设计的,具体装置方案如图 1-1 所示:HT45F3W单片机MPS-3117压力传感器LCD液晶面板气泵电磁阀电源按键 气袖图 1-1 血压计各部件连接图系统工作示意图:苏州市职业大学电子信息工程学院毕业设计苏州市职业大学电子信息工程学院毕业设计第 6 页 共 51 页接通电源单片机系统初始化内部放大调理电路初始化ADC开始工作采集数据数据处理LCD显示等待按键唤醒系统进入睡眠图 1-2 系统工作示意图系统启动后，系统进行简单初始化即进入睡眠状态,等待开始按键。若按下开始按

23、键,系统则对芯片内部的 ADC、PGA、滤波器、液晶驱动等模块初始化，参数设置后，系统利用 PWM 波控制气泵同时系统将会启动 A/D 转换，转换结束后将进行数据处理阶段，若未转换完毕将进行程序循环继续转换。数据处理阶段将会对转换的数据进行采样，分析数据，按血压原理定为收缩压和舒张压，经由单片机将其送到LCD 液晶面板进行显示。1.3 电子血压计工作原理1.3.1 血压测量的工作原理由于心搏动力学作用，在袖带里所发生的压力变化将能够准确的反映出心搏压力的波动，即脉搏波，因此随着袖带里压力的变化,脉搏波将呈现以下的变化趋势如图 1-3 所示:1当袖带压力远高于收缩压时，脉搏波消失；2.随着袖带压

24、力的下降，脉搏波开始出现，并呈现逐渐增大的趋势；苏州市职业大学电子信息工程学院毕业设计苏州市职业大学电子信息工程学院毕业设计第 7 页 共 51 页3.当袖带压力从高于收缩压降到收缩压以下时，脉搏波会突然增大；4.当袖带压力降到平均压时，脉搏波的幅度达到最大值；5.当袖带压力继续下降，袖带与胳膊的压力紧密程度下降时，脉搏波的幅度也开始减小；6.当袖带压力从舒张压降到低于舒张压时，脉搏波的幅度会突然减小；7.当袖带压力低于一定的数值时，脉搏波消失。图 1-3 示波法血压测量原理示波法血压测量就是根据脉搏波振幅与袖带压力之间的关系来计算血压的，其计算方式如下：当脉搏波的幅度最大时(过程 D)，此时

25、袖带里的压力对应的为平均压；用一个比例参数 a(0a1)乘以平均压力所对应的脉搏波(最大脉搏波)，用乘得的结果作为一个比较因子，在整个测量过程中检测到的第一个脉搏波和最大脉搏波之间找到与之匹配的脉搏波，此脉搏波所对应的袖带压力就为收缩压；同样，用另外一个比例参数 b(0b1)乘以平均压力所对应的脉搏波(最大脉搏波)，用乘得的结果作为另外一个比较因子，在最大脉搏波和整个测量过程中检测到的最后一个脉搏波之间找到与之匹配的脉搏波，此脉搏波所对应的袖带压力就为舒张压。苏州市职业大学电子信息工程学院毕业设计苏州市职业大学电子信息工程学院毕业设计第 8 页 共 51 页1.3.2 电子血压计的工作原理当袖

26、带充气时，袖带内部便会产生一定压力，压力传感器 MPS-3117 感应到该压力时，经过 HT45F3W 单片机内部放大以及滤波电路后，由单片机的 ADC 读入，并进行 A/D 转换。单片机在程序的控制下，得到脉搏波的交流分量和直流分量，对数字信号进行运算，得到收缩压和舒张压还有脉搏，然后经 LCD 液晶显示模块进行显示，并将数据和时间保存。苏州市职业大学电子信息工程学院毕业设计苏州市职业大学电子信息工程学院毕业设计第 9 页 共 51 页2 电子血压计控制器硬件设计2.1 单片机电路设计2.1.1 HT45F3W 单片机简介HT45F3W 型单片机是台湾 Hltek 公司在医疗量测领域正式推出

27、高度整合，高性价比的血压计专用 MCU。HT45F3W 整合了多个可程序调整放大倍率及偏压的专用运算放大器，内部带有 12-位模拟数字转换器，恒定电流产生器，同时具有 ChargePump及 Regulatr 等功能，并搭配 IAP（In-ApplicatinPrgramming）技术，对于程序更新及量测数据储存都可轻易完成。非常适用于臂式血压计及腕式血压计以及各项居家医疗健康器材等产品。HT45F3W 型单片机 CPU 特性：61.工作电压：在 4MHz：2.2V5.5V，在 8MHz：3.0V5.5V，FSYS=12MHz 的：4.55.5V。2.高达 0.33s 指令周期在 VDD=5V

28、12MHz 系统时钟。3.五种振荡模式：外部高速晶振HXT、外部 32.768kHz 晶振LXT、外部 RCERC、内部 RCHIRC、内部 32kHzRCLIRC。4.多模式操作：正常，低速，空闲和休眠，电源关闭。5.在一个或两个指令周期内执行所有指令，63 条功能强大的指令，查表指令，位操作指令。6.高达 12 层硬件堆栈。HT45F3W 型单片机的外设特性：1.闪存程序存储器：16K16bit，RAM 数据存储器：5128bit，EEPRM 存储器：648bit。2.看门狗定时器功能。3.多达 29 个双向 I/O 线，两个共用引脚的外部中断。4.定时器模块实现时间测量，输入捕捉，比较匹

29、配输出，PWM 输出或单脉冲输出功能5.两个串行 SPI 接口。6.双时基功能用于生成固定时间中断信号。苏州市职业大学电子信息工程学院毕业设计苏州市职业大学电子信息工程学院毕业设计第 10 页 共 51 页7.8 通道 12 位分辨率的 A/D 转换器。一个通道 16 位 D/A 转换器。8.低电压复位功能，低电压检测功能。9.LCD 驱动器功能。10.PGA 和 Regulatr 模块。11.电荷泵和 3.3V 稳压器的模拟电路。现今的应用要求单片机具有较高的性能及尽可能低的功耗，这种矛盾的要求在便携式电池供电的应用领域尤为明显。高性能所需要的高速时钟将增加功耗， 反之亦然。该系列单片机提供

30、高、低速两种时钟源，它们之间可以动态切换， 用户可通过优化单片机操作来获得最佳性能、功耗比。单片机为 CPU 和外围功能操作提供了多种不同的时钟源。用户使用配置选项和寄存器编程可获取多种时钟，进而使系统时钟获取最大的应用性能。主系统时钟可来自高频时钟源 fH 或低频时钟源 fL，通过 SMOD 寄存器中的HLCLK 位及 CKS2CKS0 位进行选择。高频时钟来自 HXT、ERC、HIRC 振荡器或 EC，可通过配置选项选择，低频系统时钟源来自内部时钟 fL，若 fL 被选择，可通过配置选项设定为 LXT 或 LIRC 振荡器。其它系统时钟还有高速系统振荡器的分频fH/2fH/64。另外两个内

31、部时钟用于外围电路，次时钟源 fSUB 和周期时钟 fTBC。这两个时钟源来自 LXT 或 LIRC 振荡器，通过配置选项选择。快速唤醒发生后，fSUB 为单片机提供一个次时钟，使系统能够在更短的时间内快速唤醒。fSUB 和 fSYS/4 用于看门狗定时器的的时钟源。fTB 用于时基 0/1 中断功能的时钟源。苏州市职业大学电子信息工程学院毕业设计苏州市职业大学电子信息工程学院毕业设计第 11 页 共 51 页图 2-1 HT45F3W 单片机的系统时钟HT45F3W 包含有 16KWordFlash 程序内存、512Byte 数据存储器、64ByteDataEEPRM 及 8LevelSta

32、ck 等核心规格；同时具有实用的外围电路，例如LCDDriver，可支持多达 160 点 LCDPanel；多组多功能定时器模块可实现包含捕获、比较、PWM 等功能，另有两组 SPI 接口作为通讯使用，并有用于语音的 D/A，可弹性实现语音播放的功能。HT45F3W 型单片机具有丰富的功能，还有针对血压计的片内外设，是设计电子血压计控制器的不二首选。多样化的功能可以很容易完成产品的开发与应用。HT45F3W 型单片机系统的结构框图如图 2-2 所示。 6苏州市职业大学电子信息工程学院毕业设计苏州市职业大学电子信息工程学院毕业设计第 12 页 共 51 页图 2-2 HT45F3W 单片机的系统

33、框图Hltek 同时提供软硬件功能齐全的发展系统。在硬件上使用 e-Link 搭配专用的OCDS（OnChipDebugSupprt）架构的 MCU，可提供与最终 MCU 相同的封装及特性的模拟。在软件上使用 HT-IDE3000，包含有实时仿真、内存/缓存器存取、硬件断点逻辑设定、执行追踪分析等等功能，适合需要更快速并更具效率来开发程序及调试的用户进行产品开发。2.1.2 HT45F3W 的复位电路复位功能是任何单片机中基本的部分，使得单片机可以设定一些与外部参数无关的先置条件。最重要的复位条件是在单片机首次上电以后，经过短暂的延迟，内部硬件电路使得单片机处于预期的稳定状态并开始执行第一条程

34、序指令。上电复位以后，在程序执行之前，部分重要的内部寄存器将会被设定为预先设定的状态。程序计数器就是其中之一，它会被清除为零，使得单片机从最低的程序存储器地址开始执行程序。由于复位引脚与PB.4共用，复位功能必须使用配置选项选择。虽然单片机有一个内部RC复位功能，如果电源上升缓慢或上电时电源不稳定，内部RC振荡可能导致芯片复位不良，所以推荐使用和RES引脚连接的外部RC电路，由RC电路所造成的时间延迟使得RES引脚在电源供应稳定前的一段延长周期内保持在低电平。在这段时间内，苏州市职业大学电子信息工程学院毕业设计苏州市职业大学电子信息工程学院毕业设计第 13 页 共 51 页单片机的正常操作是被

35、禁止的。RES引脚达到一定电压值后，再经过延迟时间单片机可以开始进行正常操作。在许多应用场合，可以在VDD和RES之间接入一个电阻，在VSS与RES之间接入一个电容作为外部复位电路。与RES脚上所有相连接的线段必须尽量短以减少噪声干扰。当系统在较强干扰的场合工作时，建议使用增强型的复位电路，如图2-3所示。6图 2-3 HT45F3W 单片机复位电路设计2.1.3 HT45F3W 的时钟电路振荡器除了作为系统时钟源，还作为看门狗定时器和时基功能的时钟源。外部振荡器需要一些外围器件，而集成的两个内部振荡器不需要任何外围器件。它们提供的高速和低速系统振荡器具有较宽的频率范围。所有振荡器选择通过配置

36、选项选择。较高频率的振荡器提供更高的性能，但要求有更高的功率，反之亦然。动态切换快慢系统时钟的能力使单片机具有灵活而优化的性能/功耗比，此特性对功耗敏感的应用领域尤为重要。此单片机有5个系统振荡器，包括三个高速振荡器和两个低速振荡器。高速振荡器有外部晶体振荡器，外部RC振荡器，外部时钟和内部8MHz RC 振荡器。两个低速振荡器包括外部32.768kHz振荡器和内部32kHz振荡器。见表2-1。6表 2-1 HT45F3W 振荡器类型表类型名称频率引脚外部晶振HXT400kHz12MHzOSC1/OSC2外部RCERC4MHz12MHzOSC1内部高速RCHIRC8MHz外部低速晶振LXT32

37、.768kHzXT1/XT2苏州市职业大学电子信息工程学院毕业设计苏州市职业大学电子信息工程学院毕业设计第 14 页 共 51 页内部低速RCLIRC32kHz我们这里的振荡器采用内部高速RC和外部低速晶振的组合。外部32.768kHz 晶体振荡器是一个低频振荡器，经由配置选项选择。时钟频率固定为32.768kHz，此时XT1 和XT2 间引脚必须连接32.768kHz 的晶体振荡器。需要外部电阻和电容连接到32768Hz晶振以帮助起振。一些配置选项决定是否XT1/XT2 脚是用于LXT 还是作为普通I/O口使用。若 LXT振荡器未被用于任何时钟源，XT1/XT2 脚能被用作一般I/O口使用。

38、若LXT振荡器被用于一些时钟源，32.768kHz晶体应被连接至XT1/XT2脚。外部32.768kHz 晶体振荡器接法如图2-4所示。6图 2-4 外部低速晶体振荡器接法2.2 传感器简介以及电路设计2.2.1 传感器简介本设计采用台湾全磊公司的MPS-3117压力传感器，该传感器具有价格优势之SMD封装型式宽广温度，操作范围：- 40 到 +85，固态可靠性，容易使用，容易嵌入OEM 装置，等特点。MPS-3117产品尺寸77mm的压阻式压力传感器，可经由定电压(5 Vdc)或定电流(1, 1.5 mA)驱动产生正比于输入压力之毫伏等级电压输出讯号，具有优异的性能与长时间稳定性。大量应用在

39、数位血压计，数字压力计，环境监控，消费性电子产品，医疗监控仪器上。7苏州市职业大学电子信息工程学院毕业设计苏州市职业大学电子信息工程学院毕业设计第 15 页 共 51 页图 2-5 MPS-3117 压力传感器外观图技术指标：压力范围：0 15 PSIG最大压力：30 PSIG操作温度范围：-40 85 操作湿度范围：15 85 %RH驱动电压：5V DC驱动电流：1 mA (5kohm)线性度：0.05%其等效电路如图 2-6 所示。8图 2-6 MPS-3117 压力传感器内部等效电路2.2.2 传感器电路设计MPS-3117的外围引脚共有6个，其中4脚为空脚。压力传感器的SVIN脚和SV

40、IP7脚引分别与单片机引脚SVIN脚和SVIP脚相接，1脚和6脚接到单片机的CCVIP脚，3脚接到单片机的CCVIN脚。电路连接图见图2-7。9苏州市职业大学电子信息工程学院毕业设计苏州市职业大学电子信息工程学院毕业设计第 16 页 共 51 页图 2-7 MPS-3117 压力传感器电路连接图HT45F3W单片机提供一个静态电流发生器（图2-8）用来驱动压力传感器的电桥。驱动电流可以通过编程决定。该电路可以通过设置CCVREFC寄存器来选择的输出6电压为0.2V0.95V之间，以0.05V的间隔。该电压可在脚CCVREF接一个电容到地实现稳定的目的。这个电压被提供给一个内部的正输入端运算放大

41、器。通过连接一个外部电阻到负运算放大器的输入，一个恒定的电流可以被设置。图 2-8 静态电流发生器框图MPS-3117压力传感器电桥产生的差分信号，要进过单片机内部相关电路进一步处理，并进行A/D转换过后，供程序处理计算，得到收缩压和舒张压以及脉搏。压力传感器的调理电路如图2-9所示：6苏州市职业大学电子信息工程学院毕业设计苏州市职业大学电子信息工程学院毕业设计第 17 页 共 51 页图 2-9 压力信号处理电路1. 其中差分信号通过SVIP、SVIN引脚进入单片机内部的差分放大器PGA1，该PGA1输入电压范围为-20mV到100mV的。 PGA1增益分为两个阶段。在第一阶段，被称为G11

42、，具有8，16，32或64的倍数，是由寄存器P GAC0控制。在第二阶段，被称为G12，具有（3263）/ 32的倍数，并通过控制 PGAC1寄存器。 PGA1的失调电压，VOF1，可以是（PGAVREF4:0/32）VOREG，一系列的32个离散值，并且是由PGAC0寄存器控制。该PGA1输出电压，VPGAO1，由下式给出如下公式：6(2-1)11211)(1VOFGGVVPGAOPGA2的增益固定为2,PGA2偏置电压VOF2以下公式给出： (2-2)256)2550(3 . 32VVREGVOF该PGA2输出电压，VPGA02，给出下式： (2-3)2)21(2VOFVPGAOVPGAO

43、它是被提供给A/D转换器，用于测量血压的直流分量信号，用作记录当前袖带内的压力值。2. 该电路包括一个带通开关电容滤波器。SCF PGA输入电压范围VIN，是30V 到150V。SCF的低通滤波器的截止频率可以使用SCFC0寄存器被选择为：9Hz、10Hz、11Hz、12 Hz。高通滤波器的截止频率是固定在0.7Hz。SCF的还包括一个PGA功能，其增益可以使用SCFC0寄存器设置一个在56和308之间的值。苏州市职业大学电子信息工程学院毕业设计苏州市职业大学电子信息工程学院毕业设计第 18 页 共 51 页SCF的增益由下式给出如下公式：(2-4)05456：增益SCFSCF对SCF需要具有

44、大约为100Hz的频率的时钟。对SCF是从系统时钟源，并使用在SCFC1和SFCKD寄存器位细分。 SCF的时钟是由给定的下列公式计算： (2-5)1SCFCKDFSCFSCF时钟其中SCFCKD代表的8位在SCFCDK寄存器中的十进制值，通过设置SCFC1寄存器相应的位在fSCF=FSYS/8、16、32、64、128、256、512、1024中选择。SCF PGA输出信号为测量血压的交流分量，相当于袖带内的脉搏波，利用ADC可以检测出脉搏波的最大值，从而计算出收缩压和舒张压。2.4 液晶显示部分简介及电路设计HT45F3W 其中集成了一个 LCD 驱动，使用起来更加灵活方便，而不是用更昂贵

45、的基于字符显示的 LCM，降低了成本显著。但是，需要相应的 COM 和 SEG 信号。HT45F3W 包含的 LCD 驱动，可以内部设置 LCD 电路及各种选项，就会自动产生时间与增益可变的信号直接驱动，并可以轻松连接多种自定义的液晶显示器。液晶面板与单片机的连接见下图：图 2-10 单片机与 LCD 面板原理图苏州市职业大学电子信息工程学院毕业设计苏州市职业大学电子信息工程学院毕业设计第 19 页 共 51 页2.5 其他电路设计2.5.1 电源电路电源采用 4 节 AA 电池提供 6V 电压，6V 电压可以驱动气泵和电磁阀，同时采用HT7540 给单片机提供稳定的 4V 电压。8 图 2-

46、11 供电原理图另外单片机内部集成了 Charge Pump 和 Voltage Regulator 功能如图 2-12 所示，可以提供 2 倍的电源电压，和稳定的 3.3V 电压供给 ADC 作参考电压。图 2-12 Charge Pump 和 Voltage Regulator 功能框图2.5.2 电磁阀和充气 PUMP 控制电路这里电磁阀采用三极管 S8050 驱动、充气泵通过三极管 PXT8050 驱动，而充气泵则利用了单片机的 PWM（Pulse Width Modulation 脉宽调变）波控制充气的速度。原理图如下图：4苏州市职业大学电子信息工程学院毕业设计苏州市职业大学电子信息

47、工程学院毕业设计第 20 页 共 51 页图 2-13 电磁阀和充气 PUMP 控制原理图2.5.3 按键电路按键电路采用独立按键，由于 HT45F3W 单片机的 IO 口带有内部上拉电阻，故按键电路不需要外部上拉电阻，原理图如下：关关关关/关关关关GNDKEY1KEY2KEY3图 2-14 按键设计原理图苏州市职业大学电子信息工程学院毕业设计苏州市职业大学电子信息工程学院毕业设计第 21 页 共 51 页2.5 PCB 板的设计本设计的血压计本着便携式的特点，因此对 PCB 的大小有较高要求，这里 PCB的尺寸为 80mmX60mm。PCB 设计片面图及 PCB3 维图，见图 2-14、2-

48、15。图 2-15 PCB 设计片面图苏州市职业大学电子信息工程学院毕业设计苏州市职业大学电子信息工程学院毕业设计第 22 页 共 51 页图 2-15 PCB3 维图PCB 设计中，预留调试接口，以便于最后的调试，传感器预留测试点，气泵、电磁阀接口用排阵引出，以便调试时连接。设计中还预留了一块 Flash 芯片，喇叭驱动及接口以便日后升级语音功能使用。按键电路引出，以应对产品的差异化按键设计。为了减少干扰，PCB 设计中，两面采用覆铜方式，电源线远离信号线。晶振电路离单片机尽量靠近，保证时钟频率准确。苏州市职业大学电子信息工程学院毕业设计苏州市职业大学电子信息工程学院毕业设计第 23 页 共

49、 51 页3 软件系统流程以及程序的设计3.1 软件开发环境简介HT-IDE3000 ( Integrated Development Environment)是一个具有高效能，使用于合泰公司8位MCU应用程序的整合开发环境。系统中的硬件及软件工具能够帮助用户使用8位MCU芯片，快速且容易地编写应用程序。在IDE整合开发环境中最主要的组件HT8OCDS-ICE，专为 Flash MCU 量身打造。它们提供了8位微控制器的实时仿真功能以及强而有力的调试与跟踪功能。在软件方面，HT-IDE3000发展系统提供友善的工作平台。将所有的软件工具，例如编辑器、组译器、连结器、函式库管理员和。整合成为一窗

50、口环境，使程序开发过程更为容易。图 3-1 HT-IDE3000开发环境3.2 系统软件初始化设置系统初始化模块，包括对系统时钟的初始化，电源管理部分，静态电流发生器，以驱动传感器，ADC 初始化，LCD 液晶驱动的寄存器设置，以及 IO 口的配置。以便苏州市职业大学电子信息工程学院毕业设计苏州市职业大学电子信息工程学院毕业设计第 24 页 共 51 页接下来能正常工作。3.2.1 系统时钟初始化产生系统时钟有五种方法，三个高速振荡器和两个低速振荡器。高速振荡器有外部晶体/陶瓷振荡器，外部 RC 振荡器和内部 8MHz 的 RC 振荡器。两个低速振荡器为内部 32kHzRC 振荡器和外部 32

51、.768kHz 晶体振荡器。选择是否在低速或高速振荡器作为系统振荡器使用 SMOD0 寄存器的 HLCLK 位以及及 CKS2 CKS0 位。通过配置选项也可以用于实际高速和低速振荡器的时钟源选择。其中，两个振荡器的选择必须作出即一个高速和一个低速系统振荡器。_smod0=0 x03; /8M HIRC 32.768K LXT本设计采用配置选项，选择系统时钟为内部 8MRC 振荡器和外部 32.786kHz 的晶体振荡器。3.2.2 电源管理部分HT45F3W 单片机采用单个寄存器 CHPRC，控制电荷泵和稳压器的整体运作，控制功能，如开启/电荷泵关闭，开/关调节器，并确定时钟分频值，以生成电

52、荷泵的时钟频率。寄存器 CHPRC 的 REGCEN 位是稳压器/电荷泵模块使能/禁用控制位。如果该位被禁用，则稳压器和电荷泵都将被禁用，以节省电源。如果该位被设置为“0 ” ，那么，电荷泵和调节器模块将被断电不论 CHPEN 位的设置。如果 REGCEN 位设置为“1”时，该稳压器将被启用。如果 CHPEN 被启用时，电荷泵将被激活并使用 VDD 作为输入，生成双电压输出。双电压将被用作调节器的输入。如果 CHPEN 位被设置为“0”时，电荷泵被禁止，电荷泵的输出将等于充电泵输入的 VDD。当使用调节器，有必要采取在 VDD 电压的音符。如果电压是 3.6V 下然后，将 CHPEN 位应设置

53、高，使能电荷泵，否则 CHPEN 应清除为零。如果电荷泵被禁用， VDD 为 3.6V 以下，则输出电压监管机制将无法得到保障。/*电源部分初始化*/_cpden=0; /电荷泵输入检测禁止_chpen=0; /电荷禁止_regcen=1; /使能稳压模块_ccvrefc=0 x0f;苏州市职业大学电子信息工程学院毕业设计苏州市职业大学电子信息工程学院毕业设计第 25 页 共 51 页_ccvrefen=1;3.2.3 静态电流发生器及驱动传感器电路恒定电流发生器必须将 CCVREFC 寄存器的 CCVREFEN 位置高，来首次启用。如果清 0，电路会自动关闭，这将是在电池供电的设备的一个重要

54、的考虑因素。该VCCREF 电路的输出电压可以被选择为 0.2V0.95V 之间，以 0.05V 的间隔，CCVREFC 寄存器的 BIT3-BIT0 提供 16 个选择。该电压可在针 CCVREF 到一个电容应用于连接稳定的目的。这个电压被提供给一个内部的正输入端运算放大器。通过连接一个外部电阻到负运算放大器的输入，一个恒定的电流可以被设置。6_ccvrefc=0 x89; /恒定的电流使能，电压 0.9V表 3-1 CCVREFC 寄存器3.2.4 ADC 初始化A/D 转换控制寄存器-ADCR，ACSR，ANCSR 控制 A / D 转换器的功能和操作，为ADCR 三个控制寄存器。这些

55、8 位的寄存器定义功能，如选择其中模拟通道连接到内部 A/D 转换器，数字化数据格式，该 A/D 时钟源，以及控制启动功能和监测的 A/D转换器的结束的转换状态。在 ACS2ACS0 位 ADCR 寄存器定义 ADC 输入通道号。由于设备仅包含一个实际的模数转换器的硬件电路，每个各个 8 个模拟输入必须被路由到该转换器。它是 ACS2ACS0 的功能位来决定哪个模拟通道输入引脚实际上是连接到内部 A / D 转换器。该 ANCSR 控制寄存器包含 PCR3 PCR0 位的确定哪个引脚上的端口 B 被用作模拟输入的 A/D 转换器的输入，哪些引脚不被用作 A/D 转换转换器的输入。设置相应的位高

56、将选择 A / D 输入功能，清除位为零将选择的 I/O 或其他引脚共用功能。当引脚被选择为一 A/D 输入，其原有的功能是否它是一个 I/O 或其他引脚共用功能将被删除。在此外，连接到这些引脚的任何内部上拉电阻会自动被取消作为一个 A/D 输入端。苏州市职业大学电子信息工程学院毕业设计苏州市职业大学电子信息工程学院毕业设计第 26 页 共 51 页图 3-2 ADC 寄存器分布下面是 A/D 转换轮询 ADCR 寄存器的 EOC 位的方法来检测转换周期的完成的例子。_ADE=0; /禁止 ADC 中断 _ACSR=0 x01;/ 选择 fSYS/8 作为 A/D 时钟 _ADOFF=0; _

57、ANCSR=0 x0f; _ADCR=0; /选择 AN0 作为 A/D 接口 /开始转换: _START=0; _START=1; /复位 A/D _START=0;/ 开始 A/DWhile(_EOCB) ; /循环查询 EOCB 位 adrl_buffer=_ADRL ;/ 读转换结果低字节adrh_buffer=_ADRH ; /读转换结果高字节3.2.5 LCD 驱动器设置LCD 控制寄存器，用来控制 LCD 的各种设置功能驱动程序。各个位，这些寄存器控制功能，如占空比和偏压类型，偏压电阻选择以及整体 LCD 启用和禁用。LCDCTRL 寄存器中 LCDEN 位，它提供了整体的 LC

58、D 使能/禁止功能时，才会生效时，该设备是在正常，慢速或空闲模式。如果设备处于睡眠模式，则显示将会一直被禁用。位 RSEL0 和 RSEL1 在 LCDCTRL 寄存器选择内部偏置电阻用正确的偏置电压苏州市职业大学电子信息工程学院毕业设计苏州市职业大学电子信息工程学院毕业设计第 27 页 共 51 页供应 LCD 面板。可选择最适合使用的 LCD 面板在应用程序中，可以选择也尽量减少偏置电流。SEGCR 寄存器用来确定输出功能 SEG0SEG7 作为段驱动器或 CMOS 输出。如果作为 CMOS 输出则输出引脚电平。VLCDC 寄存器有 LCD 电源控制控制位，和设置 LCD 供电电压。本设计

59、 LCD 设置为3V 电压。3.3 程序设计主程序流程如图 3-3 所示。开始系统初始化进入睡眠等待按键是否唤醒判断按键启动气泵，关闭电磁阀AD采集数据监测到最大脉搏波保存并处理得到舒张压、收缩压、心率数据LCD面板显示显示历史测量记录设置时间模式图 3-3 主程序流程图苏州市职业大学电子信息工程学院毕业设计苏州市职业大学电子信息工程学院毕业设计第 28 页 共 51 页主程序依此调用几个模块：系统初始化模块、按键处理模块、开始测量模块、信号处理模块、显示模块。3.3.1 按键处理模块按键处理模块包括，按键唤醒部分、按键扫描部分、按键功能实现部分。其中按键唤醒部分是，系统进入睡眠后，通过按键进

60、行唤醒，唤醒后，对一些寄存器的设置，保证系统时钟，系统参数正常，可以正确测量血压。按键扫描部分是按键唤醒单片机后，通过此部分程序进行识别是哪一个按键按下，为按键功能部分提供处理条件。而按键功能处理，是对应查询、测量、设置三个按键的具体功能的实现。按键处理模块流程图如图 3-4 所示。等待按键是否唤醒判断按键执行测量模块程序查询历史记录设置时间模式通过LCD显示判断按键加一操作切换进入睡眠模式图 3-4 按键处理模块流程图苏州市职业大学电子信息工程学院毕业设计苏州市职业大学电子信息工程学院毕业设计第 29 页 共 51 页3.3.2 测量模块测量模块，包括控制气泵和电磁阀，ADC 采集部分来采集