基于高精度AD转换和PGA的电子血压计设计说明

1、. . . 本科生毕业设计说明书学 院 精密仪器与光电子工程 专 业 测控技术与仪器 年 级 2008 姓 名 博林 指导教师 黄银国 飞 2012年 6 月 1 日本科生毕业设计任务书题目：基于PGA以与高精度AD转换的电子血压计设计学生 博林 学院名称 精密仪器与光电子工程 专 业 测控技术与仪器 学 号 3008202080 指导教师 黄银国 飞 职 称 讲师、工程师 一、原始依据（包括设计或论文的工作基础、研究条件、应用环境、工作目的等。）该项目来源于九安电子血压计产品新单片机平台的开发，将应用于生命健康医疗相关的家庭领域，让使用者在家中就能方便测量血压。九安公司现有血压计产品的压力采

2、集方案属于较早前设计，由于当时高分辨率的AD成本较高，因此其采集方案采用电压与三角波比较，产生脉宽，然后测量其脉宽得到压力值。随着电子技术的发展，芯片集成度大大增强，高分辨率AD的成本已降到很低，已能达到对成本控制很严格的普通商业产品的要求。本项目基于中颖电子的SH79F6488型号单片机进行开发，该单片机可达16bit分辨率，置PGA，可极大的减少外围测量电路。因此，本项目目的是开发出一款基于SH79F6488平台的具有PGA和高精度AD转换功能的电子血压计样机。公司实验设施齐全，技术力量雄厚，研究条件优越。目前，公司现有SH79F6488型号单片机硬件开发平台与开发环境，电子血压计标定设备

3、与示波器、信号发生器等通用电子仪器设备。二、参考文献1Adnan Mourad,Alastair Gillies ,Shane Carney. Inaccuracy of wrist-cuff oscillometric blood pressure devices:an arm position artefact CThe University of Newcastle,Australia.，20042Eoin OBrien,Bernard Waeber,Gianfranco Parati,et alBlood pressure measuring devices:recommendatio

4、ns ofthe European Society of Hypertension JClinical review，2001，332(3)：531-5363敬华，于红玉，邓军民基于示波法原理的无创血压测量模块的应用J中国医疗设备，2008，23(9)：35-364钱峰，晔基于示波法的电子血压计实现J仪器仪表学报，2006，27(6)：1534-15355慧浅谈电子血压计的原理与检定J科技信息，2010，(25)：92-936国意，政波基于示波法和柯示音法的双踪电子血压测量系统J2008，(11)：26-287有军数字式电子血压计示值误差测量结果的不确定度评定J中国计量，2010，(2)： 9

5、9-1008王怀俊血压计测量不确定度评定J计量与测试技术，2009，36(12)：64-65三、设计（研究）容和要求（包括设计或研究容、主要指标与技术参数，并根据课题性质对学生提出具体要求。）1、研究容（1）收集资料、了解课题，写开题报告；（2）进行单片机选型与单片机最小系统设计；（3）压力传感器选型与其硬件电路设计；（4）系统输入输出控制电路设计，包括按键电路、LCD显示电路等；（5）泵阀控制电路设计；（6）编写并调试程序；（基于Keil平台）（7）异常状况分析。（通过用户体验，对电子血压计性能进一步完善）2、主要指标与技术参数设计实现一款基于中颖电子SH79f6488单片机平台的电子血压计

6、产品，要求完成硬件电路和软件编程，压力测量精度达到±1mmHg，算法临床精度等同九安现有血压计产品。3、文献翻译，撰写说明书阅读相关外文技术文献，其中翻译外文文献5000汉字以上；撰写设计说明书，篇幅在15000字以上。指导教师（签字）年 月 日审题小组组长（签字）年 月 日大学本科生毕业设计开题报告课题名称基于PGA以与高精度AD转换的电子血压计设计学院名称精仪学院专业名称测控技术与仪器学生博林指导教师黄银国、飞 一、课题来源与意义本课题是九安医疗仪器公司电子血压计研发项目，主要围绕着部可编程增益放大器PGA以与16位分辨率的高精度AD转换技术而展开。血压是人体的主要健康参数，如心

7、电、脑电、脉搏、体温等数据的变化都与血压有直接的对应关系，人体的主要器官，如心脏、肝脏、肾脏、脑组织、动静脉、关节等疾病的产生和治疗，都与血压的数据有密切关系。由于血压有明显波动性的特点，需要非同日的多次反复测量才可判断血压升高是否为持续性。因此经常性地监测血压变化情况，对于与时检测和预防上述疾病有着非常重要的意义。近年来，电子血压计方便快捷，很快取代了水银式血压计占据家用血压计的主导地位，从而也对电子血压计的测量精度提出了很高的要求。本课题研究重点在于提高电子血压计AD转换精度以与硬件电路设计。二、国外发展状况电子血压计技术从使用原理上经历了听诊法和示波法两个阶段的发展。听诊法又称为科式音法

8、，也分为人工柯氏音法和电子柯氏音法，人工柯氏音法也就是我们通常所见到的医生、护士用压力表与听诊器进行测量血压的方法；电子柯氏音法则是用电子技术代替医生、护士的柯氏音测量方法。只有极少数公司在电子血压计上使用听诊法原理，而绝大部分主流电子血压计制造企业均使用示波法原理。示波法也叫振荡法，是90年代发展起来的一种比较先进的电子测量方法。压力传感器能实时检测到所测袖带的压力与震荡波，如图1。逐渐放气，振荡波越来越大。再放气由于袖带与手臂的接触越松，因此压力传感器所检测的压力与波动越来越小。选择波动最大的时刻为参考点，以这点为基础，向前寻找是峰值 0.5的波动点，这一点为收缩压，向后寻找是峰值0.8的

9、波动点，这一点所对应的压力为舒压，而波动最高的点所对应的压力为平均压。对于不同的血压计生产商，0.5和0.8作为比例系数也不尽一样，主要以临床实验结果为依据。图1 血压震荡波针对于基于示波法的电子血压计，目前国际上比较流行技术代际划分。第一代电子血压计：应用于上臂式电子血压计。快速加压到某一压力值，通过一个机械式定速排气阀按27mmHg/s的速度放气，并在此放气的过程中进行血压测量。第二代电子血压计：应用于上臂式电子血压计。能根据测量者的血压进行智能加压，采用电子控制排气阀的伺服技术（ECV SERVO TECHNOLOGY），减压测量，定速排气的速度真正做到了定速，并使测量结果更加稳定。第三

10、代电子血压计：应用于手腕式电子血压计。匀速加压，并在加压的过程中进行血压测量。第二代电子血压计技术相对于第一代血压计技术的优势突出，是我公司上臂式电子血压计跻身国际电子血压计市场前列的重要筹码之一。三、本课题的研究目标在第一代电子血压计的基础上基于中颖公司提供的SH79F6488单片机研制出一套具有部可编程增益放大器PGA和高精度AD转换的电子血压计样机。该血压计样 机能够全自动测量血压并将测试者高低压显示在液晶屏上。四、研究容、方法与手段（1）收集资料、了解课题，写开题报告；（2）进行单片机选型与单片机最小系统设计；（3）压力传感器选型与其硬件电路设计；（4）系统输入输出控制电路设计，包括按

11、键电路、LCD显示电路等；（5）泵阀控制电路设计；（6）编写并调试程序；（基于Keil平台）（7）异常状况分析。（通过用户体验，对电子血压计性能进一步完善）五、进度安排2011.12.202012.3.7 接受任务，了解课题 2012.3.82012.3.15 收集电子血压计相关资料，整理开题报告 2012.3.152012.3.29 拟订设计方案，熟悉单片机与开发环境 2012.3.292012.5.20 电子血压计测控系统设计与调试 2012.5.202012.6.8 撰写毕业论文，准备答辩 六、实验方案的可行性分析1、AD转换技术已经相当成熟，高分辨率AD模块易实现。2、电子血压计测控系

12、统的各功能模块清晰，各个驱动电路均有已设计好的参考电路。3、九安公司已经研发出一套成熟并已通过国际认证的测量血压算法。4、 软硬件实验条件丰富，并有公司研发部工程师作技术指导。七、已具备的实验条件课题来源于九安医疗电子公司的血压事业部，九安公司集研发、生产、国外销售于一体，在电子血压计领域具有极高的国际地位，公司实验条件齐全，此项目可在九安公司工程师直接指导下进行。八、主要参考文献1Adnan Mourad,Alastair Gillies ,Shane Carney. Inaccuracy of wrist-cuff oscillometric blood pressure devices:

13、an arm position artefact Che University of Newcastle,Australia.，20042Eoin OBrien,Bernard Waeber,Gianfranco Parati,et alBlood pressure measuring devices:recommendations ofthe European Society of Hypertension JClinical review，2001，332(3)：531-5363敬华，于红玉，邓军民基于示波法原理的无创血压测量模块的应用J中国医疗设备，2008，23(9)：35-364钱峰

14、，晔基于示波法的电子血压计实现J仪器仪表学报，2006，27(6)：1534-15355慧浅谈电子血压计的原理与检定J科技信息，2010，(25)：92-936国意，政波基于示波法和柯示音法的双踪电子血压测量系统J2008，(11)：26-287有军数字式电子血压计示值误差测量结果的不确定度评定J中国计量，2010，(2)： 99-1008王怀俊血压计测量不确定度评定J计量与测试技术，2009，36(12)：64-659Chin Sung Kuo，Chii Min Hwu，Ching Fai KwokUsing Semi-automated Oscillometric Blood Pressu

15、re Measurement in Diabetic Patients and Their OffspringJJournal of Diabetes and Its Complications，2000，(14)：288-29310郭岳，熊和金基于AVR单片机的数字血压计设计J计量与测试技术，2010，37(2)：25-27选题是否合适： 是 否课题能否实现： 能 不能指导教师（签字）年 月 日选题是否合适： 是 否课题能否实现： 能 不能审题小组组长（签字）年 月 日摘要随着生活水平的提高，健康越来越受到人们的关注，而血压又是身体健康与否的一个重要指标，近年来，电子血压计由于其方便快捷的优

16、势很快就占据了家用血压计的主导地位，而电子血压计的准确度在很大程度上又取决于所测压力值的准确度。本文就围绕着如何提高电子血压计的测量准确度而展开。本课题来源于九安医疗电子股份血压事业部。本文主要目的是基于SH79F6488单片机平台，制作出一台具有可编程增益放大器PGA以与高精度AD转换模块的电子血压计样机。该单片机AD分辨率可达16bit，置PGA，可极大的减少外围测量电路，在有效降低产品成本的同时还能提高产品的可靠性。本文主要设计容包括：确定电子血压计技术指标；分析电子血压计控制系统工作原理，介绍了测量血压的示波法原理；对压力传感器的供电电路和特性曲线作了详细说明，给出了传感器的硬件电路设

17、计；研究电子血压计输入输出设备控制技术，介绍LCD液晶显示工作原理，重点研究LCD控制技术以与泵阀驱动电路的设计；描述了电子血压计的工作流程图以与电子血压计减压测量过程。本文最终完成了电子血压计的硬件系统设计，根据电子血压计测量算法，设计了软件流程与主要程序，样机能够实现全自动测量血压值。关键词：电子血压计；电路设计；AD转换；PGAABSTRACTWith the improvement of living standards, the health are taken more and more attention, while blood pressure is an important

18、 indicator of good health. In recent years, the electronic sphygmomanometer soon occupies a home blood pressure monitordominant position because of its convenient advantages.The accuracy of the electronic sphygmomanometer, to a large extent, depends on the accuracy of the measured pressure values. T

19、his paper mainly revolves around how to improve the measurement accuracy of the electronic sphygmomanometer.This paper is a part of theelectronic sphygmomanometer development system of Andon Medical Electronics Co. Ltd. Tianjin. The main purpose of this paper is based on SH79F6488 single-chip platfo

20、rm, to produce a Sphygmomanometer prototype, which has a programmable gain amplifier (PGA), as well as high-precision AD converter module. The resolution of AD module of the MCU can be up to 16 bit, and the PGA is built in the internal microcontroller, which can greatly reduce the external measureme

21、nt circuit and effectively reduce product costs well also improve product reliability.The main content of this paper include: determine thetechnical specifications of the sphygmomanometer; analyzes the control system principle of the sphygmomanometer, and introduced the principle of oscillometric bl

22、ood pressure measurement; explained in detail on the power supply circuit and the characteristic curve of the pressure sensor and the sensor is also givenhardware circuit design; study the sphygmomanometer input and output device control technology, introduces the LCD display working principle, focu

23、s on the LCD control technology, as well as pump and valve drive circuit design;Describes the work flow chart of the sphygmomanometer and the decompression measurement process; Finally, we successly complete the design of the hardware system of the electronic sphygmomanometer. According to theElectr

24、onic sphygmomanometer measurement algorithm, we design the software processes and procedures, and the prototype can realize the automatic measurement of blood pressure values.Key words：Electronicsphygmomanometer; circuit design; AD conversion; PGA1 / 89目 录第一章绪论 1 1.1引言1 1.2 国外发展现状和发展趋势2 1.3 课题来源与主要研

25、究容5第二章 血压测量与电子血压计系统框图设计7 2.1 血压测量工作原理7 2.2电子血压计系统框图设计9 2.3 本章小结10第三章 电子血压计硬件电路设计11 3.1 单片机系统设计11 3.2压力传感器系统设计15 3.3 输入输出接口设计20 3.4 泵阀控制电路设计24 3.5 本章小结26第四章 电子血压计软件设计284.1 电子血压计系统流程图28 4.2 算法设计29 4.3 报错机制30 4.4 本章小结31第五章 实验分析32 5.1开发环境32 5.2 传感器标定实验32 5.3 血压测量实验34第六章 总结与展望366.1 本文总结36 6.2 展望36参考文献37附

26、录39外文资料中文译文致第一章 绪论1.1 引言随着生活水平的提高，人们越来越观注自己的身体健康，血压是身体健康与否的一个重要指标。在现代疾病谱上，高血压的危害无疑位居前茅。对于上了年纪的人，血压是一个重要的健康指标。时下老年人对自己的血压越来越关注。高血压是世界最常见的心血管疾病，也是最大的流行病之一，它的危害非常的巨大，据有关统计资料显示，我国现有的高血压患者已达一亿多，并且每年新增人数在300万以上。从高血压目前的危害来看，高血压病已成为人类的头号隐形杀手病。高血压病不但是长期危害人体健康的一种慢性病，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。高血压对人体的损害是全

27、身性的，也是造成死亡的恶魔，直接威胁着人类生命，所以，对高血压这个无形杀手，我们不可掉以轻心。同样，低血压也可能导致脑梗塞和心脏梗塞。血压与人类生命健康息息相关，血压病已经成为生活当中的顽敌。 治疗血压病，首先是要测量准确的血压。测量血压的仪器称作血压计。血压计可分为直接式血压计和间接式血压计两种。两种血压计的工作原理是不一样的，直接式是用压力传感器直接测量压力变化；间接式的工作原理则是控制从外部施加到被测部位上的压强，并将控制的结果与其相关的柯氏音的产生和消失的信息加以判断。前者无论对动脉或静脉都可连续测试，而后者只能测量动脉的收缩压和舒压。 传统的血压计都是模拟血压计。此类血压计操作复杂，

28、测量精度低，而且易受环境影响。且时常需要校准精度，需用一只准确的汞柱血压计或血压表一同校验。其方法是将听诊器上“Y”形管取下，其两端分别接准确的血压计(血压表)和校验的弹簧表式血压表，第三端接臂带与气阀，这样利用同一压力，观察要校验的血压表与准确的血压计(血压表)的读数是否一样，如不同则说明该校验的血压表已不准确，如读数一样，仅零位有偏差时，并不影响实际使用。如发现血压表指针不能回复零位时，切勿擅自调节螺钉，以免损害表机芯，此时应将血压表送到生产厂家或指定服务部维修。因此，此类血压计的使用与维护相对麻烦。为了让广大血压计使用者更方便的使用与维护血压计，也让更多的人学会使用血压计进行简单的血压测

29、量，电子血压计应运而生。电子血压计具备了诸多优点，越来越受到普通家庭的欢迎，本文介绍了以中颖公司生产的SH79F6488单片机为控制核心，辅以压力传感器MPS-1210-006GE实现了普通家用电子血压计的设计。该设计充分利用了单片机设的可编程放大器PGA以与16位输出的高精度模数转换器ADC和自带的LCD驱动模块，实现了系统使用芯片和被动组件数量的精简化，具有低成本小型化低功耗的特点。如图1-1为目前应用比较广泛的电子血压计。图1-1 电子血压计1.2 国外发展现状和发展趋势1.2.1 血压计发明血压计的诞生源于18世纪初的英国，至今有近两百年的历史。人们在动物身上作首次血压测量试验。18世

30、纪初，英国医生哈尔斯把一匹高头大马作为测试血压的对象。他将一根长9英尺的玻璃管与一根铜管的一端相连接，接着将铜管的另一端插入马腿的动脉血管，然后使玻璃管垂直，让马腿动脉血管里的血顺着玻璃管上升，这样就测得马的血压为83英寸的高度。这是最初的有创测量血压计1 3。到1896年，意大利人里瓦罗克西在哈尔斯测量马的血压的试验基础上，又进行了深入的分析与研究，经过大胆的试验，改制成了一种不破坏血管的血压计2。这种血压计由袖带、压力表和气球三个部分构成。测量血压时，将袖带平铺缠绕在手臂上部，用手捏压气球，然后观察压力表跳动的高度，以此推测血压的数值。显然，以这种血压计测量血压较之哈尔斯的测量方法要科学、

31、安全得多。但它也有很大的缺陷，只能测量动脉的收缩压，而且测量出的数值也只是一个推测性的约数，准确性不高。为了克服这些不足，10年后，俄国人尼古拉·科洛特科夫对罗克西的血压计的基本构造不变，只是在测定血压时，另在袖带里面靠肘窝侧动脉搏动处放上听诊器。在测量时，当听到听诊器中传出的第一个声音时，水银柱所达到的高度就是收缩压，接着水银柱下降，到脉搏跳动声音变弱时，此时水银柱所在的高度就是舒压3。但是，水银血压计操作繁琐，需有人协助完成测量4。因此，多为专业级医师使用。近年来，电子血压计的方便快捷，很快取代了水银式血压计占据家用血压计的主导地位56。1.2.2 电子血压计的发展历程一、第一代

32、电子血压计 使用的技术：MWD技术（即减压时测量） 使用的主要元器件包括：气压传感器、快速加压气泵、电子快速排气阀、机械式定速排气阀。图1-2 第一代电子血压计原理图测量方法：电机泵向修袋打气使压力快速加压到某一压力值后通过一个机械式定速排气阀按27mmHg/s的速度放气，并在此放气的过程中进行血压测量。 特征1：使用了两个排气阀电子快速排气阀、机械式定速排气阀； 特征2：初始的加压压力大多设定在200mmHg左右，强调加压要快，通常10秒钟以达到设定的加压值； 特征3：加压刚停止时，放气速度超过7mmHg/s, 几秒钟之后才能大致稳定在27mmHg/s。机械式定速排气阀的缺点之一是，这一代产

33、品由于机械式定速排气阀的不稳定性（原理性缺陷），一般会提高初始的加压压力，如初始的加压压力大多设定在190200mmHg，这在一定程度上可以克服加压刚停止时放气速度造成的测量不稳定的问题。 其缺陷是使用者手臂（或手腕）有明显的压迫感，同时由于机械式定速排气阀的不稳定性，测量结果有时也会不稳定5。 机械式定速排气阀的缺点之二是，其排气速度通常按照中等粗细的胳膊来设定，而实际的使用者的胳膊或粗或细，从而影响测量精度6。 机械式定速排气阀的缺点之三是，其中的橡胶大致在半年到一年开始老化，制造商设定的排气速度受到影响，最终也会影响测量精度。 机械式定速排气阀的缺点之四是，即便是对同一个被测者的同一次测

34、量，压力高的时候排气速度快，压力低的时候排气速度慢。这将会直接影响到血压测量的精度。 目前国一些购入电子血压计方案的制造商，其技术水平大都处于第一代。而且所有的方案提供商手上也只有这一代的技术方案。二、第二代电子血压计 使用的技术：MWD技术（即减压时测量） 使用的主要元器件：气压压力传感器、加压气泵、电子控制排气阀。图1-3 第二代电子血压计原理图测量方法：采用了电子控制排气阀的伺服技术（ECV SERVO TECHNOLOGY）7，实现了定速放气，能根据测量者的血压进行智能加压8，测量结果更加稳定（其他影响因素除外）。 特征1：只使用一个排气阀电子控制排气阀，同时用于定速排气与测量结束时的

35、快速排气； 特征2：智能加压。即血压计会在加压过程中预先对测量者血压进行一次粗略的判断，从而决定最终需要加至的压力值，通常压力值加至测量者收缩压+30mmHg左右；特征3：放气速度一开始就能稳定在34mmHg/s 上。 这一代的电子血压计技术难度是电子控制排气阀的伺服技术，目前国际上掌握这一代技术的公司大致有如下几家：金亿帝、欧姆龙、松下。第一代与第二代的测量技术又统称为MWD技术（减压时测量），与下述的第三代MWI技术（加压时测量）相对应。三、第三代电子血压计使用的技术：MWI技术（加压时测量）1使用的主要元器件：伺服加压气泵、电子控制排气阀、气压压力传感器 测量方法：匀速加压，并在加压的过

36、程中进行血压测量。图1-4 第三代电子血压计原理图特征1：使用伺服加压气泵控制加压速度，并在加压过程中测量血压； 特征2：只使用一个排气阀电子快速排气阀，用于测量结束时的快速排气。这一代电子血压计的技术难度是MWI技术（加压同步测量），目前国际上掌握这一代技术的公司大致有如下几家： 金亿帝、欧姆龙、松下。 第三代电子血压计技术MWI技术（加压时测量）已经成为腕式电子血压计的主流技术，金亿帝、欧姆龙、松下等已经淘汰了以前的测量技术。第一代和第二代电子血压计技术用于臂式血压计。第三代电子血压计技术用于腕式血压计。需要特别说明一点，腕式电子血压计，不适用于患有血液循环障碍的病人，如糖尿病、高血脂、高

37、血压等病会加速动脉硬化，从而引起末梢循环障碍。这些患者的手腕同上臂的血压测量值相差很大。建议这些患者与老年人应选择臂式电子血压计来使用。因此，在使用围上来说第二代电子血压计具有更广泛的应用19。1.3 课题来源与主要研究容1.3.1 课题来源本课题来源于九安医疗电子股份血压事业部，公司现有血压计NEC平台其外部电路较复杂、成本高，而中颖公司提供的SH79F6488单片机则将可编程增益放大器PGA、高精度AD转换模块、LCD驱动模块都集成在了单片机部，将电子血压计功能平移到SH79F6488平台可以达到达到减少硬件电路设计、提高工艺性的目的。1.3.2 研究容1) 电子血压计系统控制技术；2)

38、SH79F6488单片机平台的应用以与电子血压计硬件电路总体设计；3) 利用压力传感器采集压力数据，对采集的压力数据进行初步分析处理， 并对采集的压力值与标准毫米汞柱值进行标定，误差在1mmHg；4) 设计电子血压计测量流程框图，编写算法；5) 进行算法测试以与电路板调试与实验；6) 对电子血压计在高温高压等恶劣环境下进行稳定性试验。1.3.3 章节安排 第一章绪论部分主要介绍电子血压计发展趋势以与给出了本文主要研究容。 第二章给介绍了测量血压的基本原理并出了电子血压计设计框图。 第三章是本文的重点部分，主要给出了电子血压计各个模块的硬件电路设计，并通过实验给出最合理的设计要求。 第四章为电子

39、血压计软件设计，给出了电子血压计工作流程图，并介绍了一些关键算法。 第五章实验部分给出了传感器标定试验以与电子血压计测量血压的实验结果，分析并给出了可能产生的误差原因。 第六章总结与展望，总结了本文的主要工作并对本课题中的电子血压计做了进一步展望。第二章 血压测量与电子血压计系统框图设计2.1 血压测量工作原理2.1.1 血压的概念血压就是血管血液对于单位面积血管壁的侧压力，即血管血液的静压。由心脏出来的血压，需要有推力才能绕行身体一周，心脏就是借着不停地收缩、放松，将血液推送前进。血压有两种，一是收缩压：是当心脏收缩把血液打到血管所测得的血压，二是舒压：是心脏在不收缩所得的压力。收缩压是血压

40、的中最大值，舒压是血压的最小值也就是医学上所测得的高压和低压。人体的主要健康参数，如心电、脑电、脉搏、体温等数据的变化都与血压有直接的对应关系，人体的主要器官，如心脏、肝脏、肾脏、脑组织、动静脉、关节等疾病的产生和治疗，都与血压的数据有密切关系。因此经常性地监测血压变化情况，对于预防和治疗上述疾病有着非常重要的意义9。2.1.2 血压测量原理血压测量的方法可分为直接测量法和间接测量法两种。直接测量法又叫有创测量法，也就是通过穿刺在血管放置导管后测得的血压，比如在做心脏介入诊断与治疗时就要监督患者的有创血压。用有创方法直接测量血压，因所测部位不同，方法各异，也不能完全反映人体的血压。间接测量法又

41、叫无创测量法，也就是不通过穿刺在血管放置导管而是通过间接测量测得的血压。常见的间接测量方法有柯氏音放大法和示波法10 11。柯氏音放大法即听诊发，是一种无创血压测量方法，属于间接测量人体血压的方法。通过袖带加气压挤血管，使血流完全堵断，这时用听诊器是听不到血管的波动声，然后慢慢放气直至听到脉搏声，此时成为收缩压。继续放气通过听诊器能听到强而有力的脉搏声，且慢慢变轻，直至听到很平稳较正常脉搏声。这时认为血管完全未受挤压，即舒压。柯氏音法分为人工柯氏音法和电子柯氏音法。其中，电子柯氏音法是在上世纪7080年代发展起来的一种电子测量血压的方法。它的基本原理是把人工柯氏音法用电子技术来完成，也就是对袖

42、带加气、放气用气泵来完成。听脉搏音用电子拾音器来完成。判断方法与人工几乎一样。所不同的就是用计算机代替了人的判断。示波法测量血压，就是当绑在手臂上的袖带压力比血管收缩压高出约60mmHg时，血管被阻断。随着袖带压力的下降血管由阻断变导通，这一过程就会在袖带中产生一系列的小脉冲14。如图2-1所示。图2-1 袖带中的小脉冲（纵轴mmHg,横轴S）将叠加在袖带压力线中的小脉冲波拾取出来，并与袖带的压力相对应，得到下图2-2所示的包络线。图2-2 包络线（纵轴mmHg,横轴mmHg）通过大量的试验发现，收缩压分布在包络线上升沿的4080的地方，舒压分布在包络线下降沿5090的地方，对小脉冲的峰值构成

43、包络线进行分析处理，就可以进行血压值的判别了。根据气袖在减压过程中，其压力振荡波的振幅变化包络线来判定血压是示波法的精髓。目前比较一致的看法是当气袖压力振荡波的振幅最大的时候，气袖的压力是动脉的平均压。动脉的收缩压对应于振幅包络线的第一个拐点，舒压对应于包络线的第二个拐点。收缩压判断的确定：通常采用最大的振幅法，即在放气过程中脉搏波振幅度包络线的上升段，当某一个脉搏波的幅度与之比Ks时，就认为此时对应的气袖压力为收缩压12 13。(2-1)舒压判断的确定：也是用最大的振幅法来判定，不过是在脉搏波振幅包络线的下降段，当某一个脉搏波的幅度与之比Kd时，就认为此时对应的气袖压力为舒压。 (2-2)血

44、压信号以与收缩舒压的位置如图2-3所示图2-3 血压交直流信号与收缩压和舒压位置先找出最大振幅值 Amax ,在往前找幅值为0. 5Amax的瞬态位置对应血压直流分量即为收缩压,往后找幅值为0. 8Amax的瞬态位置对应血压直流分量即为舒压,将计算出的收缩压和舒压结果输出至液晶驱动器显示。对于不同的血压计生产商，0.5和0.8作为比例系数也不尽一样，主要以临床实验结果为依据。2.2 电子血压计系统框图设计2.2.1 电子血压计硬件框图一款完整的电子血压计一般来说都由这些模块组成：电源模块、单片机核心控制模块、压力传感器、袖带与加压排气系统、按键控制、LCD液晶显示屏。图2-4为本课题中所设计的

45、电子血压计硬件框图。电源模块JTAG压力传感器泵阀系统与袖带LCD液晶显示单片机与其外围电路图2-4 电子血压计硬件框图测量时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，保持放松，按下开始按键，电子血压计开始给袖带充气，通常情况下加压到160190mmHg左右，停止充气，开始机械式放气，在放气过程中电子血压计会对血压值进行计算，放气结束后将收缩压与舒压显示在LCD液晶上，整个过程全自动进行，方便快捷，任何人在家中即可进行。2.2.3 电子血压计指标本课题所研究的电子血压计样子要达到如下指标20

46、1、测量原理：示波法。 2、显示围：0300mmHg(040KPa), 3、测量围：40270mmHg(5.436KPa) 4、AD转换分辨率：16位5、放气速率：2.36.0mmHg/S(0.30.8Kpa/S) 6、静态压力基本误差：1mmHg (0.13Kpa)7、动态压力基本误差：1mmHg (0.13Kpa)2.3 本章小结本章主要介绍了血压的基本感念以与本课题中测量血压的基本原理：示波法。其中示波法的基本思路就是在袖带放气过程中，将传感器测得的压力信号的交直流信号分离出来，通过交流信号的幅值关系，找出对应的直流信号那一点所对的压力值就是要测量的血压值。电子血压计概述给出了本课题所要

47、设计的电子血压计的组成、工作过程以与技术指标，其中的压力基本误差部分关系到传感器的选型以与其工作电路设计。第三章 电子血压计硬件电路设计3.1 单片机系统设计3.1.1 单片机选型本课题中电子血压计控制核心部分要求具有高精度AD转换模块以与可编程增益放大器功能，综合考虑后我们选择中颖公司生产的SH79F6488型号的单片机作为我们的开发平台。SH79F6488是中颖公司生产的一款高速高效率8051兼容单片机。在同样振荡频率下，较之传统的8051芯片它具有运行更快速，性能更优越的特性。SH79F6488保留了标准8051芯片的大部分特性，包括置256 字节RAM，1 个UART和外置中断INT0

48、、INT1、INT2。此外，SH79F6488还集成了2304字节的外部RAM，可兼容8052芯片的16位定时器/计数器（定时器2 ）。SH79F6488单片机还包括适合于程序和数据的64K 字节Flash。SH79F6488不仅集成了如EUART和SPI等标准通讯模块，此外还集成了带低功耗模式的LCD驱动器、20位模数转换器模块(ADC) 、可编程增益放大器(PGA) 、运算放大器(OP)、脉宽调制模块(PWM)接口等。为了达到高可靠性和低功耗，SH79F6488集成了看门狗定时器，低电压复位功能以与系统时钟监控功能。此外SH79F6488还提供了2 种低功耗省电模式。该单片机具有20位数据

49、输出16位高分辨率的-型AD转换模块；置一个可编程增益放大器（PGA），通过软件数字编程即可实现对微小信号的模拟放大，既省略了外围硬件电路设计又能在一定程度上提升体统稳定性。3.1.2 单片机最小系统设计1、单片机电源模块SH79f6488单片机供电电压围为3.0V-5.5V，本课题所设计的血压计类型为全自动臂式电子血压计，其电池电压为6V，所以我们需要一个降压稳压模块将电池电压降到一个稳定的VDD。该模块中我们选择了精工电子生产的型号为S-1206B36超低消耗电流，低电压型CMOS电压稳压器，其能稳定输出3.6V±1.0%的电压值，S-1206系列芯片具有以下特点：·可

50、详细地选择输出电压。可以在1.2 5.2 V的围，并以0.05 V为进阶单位来选择;·能够使用低等效串联电阻电容器。输入输出电容器，能够使用0.1 µF以上的瓷电容器;·输入电压围宽。1.7 6.5 V;·输出电压精度高。 ±1.0%精度（1.2 1.45 V输出产品±15 mV）;·输入输出压差低。150 mV 典型值（3.0 V输出产品IOUT = 100 mA 时）;·消耗电流少。工作时1.0 µA 典型值、1.5 µA 最大值 ·输出电流高。可输出250 mA （3.0 V输出

51、产品VIN VOUT(S) 1.0 V时）*1 ;·置过载电流保护电路。限制输出晶体管的过载电流;·采用小型封装。SOT-23-3 、SOT-89-3、SNT-6A（H）;·无铅产品应用S-1206B36芯片设计的降压稳压模块电路图如图3-1所示。图3-1 降压稳压模块2、单片机时钟模块SH79F6488支持4 种振荡器类型，如下图3-2所示：32.768kHz 晶体谐振器，晶体/ 瓷谐振器，部12MRC振荡器，PLL 振荡器。通过代码选项OP_OSC（代码选项）的设置，可以选择两种振荡器类型作为系统的振荡器1 （OSC1CLK）时钟源和振荡器2（OSC2CLK）

52、时钟源。通过寄存器CLKCON和PLLCON的设置，可以选择一种作为系统频率（SYSCLK ）用以支持CPU与片上外围设备。当选择振荡器1 时钟（OSC1CLK）作为系统时钟频率分频器的输入时钟（OSCSCLK ）（FS=0），并且系统进入掉电（Power-Down ）模式时，振荡器1 时钟（OSC1CLK）和振荡器2 时钟（OSC2CLK）都会关闭。如果时基定时器模块或LCD模块功能开启时，振荡器1 时钟（OSC1CLK）不会关闭，振荡器2 时钟（OSC2CLK）会关闭。当选择振荡器2 时钟（OSC2CLK）作为系统时钟频率分频器的输入时钟（OSCSCLK ）（FS=1）并且系统进入掉电（P

53、ower-Down ）模式时，振荡器2 时钟（OSC2CLK）会被关闭，而振荡器1 时钟（OSC1CLK）仍然会被打开，用以支持片上外围设备（例如定时器3 、时基定时器等）。部12MHz RC支持硬件/ 软件校正功能，当CLKLO寄存器中的CLKRCEN=0 时，部RC由系统硬件自动校正；当CLKRCEN=1 时，部RC由用户软件校正，通过修改CLKRC0 寄存器的值调整RC振荡频率，CLKRC1 寄存器为出厂校正的初值数据，当调整RC振荡频率偏移较大时，可通过只读寄存器CLKRC1 获取校正初值数据。本课题中为了减小硬件电路开支，我们选择部12MRC振荡器作为系统时钟。图3-2 单片机振荡器类型选择框图3、JTEG调试接口SH79F6488还提供了可供在线调试的JTAG接口，用于仿真调试。接口电路如下图3-3所示。仿真时还需要JTEG51仿真器相配合。该接口电路由SH79F6488说明文档直接给出，用户只要按照要求连接好电路即可，使用时不必深究其工作原理。图3-3 JTAG接口原理图各个接口的作用:TDO：调试接口，测试数据输出。TMS：调试接口，测试模式选择。TDI：调试接口，测试数据输入。TCK：调试接口，测试时钟输入。调试时需要从中颖公司主页下