数字化医疗仪器课件

醫療儀器分類與管理1.醫療儀器的分類與發展動態

1.1.1醫療器械的定義國際標準化組織ISO的定義（一）為下列目的的用於人體的，不論是單獨使用還是組合使用的，包括使用所需軟體在內的任何儀器、設備、器具、材料、或者其他物品，這些目的是：（1）

疾病的診斷預防監護治療或緩解；（2）

損傷或殘疾的診斷監護治療緩解或者補償；（3）

解剖或生理學過程的研究替代或者調節；（4）

妊娠控制。（二）其對於人體體表及體內的主要預防作用不是用藥理學、免疫學或代謝的手段獲得，但可能有這些手段參與並起一定輔助作用。

此定義闡明了醫療器械的使用對象、使用方法、功能產品形態，和具有相同功能和用途的另一產品群——藥品作了區別界定。此定義目前已被各國廣泛地等同使用在醫療器械法規中，可把此定義理解為法規調整意義上的醫療器械定義域。中國現行的醫療器械行政規章及技術標準均等同採用了此定義。ISO關於醫療器械定義的意義:我國醫療器械監管條例(2000)的定義

單獨或者組合使用於人體的儀器、設備、器具、材料、或者其他物品，包括所需要的軟體，其用於人體體表及體內的作用不是用藥理學、免疫學或者代謝的手段獲得，但是可能有這些手段參與並起一定的輔助作用，其使用旨在達到下列預期目的：（1）對疾病的預防診斷治療監護緩解；（2）對損傷或者殘疾的診斷治療監護緩解補償；（3）對解剖或者生理過程的研究替代調節；（4）妊娠控制。

醫療器械產品分類方法（1）医疗器械分类规则指導下的醫療器械分類目錄；（2）根据臨床應用範圍所做的分類；（3）根據產品價值等級所做的分類；（4）根據產地分為境內產品和境外產品等。目前使用最為廣泛的是根據國家藥品監督管理局發佈的醫療器械分類目錄

《醫療器械監督管理條例》分類管理：第一類是指通過常規管理足以保證其安全性有效性的醫療器械；第二類是指對其安全性有效性應當加以控制的醫療器械；第三類是指植入人體用於支持維持生命，對人體具有潛在危險，對其安全性、有效性必須嚴格控制的醫療器械。醫療器械的產品分類及編碼

我國實行的醫療器械分類方法是分類規則指導下的目錄分類制。分類規則和分類目錄並存。醫療器械分類規則用於指導醫療器械分類目錄的制定和確定新的產品註冊類別。

2002年8月28日，國家藥品監督管理局組織制定了醫療器械分類目錄國藥監械[2002]302號，共有49個一級類別和大於263個二級類別的產品種類。

編碼名稱:6801基礎外科手術器械6802顯微外科手術器械6803神經外科手術器械6804眼科手術器械6805耳鼻喉科手術器械6806口腔科手術器械6807胸腔心血管外科手術器械6808腹部外科手術器械6809泌尿肛腸外科手術器械6810矯形外科骨科手術器械6811兒科手術器械6812婦產科用手術器械6813計劃生育手術器械6814中醫器械6815注射穿刺器械6816燒傷(整形)科手術器械6819其他科手術器械6820普通診察器械6821醫用電子儀器設備6822醫用光學器具儀器及內窺鏡設備6823醫用超聲儀器及有關設備6824醫用鐳射儀器設備6825醫用高頻儀器設備6826物理治療及康復設備6827中醫儀器設備6828醫用磁共振設備6830醫用X射線設備6831醫用X射線附屬設備及部件6832

醫用高能射線設備6833

醫用核素設備6834醫用射線防護用品裝置6839

醫用射線設備專用檢測儀器6840臨床檢驗分析儀器6841醫用化驗和基礎設備器具6845體外迴圈及血液處理設備6846植入材料和人工器官6854

手術室急救室診療室設備及器具6855

口腔科設備及器具6856病房護理設備及器具6857消毒和滅菌設備及器具6858醫用冷療低溫冷藏設備及器具6863口腔科材料6864醫用衛生材料及敷料6865醫用縫合材料及粘合劑6866醫用高分子材料及製品6867醫用橡膠製品6870軟件6877介入器材6899其他醫療器械行業監管體系的發展及現狀

醫療器械市場准入制度的引入是在1989年,明確了政府監督管理的核心是保證醫療器械產品的安全性、有效性，並逐步建立起一套行之有效的產品上市的行政管理辦法。

1999年12月18日召開的國務院第二十四次常務會議通過《醫療器械監督管理條例》，並於2000年1月4日以國務院令276號發佈，在4月1日正式實施。這標誌著我國的醫療器械監督管理進入依法行政和依法監督的新階段。

我國對醫療器械的分類

按照我國現行規定，境內生產的醫療器械第一二類由省級藥品監督管理部門負責審批。第三類醫療器械由國務院藥品監督管理部門負責審批。其中，第一類產品可以直接獲得准產註冊；第二、三類產品需要經過臨床試驗和准產註冊階段。部分醫療器械品種需要同時獲得生產許可證和註冊證書，才能進入市場流通。

境內生產第三類產品註冊過程

生產企業產品試製成功→產品標準編寫→進行標準審查→產品標准到當地藥品監督管理部門和技術監督部門備案→到國家藥品監督管理局認可的相關檢測機構進行產品註冊、型式檢測→到國家藥品監督管理部門獲得臨床試驗准許進行臨床試驗→到國家藥品監督管理機構進行企業產品技術標準復核→註冊資料的形式審查→召開專家評審會→獲得註冊證書關於進口醫療器械的監督管理

入世後，在市場准入方面，進口醫療器械應該和國產醫療器械享受同樣的國民待遇。目前，我國和歐美日等先進國家和地區在醫療器械的市場准入方面尚未實現互認。

《條例》實施後，新的醫療器械註冊管理辦法加強了對進口產品的監督管理方面的要求，使我國對境內外醫療器械的監督管理得到提升，國內企業的競爭力也得到一定的保障。醫療器械的發展動態

中國醫療器械行業在世界市場所占份額及發展歷程

中國有13億人口，31萬個醫療衛生機構，醫療器械有廣闊的市場。中國是全球醫療器械十大新興市場之一，已成為除日本以外亞洲最大的市場。2001年，中國醫療器械市場容量達527億元，年均增長率15%。但是，中國醫療器械在世界市場中的份額依然很低，仍有很大增長空間。

2003年全球醫療器械工業銷售額已達到2044億美元。其發展水準代表了一個國家的綜合經濟技術實力與水準。2000年，在全球醫療器械銷售額中，美國所占份額高達41%，歐盟占27%，日本占14%，中國僅占2%，但市場潛力很大。2003年，中國醫療器械市場容量達700億元以上，還有很大發展空間。21世紀，醫療器械的發展將呈現以下特點：硬體性的醫療器械將更加智能化,需要更為成熟的資訊資料庫的支持;

更為智能化和簡易化的產品，將使得保健工作從醫院向家庭發展;

產品開發將使集成化的複合型趨勢將更加明顯;

技術發展將大大提高臨床診斷在時間上和空間上的精確性。

醫療器械發展趨勢預測

未來的醫療器械產業存在四大趨勢，也是行業的增長熱點：

(一)電腦相關技術：電腦輔助診斷、智能器械、生物感測器械、機器人器械網路。相應的新產品，如集成化病人醫學資訊系統、病人智能卡、臨床實驗室機器人、電腦輔助臨床實驗系統、生物感測器等。(二)家庭和自我保健器械：家庭自我監護與診斷、家庭自我醫療與遠程醫療相應產品。

(三)微創醫療器械：無創傷或微創傷的醫療器械、醫學成像、微型化醫療器械、鐳射診療和非植入式輔助傳感等。如各種內窺鏡和導管技術等無創和低創的直視檢查，將深入到人體各個臟器和部位，獲得精確的形態、功能、病理等電生理診斷。

(四)器官移植和輔助醫療器械：如人工骨、心臟瓣膜、心泵、軟骨、胰、血管、腎、皮膚、肝、眼和再生的神經細胞及心臟、神經肌肉刺激器等。

1.2生物醫學測量的基礎知識

1.2.1生物醫學測量的範圍

生物醫學測量的對象是具有生命的生物體，其基本的對象是人體。人體是由生物分子、細胞、器官和功能系統等各層次組成的複雜系統。因此，生物醫學測量的範圍包括對生物體分子水準、細胞水準、器官水準和系統水準各層次的資訊的測量。

生物醫學測量屬於弱信號測量範疇，具有弱信號測量的共同特點，即要求測量系統的靈敏度高、分辨力強、抑制雜訊和抗干擾能力好。這一特點在生物電、生物磁信號的測量中尤為突出。

部分生物電和生物磁信號幅度範圍見下表1.2.2生物醫學測量的基本特點

一.生物醫學測量基本屬於弱信號測量被測信號幅度範圍心電（皮膚電極）50

V-5mV腦電（頭皮電極）10

V-300

V肌電20

V-10mV細胞電位

100

V-+200

V視網膜電位0-1mV眼電0.05mV-5mV腎電位10

V-80mV心磁10-10T量級腦磁10-12T量級眼磁10-11T量級肺磁10-8T量級表:部分生物電和生物磁信號的幅度範圍

生物體是一個極其複雜的系統，如何從生物體中有效地提取被測信號，是生物醫學測量的重要問題。在生物醫學測量中，不僅要抑制儀器系統的雜訊，更重要的是要充分認識人體雜訊的性質和特點，採取有效辦法（如濾波、相關或自適應處理，改進信號耦合方法等），從人體雜訊中提取有用信號。二．生物體內的雜訊對測量有重要影響三．資訊測量中容易引入外界環境的干擾

（1）環境電場、磁場和電磁場的干擾①電場干擾：最常見的電場干擾是工頻（50Hz）電場的干擾。②磁場干擾：變壓器、電動機和螢光燈的鎮流器周圍產生的交流磁場。③高頻電磁場干擾：空中的電磁波,通過測量系統與人體連接的導線引入。三．資訊測量中容易引入外界環境的干擾（2）外界刺激對測量的干擾外界刺激的干擾主要是通過生物體的感覺器官引入體內，引起生理狀態的異常改變，造成測量結果的不穩定或產生偽差。

各種生物體都是在內環境與外環境相適應的條件下，維持其新陳代謝和生命。為適應各種外環境的變化和差異，生物體內各種系統，包括一個細胞、器官、功能系統乃至整體，它們的功能活動都在不停地變化著，調整著，以在內外環境間保持動態平衡。此外，遺傳因素也造成生物體各種功能、狀態的個體差異。這些因素使被測量的生物醫學資訊往往具有多變性。四．生物醫學資訊的多變性

為了獲取生物體內的資訊予以測量，生物醫學測量系統或儀器一般需通過感測器或電極與生物體聯接，這些感測器或電極，有些置於體表（皮膚外），有些需插入或植入機體內部，因此產生了測量系統對生物體的電安全性、機械安全性和化學安全性等問題五．生物醫學測量的安全要求

靈敏度

靈敏度是指儀器在穩態下輸出量變化與輸入量變化之比，可表示為:S為靈敏度，

A0 和

Ai分別為輸出量變化和輸入量變化

1.2.3生物醫學測量儀器的主要技術指標

頻率特性

頻率特性是指儀器輸出量和相位與輸入正弦信號頻率的關係。使儀器的輸出幅度隨頻率的變化不超過規定值（如3dB）的輸入信號頻率範圍稱為回應頻率，又稱為通頻帶。部分常見生理信號的頻率範圍可參考表1-3。生理信號頻率範圍（HZ）心電0.01-250腦電0-150肌電0-10000眼電/視網膜電0-50胃電0.05-20

血流量0-30動脈血壓0-100靜脈血壓0-50

脈搏波0.1-50心音2-2000呼吸率0.1-10部分常見生理信號的頻率範圍

精密度精密度簡稱精度，用相同條件下重複測量間的最大偏差與儀器滿量程之比表示，即

Ai、Aj分別為任意兩次測量的結果值，Ｈ為儀器的最大測量範圍

準確度

準確度用儀器的實際測量結果值同真值（理想值）間的最大偏差與儀器滿量程之比來表示，即

Ea為儀器的測量準確度，

Amax為實測值與真值間的最大偏差，H為儀器的滿量程

非線性度

非線性度用實測值和與相應輸入量成正比關係的理論值間最大偏差同滿量程之比表示，即

EL為儀器的線性度，

ALmax為全量程內的實測值與理論值之間的最大偏差，H為全量程儀器非線性度的示意圖

漂移漂移是指儀器的輸出量隨時間或外部環境變化而變化的程度，主要包括零點漂移、溫度漂移和靈敏度溫漂等指標。①零點漂移：用無輸入信號和恒定環境條件下的儀器輸出量在一定時間內的最大變化與滿量程之比來表示，即

Dz為零點漂移，

Azmax為指定時間內在輸入量為零時輸出量的最大變化，H為儀器的滿量程

②溫度漂移：用無輸入信號條件下儀器的輸出量隨環境溫度的變化與儀器的滿量之比來表示，即

DT為溫度漂移，

AT為環境溫度變化

T時引起的儀器輸出量變化

③靈敏度溫漂：用一定環境溫度變化範圍內儀器靈敏度的最大相對變化量來表示，即

Ds為靈敏度溫漂，

Smax為一定溫度變化範圍內儀器靈敏度的最大變化

分辨力

分辨力是指儀器分辨出最小的資訊變化的能力。按被測資訊的性質和儀器用途的不同，儀器分辨力分為幅度解析度、頻率解析度、時間解析度和空間分辨力等指標。幅度解析度一般用儀器最小可分辨的輸出信號幅度或大小與儀器滿量程之比來表示，即R為幅度解析度，又稱為解析度，Amin為儀器最小可分辨的輸出信號幅值或大小，H為儀器的滿量程。R愈小，儀器的幅度解析度愈高

輸入阻抗和輸出阻抗輸入阻抗：指從一測量系統或線路環節的輸入端測得的系統自身的阻抗，即

Zi為系統的輸入阻抗，Vi和Ii分別為從系統輸入端測得的輸入電壓和輸入電流

輸出阻抗：指從一測量系統或線路環節的輸出端測得的系統自身的阻抗，即

Zo為系統的輸出阻抗，Zh為輸出端接入的負載阻抗，Vo和Vh分別為系統輸出端開路和接入負載阻抗Zh時的輸出電壓

漏電流

生物醫學儀器對人體電擊危險的主要來源，有三種：接地漏電流：儀器接地導線流入大地的電流。機殼漏電流：儀器外殼經外部導體流入大地，或流向系統其他部分的電流。患者漏電流：經聯接患者身體的導線或被測患者身體流入大地的電流。

生物醫學測量儀器的漏電流漏電流種類B型儀器BF型儀器CF型儀器正常單一故障正常單一故障正常單一故障接地漏電流0.510.510.51機殼漏電流0.10.50.10.50.010.5患者漏電流0.10.50.10.50.010.05

生物醫學儀器的漏電流允許值（mA）

1.3.數位化醫儀組成特點與設計方法

1.3.1數位化儀器的組成及特點

微電子學和電腦等現代電子技術的成就給傳統的電子測量與儀器帶來了巨大的衝擊和革命性的影響。隨著微處理器在體積小、功能強、價格低等方面的進展，電子測量儀器和電腦技術結合愈加緊密，形成一種全新的以微機數位化處理為特徵的儀器，即“數位化儀器”或稱“智能儀器”。一．數位化儀器的典型結構

數位化儀器核心是專用的微機系統，由硬體和軟體兩大部分組成。

硬體部分:包括主機電路、模擬量I／0通道、人機聯繫部件與介面電路、標準通信介面等（見下頁圖）。

主機電路用於存儲程式、數據，進行運算和處理，通常由微處理器、程式記憶體、I／0介面電路等組成。

數位化儀器通用結構框圖

模擬量輸入輸出通道用來輸入輸出模擬量信號，主要由A／D轉換器、D／A轉換器和有關的模擬信號處理電路等組成。

人機聯繫部件主要由儀器面板中的鍵盤和顯示器等組成。

標準通信介面電路用於實現儀器與電腦的聯繫，數位化儀器一般都配有並行或串行等標準通信介面。軟體部分:包括監控程序和介面管理程式兩部分。

監控程序面向儀器面板鍵盤和顯示器，包括：通過鍵盤操作輸入並存儲所設置的功能、操作方式與工作參數；通過控制I／O介面電路進行數據採集，對儀器進行預定的設置；對數據記憶體所記錄的數據和狀態進行各種處理；以數字、字元、圖形等形式顯示各種狀態資訊以及測量數據的處理結果。

介面管理程式主要面向通信介面，其內容是接受並分析來自通信介面匯流排的各種有關功能、操作方式與工作參數的程式控制操作碼，並通過通信介面輸出儀器的現行工作狀態及測量數據的處理結果，以回應電腦的遠控命令。二．數位化儀器的主要特點

(1)數位化儀器使用鍵盤代替傳統儀器中的旋轉式或琴鍵式切換開關來實施對儀器的控制，從而使儀器面板的佈置和儀器內部有關部件的安排不再相互限制和牽連。(2)微處理器的運用極大地提高了儀器的性能。例如智能儀器利用微處理器的運算和邏輯判斷功能，按照一定的演算法可以方便地消除由於漂移、增益的變化和干擾等因素所引起的誤差、從而提高了儀器的測量精度。

(3)數位化儀器運用微處理器的控制功能，可以方便地實現量程自動轉換、自動調零、觸發電平自動調整、自動校準、自診斷等功能，有力地改善了儀器的自動化測量水準。

(4)數位化儀器具有友好的有人—機對話的能力，使用人員只需通過鍵盤打人命令，儀器就能實現某種測量和處理功能，與此同時，智能儀器還通過顯示幕將儀器運行情況、工作狀態以及對測量數據的處理結果及時告訴使用人員，使人一機之間的聯繫非常密切。

(5)數位化儀器一般都配有GP—IB或RS一232等介面，使數位化儀器具有可程式控制操作的能力。從而可阻很方便地與電腦和其他儀器一起組成用戶所需要的多種功能的自動測量系統，來完成更複雜的測試任務。

數位化儀器是以微處理器為核心的電子儀器，它不僅要求設計者熟悉電子儀器的工作原理，而且還要求掌握微型電腦硬體和軟體的原理。因而其設計不能完全沿用傳統電子儀器的設計方法和手段。

1.3.2數位化儀器的設計要點一.設計、研製數位化儀器的一般過程

確定設計任務擬制總體設計方案，選擇微處理器晶片確定儀器工作總框圖硬體電路和軟體的設計與調試整機聯調二.微處理器的選擇

微處理器是整個儀器的核心部件，它直接影響整機的硬體和軟體設計，並對數字化儀器的功能、性能價格比以及研製週期起決定性的作用。因此在設計任務確定之後，首先應對微處理器進行選擇。

70年代以來，在新技術革命的推動下，尤其是微電子技術和微型電腦技術的快速進步，使電子儀器的整體水準發生很大變化，先後出現獨立式數位化儀器、GP—IB自動測試系統、插卡式數位化儀器(個人儀器)，在此基礎上，1987年又問世了一種被稱為21世紀儀器的VXI匯流排儀器系統。VXI系統集中了數位化儀器、GP一IB匯流排、個人儀器的很多特長，是一種全世界範圍內完全開放的，適用多供貨廠商的模組匯流排儀器系統，已被公認為當前儀器發展的世界潮流。

1.3.3數位化儀器的現狀及發展一.獨立式數位化儀器及自動測試系統

獨立式數位化儀器(簡稱數位化儀器)即前述的自身帶有微處理器能獨立進行測試的電子儀器，數位化儀器是現階段智能化電子儀器的主體。

自動測試系統具有極強的通用性和多功能性，對於不同的測試任務，只需增減或更換“掛”在它上面的儀器設備，編制相應的測試軟體，而系統本身不變。

典型自動測試系統

二.個人PC儀器系統及VXI匯流排儀器系統

個人PC儀器是在數位化儀器的基礎上，伴隨著個人電腦(PC)登上電子測量的舞臺而創造出的一種嶄新的儀器品種，它是將原數位化儀器中的測量部分配以相應的介面電路製成各種儀器卡，插入到PC的匯流排插槽或擴展箱內，而原數位化儀器所需的鍵盤、顯示器以及記憶體等均借助於PC機的資源，就構成了個人PC儀器(又稱PC儀器或儀器卡)。

VXI匯流排是一個開放式結構，它對所有儀器生產廠家和用戶都是公開的，即允許不同生產廠家生產的卡式儀器都可在同一機箱中工作，從而使VXI匯流排很快就成為測試系統的主導結構。

VXI匯流排是面向模組式結構的儀器的匯流排，與GP-IB匯流排相比較其性能有了較大幅度提高。下圖顯示出典型的VXI匯流排儀器的構成形式。典型VXI匯流排儀器系統圖三.軟體技術的高速發展及虛擬儀器

在新一代的儀器系統中，電腦軟體和測試儀器更加緊密地結合在一起，為了使儀器系統的硬體設備儘量少，傳統儀器的許多硬體乃至整個儀器都被電腦軟體代替，例如只使用一塊A／D卡，借助於電腦的計算功能，在軟體的配合下就可能實現多種儀器的功能，如數字多用表，數字存儲示波器，數字頻譜分析，數字採集系統，數字頻率計等。在新一代儀器系統中，電腦處於核心地位。以電腦為核心的儀器系統結構如下頁圖所示。與電腦一起工作的儀器共有四類，即GP—IB儀器、RS一232儀器、VXI儀器和數據採集板。以電腦為核心的儀器系統圖1.3.4我國醫學計量與醫療器械監督管理概況一、計量的法制、法規與管理1、計量法律、法規概述

計量的概念是隨著社會生產的發展逐步形成的。當生產和商品交換變成社會性活動時，客觀上就需要測量的統一，即要求在一定準確度內對同一物體在不同地點，用不同的測量手段，達到測量結果的一致。為此，就要求以法定的形式建立統一的計量單位制。建立計量基準、計量標準，並以這種計量基準、計量標準檢定其他計量器具，以保證量值的準確可靠，從而形成區別子測量的新概念——計量。醫學計量監督管理《中華人民共和國計量法》（簡稱《計量法》）是計量單位制的統一，建立的法律制度使計量具有權威性和強制力。它作為國家管理計量工作的根本法，是實施計量法制監督的最高準則。其基本內容是：計量立法宗旨、調整範圍、計量單位制、計量器具管理、計量監督、計量授權、計量認證、計量糾紛的處理和計量法律責任等。2、計量器具的管理（1）計量器具的定義：單獨地或連同輔助設備一起用以進行測量的器具。它指能用以直接或間接測出被測對象量值的裝置、儀器儀錶、量具和用於統一量值的標準物質等，包括計量基準、計量標準和工作計量器具。計量器具廣泛用於生產、科研、商貿領域和人民生活的各個方面，有極其廣闊的社會性，在整個計量立法中處於相當重要的地位。所謂全國量值的統一，首先表現在計量器具的準確一致上。按照計量學用途分類，計量器具可分為：醫學計量監督管理1）計量基準器具：即國家計量基準，簡稱計量基準，是指經國家決定承認的測量標準。所有計量器具進行的一切測量均可追溯到國家基準所複現或像存的計量單位量值。2）計量標準器具：簡稱計量標準，是指準確度低於計量基準的，用於檢定其他計量標準或工作計量器具的計量器具。它處於中間環節，起著承上啟下的作用確保全國測量活動達到統一。3）工作計量器具：不是用於檢定而是直接用於確定被測對象量值的計量器具。醫學計量監督管理（2）計量器具的管理

計量器具是保障生產、科研以及社會經濟生活正常秩序的比不可少的技術工具。對計量器具依法實施監督管理，一般分為：製造、修理、進口、銷售和使用5個方面，是政府計量行政部門的一項重要任務。3、計量鑒定管理（1）計量檢定概述：計量檢定是指查明和確認計量器具是否符合法定要求的程式，它包括檢查、加標記和（或）出具檢定證書。1）計量檢定具有以下特點

①計量檢定的對象是計量器具（合標準物質），不是一般的工業產品。②計量檢定的主要作用，在於評定計量器具的計量特性，確定其示值誤差大小以及安全性，確保全國量值的溯源性。③檢定的結論是確定被檢計量器具是否合格。④檢定具有監督管理的性質，是計量技術活動中不可缺少的環節。如法定計量檢定機構所進行的檢定，屬於國家對計量器具的一種技術監督，出具的檢定證書作為證明檔在社會上具有特定的效力。計量鑒定管理2）我國計量檢定的體制我國計量檢定體制與計量監督管理體制是截然不同的。按照《計量法》第4條規定，我國的計量監督管理是按行政區劃分實施的，而計量檢定則是打破行政區劃分和部門的界限，按照經濟合理的原則就地就近進行的。所謂“就地就近”，是指開展計量檢定可以不受行政區劃分和部門管轄的限制。企業、事業單位根據需要可以建立本單位使用的測量標準，其各項最高標準經有關的政府計量行政部門主持考核合格後使用。計量鑒定管理（2）計量強制檢定：計量強制檢定是指由縣級以上人民政府計量行政部門指定的法定計量檢定機構或授權的計量檢定機構，對社會公用計量標準，部門和企業、事業單位使用的最高計量標準，以及對列入強制檢定目錄的工作計量器具實行的定期檢定。這種檢定所依據的法律規定，不允許任何人以任何方式加以變通和違反，沒有選擇的餘地，必須按照規定去辦。強制檢定非強制檢定管理政府計量部門直接管理使用單位依法自行管理送檢管道一般是固定的

使用單位可以自由送檢，自求溯源檢定週期由執行強檢的技術機構確定

使用單位可在計量檢定規程允許的範圍內自行規定。如果單位不能檢定，應送到有權開展量值傳遞的其他計量技術機構進行定期檢定範圍

社會公用計量標準器具，部門和企業、事業單位使用的最高計量標準器具；以及用以貿易結算、安全防護、醫療衛生、環境監測方面的列入強制檢定目錄的工作計量器具

除了強檢以外的其他計量標準和工作計量器具4、醫療器械的監督

縣級以上人民政府藥品監督管理部門設醫療器械監督員。醫療器械監督員對本行政區域內的醫療器械生產企業、經營企業和醫療機構進行監督、檢查；必要時，可以按照國務院藥品監督管理部門的規定抽取樣品和索取有關資料，有關單位人員不得拒絕和隱瞞監督員對所取得的樣品資料負有保密義務；國家對醫療器械檢測機構實行資格認可制度。經國務院藥品監督管理部門會同國務院品質技術監督部門認可的檢測機構，方可對醫療器械實施檢測；醫療器械的監督對已經造成醫療器械品質事故或者可能造成醫療器械品質事故的產品及有關資料，縣級以上地方人民政府藥品監督管理部門可以予以查封、扣押；對不能保證安全、有效的醫療器械，由省級以上人民政府藥品監督管理部門撤銷其產品註冊證書。被撤銷產品註冊證書的醫療器械不得生產、銷售和使用，已經生產或者進口的，由縣級以上地方人民政府藥品監督管理部門負責監督處理

數據採集系統是醫學信號數位化的基礎

人體的各種物理量，如生物電位、心音、體溫、血壓、血流、肌電、腦電、神經傳導速度等，採用各種感測器將其變成電信號，經由諸如放大、濾波、干擾抑制、多路轉換等信號檢測及預處理電路，將模擬量的電壓或電流送模/數轉換器（A/D），變成適合於微處理機使用的數字量供系統處理。同樣，微處理器處理後的數據往往又需要使用數/模轉換器（D/A）及適應的介面將其變換成模擬量送出，如圖2-1所示。

模擬量輸入/輸出通道示意A/D轉換器及其介面統稱為模擬量輸入通道；D/A轉換器及相應介面稱為模擬量輸出通道。

2.1模擬量輸入通道

2.1.1A/D轉換器概述一．概述

A/D轉換器是將模擬量轉換為數字量的器件，這個模擬量泛指電壓、電流、時間等參量,但通常情況下，模擬量是指電壓參量。在A/D轉換的過程中通常要完成採樣、量化和編碼三個步驟。1．

採樣

待採樣的模擬信號是連續的，可看成無限多個暫態值組成，而A/D轉換以及電腦處理需要一定的時間，不可能把每一個暫態值都轉換成數字量。必須在連續變化的模擬量上按週期取樣的規律取出某一些暫態值來代表這個模擬量，這個過程就是採樣。採樣是通過採樣保持電路實現的，採樣器（電子模擬開關）在控制脈衝s(t)的控制下，週期性地把隨時間連續變化的模擬信號f(t)轉變為時間上的離散的模擬信號fs(t)。

僅在採樣瞬間τ允許輸入信號f(t)通過採樣器，其他時間斷開。採樣器的輸出fS(t)是一串窄脈衝，脈衝的包絡線是與輸入信號相同的。圖2-2採樣器輸入輸出波形

輸出信號能否如實反映原始輸入信號？

採樣得的信號fs(t)的值和原始輸入信號f(t)在相應的暫態值相同，因此採樣後的信號在量值上仍然是連續的。可以證明：當採樣器的採樣頻率fs高於或至少等於輸入信號最高頻率fm的兩倍時（即fs≥2fm時），採樣輸出信號fs(t)（採樣器脈衝序列）能代表或恢復成輸入模擬信號f(t)，這就是採樣定理。

如何知道輸入信號f(t)的頻率，特別是它的最高頻率fm？

信號“最高頻率”指的是輸入信號經頻譜分析後得到的最高頻率分量。“恢復”指的是樣品序列fS(t)通過截止頻率為fm的理想低通濾波器後，能得到的原始信號f(t)。在應用中，一般取採樣頻率fs為最高頻率fm

的4～8倍。簡單模擬信號的頻譜範圍是已知的，如溫度低於1Hz，聲音為20Hz～20000Hz。複雜信號要用傅立葉變換算出，或用頻譜分析儀測得，也可用試驗的方法選取最合適的fs

。2.量化

所謂量化，就是以一定的量化單位把數值上連續的模擬量轉變為數值上離散的階躍量的過程。量化相當於只取近似整數商的除法運算。量化單位用q表示，對於模擬量小於一個q的部分，可以用舍掉的方法使之整量化，通常為了減少誤差採用“四捨五入”的方法使之整量化。這種量化方法的輸入輸出特性如圖2-3所示，圖中虛線表示量化單位為0時的特性，實線表示實際特性。圖2-3量化特性和量化誤差

量化過程舍入誤差為量化誤差。以ε=x(t)-y(t)表示量化誤差，量化誤差有正有負（圖2-3(c)）,最大為±q/2，平均誤差為0。最大誤差隨量化單位而改變，q愈小ε也愈小。3．

編碼

編碼往往涉及到A/D轉換的具體應用，若考慮為雙極性信號，可採用補數方式。

二．A/D轉換器的技術指標

1．解析度A/D轉換器的解析度:轉換器能分辨最小的量化信號的能力。解析度取決於A/D轉換器的位數，習慣上以輸出二進位數的位數來表示。如ADC0809轉換器的解析度為8位，表示可以用28個二進位數對輸入模擬量進行量化，其解析度為1LSB（最低有效位值），若最大允許輸入電壓為10V，則1LSB==10V/28=39.06mV。2.轉換精度

轉換精度反映實際A/D轉換器與理想A/D轉換器量化值上的差。用絕對或相對誤差來表示（1）絕對精度指的是在A/D輸出端產生給定的數字代碼，實際需要的模擬輸入值與理論上要求的模擬輸入值之差（中間模擬值）。（2）相對精度指的是A/D滿度值校準以後，任一數字輸出所對應的實際模擬輸入值（中間值）與理論值（中間值）之差。3．轉換速率

轉換速率:指A/D轉換器在每秒鐘內所能完成的轉換次數。這個指標也可以表述為轉換時間，即A/D轉換從啟動到結束所需的時間，兩者互為倒數。例如，某A/D轉換器的轉換速率為5KHz，則其轉換時間是200

s。

4.滿刻度範圍

滿刻度範圍:指A/D所允許輸入電壓範圍。如（0～5）V，（0～10）V，（-5～+5）V等。滿刻度只是個名義值，實際的A/D轉換器的最大輸入值總比滿刻度小1/2n（n為轉換器的位數）。這是因為0值也是2n個轉換器狀態中的一個。例如12位的A/D轉換器，其滿刻度值為10V，而實際允許的最大輸入電壓值為:

10V*212-1/212=9.9976V。A/D轉換器的種類

常用的有逐次逼近式、積分式、並行式等三類。

逐次逼近式:轉換時間與轉換精度比較適中，轉換時間一般在1～100

s之間，轉換精度一般在0.1%上下，適用於一般場合。

積分式:轉換時間一般在ms級。適用於要求精度高，但轉換速度較慢的儀器中使用。

並行式:採用並行比較，轉換速率可以很高，其轉換時間可達ns級，可用於醫學圖象處理等轉換速度較快的儀器中。2.1.2 逐次逼近式ADC

逐次逼近式A/D原理概述

N位的逐次逼近式A/D轉換器（圖2-4），由N位寄存器、N位D/A轉換器、比較器、邏輯控制電路、輸出緩衝器等五部分組成。工作原理：啟動信號作用後，時鐘信號先通過邏輯控制電路使N位寄存器的最高位DN-1為1，以下各位為0，這個二進位代碼經D/A轉換器轉換成電壓U0（此時為全量程電壓的一半）送到比較器與輸入模擬電壓UX比較。若UX>U0，則保留這一位；若UX<U0，則DN-1

位置0。逐次逼近式A/D原理概述

DN-1位比較完畢後，再對下一位即DN-2位進行比較，控制電路使寄存器DN-2為1，其以下各位仍為0，然後再與上一次DN-1結果一起經過D/A轉換後再次送到比較器與UX相比較。如此一位一位地比較下去，直至最後一位D0比較完畢為止。最後，發出EOC信號表示轉換結束。這樣經過N次比較後，N位寄存器保留的狀態就是轉換後的數字量數據。圖2-4逐次逼近式A/D轉換器的結構

A/D轉換器實際轉換過程已不重要

目前，逐次逼近式A/D轉換器大都做成單片積體電路的形式，使用時只需發出A/D轉換啟動信號，然後在EOC端查知A/D轉換過程結束後，取出數據即可。這類晶片有ADC0809、ADC1210、ADC7574、AD574、TLC549、MAX1241等是應用得最多的A/D轉換器類型。ADC0809晶片及其介面

ADC0809是8路8位逐次逼近式A/D轉換器。它能分時地對8路模擬量信號進行A/D轉換，結果為8位二進位數據，結構如圖2-5所示，它由三大部分組成：第一部分是:8路輸入模擬量選擇電路；第二部分是:一個逐次逼近式A/D轉換器；第三部分是:三態輸出緩衝鎖存器。ADC0809原理結構圖

圖2-5ADC0809原理結構圖

8路輸入模擬量選擇電路

8路輸入模擬量選擇電路：

8路輸入模擬量信號分別接到IN0到IN7端，究竟選通哪一路去進行A/D轉換由地址鎖存器與解碼器電路控制，見右表所示。

A，B，C為輸入地址選擇線，地址資訊由ALE的上升沿打入地址鎖存器。ALECBA接通信號111111110000001010011100101110111

IN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7均不通表2-1ADC0809真值表

逐次逼近式A/D轉換器

START為啟動信號，要求輸入正脈衝信號，在上升沿複位內部逐次逼近寄存器，在下降沿啟動A/D轉換。EOC為轉換結束標誌位，“0”表示正在轉換，“1”表示一次A/D轉換的結束。CLOCK為外部時鐘輸入信號，時鐘頻率決定了A/D轉換器的轉換速率，ADC0809每一通道的轉換約需（66～73）個時鐘週期，當時鐘頻率取640KHz時，轉換一次約需100

s時間，這是ADC0809所能允許的最短轉換時間。三態輸出緩衝鎖存器

A/D轉換的結果就是由EOC信號打入三態輸出緩衝鎖存器。

OE為輸出允許信號，當向OE端輸入一個高電平時，三態門電路被選通，這時便可讀取結果。否則緩衝鎖存器輸出為高阻態。ADC0809的時序圖

ADC0809的時序圖如圖2-6所示。啟動ADC0809後，EOC約在10

s後才變為低電平，因而在用START啟動0809轉換器後，不能立即通過檢測EOC來判斷轉換是否結束，而應等待約10

s再檢測，否則會出現錯誤結果。圖2-6ADC0809時序圖

ADC0809與單片機8031介面電路

ADC0809輸出帶有三態輸出緩衝鎖存器，因而不加I/O介面晶片，可以直接接到微機系統的匯流排上。

ADC0809的時鐘信號（CLOCK）由8031的ALE端的輸出脈衝（其頻率為8031時鐘頻率的1/6）經二分頻得到，8031由地址線P2.0和讀寫控制線啟動ADC0809的START、地址鎖存ALE和輸出允許OE信號。A/D轉換結束信號EOC反相後連至8031的INT1（P3.3）。模擬輸入通道地址的解碼輸入信號A，B，C由P0.0～P0.2提供。根據以上連接，0809的地址為FEFFH。圖2-7ADC0809與單片機8031介面電路A/D轉換常用的軟體控制方式

常用的控制方式主要有：程式查詢方式、延時等待方式和中斷方式。1．程式查詢方式 微處理器向A/D轉換器發出啟動信號後，讀入轉換結束信號，查詢轉換是否結束；若轉換結束，可以讀入數據；否則再繼續查詢，直至轉換結束再讀入數據。 微機“查詢”消耗時間，效率低，但比較簡單，可靠性高。實際應用還是比較普遍的。A/D轉換常用的軟體控制方式2．延時等待方式 啟動A/D後，根據A/D轉換所需的時間（如ADC0809為100

s）軟體延時等待，延時結束，讀入數據。這種方法可靠性高，不占查詢端口。3．中斷方式 微處理器啟動A/D轉換後可轉去處理其他事情，A/D轉換結束便向微處理器發出中斷申請信號，微處理器回應中斷後再來讀入數據。微處理器與A/D轉換器並行工作，提高了工作效率。ADC0809與單片機8031介面實例

以下圖示的ADC0809與單片機8031介面電路，給出查詢、延時和中斷這三種方式下的轉換程式。轉換程式是將由IN0端輸入的0～5V模擬信號轉換為對應的數字量00H～FFH，然後再存入8031內部RAM的30H單元中。a. 查詢方式

MOV DPTR,#0FEFFH MOV A,#00H

;賦通道0地址

MOVX@DPTR,A;啟動IN0轉換

MOV R2,#20HDLY:DJNZR2,DLY;延時,等待EOC變低WAIT:JB P3.3,WAIT;查詢,等待EOC變高

MOVXA,@DPTR MOV 30H,A;結果存30Hb. 延時等待方式

MOV DPTR,#0FEFFH MOV A,#00H;賦通道0地址

MOVX@DPTR,A;啟動IN0轉換

MOV R2,#40HWAIT:DJNZ R2,DLY;延時約120uS MOVXA,@DPTR MOV 30H,A;結果存30Hc.中斷方式

主程序：

MAIN: SETB IT1；選INT1為邊沿觸發

SETB EX1；允許INT1中斷

SETB EA；打開中斷

MOV DPTR,#0FEFFH MOV A,#00H

MOVX@DPTR,A；啟動A/D轉換

；執行其他任務中斷服務程式INT1: PUSH DPL；保護現場

PUSH DPH PUSHA MOV DPTR,#0FEFFH MOVX A,@DPTR；讀轉換結果

MOV 30H,A；結果存30H MOV A,00H

MOVX @DPTR,A；啟動下一次轉換

POP A POP DPH POP DPL；返回現場

RETI；返回AD574晶片及其介面

AD574是12位快速逐次逼近型A/D轉換器，其最快轉換時間為25

s，轉換誤差為

1LSB。AD574具有下述幾個基本特點：片內含有電壓基準和時鐘電路等，因而週邊電路較少；數字量輸出具有三態緩衝器，因而可直接與微處理器介面；模擬量輸入有單極性和雙極性兩種方式，接成單極性方式時，輸入電壓範圍為0~10V或0~20V，接成雙極性方式時，輸入電壓範圍為-5V~5V,-10V~10V。圖2-8AD574原理與引腳圖

AD574原理與主要引腳信號定義

CS：片選信號，低電平有效。CE：片使能信號，高電平有效。R/C：讀/啟動信號，高時讀A/D轉換結果，低時啟動A/D轉換。12/8：輸出數據長度控制信號，高為12位，低為8位。STS：工作狀態信號，高為正在轉換，低為轉換結束。A0：有兩種含義：當R/C為低時，A0為高，啟動8位A/D轉換；A0為低，啟動12位A/D轉換。當R/C為高時，A0為高，輸出低4位數據；A0為低，輸出高8位數據上述5個信號的組合所對應的A/D轉換器的狀態見表2-2所示。STS：工作狀態信號，高表示正在轉換，低表示轉換結束。REFIN：基準輸出線。BIPOFF：單極性補償。DB11～DB0：12位數據線。10VIN，20VIN：模擬量輸入端。表2-2AD574的操作表2-2AD574的操作

AD574與8031單片機的介面電路

根據AD574各引腳的功能，8031單片機與AD574的介面電路可按如圖2-9所示電路來安排。由於8031的高8位地址P2.0~P2.7沒有使用，故可採用寄存器間接尋址方式。其中啟動A/D的地址為1FH，讀出低4位數地址為7FH，讀出高8位數地址為3FH。

圖2-9AD574與8031單片機的介面電路AD574與8031單片機的介面電路

圖中STS可有三種接法以對應三種控制方式：(1)如STS空著，單片機只能採取延時等待方式，在啟動轉換後，延時25

s以上時間，再讀入A/D轉換結果；(2)如STS接單片機一條端口線，單片機就可以用查詢的方法等待STS為低後再讀入A/D轉換結果；(3)如STS接單片機外部中斷線，就可以在引起單片機中斷後，再讀入A/D轉換結果。採用延時等待方式的控制程式清單：MOV R0，#1FH ；啟動MOVX @R0，AMOV R7，#10H ；延時DJNZ R7，$MOV R1，#7FH ；讀低4位MOVX A，@R1MOV R2，A ；存低4位MOV R1，#3FH ；讀高8位MOVX A，@R1 MOV R3，A ；存高8位SJMP $單極性模擬輸入方式接線的調整

單極性模入方式(圖2-9)中，10VIN輸入電壓範圍為0V～＋10V，1LSB對應的模擬電壓為2.44mV；20VIN輸入電壓範圍為0V～20V，1LSB對應的模擬電壓為4.88mV。R1用於零點調整，R2用於滿刻度校準。方法為：如輸入電壓接10VIN端，調整R1，使輸入模擬電壓為1.22mV（即1／2LSB）時，輸出數字量從000000000000變到000000000001；調整R2，使得輸入電壓為9.9963V時，數字量從111111111110變到111111111111。雙極性模擬輸入方式的調整

對於雙極性模入方式，把REFIN，REFOUT，和BIPOFF三個引腳的接線按圖2-10重新安排，雙極性模入方式零點與滿刻度校準方法與單極性方式近似。需要注意的是，輸入模擬量與輸出數字量之間的對應關係為：

10VIN端輸入時：－5V→0V→十5V對應000H→800H→FFFH20VIN端輸入時：一10V→0V→十10V對應000H→800H→FFFH圖2-10AD574雙極性模擬輸入接線方式

MAX1241晶片及其介面

以串行數據形式輸出的A/D轉換器具有引腳少、體積小的特點；介面所需的I／O位數也比較少。有利於提高儀器的集成度和減小體積，能方便、廉價地實現需要進行模擬與數字隔離的場合。串行輸出的A／D轉換器雖有多種型號，介面時序也有所不同。但介面的實現和控制方法還是基本相同的。現以MAX1241為例來說明串行輸出ADC介面技術。MAX1241串行輸出單片ADC簡介

MAX1241是一種低功耗、低電壓的12位逐次逼近型ADC，最大非線性誤差小於1LSB，轉換時間9

s。採用三線式串行介面，內置快速採樣／保持電路。其結構和引腳定義如圖2-11所示。

圖2-11MAX1241內部結構和管腳定義

MAX1241串行輸出單片ADC簡介MAX1241採用8引腳DIP或SO形式封裝，完善的內部電路幾乎不需要週邊器件即能工作。內置採樣/保持電路在A／D轉換開始時，自動捕捉信號，最大捕捉時間1.5

s。

12位逐次逼近型ADC的並行輸出經輸出移位寄存器變換為串行輸出，整個工作過程受控於三線串行介面。

表2-3MAX1241管腳功能

MAX1241採用單電源供電，動態功耗在以每秒73K轉換速率工作時，僅需0．9mA電流。在停止轉換時，可通過控制端使其處於休眠狀態，以降低靜態功耗。休眠方式下，電源電流僅1

A。MAXI241的工作時序

MAXI241的工作時序（圖2-12）：每次轉換由晶片選通信號的下降沿觸發，但此時驅動時鐘SCLK必須為低。

A／D轉換啟動後，內部控制邏輯切換採樣／保持電路為保持狀態，並使輸出數據線DOUT變低。在整個轉換期內,SCLK應保持低電平。轉換結束時DOUT由低變高。一次轉換結束，內部控制邏輯將自動把採樣／保持器切換為捕捉狀態。圖2-12MAX1241工作時序

MAXI241的工作時序

對MAX1241轉換結果的輸入在轉換結束後進行，由驅動時鐘SCLK的下降沿觸發一位數據輸出。在下一個SCLK脈衝下降沿到來前，該位數據將始終保持在DOUT輸出端上。數據輸出從最高位開始，每個SCLK脈衝下降沿輸出一位。第12個SCLK的下降沿輸出最低位。在數據輸出週期內，必須保持低電平，若在第13個SCLK下降沿後，仍保持低電平，DOUT則一直保持為低電平。

2．MAX1241與8031／51的介面

MAX1241與微機介面的實現有二種選擇，一是使用普通端口，利用程式實現串行輸入。另一種則是直接使用串行介面。前者輸入速度低，後者需佔用串行通信口。（l）MAX1241與8031/51的通用I／O方式介面：

MAX1241與8031/51的通用I／O介面如圖2-13所示。介面使用三位通用I／O端口P1.0～P1.2。其中P1.0用於片選信號，P1.1產生驅動脈衝SCLK，P1.2為數據輸入。

控制程式如下：控制副程式完成一次A/D轉換和輸入，輸入數據存放於R0，R1寄存器。；寄存器及端口定義：CS：

BIT P1.0 ；片選信號位DOUT：

BIT P1.2 ；串行數據輸入位SCLK：

BIT P1.1 ；驅動時鐘位DATA_BH：

EQU R0 ；高位元組數據存儲單元DATA_BL：

EQU R1 ；低位元組數據存儲單元CONT_H：

EQU R0 ；高位取數計數器CONT_L：

EQU R1 ；低8位取數計數器

；控制副程式SADC_R：

XRL A，A ；清AMOV CONT_H，＃04H；高8位計數

MOV CONT_L，＃08H；低8位計數

CLRSCLK ；SCLK置“0” CLRCS ；選中1241，啟動轉換SADCEND：JNB DOUT，SADC_END；檢測A/D轉換結束READ_H：

SETB SCLK CLR SCLK ；產生一個驅動時鐘

MOVC，DOUT ；輸入一位數據

RLCA ；數據移位至ACC．0DJNZ CONT_H，READ_H；高

4位輸入結束判別

MOV DATA_BH，A ；高

4位數據送寄存器READ_L：

SETB SCLK CLR SCLK ；產生一個驅動時鐘

MOVC，DOUT ；輸入一位數據

RLC A ；數據移位置ACC．0DJNZ CONT_L，READ_L；低8位輸入結束判別

MOV DATA_BL，A ；低8位數據送寄存器

SETB SCLK CLR SCLK ；清

DOUT輸出

SETB CS ；撤銷片選

RET（2）MAX1241與8031／51串行介面

當使用8031／51串行口實現與MAX1241聯接時，串行口應工作於同步移位寄存器方式（方式0）。此時，串行口的接受數據端RXD（P3.0）被用於接受MAX1241的輸出數據。而發送數據端TXD（P3.1）則被用於提供驅動時鐘，為滿足時序要求；應將其反相。片選信號仍使用P1.0。介面電路如圖2-14所示。8031/51串行介面控制程式

由於8031/51串行口一次只能接受8位數據，故12位A／D轉換結果必須分二次接受。同前述程式直接輸入一樣，控制程式必須檢測A／D轉換結束信號，即DOUT的上跳變，只要當DOUT變為高電平後，方能啟動串行接受。介面控制程式如下所示:MAX1241ADC串行介面控制副程式；寄存器及端口定義CS：

BITP1.0EOC：

BITP3.0DATA_BH：EQUR0 ；接受數據高位存儲寄存器DATA_BL：

EQUR1 ；接受數據低位存儲寄存器

；串行口設置副程式SPOR_SET：CLRES ；禁止串行中斷

MOVSCON，＃00H；串行口為方式0，停止接受

SETBCS ；禁止

ADCRET；介面控制副程式SAD_SR：

CLRCS ；啟動

A／D轉換AD_NEND：

JNBEOC，AD_NEND ；等待轉換結束

SETB REN ；啟動串行接收FR_NEND：

JNBRI，FR_NEND ；等待接收結束

MOVDATA_BH，SBUF ；從串行數據緩衝器輸入高8位數據

CLRRI ；啟動第二次接收SR_NEND：

JNBRI，SR_NEND ；等待接收結束

MOVDATA_BL，SBUF ；從串行數據緩衝器輸入低4位數據

CLRREN ；停止接收

SETBCS ；禁止ADCRET2．1．3 積分式ADC

大多用於低速、廉價的積分型A／D轉換器中，幾乎無一例外地採用了十進位編碼方式，每次輸出一位並行十進位編碼，整個轉換結果分若干次輸出。這種低速、廉價但高精度、強抗干擾的集成A/D轉換器以其優良的性能價格比被廣泛應用於低速測量領域。1．MC144333位雙積分ADC

MC14433是具備零漂補償和採用CMOS工藝製造的3位單片雙積分A/D轉換器，最大輸出數碼1999，具有功耗低、輸入阻抗高和自動調零、自動極性轉換功能。其轉換精度為土（0．05％Vi

＋1LSB），輸入電阻大於100M,對應時鐘頻率範圍為50～150kHz，轉換速度為每秒3～10次。內部結構框圖及管腳功能如圖2-15所示。圖2-15MC14433ADC結構框圖及管腳功能

MC14433採用土5V供電電源，只需一個正基準電壓VR

，其與輸入電壓Vi成下列比例關係輸出讀數=

1999（2-1）當滿量程時Vi=VR

。Vi輸入有2V和200mV兩個量程擋。當滿度電壓為1．999V時，VR取2．000V；當滿度電壓為199．9mV時，VR取200．0mV。當然，也可根據需要在200mV～2V之間任意選擇VR的值，此時，讀數的一個LSB所對應的輸入電壓則需通過式2-1求得。

MC14433輸出時序

MC14433由內部電路自動控制轉換,無需外加啟動信號，輸出數據通過Q3～Q0輸出端，逐位輸出BCD碼，並不斷重複。並通過DS1～DS4指明現行輸出BCD碼是十進位位中的某一位(千位~個位）。A/D轉換結束，在EOC端輸出一正脈衝，寬度為一個時鐘週期。輸出數據更新需通過DV端的正跳變信號實現，通常將EOC與其短接。其整個輸出時序如圖2-16所示。在千位輸出時，攜帶輸出極性及超量程資訊，如表2-4所示。圖2-16MC14433輸出時序MC14433千位編碼定義

表2-4MC14433千位編碼定義

2．MC14433ADC與8031／51介面

MC14433輸出不具有三態緩衝，故必須通過介面方可掛接於微機匯流排。對於8031／51單片機而言，最簡接的方法是直接與其I/O端口相連。因MC14433為低速ADC，所以宜採用中斷方式介面。圖2-17給出了其與8031/51的介面電路。

圖2-17MC14433ADC與

8031/51的介面

圖2-18數據格式

MC14433ADC與8031／51介面

介面使用P1口，高4位輸入BCD碼，低4位輸入位選信號DS1～DS4。EOC的下跳沿觸發中斷。按MC14433的輸出時序和介面形式，控制程式如下所示。控制程式由中斷啟動，每次輸入一個完整的轉換結果，並存入8031／51內部RAM。存入數據格式如圖2-18所示。

2．1．4 並行或特高速ADC

在高速數據採集領域，如圖像處理、頻譜分析等，雙積分式和逐次逼近型A／D轉換器的轉換速度都不能滿足要求。並行型A／D轉換器的速度高，它將輸入模擬電壓Vi與一系列標準電壓同時進行比較，將比較的結果經過編碼後得到二進位數據。並行或特高速ADC原理3位二進位並行型A／D轉換器(圖2-19)由標準電壓源經電阻分壓後得到m（m＝2n-1）個標準電壓（n是轉換後得到二進位位數）;

每一个分压后的标准电压与输入模拟电压Vi同時（並行）進行比較，若輸入模擬電壓大於標準電壓，則相應的比較器輸出為“真”（即為“1”），反之為“假”（即“0”）；經數字編碼後，輸出即為等效於輸入模擬量的二進位數據。一個n位二進位並行型A／D轉換器需要m（m＝2n-1）個比較器。圖2-19並行型A／D轉換器原理圖

幾點說明：

①由圖可知，並行型A/D轉換器的精度取決於幾個因素：分壓電阻精度要高，主要是一致性要好；比較器的靈敏度要能鑒別兩個相鄰標準電壓；標準電壓源VR的精度也有一定的要求。②並行ADC的速度主要取決於比較器的回應速度及數據寄存器（D觸發器）的回應時間。③n位並行型ADC轉換器需要（2n－1）個