2020年 08月 17日 星期一
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单片机在医学信号检测仪中的应用

来源:未知     作者:威廉希尔     发布时间:2020-08-16 11:14         

  简介:设计了一种以微处理器Atmega163为核心,对人体多道生理参数进行实时采集和高速数据传输的电,以此构体生理参数检测仪,为医生诊断病情提供依据。

  传统的检测仪器大多由硬件电来完成,不仅功能单一,而且开发周期长,不易。随着微电子技术和信息技术的高速发展,医学检测仪器正向组合式、多功能、智能化和微型化方向发展。现代数字部件的快速发展为医学检测仪提供了强有力的支持,医学检测仪器都无一例外地采用了微处理器来增强其功能。广泛地应用微处理器芯片能增强仪器的智能化程度,提高其稳定性和数据处理的精确性,使医学信号的采集、处理、通信一体化,并具有自诊断、自校验等一系列优点。

  ATMEL公司新推出的AT90系列AVR单片机是很引人注目的一款微处理器。这种芯片基于新的RISC(Reduced Instruction Set Computer)结构,在设计上采用了流水线的结构,在执行前一条指令的时候,同时取出下一条指令,它的FLASH以及强大的外围接口能力使它成为目前最流行的单片机之一。

  本文采用的高性能微处理器芯片Atmega163,利用结构化、模块化程序设计的思想,实时地对8人体生理信号进行采样,对数据实行压缩和优化处理,以115 200 bps的速率和上位PC机进行串行数据传输。

  Atmega163是ATMEL公司推出的高档系列产品,是基于AVRRISC的低功耗CMOS8位单片机。在外部晶振为8MHz时,一条指令的执行时间仅为125ns,这种AVR单片机的结构有利于用C语言编程,从而能高效地开发出目标产品。为了对目标代码大小进行优化,AVR单片机采用了大型快速存取寄存器文件和快速单周期指令。通过在一个时钟周期内执行一条指令,Atmega163可以取得接近1MIPS/MHz的性能。它将32个工作寄存器和丰富的指令集联结在一起,使所有的工作寄存器都和ALU(ArithmeticLogic Unit,计算机CPU中的算术逻辑单元)直接相连,允许在1个时钟周期内执行的单条指令同时访问2个的寄存器。

  Atmega163具有16K字节的Flash存储器,512字节在线字节SRAM,外围有全双工UART串行通讯接口。此外,它还有2个具有比较模式的可预分频的8位定时器/计数器,1个可预分频,具有比较、捕捉功能的16位定时器/计数器。

  Atmega163单片机提供了一个性能良好的10位模数转换器。如图1所示,A口为8模拟信号输入端,如果AD功能,则A口是一个8位双向I/O口。8人体生理信号如心电、心音、颈动脉、脉搏、体温等,经过放大、滤波、去噪处理后,分别与A口的8个引脚相连。微处理器采集数据时,通过控制ADMUX寄存器进行通道号选择,读取的数据由CPU作进一步处理。

  如图2所示,与上位PC机连接的J1应用了RS-232的5条信号线,其中,TX为PC机的发送信号线,RX为接收信号线,CGND为地线。而RTS和DTR不产生信号,仅在初始化时产生高低电平,RTS设为+12V,DTR设为-12V。三极管Q1的作用是使信号反相,并输出RS-232电平。

  电气的安全性,是医学测量仪必须考虑的问题。传统的医学测量仪一般采用隔离放大器,对模拟信号进行隔离,这种隔离技术的不足之处是:(1)必须为不同的模拟信号采用不同的隔离技术;(2)采用这种隔离措施会在信号线性度、共模以及频率响应等方面引起问题,通常使电稳定性变差,代价较高,且使电变得更为复杂。而选用数字信号隔离技术,则可以克服上述缺陷。

  光电隔离器6N137是把发光二极管与光敏管组合封装在一起的器件(见图2中方框内)。由于两个部分之间是电气隔离的,光电隔离器件能解决信号隔离与电平匹配的问题。通过这一隔离电,可使PC机系统电源和测量仪器部分的电源完全隔离开来,从而医学仪器的安全性,防止电击,减小患者漏电流,同时也减少了计算机对检测电的干扰。

  软件流程图如图3所示。软件部分采用模块化、结构化程序设计方法,利用汇编语言编写,有关模块功能如下。

  设置SP初值,把程序用到的内部RAM区清0,给数据采集通道计数器赋初值(8),设置波特率(115 200)。

  按预先确定的采样顺序对各信号进行采样,由于A/D转换需要一定的时间,所以,延时等待的时间应略大于转换完成时间。前一转换完成后,应立即启动下一开始转换。由于模拟信号经A/D转换后,成为10位数字信号,所以,我们用2个字节来存储该数据,高字节存储高8位数据,低字节高位存储最低的两位数据,后6位补0。同时,把采样通号加在最低3位字节上,以便与上位PC机通讯时,上位机能及时准确地判断该数据来自哪一通道,从而方便地对各数据作相应处理。最后把转换完成的数据,按先后顺序依次存储在内RAM里。

  利用R0间接寻址的方式,把RAM里的数据取出,按115 200 bps的波特率逐个字节向PC机发送,发送完8通道共16个字节后,进行下一轮的采样。

  由提供的硬件电和软件,制作成串行通信接口电,能可靠、稳定地工作,实现多信号的采集、转换和数据无差错传输,同时,能够满足医学仪器安全性的要求,为临床人体生理信号测量,及病理诊断提供帮助。

  2吴效明,,崔文生,等.多道生理参数检测与分析软件系统研究.暨南大学学报,2000,21(1)

  4杨福生.论生物医学信号处理研究的学科发展战略——生物医学工程的今天与明天.第1版.天津:天津科技翻译出版公司,1998:465~483

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  大家学习MCS51单片机和AVR单片机,又或者是PIC单片机,又或者是MSP430单片机之后,是否感觉自己可以成为一名工程师了呢?我在这里来说说我的看法吧。我们学习这些单片机的时候,先学习了理论知识,这个一般是书本上的理论知识,比如介绍单片机的发展、单片机的应用领域、单片机的原理等等。然后呢找一块开发板,对着视频教程学习,边看视屏边做实验,学习完之后呢,去做那么一两个小项目,比如“基于LabView和PWM的霍尔测速和控速的直流电机系统”,这个项目呢,相对来说综合要求能力比较高,如果一个人能够坐下来的话,你的能力就算不错了,相当不错了。从设计电图、焊接电板、写程序、调试等等下来,会有很大的提高。如果仅仅做了实验,我可以告诉

  点亮ARV单片机开发板上的一个LED灯原理图:分析:的截图就是单片机和LED灯的连接原理图,其中J6是一个排阻,起到限流的作用,防止LED电流过大而烧坏。排阻的内部就是一组并联的电阻:布布扣提示:算一下这个排阻的电阻的大小,二极管的工作电流是3mA,工作电压时1.7V,VCC的电压时5V。所以电阻上的电流是3mA,电压是3.3V,所以电阻的阻值是1.1KΩ。因为所有的二极管都是通过一个限流电阻共阳极的,所以只需要在Q端给一个低电平就能点亮这个发光二极管。Q端的电平通过一个573锁存器受控于D端的电平高低,也就是单片机的PB端口。这样我们就能通过写程序控制PB端口的高低电平来实现二极管的亮灭

  控制发光二极管 /

  自己编写的基于IAR下STM32F103单片机读取BME280程序,没有太多的寄存器操作,简单易懂,可以直接调用,上电后只要对IO口初始化,调用函数Bme_ReadDigValue()读取校准寄存器参数并保存,再调用函数Bme_Init()初始化之后就可以用函数Bme_ReadStatus()读取传感器状态判断是否读取数据了,也可不判断传感器状态直接读取数据,读取数据直接调用函数ReadBme280()。单片机源程序:void ReadBme280(){ u32 value_ad; double var1;

  程序1#include msp430x41x.hvoid main(void){ WDTCTL = WDTPW + WDTHOLD; // 停止看门狗 FLL_CTL0 = XCAP18PF; // 配置晶振负载电容 P1DIR

  通过上一课的学习,我们貌似成功的点亮了一个LED小灯,但是还有一些知识大家还没有彻底明白。单片机是根据硬件电图的设计来写代码的,所以我们不仅仅要学习编程知识,还有硬件知识,也要进一步的学习,这节课我们就要来穿插介绍电硬件知识。3.1电磁干扰EMI第一个知识点,去耦电容的应用,那首先要介绍一下去耦电容的应用背景,这个背景就是电磁干扰,也就是传说中的EMI。1、冬天的时候,尤其是空气比较干燥的内陆城市,很多朋友都有这样的经历,手触碰到电脑外壳、铁柜子等物品的时候会被电击,实际上这就是“静电放电”现象,也称之为ESD。2、不知道有没有同学有这样的经历,早期我们使用电钻这种电机设备,并且同时在听收音机或者看电视

  通过上节课的实验,大家会发现,我们逐渐进入比较实质性的学习了,需要记住的内容也更多了,个别地方可能会感觉吃力。但是大家不要担心,要有信心。这个跟小孩学走一样,刚开始走不太稳,没关系,多走几步多练练。看视频的时候要注意专心,一遍看不懂,思考一下,再回头看第二遍和第三遍,没准一下就明白了。如果三遍还看不明白,那就把不懂的问题放一放,继续往下学两课再回头看一次,也可以到QQ群里或单片机论坛里多咨询一下其他的同学,讨论一下,可能就会茅塞顿开。1.1基本数字逻辑门电不管是数字电,还是C语言,我们都会经常遇到逻辑运算和逻辑电,在这里我介绍一下,大家先简单了解

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