自动化测控技术与仪器-基于单片机的多功能血压计的设计方案--毕业论文

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1、 毕业设计（论文）基于单片机的多功能血压计的设计院 别控制工程学院专业名称测控技术与仪器班级学号5080902学生姓名龚攀君指导教师贾朔2011年6月15日 东北大学秦皇岛分校毕业设计（论文） 第51页基于单片机的多功能血压计的设计摘 要随着现代社会的迅速发展，环境的日益恶化以及不健康的生活习性与不科学的饮食习惯，导致人类疾病越来越多的出现。其中，有着人类第一无形杀手称号的高血压病，已逐渐上升到人类疾病危害排行榜的前几名，长期危害着人体健康，让饱受高血压折磨的患者痛不欲生。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，设计一台准确易用测量血压的

2、装置，成为重中之重。目前市场上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，无法判别血压计的准确性、可靠性。本课题研究最终旨在设计出简单易用并且增加了一些实用的功能使每次测量结果完全透明，使医生可以对照原始波形判断数据的真伪，有效甄别出干扰和伪差引起的错误检测，恢复真实血压，保证血压报告的有效性和可靠性。而且简单易于操作的电子血压计可以广泛应用于家庭日常的血压检测，真正实现对高血压的预防。本文将详细介绍我设计的基于单片机的多功能型血压测量装置。关键词：压力测量，血压计，STC12C5A60S2单片机The Based on MCU multi-function

3、digital sphygmomanometer design Author：Gong Panjun Tutor：Jia ShuoAbstractWith the rapid development of modern society, increasing deterioration of the environment and unhealthy living habits and not science diet, causes the human disease more and more appear. Among them, has human first invisible ki

4、ller title hypertension, already gradually rose to harm human disease top of the, long-term harming human health, and let the patient suffered from high blood pressure torture pain not the desire living. How effective measurement and monitoring the convenient high blood pressure, and is effective fo

5、r the prevention and treatment of high blood pressure, become the people against the chief problem of hypertension. So, design a accurate easy to measure their blood pressure device, become a top priority.Currently on the market most dynamic blood pressure recorder records every only the results of

6、the measurement, the doctor face is a batch of authenticity difficult debate digital, cannot identify the veracity and reliability of blood. This topic research aimed to design a simple to use final and increased some practical function make every time measurement results are completely transparent,

7、 make the doctor can control the veracity of the original data waveform judgment, effectively to discern interference and pseudo poorer cause error detection, restore true blood pressure, blood pressure of the report that efficiency and reliability. Simple and easy to use electronic device can be wi

8、dely used in family daily blood pressure testing, to realize the prevention of high blood pressure. This paper introduced the design will I based on MCU multi-function digital sphygmomanometer design.Key Words: Pressure measurement, sphygmomanometer, STC12C5A60S2 MCU 目 录1 绪论11.1 血压计的发展11.2 血压计的研究需求2

9、2 多功能电子血压计的设计原理42.1 血压的简单介绍42.2 血压测定的方法52.3 多功能电子血压计的设计62.3.1 多功能血压计设计的市场分析62.3.2 多功能血压计装置的功能简介62.3.3 设计的总体要求62.3.4 设计的实现73 硬件系统设计103.1 传感器103.1.1 ASDX 001的外部结构：103.1.2 ASDX 001内部结构：113.1.3 传感器电路设计113.2 电源电路123.2.1 PFM升压器简介123.2.2 PFM升压器特性123.2.3 PFM升压器应用范围123.3 线性阀PWM控制电路133.4 充气PUMP控制电路143.5 按键电路1

10、43.6 液晶显示153.6.1 液晶显示特点153.6.2 液晶显示原理153.6.3 液晶显示器的分类153.6.4 液晶显示器各种图形的显示原理153.6.5 1602LCD的基本参数及引脚功能163.7 ISD2500系列语音录放集成电路183.7.1 ISD系列特点183.7.2 ISD硬件特性203.7.3 操作模式223.8 STC12C5A60S2单片机243.8.1 STC12C5A60S2主要特性243.8.2 STC12C5A60S2硬件特性264 软件系统设计264.1 单片机主程序设计264.2 处理模块274.3 测量模块284.4 信号处理模块284.5 显示模块

11、294.6 语音模块30结 论32致 谢33参考文献34附 录35附录A35附录B 部分程序42附录C 元件清单51附录D 硬件原理图521 绪论1.1 血压计的发展血压计最早由Samuel Siegfried Karl Ritter von Basch发明。1896年，意大利医生Scipione Riva-Rocci发明的血压计更为简单易用。1901年，Harvey Cushing 发现这种仪器后将其推广使用。这种血压计包括一个用于充气的气球、一个能充气的袖带和一个水银检压计。随着人们对健康的关注越来越大，并且科学技术也越来越发达，血压也日渐成为日常生活中传递健康的一种信号。相应的，血压的检

12、测方法层出不穷，血压的检测工具也日新月异。我们接触到的血压计种类也不在少数了，总的来说常用的类型有水银(汞)柱式、弹簧表式和电子血压计。目前电子血压计的品牌也比较多，其中十大电子血压计品牌有欧姆龙Omron,九安andon，松下Panasonic，迈克大夫Microlife，鱼跃YUYUE，金亿帝KINGYIELD，脉博士medipro，日精NISSEI，会好GRACE，海尔Haier。但是在这十大品牌中日系的牢牢地占据了前三的两个席位，因此我们在单片机领域的发展还得加快速度，开发出更多更有质量的产品。1水银血压计能直接测得血压的毫米汞柱值，较为直观，准确性和可靠性较高，且价格低廉，但其缺点是

13、较重，携带不方便，且要用听诊器，听力不好及未经专业训练者无法使用；弹簧表式血压计(又称气压表、无液测压计)的优点是携带方便，操作简单，但其准确度不如水银柱式血压计，且维修较困难，刻度数字较小，也需用听诊器，听力视力不好的老人使用较困难；而电子血压计方便易学，可自动显示血压测值(包括收缩压、舒张压、平均动脉压、脉压、脉率等多种参数)，除此之外还可以提供脉搏读数，部份型号更能自动记录每天的数据，方便监测血压及脉搏的长期变化情况。随着技术的不断研发与产品的批量化生产，这部分的血压计的成本也在不断下降，必将成为主流血压计。电子血压计是利用现代电子技术与血压间接测量原理进行血压测量的医疗设备。电子血压计

14、有臂式、腕式之分；其技术经历了最原始的第一代、第二代（臂式使用）、第三代（腕式使用）的发展。对于健康人来讲，应该均适用。但腕式和手指式的电子血压计，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（手指）同上臂的血压测量值相差很大。建议这些患者及老年人应选择臂式电子血压计来使用。（1）臂式电子血压计测量方法与传统水银血压计相近，测的是肱动脉，因其臂带放至上臂，其测量稳定性优于腕式血压计，更适合年纪较大、心律不齐、糖尿病引起末梢血管老化等患者使用，缺点是没有手腕式电子血压计方便。（2）腕式电子血压计外形与手腕间隙更小的碗带，抗菌材料

15、制作，数字显示血压及脉搏数。 手腕式血压计由于所测的压力值为腕动脉“脉搏压力值”，对于大多数中、老年人，特别是血液粘稠度高者、微循环不佳者、血管硬化症患者等较特殊的人群，用腕式血压计与用臂式血压计多次测量的平均值之间，相差1.3kPa(10mmHg)以上是很常见的。（3）指套式电子血压计外形更小，可以直接套在手指上，携带更方便。所测压力值为指动脉，指动脉属于小动脉，它与肱动脉存在一定关系。利用他们之间的关系就可以测出血压值了。随着单片机技术的不断发展，血压计也随着不断地发展。从原来简单的51单片机到后来的avr，甚至后来的arm单片机都已经应用在血压计上了，而且现在也已经开发出了各种专门用来测

16、血压的单片机。1.2 血压计的研究需求近年大量研究表明，我国高血压发病率逐年增加，已成为危害人民身体健康的一大问题，要彻底解决这一现状需提高全民健康防范意识，拥有一款能够简单操作精确测量血压的血压计显得尤其重要。随着生活水平的提高，人们越来越关注自己的身体健康，血压是身体健康与否的一个重要指标。据2001年全国普查显示，我国平均每三个家庭就有一个高血压患者；慢性低血压的发病率为4%左右，其在老年人群中可高达10%3。因此，研制既适合家庭保健人员又适合专业人士多功能血压计具有重要的意义。本文研究的多功能血压计属于微机检侧与控制领域，因为在国民经济的各个部门都己渗透微机检测与控制系统。国防技术、航

17、天、航空、铁路、冶金、化工等产业自是不必说，就连日常生活中也用上了微机测控技术，如电梯、微波炉、电冰箱等。因此，通过对它的研究将对自己以后从事机电一体化产品的开发具有重要的意义。本文利用微弱信号的检测技术设计出血压测量计。该血压测量计可以进行简单的血压测量。本文以目前较为流行的单片机STC12C5A60S2为血压测量计的核心，利用压力传感器将血液对血管壁的压力转换为电信号，将血压信号转换为数字信号后进行显示、存储、传输、报警等处理。本次设计的目的是在目前市场的电子血压计基础上进行创新，增加更多功能，给使用者带来更多的方便和实惠，确保使用者的身体健康，满足使用者的不同方面的需求。本血压计使用起来

18、方便快捷，操作简单，实用性强，适合于不同年龄的人使用。具有小型化、低功耗、智能化程度高的优点，在使用上有便携和易操作的特点，从而呈现出家用化的趋势。本次课题是基于便携性，设计一款适用于老年人的能准确测量，并能显示出血压值，具有高低压语音报警，能定时关机的多功能电子血压计。在原有电子血压计的基础上加上了语音播报功能，解决了老年人看不清等难题，更为人性化。2 多功能电子血压计的设计原理2.1 血压的简单介绍血压（blood pressure,BP）是体循环动脉血压，是血液在血管内流动时，作用于血管壁的压力，它是推动血液在血管内流动的动力。但通常所说的血压是指一些体检和实验常用的大型动脉的血压，如肱

19、动脉颈总动脉股动脉等处的动脉血压。这几处血压大致接近主动脉血压。心室收缩，血液从心室流入动脉，此时血液对动脉的压力最高，称为收缩压（systemic blood pressure，SBP）。心室舒张，动脉血管弹性回缩，血液仍慢慢继续向前流动，但血压下降，此时的压力称为舒张压（diastolic blood pressure，DBP）。收缩压和舒张压的差值正常为3040毫米汞柱，叫做脉压。在安静状态下，正常人的血压比较稳定，正常范围是收缩压在90139毫米汞柱之间，舒张压在6089毫米汞柱之间，随着年龄的增长血压会增高，一般血压在清晨最低，白天逐渐升高，到午后或黄昏最高，50岁的中年人早期血压平

20、均值为7395算是正常值之内。2 脉压不是越大越好，日常生活中，常见的脉压差小多是因收缩压(高压)降低引起的，其中有生理性因素，也有病理性原因。发现脉压差明显减小时，如经详细检查后，未发现明确病因时，应认为属于体质性血压降低(主要指收缩压)。治疗体质性低血压，除增强体质、适当加强营养外，还要防止站立时发生头晕或摔伤。可采用具有调节植物神经作用的谷维素、维生素等药物进行治疗。对无不适感的脉压差小，不必过于介意，因其对健康不会产生太大影响。 常见引起脉压差过大的疾病有主动脉瓣关闭不全、主动脉硬化、甲亢、严重贫血、风湿性心脏病、部分先天性心脏病与高血压心脏病等。4老年人随着年龄的增长，血管老化，血管

21、壁渐渐失去常性，而多年沉淀的脂肪会让血夜变得越来越粘稠，血压也会自然而然地升高了。老年人患高血压，在很大程度上是有身体功能的自然老化与衰退造成的。生活中的“发福”从医学角度来看绝不是值得庆幸的事。在体重不断增加的同时，体内的血液也会随之增加，迫使心脏必须加倍地努力工作才能把血液输送至各血管。另外，高血压会在有高血压家族史的人群中发生，父或母有高血压，其子女患病率为28.3%，父母均为高血压则子女患病率为46%。不良的生活习惯也会增加高血压。高血压之所以成为健康的大敌，在于它是引起脑溢血、心力衰竭和肾功能衰竭三大并发的罪魁祸首。但是如果能做到定时测血压还是可以有效防治高血压的。2.2 血压测定的

22、方法血压的测定最早用急性实验法在活体动物测量动脉血压的是英国生理学家S.黑尔斯，他1733年在马的股动脉中接以铜插管再连以长玻璃管，当打开股动脉结扎时,马的动脉血冲入玻璃管的血柱高达2.5米，并随马心的搏动而上下波动。这种测定血压的方法叫做直接测定法。由于操作不便,以后法国生理学和物理学家J.-L.-M. 泊肃叶在1823年改用水银测压计接上充满抗凝血剂的动脉插管与实验动物的动脉相接而进行动脉血管的测定。德国生理学家 C.F.W.路德维希在1847年进一步用U形管水银测压计，一端与实验动物的动脉相连，另一端水银柱上加以浮标，上载描记笔尖在转动的记纹鼓上持续记录动脉压的波动变化，是实验生理学方法

23、学上的一大进展。此法在一般急性动物实验中仍广泛使用，但因对身体有严重伤害，故不能用于人体。人体动脉血压测定要用间接测定法，通常使用俄国医师N.科罗特科夫发明的测定法，装置包括能充气的袖袋和与之相连的测压计，将袖袋绑在受试者的上臂，然后打气到阻断肱动脉血流为止，缓缓放出袖袋内的空气，利用放在肱动脉上的听诊器可以听到当袖袋压刚小于肱动脉血压血流冲过被压扁动脉时产生的湍流引起的振动声(科罗特科夫氏声，简称科氏声)来测定心脏收缩期的最高压力即收缩压。继续放气，科氏声加大，当此声变得低沉而长时所测得的血压读数,相当于心脏舒张时的最低血压即舒张压，当放气到袖袋内压低于舒张压时，血流平稳地流过无阻碍的血管,

24、科氏声消失。5由于汞的比重太大，水银测压计难以精确迅速地反映心搏各期血压的瞬间变化，所以后来改用各种灵敏的薄膜测压计可以较准确地测得收缩和舒张压。近年来常使用各种换能器与示波器结合可以更灵敏地测定记录血压。2.3 多功能电子血压计的设计2.3.1 多功能血压计设计的市场分析目前电子血压计主要有手动式数字电子血压计和全自动电子数学血压计。所谓手动式数字电子血压计是指要自己往气袋中打气，测量过程则是自动的，因此这种血压计也称半自动电子血压计；另一类是全自动电子数字血压计，它无需捏橡胶球充气加压，只需要按动开关键，一切就都可以自动完成，也便于携带。它又分为臂式、腕式和指式三种。本次设计的产品重量轻，

25、便携，可随身携带;无水银，避免医院水银污染事故，有利于环保。而且是一台使用操作非常简单的仪器，真正做到便携实用。2.3.2 多功能血压计装置的功能简介（1）检测血压并显示在液晶（2）高低压预警（3）语音提示功能（4）自动关机2.3.3 设计的总体要求多功能型电子血压计是传感技术和单片机技术的结合体，它的结构应该能保证完成三项基本任务：（1）测量血液对血管壁的压力；（2）判别高压和低压并发出语音提示；（3）在屏幕上显示测量结果感受血流压力离不了传感器，民用电子血压计中所应用的压力传感器必须是高性能低成本的，灵敏度要高，测量范围倒不需要很大。在各种传感器中有一类是利用压电效应的，还有一种人工合成的

26、被称为PVDF的压电薄膜，它是柔软的塑料。其次就是能根据血压变动及时判别高、低压的单片机。另外，血压会通过电子血压计的液晶显示屏进行显示。2.3.4 设计的实现我此次设计的多功能数字血压计以数字压力传感器ASDX 001为测量器件、以LCD1602液晶显示模块为显示器件，以通用单片机STC12C5A60S2单片机为控制核心。在压力测量气囊的帮助下，压力传感器可以准确的感应到压力值，然后将这个物理量转换成电压的信号，将这个电压信号传入控制核心单片机，最后，在单片机的控制下，系统将血压值准确的显示在液晶显示模块上。整个过程，从理论上来讲，是完全正确的；从现有条件上来讲，也是完全可以做到的。电子血压

27、计系统框图如图2.1所示图2.1 电子血压计硬件系统框图单片机主要工作为: PWM输出控制气泵充气漏气调整袖带内气压,经传感器分析后将数字信号传入单片机确定收缩压和舒张压的瞬态时间位置将计算出的收缩压和舒张压结果输出至液晶驱动器显示。一次测量血压的过程为:按激活键单片机PWM输出控制气泵充气至200mmHg高,慢慢以每秒约下降5mmHg的速度放气。先找出最大振幅值Am,收缩压Ad，舒张压As。C1=AsAm为收缩压的归一化值，C2=AdAm为舒张压的归一化值。在往前找幅值为0.5Am的瞬态位置对应血压直流分量即为收缩压,往后找幅值为0.8Am的瞬态位置对应血压直流分量即为舒张压,即本设计中C1

28、=0.5，C2=0.8。6将计算出的收缩压和舒张压结果输出至液晶驱动器显示。血压信号及收缩压和舒张压位置如图2.2所示图2.2 血压交直流信号及收缩压和舒张压位置硬件工作流程图如图2.3所示。电源开启后，若有必要修改默认参数，将由键盘进行设置。待采样的时间达1秒钟后将分析数据结果，求出最大值和最小值，经过一些处理后即为收缩压和舒张压。将它们送往液晶显示器进行显示。具体的血压计工作流程图如下：图2.3 血压计工作流程图3 硬件系统设计3.1 传感器ASDX 001属于微型结构压力传感器ASDX DO系列。ASDX系列是Sensym 公司检定合格的ICT 代表产品的一种增强型品种。也是工业水平领先

29、的一种SDX系列传感器增强型。ASDX 001 传感器的外形尺寸要比SDX稍大，能提供高电平(4.0 V测量范围)的输出电压，价格便宜。ASDX 001压力传感器内置专用集成电路（ASIC)经全面CI校准并有温度补偿。ASDX 001压力传感器采用标准DIP封装，可对传感器偏置、灵敏度、温度系数和非线性度进行数字校正。ASDX 001采用了IC兼容性协议，无需额外的元件或电子电路，就可容易地连接最常用的微控制器和微处理器。7所有ASDX DO压力传感器的精度在满量程范围内为 。具有可用单一5v供电电压工作的特性。传感器的设计和制造均遵循ISO 9001标准。此系列传感器可用于非腐蚀性、非电离的

30、工作流体，如空气和干燥气体。传感器的输出是一个己校正的压力值，其分辨率为12位。该压力传感器可用于测量绝对压、差力压和表力压。范围从1PSI到100PSI，绝压型传感器有一个内部真空参比值(基准值)，因此可直接输出一个与绝对压成比例的信号。差压型装置允许在传感膜片的任一侧施加压力，可用于压力差的测量。3.1.1 ASDX 001的外部结构：图3.1 ASDX 001外部结构图3.1.2 ASDX 001内部结构：ASDX 001的内部结构主要包括4部分：多路分配器；模/数转换器；微控制器；数/模转换器。其内部结构如图3.2所示：图3.2 ASDX 00内部结构图3.1.3 传感器电路设计ASD

31、X 001的外围引脚共有8个，其中5个为空脚。工作电压为+5v。由Vs脚引入正5负电压，Vout为数据输出脚，将所测量得到的数字电压信号传送到单片机的1脚，ASDX 001的GND脚接地。因此，这个电路连接十分简单，只需要将传感器的输出脚Vout连接到STC12C5A60S2单片机的1脚上即可.图3.3 ASDX 001与单片机的连接电路原理图3.2 电源电路3.2.1 PFM升压器简介QX2302系列产品是一种高效率、低纹波、工作频率高的PFM升压DC-DC变换器。QX2302 系列产品仅需要四个元器,就可完成将低输入的电池电压变换升压到所需的工作电压。在需要输出电流大的情况下，可使用 EX

32、T外扩端，驱动外接晶体管或 MOS 管，使输出电流达到所需要的值。内置EN使能端，可控制变换器电源的开关，关断状态时耗电仅1uA。83.2.2 PFM升压器特性l 最高工作频率:500KHz；l 输出电压:2.0V5.0V（步进0.1V）；l 低启动电压：0.8V(1mA)；l 输出精度:优于2.5%；l 最高效率：87%；l 输出电流：大于400mA（Vi=2.5V，Vo=3.3V）； l 低纹波，低噪声；l 通过外接驱动管，扩展输出电流。 3.2.3 PFM升压器应用范围电子词典、数码相机、LED手电筒、LED灯、血压计、MP3、遥控玩具、无线耳机、无线鼠标键盘、医疗器械、汽车防盗器、充电

33、器、VCR、PDA等手持电子设备。电源由AAA电池两颗提供。电源透过L1、D1、U3形成PFM升压电路，R33与C9做为升压后电压滤波作用。实测中，加上R33可降低50%之电源离讯。Q4为VCC电源控制电晶体。R13与R14分压值做为电压侦测位准。具体工作方式：当3V电压从L1流过给升压IC后，经升压从第3脚输出为5V，Q4为开关管，在关机状态下，Q4不导通，C9，C10为滤波电容。当POWER键按下时Q4导通，输出一个5V的电压给Vcc，供电给其他设备。如图3.4所示：图3.4 电源电路3.3 线性阀PWM控制电路泄气速率以PWM（Pulse Width Modulation 脉宽调变）方式

34、控制，MCU将依据压力值之泄气变化调整泄气速率在规格范围内。C11与C12做为稳定电源与滤波作用，减少PWM控制避免电源变动造成电压不稳。具体工作方式：当充气到200KPA时，开始漏气，由IC发出一个信号给第3脚，经R12流过到Q2使Q2导通，输出一个2.7V的电压给V1，使V1开始工作，D2保护Q2和V1的正常工作而设计。如图3.5所示：图3.5 线性阀PWM控制电路3.4 充气PUMP控制电路PUMP control讯号控制PUMP动作，R27为限流电阻。具体工作方式：由IC的4脚输出一个低电平约（0.6V）信号给R27，经Q1导通，VBT为Q5提供3V的电压，Q5导通输出一个3.2V的电

35、压经PUMP，使PUMP导通。D3为保护二极管，使PUMP能稳定工作。如图3.6所示：图3.6 充气PUMP控制电路3.5 按键电路开关连接单片机的27脚，构成整个系统的开关电源。按下POWER键，则系统导通，开始工作。如图3.7所示：图3.7 按键电路原理图3.6 液晶显示3.6.1 液晶显示特点l 显示质量高：由于液晶显示器每一个点在收到信号后就一直保持那种色彩和亮度，恒定发光，而不像阴极射线管显示器（CRT）那样需要不断刷新新亮点。因此，液晶显示器画质高且不会闪烁。l 数字式接口：液晶显示器都是数字式的，和单片机系统的接口更加简单可靠，操作更加方便。l 体积小、重量轻：液晶显示器通过显示

36、屏上的电极控制液晶分子状态来达到显示的目的，在重量上比相同显示面积的传统显示器要轻得多。l 功耗低：相对而言，液晶显示器的功耗主要消耗在其内部的电极和驱动IC上，因而耗电量比其它显示器要少得多。93.6.2 液晶显示原理液晶显示的原理是利用液晶的物理特性，通过电压对其显示区域进行控制，有电就有显示，这样即可以显示出图形。液晶显示器具有厚度薄、适用于大规模集成电路直接驱动、易于实现全彩色显示的特点，目前已经被广泛应用在便携式电脑、数字摄像机、PDA移动通信工具等众多领域。3.6.3 液晶显示器的分类液晶显示的分类方法有很多种，通常可按其显示方式分为段式、字符式、点阵式等。除了黑白显示外，液晶显示

37、器还有多灰度有彩色显示等。如果根据驱动方式来分，可以分为静态驱动（Static）、单纯矩阵驱动（Simple Matrix）和主动矩阵驱动（Active Matrix）三种。3.6.4 液晶显示器各种图形的显示原理l 线段的显示：点阵图形式液晶由MN个显示单元组成，假设LCD显示屏有64行，每行有128列，每8列对应1字节的8位，即每行由16字节，共168=128个点组成，屏上6416个显示单元与显示RAM区1024字节相对应，每一字节的内容和显示屏上相应位置的亮暗对应。这就是LCD显示的基本原理。10l 字符的显示:用LCD显示一个字符时比较复杂，因为一个字符由68或88点阵组成，既要找到和

38、显示屏幕上某几个位置对应的显示RAM区的8字节，还要使每字节的不同位为“1”，其它的为“0”，为“1”的点亮，为“0”的不亮。这样一来就组成某个字符。但对内带字符发生器的控制器来说，显示字符就比较简单了，可以让控制器工作在文本方式，根据在LCD上开始显示的行列号及每行的列数找出显示RAM对应的地址，设立光标，在此送上该字符对应的代码即可。l 汉字的显示:汉字的显示一般采用图形的方式，事先从微机中提取要显示的汉字的点阵码（一般用字模提取软件），每个汉字占16B，分左右两半，各占8B，左边为1、3、5右边为2、4、6根据在LCD上开始显示的行列号及每行的列数可找出显示RAM对应的地址，设立光标，送

39、上要显示的汉字的第一字节，光标位置加1，送第二个字节，换行按列对齐，送第三个字节直到16B显示完就可以LCD上得到一个完整汉字。3.6.5 1602LCD的基本参数及引脚功能1602LCD分为带背光和不带背光两种，其控制器大部分为HD44780，带背光的比不带背光的厚，是否带背光在应用中并无差别，两者尺寸差别如下图3.8所示：图3.8 1602LCD尺寸图3.6.5.1 LCD1602主要技术参数l 显示容量:162个字符；l 芯片工作电压:4.5-5.5V；l 工作电流:2.0mA(5.0V)；l 模块最佳工作电压:5.0V；l 字符尺寸:2.954.35(WH)mm。3.6.5.2 引脚功

40、能说明1602LCD采用标准的14脚（无背光）或16脚（带背光）接口，各引脚接口说明如表3.1所示: 表3.1 引脚接口说明表编号符号引脚说明编号符号引脚说明1VSS电源地9D2数据2VDD电源正极10D3数据3VL液晶显示偏压11D4数据4RS数据/命令选择12D5数据5R/W读/写选择13D6数据6E使能信号14D7数据7D0数据15BLA背光源正极8D1数据16BLK背光源负极第1脚：VSS为地电源。第2脚：VDD接5V正电源。第3脚：VL为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度。第4脚：RS

41、为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。第5脚：R/W为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当RS和R/W共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平R/W为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平R/W为低电平时可以写入数据。第6脚：E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。第714脚：D0D7为8位双向数据线。第15脚：背光源正极。第16脚：背光源负极。1602液晶显示模块可以和单片机STC12C5A60S2直接接口，电路如图3.9所示。图3.9 LCD1602硬件原理图3.7 ISD2500系列语音录放集成电路3.7.1 I

42、SD系列特点l 使用方便的单片32-120秒语音录放;l 多段信息处理，可分1至320/600段;l 高质量、自然的语音还原技术;l 不耗电信息存100年（典型值）;l 边沿/电平触发放音;l 100,000次录音周期（典型值）;l 手动操作/微控制器控制兼容;l 片内免调整时钟，可选外部时钟;l 多片直接级联，延长录放时间;l 无需开发系统;l 5V单电源工作，维持电流1uA;l DIP，SOLC，TSOP封装及工业级;表3.2 型号与性能对照型号时间输入采样典型带宽最大段数最小段数外部钟频253232秒8.0KHz3.4KHz320!00ms1024.0KHz254848秒5.3KHz2.

43、3KHz320150ms682.7KHz256060秒8.0KHz3.4KHz600100ms1024.0KHz259090秒5.3KHz2.3KHz600150ms682.7KHz25120120秒4.0KHz1.7KHz600200ms512.0KHzISD2500系列单片录放时间32秒至120秒，音质好。芯片采用CMOS技术，内含振荡器、话筒前置放大、自动增益控制、防混淆滤波器、平滑滤波器、扬声器驱动及EEPRIM阵列。ISD2500系列具备微控制器所需控制接口。通过操纵地址和控制线可完成不同的任务，实现复杂的信息处理，如信息的组合，连接，设定固定的信息段，信息管理等。ISD2500可不

44、分段，也可按最小段长为单位任意组合分段。11芯片采用多电平直接模拟量存储专利技术，每个采样值接存储在片内单个EEPROM单元中，因此能够非常真实、自然地再现语音、音乐、音调和效果声，避免了一般固体录音电路因量化和压缩造成的量化噪声和“金属声”。采样频率从4.0，5.3，6.4到8.0KHz同一第列的产品休样频率越低,录放时间越长, 但通频带和音质有所降低。片内信息可保存100年(无需后备电源),EEPROM单元可反复录音十万次.图3.10 ISD256090120硬封装引脚图3.7.2 ISD硬件特性l 电源（VCCA，VCCD）：芯片内部的模拟和数字电路使用不同的电源总线，并且分别引到外封装

45、上，这样可使干扰最小。模拟和数字电源端最好分别走线，尽可能在靠近供电端处相连，而去耦电容应尽量靠近芯片。l 地线（VSSA，VSSD）：芯片内部的模拟和数字也可使用不同的地线，这两脚最好在引脚焊盘上相连。l 节电控制（PD）：本端拉高使芯片停止工作， 进入不耗电的节电状态，芯片发生溢出，即OVF端输出低电平后，要将本端短暂变高复位芯片，才能使之再次工作。l 片选(CE)本端变低后（而且PD为低），允许进行录放操作。芯片在本端的下降沿锁存地直线和P/R端的状态。l 录放模式（P/R）本端状态在CE的下降沿锁存。高电平选择放音，低电平选择录音。录音时，由地址端提供起始地址，录音持续到CE或PD变高

46、，或内存溢出；如果是前一种情况，芯片自动在录音结束处写入EOM标志。放音时由地址端提供起始地址，放音持续到EOM标志。如果CE一直为低，或芯片工作在某些操作模式，放音会忽略EOM，继续进行下去。l 信息结尾标志（OEM） EOM标志在录音时由芯片自动插入到该信息的结尾。放音遇到EOM时，本端输出低电平脉冲。芯片内部会检测电源电压以维护信息的完整性，当电压低于3.5V时，本端变低，芯片只能放音。l 溢出标志（OVF）芯片处于存储空间末尾时本端输出低电平脉冲表示溢出，之后本端状态跟随CE端的状态，直到PD端变高。本端可用于级联。l 话筒输入（MIC）本端连至片内前置放大器。片内自动增溢控制电路（A

47、GC）将置增益控制在-15至24dB。外接话筒应通过串联电容耦合到本端。耦合电容值和本端的10K输入阻抗决定了芯片频带的低频截止点。l 话筒参考（MIC REF）本端是前置放大器的反向输入。当以差分形式连接话筒时，可减小噪声，提高共模抑制比。l 自动增益控制（AGC） AGC动态调整前置增益以补偿话筒输入电平的宽幅变化，使得录制变化很大的音量（从耳语到喧嚣声）时失真都能保持最小。响应时间取决于本端的5K输入阻抗外接的对地电容（即线路图中C2）的时间常数。释放是境取决于本端外接的并联对地电容和电阻（即线路图中R2和C2）的时间常数。470K和4.7uF的标称值在绝大多数场合下可获得满意的效果.l

48、 模拟输出(ANA OUT)前置放大器的输出.前置电压增益取决于AGC端电平.l 模拟输入(ANA IN )本端为芯片录音信号输出.对话筒输入来说ANA OUT端应通过外接电容连至本端.该电容和本端的3K输入阻抗给出了芯片频带的附加低端截止频率.其它音源可通过交流耦合直接连至本端(绕过了TER的前置)。l 喇叭输出（SP+、SP-）过对输出端级驱动16以上的喇叭（内存放音时功率为12.2mW,AUX IN 放音时功率为50mW）.单端使用时必须在输出端和喇叭间接耦合电容,而双端输出既不用电容又不能将功率提高至4倍.录音和节电模式下,它们保持为低电平.注意:多个芯片的喇叭输出端绝对不能并联,否则

49、可能损坏芯片!不用的喇叭输出端绝对不能接地!l 辅助输入(AUX IN)当CE和P/R为高,放音不进行,或处入放音溢出状态时,本端的输入信号过内部功放驱动喇叭输出端.当多个2500芯片级联时,后级的喇叭输出通过本端连接到本级的输出放大器,为防止噪声,建议在放内存信息时,本端不要有驱动信号l 外部时钟(XCLK)本端内部有下拉元件,不用时应接地。芯片内部的采样时钟在出厂前已调节器校,误差地+1%内.商业级芯片在整个温度和电压范围内,频率变化在+2.25%内.工业级芯片在整个温度和电压范围内，频率变化在+5%内，建议使用稳压电源。若要求更高精度或系统同步，可从本端输入外部时钟，频率如表23“外部钟

50、频”所示。由于内部的防混淆及增滑滤波器已设定，故上述推荐的时钟频率不应改京戏。输入时钟的占空比无关紧要，因内部首先了进行分频。l 地址/模式输入（AX/MX）地址端有个作用，取决于最高两位（MSB，即2532/2548的A7和A8，或2560/2590/25120的A8和A9）的状态。当最高两位中有一个为0时，所有输入均解释为地址位，作为当前录入操作的起始地址。地址端只作输入，不输出操作过程中的内部地址信息。地址在CE的下降沿锁存。3.7.3 操作模式ISD256090120系列内置了若干操作模式，可用最少的外围器件实现最多的功能。操作模式也由地址端控制；当最高两位都为1时，其它地址端置高就选

51、择某个（或某几个）模式。因此操作模式和直接寻址相互排斥。操作模式可由微控制器也可由硬件实现。使用操作模式有两点要注意：（1）所有操作最初都是从0地址，即存储空间的起始端开始。后续操作根据选用的模式可从其它地址开始。但是，电路由录转为放，或由放转为录时（M6模式除外），或执行了掉电周期后，地址计数器复位为0。（2）当CE变低，最高两地址位同高时，执行操作模式。这种操作模式一直有效，除非CE再次由高变低，芯片重新锁存当前的地址/模式端电平，然后执行相应操作。操作模式如表3.3所示表3.3 操作模式简表模式功能典型应用可组合使用的模式M1信息检索快进入信息M4、M5、M6M2删除WOM在最后一条信息

52、结束处放EOMM3、M4、M5、M6M3循环从0地址连续放音M1、M5、M6M4连续寻址录放连续的多段信息M0、M1、M5M5CE电平有效允许暂停M0、M1、M3、M4M6按键模式简化外围电路M0、M1、M3l M0（信息检索）:快速跳过信息而不必知道其确切地址。每输入一个低脉冲，内部地址计 器就跳到下一条信息，此模式仅用于放音，通常与M4同时使用。l M1（删除EOM标志）:使分段信息变为一条信息，仅在信息后保留一个EOM标志.这个模式完成后， 录入的所有信息就变成一条连续的信息。l M3（信息循环）:循环重入位于存储空间起始处的那条信息。一条信息可以完全占满存储空间，那么循环就从头至尾进行

53、，这进OVF不变低。l M4（连续寻址）:正常操作中，重放遇到EOM标志时， 地址计数器会复位。M4禁止地址计数器复位，使得信息可连续录放或重放。l M5（CE电平有效）:通常，录音时CE为电平触发，放音时CE为边沿触发。本模式将放音时CE设置为电平触发，特别适用于需用CE终止放音的场合。操作为：CE变低扣，芯片从内存起始放音，CE变高放音即刻停止。CE再变低后。仍从内存起处开始放音，除非M4也是高。l M6（按键模式）:本模式的外围电路最简，成本大为降低；在录放结束，CE变高后，芯片自动进入节电模式。而且，CE、PD、EOM的作用重新定义如下：l CE（开始/暂停，低脉冲有效）:CE端的下降

54、沿控制操作的开始和暂停。当芯片不录不放时，CE端的下降沿就启动录/放操作。之后，如果在芯片没遇到EOM标志（放音时）或没发生溢出疥，再来一个CE下降沿将暂停当操作。暂停后，地址并不复位，再来一个CE下降沿后从暂停处继续操作。l PD（停止/复位，高脉冲有效）:PD端的上升沿停止妆前录/放操作，并复位地址。l EOM（运行指示）: EOM变高表示录/放操作正在进行，可驱动LED等。基于单片机的语音模块硬件连接如图3.11所示：图3.11 ISD2560硬件连接图3.8 STC12C5A60S2单片机STC12C5A60S2/AD/PWM系列单片机是宏晶科技生产的单时钟/机器周期(1T)的单片机，

55、是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051,但速度快8-12倍。内部集成MAX810专用复位电路,2路PWM,8路高速10位A/D转换(250K/S),针对电机控制，强干扰场合。123.8.1 STC12C5A60S2主要特性l 增强型8051 CPU：1T，单时钟/机器周期，指令代码完全兼容传统8051；l 工作电压：STC12C5A60S2系列工作电压：5.5V- 3.3V（5V单片机）STC12LE5A60S2系列工作电压：3.6V- 2.2V（3V单片机）；l 工作频率范围：0 - 35MHz，相当于普通8051的 0420MHz；l 用户应用程序空

56、间8K /16K / 20K / 32K / 40K / 48K / 52K / 60K / 62K字节.；l 片上集成1280字节RAM；l 通用I/O口（36/40/44个）：复位后为准双向口/弱上拉（普通8051传统I/O口）可设置成四种模式：准双向口/弱上拉，推挽/强上拉，仅为输入/高阻，开漏每个I/O口驱动能力均可达到20mA，但整个芯片最大不要超过55mA；l ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程）：无需专用编程器，无需专用仿真器 可通过串口（P3.0/P3.1）直接下载用户程序，数秒即可完成一片；l 有EEPROM功能(STC12C5A62S2/AD/PWM无内部EEPR

57、OM)；l 看门狗；l 内部集成MAX810专用复位电路（外部晶体12M以下时，复位脚可直接1K电阻到地）；l 外部掉电检测电路:在P4.6口有一个低压门槛比较器5V单片机为1.32V，误差为+/-5%,3.3V单片机为1.30V，误差为+/-3%；l 时钟源：外部高精度晶体/时钟，内部R/C振荡器(温漂为+/-5%到+/-10%以内) 1用户在下载用户程序时，可选择是使用内部R/C振荡器还是外部晶体/时钟。常温下内部R/C振荡器频率为：5.0V单片机为：11MHz15.5MHz，3.3V单片机为： 8MHz12MHz。精度要求不高时，可选择使用内部时钟，但因为有制造误差和温漂，以实际测试为准

58、；l 4个16位定时器：两个与传统8051兼容的定时器/计数器,16位定时器T0和T1，没有定时器2，但有独立波特率发生器做串行通讯的波特率发生器再加上2路PCA模块可再实现2个16位定时器；l 2个时钟输出口：可由T0的溢出在P3.4/T0输出时钟，可由T1的溢出在P3.5/T1输出时钟；l 外部中断I/O口7路：传统的下降沿中断或低电平触发中断,并新增支持上升沿中断的PCA模块， Power Down模式可由外部中断唤醒 INT0/P3.2, INT1/P3.3, T0/P3.4, T1/P3.5, RxD/P3.0, CCP0/P1.3(也可通过寄存器设置到P4.2 ), CCP1/P1

59、.4 (也可通过寄存器设置到P4.3)；l PWM(2路）/PCA（可编程计数器阵列,2路）：也可用来当2路D/A使用也可用来再实现2个定时器也可用来再实现2个外部中断(上升沿中断/下降沿中断均可分别或同时支持)；l A/D转换：10位精度ADC，共8路，转换速度可达250K/S(每秒钟25万次)；l 通用全双工异步串行口(UART)：由于STC12系列是高速的8051，可再用定时器或PCA软件实现多串口；l STC12C5A60S2系列有双串口：后缀有S2标志的才有双串口，RxD2/P1.2(可通过寄存器设置到P4.2)，TxD2/P1.3(可通过寄存器设置到P4.3)；l 工作温度范围：-

60、40 - +85(工业级) / 0 - 75(商业级)21.封装：PDIP-40,LQFP-44,LQFP-48 I/O口不够时，可用2到3根普通I/O口线外接 74HC164/165/595（均可级联）来扩展I/O口, 还可用A/D做按键扫描来节省I/O口，或用双CPU,三线通信，还多了串口。3.8.2 STC12C5A60S2硬件特性STC12C5A60S2的PDIP封装如3.12所示：图3.12 STC12C5A60S2的DIP封装图4 软件系统设计4.1 单片机主程序设计本文设计的血压采集系统当电源打开时，数据采集并没开始，考虑到采集前根据当时情况进行一些参数的设置，以便能更好地使用。

61、这些参数的设置来源两个渠道：一是借助于上位机，可以通过上位机进行参数设置，然后通过串行口送到采集系统（有时间再加这个模块）；二是直接用本系统设计的键盘进行参数设置。参数设置完毕，采集系统立即开始工作。当然也可采用默认设置，只需按开始按钮就开始采集数据工作。13单片机的主程序 MAIN工作流图如图4.1所示：是是否否否开始初始化键盘和串行口执行键盘扫描程序执行串行口扫描程序开始工作？关闭串口初始化显示程序AD等初始化并开始工作显示血压吗？显示血压执行键盘扫描程序结束吗？结束图4.1 单片机主程序流程图4.2 处理模块判断键盘的当前状态（是否开/关电源），执行相应的操作。处理模块流程图如图4.2所示。图4.2 处理模块流程图4.3 测量模块由于传感器的AD为10位，因此最高精度可达1/1024。采样后的信号经信号处理模块的处理，最终计算得到收缩压、舒张压。144.4 信号处理模块主要是判断和检测：对采样的信号进行低通滤波处理，排除因外界干扰造成的信号读数的误差；第二步，采用相关运算，最大程度的排除因手臂的运动造成的误差。在这基础上，分析信号，得到波形的峰值（供判断收缩压，舒张压和平均压），得到每个脉搏波的时间。信号处理模块流程图如图