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单片机与DSP中的单片机在医学信号检测仪中的应用
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2020-11-18
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1 引 言 传统的检测仪器大多由硬件电路来完成,不仅功能单一,而且开发周期长,不易维护。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 Co
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单片机与单片机与DSP中的单片机在医学信号检测仪中的应用中的单片机在医学信号检测仪中的应用
1 引 言 传统的检测仪器大多由硬件电路来完成,不仅功能单一,而且开发周期长,不易维护。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 Instructio
n Set Co
1 引 言
传统的检测仪器大多由硬件电路来完成,不仅功能单一,而且开发周期长,不易维护。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(Red
uced 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路人体生理信号
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。
2 硬件构成
2.1 微处理器及其特点
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个独立的寄存器。Atmega163具有16K字节
的Flash存储器,512字节在线可编程E2PROM,1024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路模拟信号输入端,如果A
D功能禁止,则A口是一个8位双向I/O口。8路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寄存器进行通道路号选择,读取的数据
由CPU作进一步处理。
2.2 基于RS-232的串行通讯接口电路
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、共模抑制
以及频率响应等方面引起问题,通常使电路稳定性变差,代价较高,且使电路变得更为复杂。而选用数字信号隔离技术,则可
以克服上述缺陷。
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weixin_38499732
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