医疗电子中的ARM处理器LPC2210在脑血氧监测仪中的应用
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2020-12-09
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医疗电子中的医疗电子中的ARM处理器处理器LPC2210在脑血氧监测仪中的应用在脑血氧监测仪中的应用
引言 氧是人体新陈代谢的重要物质，脑组织新陈代谢率高，耗氧量占全身总量的20％左右。在心脑血管疾病及
脑外伤病人的临床抢救与治疗中，如果缺乏对脑组织供氧的监护手段，就有可能造成脑组织神经功能的丧失或
损害。因此，提供一种连续监测大脑供氧状况的临床设备，对提高心脑血管和脑外伤等多种疾病的诊断和治疗
具有重大意义。在健康监护和临床诊断中，对脑组织血氧参数的监测是不可缺少的。 本文即应用ARM微处理器
开发了一种带有网络通信功能的嵌入式脑组织血氧参数监测设备。 系统硬件设计 整个硬件系统由脑血氧检测探
头脉冲驱动电路、滤波放大电路、LPC2210系统及接口电路组成。由LPC2210产生PWM脉宽调制信
引言
氧是人体新陈代谢的重要物质，脑组织新陈代谢率高，耗氧量占全身总量的20％左右。在心脑血管疾病及脑外伤病人的临床
抢救与治疗中，如果缺乏对脑组织供氧的监护手段，就有可能造成脑组织神经功能的丧失或损害。因此，提供一种连续监测大
脑供氧状况的临床设备，对提高心脑血管和脑外伤等多种疾病的诊断和治疗具有重大意义。在健康监护和临床诊断中，对脑组
织血氧参数的监测是不可缺少的。
本文即应用ARM微处理器开发了一种带有网络通信功能的嵌入式脑组织血氧参数监测设备。
系统硬件设计
整个硬件系统由脑血氧检测探头脉冲驱动电路、滤波放大电路、LPC2210系统及接口电路组成。由LPC2210产生PWM脉宽调
制信号，经探头脉冲驱动电路放大，用于驱动探头的光源发光，并产生周期性的光信号。探头中的光电传感器采集含有脑组织
血氧信息的光信号，经光电转换产生电信号。滤波放大电路将得到的电信号进行低通滤波和信号放大。LPC2210对放大后的
信号进行A／D转换，并进行数字处理，同时通过接口电路扩展键盘、LCM图形液晶显示、RS232串口和以太网接口，用于整
个系统的控制、显示、与上位机(PC机)的通讯以及网络通信。其系统框图如图1所示。
LPC2210系统及接口电路
LPC2210是飞利浦公司基于一个16／32位ARM7内核的微控制器。它具有极低的功耗，16KB片内SRAM，多个32位定时器、
8路10位ADC、PWM输出以及多达9个外部中断，特别适合用于工业控制、医疗系统等。
系统电源电路如图2所示。220V市电输入后经过B1单相桥式整流，再由三端稳压器件U1和U2稳压，分别产生+5V和-5V电压，
给探头集成电路和集成运放LM324供电。由于LPC2210微控制器要使用两组电源，I／O供电电源为3.3V，内核及片内外设供
电电源为1.8V，因此在+5V后面再使用低压差电源芯片稳压输出3.3V和1.8V电压，低压差电源芯片U11、U12采用了
SPX1117M3-1.8和SPX1117M3-3.3，其特点为输出电流大，输出电压精度高。
本系统的复位电路使用了SP708S，由于在进行JTAG调试时nRST和nTRST可由JTAG仿真器控制复位，因此使用了三态缓冲
门74HC125进行驱动，如图3所示。系统时钟电路采用了外部11.0592MHz晶振，使串口波特率更精确，同时能够支持
LPC2210片内PLL功能，用1M电阻R45并接到晶振两端，使系统容易起振。JTAG接口电路采用了ARM公司提出的标准20脚
JTAG仿真调试接口，其信号的定义与LPC2210的连接电路如图3所示。根据LPC2210的应用手册说明，在RTCK引脚接一个
4.7K的下拉电阻，使系统复位后，LPC2210内部的JTAG接口使能，这样就可以直接进行JTAG仿真调试了。本系统扩展了
4MbSRAM(IS6ILV25616AL)和16MbFLASH(SST39VF160)。为了方便程序调试和固化， 使用了Bank0和Bank1的地址空间，
可以通过跳线将LPC2210的CS0和CS1分别分配给SRAM或者FLASH。程序调试时，分配SRAM为Bank0地址；最终代码固化
到FLASH时，分配FLASH为Bank0地址。
由于系统是3.3V系统，所以使用了SP3232E进行RS232电平转换。SP3232E是3V工作电源的RS232转换芯片，接收端和发送
端分别接到LPC2210的P0.0_TxD0和P0.1_RxD0口。本系统具有16个按键，用于菜单选择，输入病人的信息等功能。系统使
用了I2C接口的键盘驱动芯片ZLG7290，ZLG7290是一款功能强大的键盘驱动芯片，最多可支持64个键盘。
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