本文使用低功耗SP430单片机对人体血压信号进行采集,通.PDF

基于MSP430单片机及USB总线的便携式血压计的设计 目前,市场上的血压计大部分仍是水银血压计,电子血压计在国外已经大量普及,而我 国才开始应用。水银血压计每次测量必须由医生戴上听诊器进行测量,测量过程复 杂,而且不同的医生,测量结果可能不同。而电子血压计弥补了水银血压计的不足。 本文使用低功耗MSP430单片机对人体血压信号进行采集,通过USB 控制芯片CH375将这些数据存储到U盘中,可以通过PC机的软件 分析一天中血压的变化。 1 硬件设计 1.1芯片介绍 MSP430是近几年流行的16位单片机,由于它具有超低功耗(在5V电压下运行于12M Hz的80C51工作电流达到十几mA;而MSP430在3V 时的工作电流为340μA,在2.2V的 工作电流为220μA)、众多的片内外设、强大的数据处理能力、系统工作稳定、方 便高效的开发环境等特点,被广泛应用在各种工业仪表中。加之笔者对430单片机比 较了解,在本设计中选用了其中的一种MSP430F149,由于该设计中对单片机的外设 模块只要求有 A/D转换模块,所以可以选用MSP430中较便宜的系列。 CH375是南京沁恒有限公司生产的USB总线的通用接口芯片,支持USB-HOST主 机方式和USB-DEVICE/SLAVE设备方式。CH375具有8位数据总线和读、写、片选控 制线以及中断输出,可以方便地挂接到单片机/DSP /MCU/MPU等控制器的系统总线 上。在USB主机方式下,CH375还提供了串行通讯方式,通过3根线,即串行输入、串 行输出和中断输出与单片机 /DSP/MCU/MPU等相连接。本文用的是从南京沁恒有 限公司申请的样片。LCM用的是16×2的HS162-4。自建了自定义字符,实现了简单 显示 “血压是:XXX.X”。本文中使用HS162-4为的是试验方便,若是用到实际产品中,可 以换用其他种类。 选择Motorola公司压力传感器MPX5050GP,其内部含有信号运放和信号调节功能, 可以直接将动脉血液对血管壁的压力转换为0V～4.7V的电信号,其对应的血压值为 0kPa～49.875kPa(0mmHg～375mmHg)。传感器采集到的信号送入单片机的AD12 模块前要标度变换,即电平平移。 1.2工作原理 血压传感器将用户的血压变换成电压信号,经过滤波器送到149单片机的AD12模块 中,再经过单片机处理后在LCM上显示,随时可以看到血压值。并且这些数据可以通 过CH375储存在U盘中,在方便时将U盘插到PC机上,可以通过上位机软件进行观察, 这样医生可以从整体上了解患者的血压变化情况,从而做出正确的诊疗结果。 P 1 / 5 基于MSP430单片机及USB总线的便携式血压计的设计 1. 3系统框图 MSP430单片机使用串口方式同CH375相连,将数据写入U盘。图1为其原理框图。 1.4硬件设计中遇到的问题 在混合电压系统中,不同电源 电压的逻辑器件相互接口时会存在以下3个主要问题:一是加到输入和输出引脚上允 许的最大电压限制问题;二是两个电源间电流的互串问题;三是必须满足的输入转换 门限电平问题。 器件对加到输入和输出脚的电压通常是有限制的。这些引脚有二极管或分离元件流 向电源。例如3V器件的输入端接上5V信号,则5V电源将会向3V电源充电,持续的电流 会损坏二极管和电路元件。 在等待或掉电方式时,3V电源降落到0V,大电流将流通到地,这使总线上的高电压被下 拉到地,这些情况将引起数据丢失和元件损坏。必须注意的是:不管是在3V工作状态 或是0V的等待状态都不允许电流流向Vcc。 所谓输入转换门限电平问题,即噪声容限问题。连接在一起的两个逻辑器件要想正 常工作,必须满足高、低噪声容限都为正值。本文中CH375采用5V电源供电,MSP43 0F149采用3.3V供电。 CH375和MSP430F149的噪声容限值见表1。 MSP430F149驱动CH375时,高噪声容限=2.75V-2V=0.75V;低噪声容限=0.7V-0.25V= 0.45V。 P 2 / 5 基于MSP430单片机及USB总线的便携式血压计的设计 CH375驱动MSP430F149时,高噪声容限=4.5V-1.9V=2.7V;低噪