MN101EF32D單片機實現(xiàn)示波法測量血壓

　　MN101EF32D是松下(Panasonic)公司于2008年初推出的產(chǎn)品，MN101Exx系列8位單片機復(fù)合了多功能的外圍功能，具有靈活而最優(yōu)化的硬件結(jié)構(gòu)，簡潔而高效的指令體系，充分實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)性和高速性。

　　MN101E32D型單片機，內(nèi)置64KB Flash、4KB RAM，具備6個外部中斷、20個內(nèi)部中斷(包括NMI)、9個定時器計數(shù)器、3個串行接口、8路A/D轉(zhuǎn)換器、32×4段LCD驅(qū)動器、監(jiān)視定時器、單系統(tǒng)的數(shù)據(jù)自動傳送功能、同步輸出功能以及蜂鳴器輸出等外圍功能。最小指令執(zhí)行時間可達(dá)50ns，封裝為64引腳LQFP。本血壓計使用MN101EF32D的功能大致如下：

　　a、10位A/D采樣，用于靜態(tài)壓力及脈搏波的測量。

　　b、LCD顯示控制器，直接驅(qū)動23*4段的液晶顯示器，顯示測量的過程及結(jié)果。

　　c、定時器功能，用于定時A/D采樣數(shù)據(jù)并計算自動關(guān)機時間。

　　d、采用數(shù)字信號處理的技術(shù)對A/D采樣的信號進(jìn)行處理，主要有數(shù)字低通濾波和相關(guān)的計算。

　　e、電源開啟采用硬件控制的方法，電源關(guān)閉采用軟件控制的方法，關(guān)機時除了穩(wěn)壓模塊外，其它芯片處于斷電狀態(tài)，功耗極低。

　　f、測量時可以選擇mmHg和Kpa作為主顯示方式，測量精度高，達(dá)到靜態(tài)1mmHg、動態(tài)3mmHg的測量精度。由于采用鐵電存儲器作為存儲媒介，數(shù)據(jù)的保存時間很長。

　　MN101EF32D與外部串行鐵電存儲器的硬件連接

　　在選擇外部存儲器時，由于考慮到要長期反復(fù)擦除、寫入所設(shè)置的工作參數(shù)和測量到的重要信息，并保存大量的歷史數(shù)據(jù)，因此必須使用容量較大的靜態(tài)存儲器，以便寫入盡可能多的數(shù)據(jù)信息并保證掉電后數(shù)據(jù)不丟失。由于EEPROM本身的設(shè)計工藝。壽命有限，而且寫入的時間較長，因此不適合用于電池供電的系統(tǒng)。血壓計需要保存的數(shù)據(jù)設(shè)計依次為收縮壓(2個字節(jié))、舒張壓(2個字節(jié))、平均壓(2個字節(jié))、脈搏(2個字節(jié))、每次記錄的時間(5個字節(jié))等，每次測量需要13字節(jié)存儲數(shù)據(jù)。假設(shè)每天測量4次，需要13×4=52字節(jié)，血壓計能夠保存7天的數(shù)據(jù)則需要364字節(jié)，故選用鐵電的24cL04。當(dāng)打開血壓計使用的時候，單片機在其PA0口模擬出IIC總線的SCL，并輸入給外部存儲器24cL04的SCL引腳，同時PA1口與24cL04的SDA口進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，將有用的數(shù)據(jù)顯示在LCD上。

　　電源處理模塊及其相關(guān)電路設(shè)計

　　本血壓計選用2節(jié)7號電池作為電源的輸入。為了達(dá)到較好的供電質(zhì)量，在此電路中選擇了DC/DC升壓芯片RN5RK331A，將2節(jié)串聯(lián)的1.5伏7號電池構(gòu)成的3V左右的電壓升到3.3V，供給系統(tǒng)中的模擬電路電源，也作為數(shù)字電路的正電源供給MCU(如圖3所示)。考慮到氣泵、氣閥如果與模擬電路、數(shù)字電路直接共用一個電源，會引入比較大的干擾，從而影響壓力傳感器、運放以及MCU的正常工作，所以設(shè)計成氣泵、氣閥不與其它器件接在一起，直接由電池供電。

　　另外，血壓計的重要采集數(shù)據(jù)通過運放放大的袖帶氣壓和隔直后的脈搏波，由于它們都是通過微小的信號放大后得到的，所以A/D轉(zhuǎn)換的設(shè)計也極為重要。系統(tǒng)采用智能充氣測量、自動降壓，在降壓的過程中進(jìn)行測量。由于在氣閥工作降壓的時候，電源受到波動，如果用系統(tǒng)電源直接拿來作為A/D的參考電壓基準(zhǔn)，必然會給測量帶來誤差。采用National Semiconductor的LM385作為A/D轉(zhuǎn)換的電壓基準(zhǔn)連接到芯片的VREF+引腳，確保采集的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換準(zhǔn)確。

　　LCD顯示模塊的設(shè)計

　　如圖4、5所示，為了使用戶更為方便、簡單地使用本系統(tǒng)，采用LCD顯示。

　　松下的MN101EF32D芯片內(nèi)置了LCD驅(qū)動模塊，可以直接驅(qū)動LCD。先初始化LCD方式控制寄存器1(LCDMD)，它是8位寄存器，用來指定LCD時鐘、LCD顯示的ON/OFF、顯示占空比等。