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1、单片机在医学信号检测仪中的应用hanjuan导语：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。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开展，医学检测仪器正向组合式、多功能、智能化和微型化方向开展。当代数字部件的快速开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，进步其稳定性和数据处理的准确性，使医学信号的收集、处理、通讯一体化，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
2、是很引人注目的一款微处理器。这种芯片基于新的RISCReducedInstructionSetComputer构造，在设计上采用了流水线的构造，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才能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，利用构造化、模块化程序设计的思想，实时地对8路人体生理信号进展采样，对数据实行压缩和优化处理，以115200bps的速率和上位PC机进展串行数据传输。2硬件构成21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8
3、MHz时，一条指令的执行时间仅为125ns，这种AVR单片机的构造有利于用C语言编程，进而能高效地开发出目的产品。为了对目的代码大小进展优化，AVR单片机采用了大型快速存取存放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可以获得接近1MIPSMHz的性能。它将32个工作存放器和丰富的指令集联结在一起，使所有的工作存放器都和ALUArithmeticLogicUnit，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个独立的存放器。Atmega163具有16K字节的Flash存储器，512字节在线可编程E2PROM，1024字节S
4、RAM，外围有全双工UART串行通讯接口。此外，它还有2个具有比拟形式的可预分频的8位定时器计数器，1个可预分频，具有比拟、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，假如AD功能制止，那么A口是一个8位双向IO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。微处理器收集数据时，通过控制ADMUX存放器进展通道路号选择，读取的数据由CPU作进一步处理。22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RS232的5条信号
5、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，仅在初始化时产生上下电平，RTS设为12V，DTR设为12V。三极管Q1的作用是使信号反相，并输出RS232电平。电气的平安性，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，对模拟信号进展隔离，这种隔离技术的缺乏之处是：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，那么可以克制上述缺陷。光电隔离器6N137是把发光二极管与光敏管组合封装在
6、一起的器件见图2中方框内。由于两个局部之间是电气隔离的，光电隔离器件能圆满解决信号隔离与电平匹配的问题。通过这一隔离电路，可使PC机系统电源和测量仪器局部的电源完全隔分开来，进而保证医学仪器的平安性，防止电击危险，减小患者漏电流，同时也减少了计算机对检测电路的干扰。3软件设计软件流程图如图3所示。软件局部采用模块化、构造化程序设计方法，利用汇编语言编写，有关模块功能如下。31初始化设置SP初值，把程序用到的内部RAM区清0，给数据收集通道计数器赋初值8，设置波特率115200。32数据收集与AD转换按预先确定的采样顺序对各路信号进展采样，由于AD转换需要一定的时间，所以，延时等待的时间应略大于
7、转换完成时间。前一路转换完成后，应立即启动下一路开场转换。由于模拟信号经AD转换后，成为10位数字信号，所以，我们用2个字节来存储该数据，高字节存储高8位数据，低字节高位存储最低的两位数据，后6位补0。同时，把采样通路号加在最低3位字节上，以便与上位PC机通讯时，上位机能及时准确地判定该数据来自哪一通道，进而方便地对各路数据作相应处理。最后把转换完成的数据，按先后顺序依次存储在内RAM里。利用R0间接寻址的方式，把RAM里的数据取出，按115200bps的波特率逐个字节向PC机发送，发送完8通道共16个字节后，进展下一轮的采样。34上位PC机接收数据程序上位机通讯程序由两局部组成：初始化子程序
8、，中断数据接收子程序。4完毕语由上面提供的硬件电路和软件，制作成串行通讯接口电路，能可靠、稳定地工作，实现多路信号的收集、转换和数据无过失传输，同时，可以知足医学仪器平安性的要求，为临床人体生理信号测量，及病理诊断提供帮助。参考文献1叶勇建主编AVR高速嵌入式单片机原理与应用北京：北京航空航天大学出版社，20002吴效明，李斌，崔文生，等多道生理参数检测与分析软件系统研究暨南大学学报，2000，2113孙红军，孙秀云，周学铁用C语言设计高速三线串行通讯程序电子技术应用，19974杨福生论生物医学信号处理研究的学科开展战略生物医学工程的今天与明天第1版天津：天津科技翻译出版公司，1998：4654830