人体健康检测器.doc

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1、毕业设计（论文）题 目 ：人体健康监测器英文题目 ：Monitoring human health equipment 学生姓名 ： 班 级 ： 指导教师 ： 专 业 ：机电系自动化 二零零二六 年 六 月43摘要随着现代人生活节奏的加快以及生活质量的提高，人们对自身健康状况越来越关注，人们希望能随时、简单、方便的对身体进行检查，因此，一些体积小的便携式或者家用的健康监测装置，比如：体温表、电子血压计等由于操作简单，受到人们的欢迎。但是，这些装置大多功能单一，如果需要随时对多种健康指标进行监测，必须随身携带多种监测装置，给使用者带来了麻烦。本设计是一种随身携带的监测人体健康的仪器。包含了一个或

2、多个传感器，模/数转换器将采集的信号转换为数字信号发送给中央处理单元：中央处理单元将数字信号转换为人体健康数据，通过显示器等外部设备显示给用户。它综合了一系列单一健康监测器的功能，可同时对人体的体温、血压和脉搏进行监测，让用户随时了解自己的身体状况关键词。A/D574转换器芯片、INA102集成仪表用放大器、8279芯片、8031芯片SummaryAlong with modern people rhythm of life quickening as well as quality of life enhancement, the people more and more pay atten

3、tion to own state of health, the people hoped can as necessary, simple, convenient carry on the inspection to the body, therefore, some volumes small portable or home use health monitor installment, for instance:Clinical、 thermometer, electronic sphygmomanometer and so on because operates simply, re

4、ceives peoples welcome. But, these installment mostly function is unitary, if needs as necessary to carry on the monitor to many kinds of healthy targets, must carry many kinds of monitor installment along with, has brought the trouble to the user.This design is the monitor human body health instrum

5、ent which one kind carries along with. Has contained or many sensors, the mold/The number switch will gather the signal will transform into the digital signal transmission for the central processing element: The central processing element transforms the digital signal into the human body healthy dat

6、a, through the monitor and so on the external instrumentation demonstrated gives the user. It synthesized a series of sole healthy monitor function, may simultaneously to the human body temperature, the blood pressure and the pulse carries on the monitor, lets the user understand own as necessary bo

7、dily condition。Key wordA/D574A Switch,INA102 Integrates the measuring appliance to use the amplifier，8279 chips，8031 chips毕业设计 目录目录绪论1 1. 设计方案 31.1 设计任务和要求 31.2 设计思路 31.3 硬件框图 31.4 中心处理器8031芯片介绍 41.4.1 主要功能 41.4.2 内部结构 62. 硬件部分 92.1 温度传感器 9 2.1.1 半导体热电阻传感器 9 2.2.2 传感器温度补偿102.2 压力传感器102.2.1 BP01的主要性能

8、参数 102.2.2 工作原理122.2.3 调试方法132.3 A/D转换电路132.3.1 A/D转换器芯片AD574A142.3.2 A/D转换器接口电路162.4 整行放大电路162.4.1 放大电路的特点162.4.2 INA102集成仪表用放大器 182.5 键盘扫描电路 192.5.1 8279芯片主要部件介绍 212.5.2 由CPU向8279写入的8种命令字 222.5.3 共阴极LED数码管242.6 存储器扩展2716和74LS373252.6.1 74LS373芯片252.6.2 存储器扩展接线电路263. 软件部分 293.1 软件流程图293.2 子程序流程图303

9、.2 运行程序32结论 37致谢 38参考文献 38毕业设计 绪论绪论近年来不明流行病毒横行，加上跨国移动日益频繁，造成病毒传迅范围越来越广且快速，常会在短期內造成大范围流行，已足以威胁人类的生存，因此自主性的健康管理越來越受重视。本设计就提出一套生命机能监测系统，用于个人自主健康管理，以防治流行性病毒扩散，并以实用性、经济性、可靠性与方便携带性为设计目标，期能达到大众化需求的商业目标。此人体健康监测系统主要包含两种生理现象监测：体温与脉搏。此装置系统架构分为四部份：讯号采集单元、讯号转换处理单元、微控制器单元、显示界面单元。造型架构以表型携带式为目标，便于长期佩带，并配合相关医学研究数据做资

10、料分析，以早期发现生理机能的变异，并发出警讯提醒使用者接受进一步检查。一般而言，生命机能常被指為体温、心跳、呼吸、血压等，当这些生命机能有所变异时，往往代表人体出現异状，须进一步检查，尤其在2003年SARS扩大传染期间，发烧为病毒传染的分界点，以公共卫生病理学來说，体温对于控制病毒传染极为重要。本生命机能监测系统将针对体温、脉搏进行监测，并对监测资料做长期分析，当生理机能有一定程度变异时提出适当警示，让使用者更了解自身生理变化，也提供医生诊断时初步的依据。本文规划设计一個生命机能监测系统，旨在自主检查个人、病患或须监视生命机能的老人与小孩等对象的心跳与体温度等生命迹象，必要时可透过射频讯号传

11、送回中央监控系统，即时掌握个人生理资料。该系统拟设计为手表大小以方便携带，能应用与独居老人、安养院、幼稚园与住院病患或一般大众须自主管理者，对于SARS、禽流感或感冒流行期间，須即时监控体温及心跳資料時非常方便。人体健康监测系统运用现状目前市场上健康监测系统的仪器很多，例如：体温表、血压计等单一监测人体某一健康指标的仪器，单这些装置的功能都很单一，果需要随时对多种健康指标进行监测，必须随身携带多种监测装置，给使用者带来了麻烦。像老人或者小孩子等身体健康状况很敏感的群体，单一的监测仪器对他们并不能100%的监测起来，也许某一个机能的变异都可能引起大的疾病，所以本设计就是针对这写群体，能对他们主要

12、的健康指标都进行监测，以便及时的让使用者发现自身的身体健康状况，并进行相应的处理，以避免身体状况的恶化。人体健康监测系统的设计思路本设计重要由四个单元组成：信号采集单元、信号处理及转换单元、微处理器单元、显示界面单元。信号采集单元可分为两个部分，体温信号采集单元和脉搏信号采集单元。脉搏信号采集单元，我们选用的是为测量血压而专门选用的BP01压力传感觉器，它采用精密厚膜陶瓷芯片和尼龙塑料封装，具有高线性、低噪声和外界应力小的特点；采用内部标定和温度补偿方式，从而提高了测量的精度、稳定性以及可重复性，在全量程范围内，精度为1，零点失调不大于300V。体温信号采集单元，我们采用高精确度1%的热敏电阻

13、(R33)，溫度范围挑选工作在25 45 的元件即可；而電路則采用惠斯登电桥电路，以取得精准的电压差值，然后再使用差动电路将取出电压值让类比/数位转换器使用信号处理方面，由于所采集信号太弱，必须通过整型和放大，而微计算机所能接受的为数字信号，还必须通过A/D转换成数字信号，才能送处理器进行信息处理。处理器单元，是以8031为主芯片，扩展存储器2716和锁寸器74LS373为存储单位构成了整个的处理器单元。显示单元的功能主要是实现人机对话功能。8279芯片在扩展显示器和键盘时功能强、使用方便。其功能是：接收来自键盘的输入数据并作预处理；完成数据显示的管理和数据显示器的控制。本设计是以建置一表型生

14、命机能监视系统为主轴，目的是让使用者可初步掌握自身的生理状况，而其长期监控的特性也可做为医师診断时初步的依据。毕业设计 设计方案1 设计方案1.1 设计任务和要求能够单独监测人体的体温和脉搏，或者同时监测体温度和脉搏，用4位数字显示，其中1位作功能识别，其余3位显示数据，体温设1位小数。 设置心跳指示灯，能同步显示心跳情况。具有超长报警。能存储较长时间（比如一昼夜24小时）的监测数据，利用串行口与PC机通讯，将存储数据进行打印分析。1.2 设计思路这是一个与单片机为主控制器，扩展适当的接口电路，构成一个单片机系统，完成多项监测功能的仪表。系统选用8031单片机，接口电路需要有系统监控程序存储器

15、EPROM、检测数据存储器RAM、显示接口电路、音响报警电路、被测信号输入电路、以及采样的温敏和压敏传感器等。如果做成便携式，则全部选用CMOS芯片、LCD显示组件。测量准确与否的先决条件是获得准确的被测信号，这就要求选择用合适的传感器。体温检测可选用性能稳定的MF-51型半导体热敏电阻，其输出放大后经A/D转换电路送入单片机，检测量程可固定在3045摄氏度之间，以减小非线性影响，提高检测精度。脉搏和心律的检测可选用半导体压敏传感器，将动脉血压变成脉象波形送入单片机。一般，心律和脉搏的跳动是同步的。检测脉搏的通常方法是测量一个基准时间里脉动次数，然后换算成每分钟的数目。但是这种方法不能快速跟踪

16、信号的变化，误差较大。如果采用测量跳动的周期T，再换算成脉动频率，使用单片机内部的定时？计算器作计时，则能获得较理想的效果。1.3 硬件框图图中的温敏检测电路可以检查人体的体温，由于人是恒温动物，所以温敏检测要调节到3045度，所以选用了半导体热敏器，输出后通过放大器和A/D转换，输出的型号可定在3045度，达到了设计要求。 同理，压力传感器是用来检测脉搏的，通过放大器，输出脉冲信号，送入单片机。 单片机把送入信号同过转换，输送到显示器和报警器中，则人可以通过显示和警报的到身体状况的指标。温度传感器压力传感器放大器放大器A/D 转换器整形电路单片机8031存 储 器数码显示声 光 报 警键盘选

17、择图1-1 人体健康监测器硬件框架图1.4 中心处理器芯片介绍（8031芯片）1.4.1 主要功能MCS-51单片机是美国INTE公司于1980年推出的产品，与MCS-48单片机相比，它的结构更先进，功能更强，在原来的基础上增加了更多的电路单元和指令,指令数达111条，MCS-51单片机可以算是相当成功的产品，一直到现在，MCS-51系列或其兼容的单片机仍是应用的主流产品，本设计中中心处理芯片就是选用的8031芯片。MCS-51系列单片机主要包括8031、8051和8751等通用产品. 下表是80C51系列单片机的主要分类及功能特性： 系列 典型芯片 I/O口 定时/计数器 中断源 串行通信口

18、 片内RAM 片内ROM 51系列 80C31 4x8位 2x16位 5 1 128字节 无 80C51 4x8位 2x16位 5 1 128字节 4kB掩膜ROM 87C51 4x8位 2x16位 5 1 128字节 4kBEPROM 89C51 4x8位 2x16位 5 1 128字节 4kBEEPROM 52系列 80C32 4x8位 2x16位 6 1 256字节 无 80C51 4x8位 2x16位 6 1 256字节 8kB掩膜ROM 87C52 4x8位 2x16位 6 1 256字节 4kBEPROM 89C52 4x8位 2x16位 6 1 256字节 4kBEEPROM 图

19、1-2 MCS-51单片机基本结构示意图（1） 一个8位微处理器。（2） 数据存储器RAM和特殊功能寄存器SFR。（3） 两个定时器/计数器，有以对外部事件进行计数，也可用做定时器。（4） 四个8位可编的I/O（输入/输出）并行端口，每个端口既可做输入，又可做输出。（5） 一个串行端口，有于数据的串行通信。（6） 中断控制。（7） 内部时钟电路。1.4.2 内部结构8051是MCS-51系列单片机中的代表产品，它内部集成了功能强大的中央处理器，包含了硬件乘除法器、21个专用控制寄存器、4kB的程序存储器、128字节的数据存储器、4组8位的并行口、两个16位的可编程定时/计数器、一个全双工的串行

20、口以及布尔处理器。它含有运算器、控制器、片内存储器、4个I/O接口、串行接口、定时器/计数器、中断系统、振荡器等功能部件。SP是堆栈指针寄存器，栈区占用了片内RAM的部分单元；未见通用寄存器（工作寄存器），因单片机片内有存储器，与访问工作寄存器一样方便，所以就把一定数量的片内RAM字节划作工作寄存器区；PSW是程序状态字寄存器，简称程序状态字，相当于其它计算机的标志寄存器；DPTR是数据指针寄存器，在访问片外ROM，片外RAM，甚至扩展I/O接口时特别有用；B寄存器有称乘法寄存器，它与累加器A协同工作，可以进行乘法和除法操作。以算数逻辑单元ALU为核心，含累加器，暂存器，程序状态字PSW，B寄

21、存器。51系列单片机的算逻辑单元除能完成带进位位加法，不带进位位加法，带进位位减发，加1，减1，逻辑与，逻辑或，逻辑异或，循环移位以及数据传送，程序转移等一般操作外，其特点是：在B寄存器配合下，能完成乘法与除法的造作。可以进行多种内容交换操作，能作比较判跳操作，有很强的位操作功能。8051中集成了完善的各种中断源，用户可十分方便地控制和使用其功能，使得它的应用范围加大，可以说它可以满足绝大部分的应用场合。图1-4 MCS-51系列单片机的内部结构框图MCS-51系列单片机有40个引脚。用HMOS工艺制造的芯片采用双列直插式封装。低功耗的，也有用方型封装结构的。主电源引脚Vcc：接+5V电源正端

22、。Vss：接+5V电源地端。外接晶体引脚XTAL1：片内反相放大器输入端。XTAL2：片内反相放大器输出端。外接晶体时，XTAL1与XTAL2各接晶体的一端，借外接晶体与片内反相放大器构成振荡器。输入/输出引脚P0.0P0.7：P0口的8个引脚。在不接片外存储器与不扩展I/O接口时，可作为准输入/输出接口。在皆有片外程序存储器或扩展I/O接口时，P0口分时复用位低8位地址总线和双向数据总线。P1.0P1.7：P1口的8个引脚。可作为准双向I/O接口使用。对于52子系列，P1.0与P1.1还有第二种功能：P1.0可用作定时器/计数器2的计数脉冲输入端T2；P1.1可用作定时器/计数器2的外部控制

23、端T2EX。P2.0P2.7：P2口的8个引脚。一般可作为准双向I/O接口；在接有片外存储器或扩展I/O接口且寻址范围超过256个字节时，P2口用为高8位地址总线。P3.0P3.7：P3口的8个引脚。除作为准双向I/O接口使用外，还具有第二功能。P3.0 RXD（串行输入口）。P3.1 TXD （串行输出口）。P3.2 INT0 （外部中断0请求输入端）。P3.3 INT1 （外部中断1请求输入端）。P3.4 TO (定时器/计数器0计数脉冲输入端)。P3.5 T1 (定时器/计数器1计数脉冲输入端)。P3.6 WR (片外数据存储器写选通信号输出端)。P3.7 RD （片外数据存储器读选通信

24、号输出端）控制线ALE/PROG：地址锁存有效信号输出端。在访问片外程序存储器期间，每机器周期该信号出现两次，其下降沿用于控制锁存P0口输出的低8位地址。对于片内含EPROM的机型，在编程期间，此引脚用作编程脉冲PROG的输入端。PSEN：片外程序存储器读选通信号输出端，或称片外取指令信号输出端。在向片外程序存储器读取指令或常数期间，每个机器周期该信号两次有效（低电平），以通过数据总线P0口读回指令或常数。RST/Vpd：RST是复位端。单片机的振荡器工作时，该引脚上出现两个机器周期的高电平就可以实现复位操作，使单片机回复到初始状态。EA/Vdd：片外程序存储器选用端。该引脚有效（低电平）时只

25、选用片外存储器，否则计算机上电或复位后先选用片内程序存储器。图1-5 8031引脚单片机的引脚配置图毕业设计 硬件部分2 硬件部分2.1 温度传感器设计中，采样的是人体的体温，所测的量是非电量，所以要用到温度传感器进行采样，将这中温度转换为电信号才能输入系统进行信息转换和处理。所以传感器是实现这个设计的首要环节。这里要求对体温进行采样，所以选用了温度传感器，由于人是恒温动物，所以这里的温度变化不会太大，就要我们选择合适的温度传感器。这里我们选用半导体热电阻传感器，他主要就是对温度和与温度有关的参量进行检测。2.1.1 半导体热电阻传感器热敏电阻传感器应用范围很广，可用做温度测量、温度控制、温度

26、补偿、稳压稳幅、自动增益调整、气压稳定、气体和液体分析、火灾报警、过负荷保护和红外探测等方面。本设计中主要是对人体体温的测量，下面我们介绍一下温度传感器的温度测量方法。热敏电阻传感器可用于液体、气体、固体、固熔体、海洋、深井、高空气象、冰川等方面的测量。他的测量范围一般为-10度到300度，也可以做200读到10度和300度到1200度，电路图如下，图中的Rt为热敏电阻，R2、R3为平衡电阻，R1为起始电阻，R4为满刻度电阻，R7R9为分压电阻，R5、R6为uA表修正、保护电阻。然后将电桥输出接到放大器的输入端，这样测量电路的精度可达到0.1度，感温时间10S以下。图2-1 测量温度的电路图2

27、.2.2 传感器温度补偿上述电路中所用的零件多数是由金属丝做成的，金属一般具有正的温度系数，采用负温度系数的热敏电阻进行补偿，可以抵消由于温度变化所产生的误差。实际应用时，将负温度系数的热敏电阻与锰铜丝电阻并联后在与补偿元件串联，以消除热敏电阻的温度系数变化所引起的误差，提高测量的精度。图2-2 仪表中的电阻温度补偿2.2 压力传感器压力传感器是一中典型的电能型传感器，就敏感元件本身来说是最简单的一种，他以某些电介质的压力效应为基础，在外力作用下在电介质的表面上产生电荷，从而实现力电荷的转换，所以他能测量最终能变换成力的那些物理量。设计中要求对血压力进行采样，而BP01型压力传感器是为监测血压

28、而专门设计的，主要用于便携式电子血压计。它采用精密厚膜陶瓷芯片和尼龙塑料封装，具有高线性、低噪声和外界应力小的特点；采用内部标定和温度补偿方式，从而提高了测量的精度、稳定性以及可重复性，在全量程范围内，精度为1，零点失调不大于300V。2.2.1 BP01的主要性能参数 BP01的内部等效电路和外形封装如下图所示；表所列为BP01在电源电压Vs为50V、环境温度TA为25时的主要性能参数。图2-3 BP01内部电路和封装图BP01的极限参数如下： 最大工作电压：20VDC； 最大耐压：1500 mmHg； 工作温度范围：070； 引脚焊接温度（最大值）：250（24秒）表2-1 BP01的性能

29、参数表2.2.2 工作原理用BP01构成的便携式电子血压计的原理电路如下所示，它由偏置电源电路（A1、A2）、前置处理电路（A3A6）、显示电路（A7）和压力传感器（BP01）组成，该血压计的血压测量范围为0200mmHg，分辨率为01mmHg，工作电源为一节9V迭层电池。现将血压计中各主要电路的工作原理分述如下：图2-4 BP01构成的便携式电子血压计电路原理图偏置电源电路：电源电路由带有内置参考电压的双运放LM10组成，A1构成同相放大器，A2构成跟随器，它们的作用是将内置的参考电压放大后用作压力传感器BP01的偏置电压Vs，其Vs的值由下式决定：VsVref（1R2R3）式中：Vref为

30、LM10的内置参考电压。其值为200mV，将此值连同电路中的R2/R3的值代入上式即可求得偏置电压Vs的值为5V。前置处理电路： 前置处理电路由A3A6四个运算放大器组成，其中A3构成失调偏置电路以对电路失调进行补偿；A5构成跟随器，用于对压力传感器BP01的输出信号进行隔离缓冲；A4、A6构成放大电路，其增益AV由下式决定：AV1（R1RT）若忽略失调，前置处理电路的输出电压Vout为：Vout2（1R1RT）VIN式中：VIN为压力传感器BP01的输出电压。显示电路： 显示电路选用三位半的显示驱动器。工作时，压力传感器BP01的输出经前置处理电路放大后，由显示驱动电路来驱动LCD，以读出测

31、量的血压值。 2.2.3 调试方法 零压输出调整：零压输出时，调整失调电位器RP1，在血压计的显示值为0000时，即可认为完成了零压输出调整。前置电路增益的调整： 压力传感器BP01的满量程输出与偏置电压有一定的关系，当5V偏置时，在200mmHg压力下的输出为10mV，其对应的显示驱动电路的输入为200mV，因此前置电路的增益AV为200mV10mV，这样，利用前面Av的计算公式即可反推出增益电阻RT的值。 若选取电阻R1为10k，则增益电阻RT应为11k。调试时可先用电位器调整输出值，再用万用表测出该电位器的阻值，最后再换成固定电阻。满量程调整： 满量程调整时，先在显示电路的输入端加上20

32、0mV电压，然后调整电位器RP2，使其读数为1999mmHg即可。 上调整完成之后，一般应多重复几次，以使显示值可靠地符合精度要求。2.3 A/D转换电路由于数字电子技术的迅速发展，尤其是计算机在自动控制、自动检测以及许多其他领域中的广泛应用，用数字电路处理模拟信号的情况也更加普遍了。为了能够使用数字电路处理模拟信号，必须把模拟信号转换成相应的数字信号，方能送如数字系统进行处理。这种能进行模数转换的电路就叫A/D转换电路。这个设计中就是要把传感器采样收集的模拟信号转换成数字信号，在通过显示系统显示出来。设计中所应用的就是AD574A芯片进行了A/D转换。2.3.1 AD转换器芯片AD574AA

33、D574A是一种高性能的12位逐位逼近式A/D转换器；分辨率为1/212 = 0.024%；转换时间为25s,适合于在高精度快速采样系统中使用；内部结构大体与ADC0809类似，由12位A/D转换器、控制逻辑、三态输出锁存缓冲器与10V基准电压源构成，可以直接与主机数据总线连接，但只能输入一路模拟量，AD574A也采用28脚双立直插式封装。图2-5 AD574A结构框图各引脚功能如下：Vcc：工作电源正端，+12 VDC或+15 VDC。VEE：工作电源负端，-12 VDC或-15 VDC。VL：逻辑电源端，+5 VDC。虽然使用的工作电源为12VDC或15 VDC， 但数字量输出及控制信号的

34、逻辑 电平仍可直接与TTL兼容。DGND，AGND：数字地，模拟地。REF OUT：基准电压源输出端，芯片内部基准电压源为+10.00 V1。REF IN：基准电压源输入端，如果REF OUT通过电阻接至REF IN，则可用来调量程。STS：转换结束信号，高电平表示正在转换，低电平表示已转换完毕。DB0-DB11：12位输出数据线，三态输出锁存，可与主机数据线直接相连。CE：片能用信号，输入，高电平有效。CS：片选信号，输入，低电平有效。R/ C：读/转换信号，输入，高电平为读A/D转换数据，低电平为起动A/D转换。12/8：数据输出方式选择信号，输入，高电平时输出12位数据，低电平时与A0信

35、号配合输出高8位或低4位数据。12/ 8不能用TTL电平控制，必须直接接至+5V(引脚1)或数字地(引脚15)。A0：字节信号，在转换状态，A0为低电平可使AD574A产生12位转换，A0为高电平可使AD574A产生8位转换。在读数状态，如果12/ 8为低电平，A0为低电平时，则输出高8位数，而A0为高电平时，则输出低4位数；如果12/8为高电平，则A0的状态不起作用。CE、CS、R/C、12/8、A0各控制信号的组合作用，列于表2-2。表2-2 AD574控制端标志意义CECSR/C12/0A0工作状态0XXXX禁止X1XXX禁止100X0启动12位转换100X1启动8位转换101接+5VX

36、12位并行输出有效101接0V0高8位并行输出有效101接0V1低4位并行输出有效10VIN，20VIN，BIP OFF：模拟电压信号输入端。单极性应用时，将BIP OFF接0 V，双极性时接10 V。量程可以是10 V，也可以是20 V。输入信号在10 V范围内变化时，将输入信号接至10 VIN；在20V范围内变化时，接至20VIN。模拟输入信号的几种接法如下表所示，相应电路如下图所示。图2-6 AD574A模拟端接法图表2-3 模拟输入信号的几种接法2.3.2 AD转换器接口电路在计算机控制系统中，同模拟量输出通道一样，模拟量输入通道也是以模板或板卡形式出现的，A/D转换模板也需要遵循I/

37、O模板的通用性原则：符合总线标准，接口地址可选以及输入方式可选。前两条同D/A模板一样，而输入方式可选主要是指模板既可以接受单端输入信号也可以接受双端差动输入信号。 在结构组成上，A/D转换模板也是按照I/O电气接口、I/O功能逻辑和总线接口逻辑三部分布局的。其中。I/O电气接口完成电平转换、滤波、隔离等信号调理作用，I/O功能部分实现采样、放大、模/数转换等功能，总线接口完成数据缓冲、地址译码等功能。2.4 整行放大电路2.4.1 放大电路的特点在电子信息系统中，通过传感器或者其他途径所采集的信号往往很小，不能直接进行运算、滤波等处理，必须进行放大。本设计中所的的信号为人体的体温、脉搏、心跳

38、，都是弱信号，所以这里我们选用集成仪表用放大器，也称为精密放大器，用于弱信号放大。由上可知，传感器所的的信号是放大器的来源，多数传感器的等效电阻均不是常量，它们随所测物理量的变化而变。这样，对于放大器而言，信号源内阻R5变量，根据电压放大倍数的表达式： 可知，放大器的放大能力将随信号大小而变。为保证放大器对不同幅值信号具有稳定的放大倍数，必须使得放大器的输入电阻 ， 愈大，因信号源内阻变化而引起的放大误差就愈小。此外，从传感器所获得的信号常为差模小信号，并含有较大共模部分，其数值有时远大于差模信号。因此，要求放大器应具有较强的抑制共模信号的能力。综上所述，仪表运放大器除具备足够大的放大倍数外，

39、还应具有高输入电阻和高共模抑止比。集成仪表用放大器的具体电路多种多样，但很多电路都是在下图中演变而来的，根据运算电路的基本分析方法，下图电路中，UA=U11，UB=U12，因而图2-7 三运放构成的精密放大器所以输出电压设 ，则 当 时，由于 ，R2中电流为零， ，输出电压 ，可见，电路放大差模信号，抑制共模信号。差模放大倍数值愈大，共模抑制比愈高。当输入信号中含有共模噪声时，也将被抑制。2.4.2 INA102集成仪表用放大器如图所示为型号是INA102的集成仪表用放大器，图中各电容均为相位补偿电容。R1、R2、R3与上图（三运放构成的精密放大器）中的R2对应，R4、R5与上图中的R1对应；

40、第二级电路的电压放大倍数为1。INA102的电源和输入级失调调整引脚接法如下图所示，两个1 F电容为去耦电容。改变其它管脚的外部接线可以改变第一级电路的增益，分别为1、10、100和1000四种情况，接法如下表所示。INA102的输入电阻可达10000M，共模抑止比为100dB，输出电阻0.1，小信号带宽为300kHz;当电源电压+-15V时，最大共模输入电压为+-12.5V。表2-4 INA102集成仪表用放大器增益的设定增 益引脚连接增 益引脚连接16和71003和6和7102和6和710004和7，5和6图2-8 INA102的外接电源和输入级失调调整图2-9 INA102的集成仪表用放

41、大器2.5 键盘扫描电路 由80C51系列单片机构成的小型测控系统或智能仪表中，常常需要扩展显示器和键盘以实现人机对话功能。8279芯片在扩展显示器和键盘时功能强、使用方便。其功能是：接收来自键盘的输入数据并作预处理；完成数据显示的管理和数据显示器的控制。如果单片机应用系统采用8279管理键盘和显示器，则软件编程极为简单，显示稳定，且减少了主机的负担。8279是一种可编程的键盘/显示器借口芯片，他含键盘输入和显示输出两中功能。键盘部分提供的扫描方式，可以和64个按键或传感器的阵列相连。能自动消除开关抖动以及N个键同时按下的保护。显示部分按扫描的方式工作。可以显示8或16位LED显示块由于这个设计需要人机对话，所以这里选用8279芯片来组成了人机对话窗口，将采样获得的信号通过8279显示给用户。下面是8179芯片的介绍。 图2-10 8279芯片引脚图 图2-11 8279基本结构示意图表2-5 各引脚的功能表引脚符号引脚号引脚名称与功能Vcc40电源的+5V端Vss20电源的OV端RESET9复位信号输入端RD10读信号输入端WR11写信号输入端A021系统地址总线最低位输入端CS22片选端CLR3时钟输入端IRQ4中断请求信号输出端D7D0