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基于单片机AT89C51的电子血压计的设计
资料介绍
基于单片机AT89C51的电子血压计的设计
设计的电子血压计是采用示波法测量原理， 以AT89C51 单片机为控制核心，辅以
US9111-006-D 型压力传感器与 MCU 之间模拟信号处理，通过 ADC0808 转换器完成数字
信号转换以及液晶显示、报警、自动关机等电路来实现家用电子血压计的设计。在本次设
计中，通过对模拟脉搏波的输入进行放大，通过 AD 转换器来进行模拟信号到数字信号的
转换，最后通过单片机进行处理，来完成显示、比较、储存、查询等功能。
关键词：血压计；传感器；液晶显示； AT89C51 单片机
设计系统最终要实现的
性能指标如下：
1) 显示范围：0-299mmHg
2) 测量范围：40-270mmHg
3) 脉率：40-200 次/分
4) 放气速率：2.3-6.0mmHg/
5) 分辨率：1mmHg
6) 静态压力基本误差： 3mmHg
7) 动态压力基本误差： 5-8mmHg
8) 脉率误差：5%
9) 低电压显示：当电池电压低于 4.0-0.2V 时，显示低压符号
10) 记忆功能：能显示前次测量值
11) 自动关机：5min
在单片机控制系统中，软件是很重要的一部分。本设计编程采用的是汇编语言，用汇
编语言编程简单、开发快，指令执行的速度快，节省存储空间。本文主要介绍了基于
AT89C51 单片机的电子血压计的设计思路及方法，详细介绍了系统所实现的功能，系统的
设计方法，系统的总体构成，模块电路的设计步骤和系统的调试方法等内容。
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基于单片机 AT89C51的电子血压计的设计
姓 名 陈元邦
学 号
28010102009
专业班级 通信 08C
所在学院 电子信息学院
指导教师（职称）王桓（讲师）
完成时间 2012年 4 月
电子科技大学中山学院教务处制发
电子科技大学中山学院毕业设计（论文）任务书
题目名称
设计（论文）
的主要内容
和要求
推荐参考文
献
预期目标和
成果形式
起止时间
指导单位
指导教师
审核意见
审核签名
2011 年 9 月 20 日至 2012 年 4 月 30 日
年 月 日
年 月 日
电子科技大学中山学院毕业设计（论文）成绩评定表
评语：
设
计
（
撰
写
）
过
程
陈元邦同学在完成毕设的过程中，态度严谨。在研究了相关
理论的基础上，完成了血压计的设计和仿真，达到了产品的设计
要求。在短期内完成以上工作，殊为不易。论文文理流畅，理论
部分叙述完整，实践环节扎实，是一篇较为优秀的毕设论文。
指导教师：王桓
成绩 88
2012
年 05 月 02 日
评语：
论
文
评
阅
评阅教师：
年 月 日
成绩
评语：
论
文
答
辩
答辩组长：
年 月 日
年 月 日
成绩
总分
审核人：
基于单片机 AT89C51 电子血压计的设计
摘 要
随着现代科技的快速发展，所带来的就是高强度、高压力的生活；而随着物质生活水
平的提高以及城市老龄化比例的增长， 医疗电子器件的家庭化逐渐成为了一种趋势 ,其中家
用电子血压计就是典型的家庭医疗检测设备之一。血压作为人体重要的生命参数，对其精
确测量具有重要意义，特别是在临床医学和人体保健工作中十分重要。
目前,血压计大致上可分为两种：第一种是汞柱式血压计，其优点为数值稳定，其缺点
为肉眼观察误差极大，主观性强，而且体积较大不易携带，必须在专业人员操作下进行；
第二种是电子式血压计，其优点为使用简易，操作简单，测量值便于记录，体积轻巧便于
携带。电子式血压计确实具备了诸多优点，越来越受到大众家庭的欢迎。
本文设计的电子血压计是采用示波法测量原理， 以 AT89C51 单片机为控制核心， 辅以
US9111-006-D 型压力传感器与 MCU 之间模拟信号处理，通过 ADC0808 转换器完成数字
信号转换以及液晶显示、报警、自动关机等电路来实现家用电子血压计的设计。在本次设
计中，通过对模拟脉搏波的输入进行放大，通过
AD 转换器来进行模拟信号到数字信号的
转换，最后通过单片机进行处理，来完成显示、比较、储存、查询等功能。
关键词：血压计；传感器；液晶显示； AT89C51 单片机
Based on single chip microcomputer
AT89C51 electronic blood pressure device
design
Abstract
With the rapid development in modern science and technology，the intensive strength and
high pressure are brought to us in our lives.With the continuous improvement of living standards,
as well as the increasing proportion of the aging of population,electronic medical equipment has
gradually becomea new trend in families,while electronic blood pressuremonitor is a typical
one of the family medical testing equipments.Blood pressure,being an significant life parameter
for human boday,plays an important role in accurate measurement,particularly in clinical
medicine and health protection areas.
At present,the blood pressure monitor can be roughly divided into two categories.The first
one is mercury sphygmomanometerwith its stablenumerical value as advantageand its great
visual observation error,high subjectivity,portable difficulty,necessity of being operated by health
care professionals as shortcomings.The second type is electronic blood pressuremonitors.Its
advantagesare included simple to use,convenientto operate,andeasy to record the measured
value,handy and portable. Electronic blood pressuremonitor has so many advantages,which
makes it more and more popular in public families.
The electronic blood pressure monitor,which is introduced in this paper,employs
oscillographic
testing
principle,centralized
by
the
AT89C51
single-chip
microcomputer,supplemented by US9111-006-D type pressure sensor and analog signal
processing between MCU,finishes the digital singal convertion,LCD,warning alarm,auto power
off circuits etc. By AD converter to realize a homely used electronic blood pressure monitor.In
this design,by amplifying the input from the analog pulse,converting the analog signal to digital
signal via using AD converter and lastly operating by single-chip microcomputer,the features of
displaying,comparing,storing and searching are finished.
Key words: blood pressure monitors; sensors; liquid crystal display; AT89C51 single-chip
目 录
基于单片机 AT89C51 电子血压计的设计 ................................................................................ III
前言................................................................................................................................................. 1
1 概 述......................................................................................................................................... 2
1.1 课题背景及意义 .................................................................................................................. 2
1.2 国内外发展现状 .................................................................................................................. 3
1.2.1 国外研究现状 ................................................................................................................ 3
1.2.2 国内发展现状 ................................................................................................................ 4
2 电子血压计设计原理 ................................................................................................................. 1
2.1 示波法测量血压原理 .......................................................................................................... 1
2.2 总体方案论证 ...................................................................................................................... 2
3 系统硬件设计 ............................................................................................................................. 3
3.1 血压传感电路 ...................................................................................................................... 3
3.2 滤波和放大电路 .................................................................................................................. 4
3.3 采样保持电路 ...................................................................................................................... 4
3.3.1 采样保持电路概述 ......................................................................................................... 4
3.4 AD转换电路 .......................................................................................................................... 5
3.4.1 ADC0808与单片机的接口电路 ...................................................................................... 5
3.4.2 AD转换概述 .................................................................................................................... 6
3.4.3 逐次比较式 A/D转换器的工作原理 ............................................................................ 8
3.5 微控制器电路 ...................................................................................................................... 9
3.5.1 微控制器模块 ................................................................................................................ 9
3.6 键盘和显示电路 ................................................................................................................ 11
3.6.1 液晶显示模块 .............................................................................................................. 11
3.6.2 键盘工作原理 .............................................................................................................. 12
3.7 总体硬件电路 .................................................................................................................... 14
4 系统软件的设计 ....................................................................................................................... 16
4.1 软件设计思想 .................................................................................................................... 16
4.2 软件设计流程图 ................................................................................................................ 16
5 系统调试 ................................................................................................................................... 24
5.1 硬件系统调试 .................................................................................................................... 24
5.2 软件调试 ............................................................................................................................ 24
5.2.1 KEIL UVISION2软件调试 ............................................................................................ 24
5.2.2 PROTEU软S件调试 ........................................................................................................ 25
5.3 软硬联调 ............................................................................................................................ 26
6 结 论....................................................................................................................................... 27
7 致 谢....................................................................................................................................... 28
8 参考文献 ................................................................................................................................... 29
附录............................................................................................................................................... 30
附录一：程序清单 ................................................................................................................... 30
附录二：原理图 ....................................................................................................................... 41
前言
经调查，现代人患心血管疾病的趋势逐渐导向低龄化，血压是反映血管阻力和全身血
容量的重要指标，在临床医学以及全麻病人的监护方面有极其重要的意义，而在平时日常
的生活中也要做好保健工作，如果能经常测量自己的血压，随时监测自己的健康情况，早
期发现问题，就能得到较好的治疗效果。
本次设计系统是基于 AT89C51 单片机为控制核心制作的电子血压计， 其中主要包括如
下模块：血压传感模块，即检测人体血压；滤波放大模块，即滤除不需要的测量量以及对
传感器检测的信号进行放大； AD 转换模块，即把模拟信号转换成数字信号送给单片机，
使用单片机来计算血压量的大小；微机控制模块，即是来处理血压的值计算出舒张压和收
缩压；LCD 显示模块，即实时显示舒张压和收缩压的值；按键模块，即用来对开
/关机、
启动电子血压计测量以及查询前次测量值，实现对电子血压计的设计；报警模块，即对超
出血压测量范围进行报警，及电池电压低于 4.0-2.0V 时报警等。该设计系统最终要实现的
性能指标如下：
1) 显示范围： 0-299mmHg
2) 测量范围： 40-270mmHg
3) 脉率：40-200 次/分
4) 放气速率： 2.3-6.0mmHg/
5) 分辨率：1mmHg
6) 静态压力基本误差： 3mmHg
7) 动态压力基本误差： 5-8mmHg
8) 脉率误差： 5%
9) 低电压显示：当电池电压低于 4.0-0.2V 时，显示低压符号
10) 记忆功能：能显示前次测量值
11) 自动关机： 5min
在单片机控制系统中，软件是很重要的一部分。本设计编程采用的是汇编语言，用汇
编语言编程简单、开发快，指令执行的速度快，节省存储空间。本文主要介绍了基于
AT89C51 单片机的电子血压计的设计思路及方法，详细介绍了系统所实现的功能，系统的
设计方法，系统的总体构成，模块电路的设计步骤和系统的调试方法等内容。
1 概 述
1.1 课题背景及意义
就一般而言，人过 40 岁以后会有血压升高的倾向。所以，经常监测自己的血压是保
证身体健康必不可少的一环。对于高血压患者，每天定时测量血压及时掌握血压变化的情
况，对调整和治疗病患更为有益。众所周知，高血压病对人的身体健康威胁很大。它能引
起心、脑血管疾病，如冠心病，心脏病、血栓和心肌梗塞，还有脑栓塞、脑溢血及中风等
重病，严重者危及生命已不少见。所以，及时、准确地掌握自己血压高、低压变化的情况，
适时治疗和采取有效措施具有十分积极的意义。以往测量血压都使用气压式血压计，这种
血压计除专业人士外一般人不容易掌握，且自己为自己测量多有不便
。现代电子科学技
术的发展使这一测量仪器也进人了电子时代——电子血压计。然而在中国，电子血压计并
没有走进千家万户，人们对电子血压计的准确性存在着怀疑。
关于“血压”和“血压计”的概念
“血压”一词，究其医学含义，是指血液在血管内流动时对血管壁产生的压力。随着
心脏的搏动， 此压力是变化的。在一个心脏脉动周期中，相应有“收缩压”
(平时所说的
“高压”)和“舒张压” (平时所说的“低压” )。而要直接测量这一压力，只有在手术中以
及必须对特殊病人进行“有创血压”监测时， 才能实现。人们在体检和平时保健监测中
所说的“血压”，通常是指在上臂肱动脉处测得的体表动脉压， 在医学上称为“无创血压”。
俄国科学家柯罗特柯夫发现了在体表对应处能听到动脉内血流冲击血管壁产生的脉动音，
为纪念他，把这种声音称为“柯氏音” (或“柯氏声” )。用可加压袖带锁闭肱动脉血流，
并缓慢释放袖带内压力，当此外压力与血管内的“收缩压”相同或略低时，
开始有动脉
血流，用听诊器监听到此时的“柯氏音”并同时观测到此时的袖带压力值，就可测出相对
应的“收缩压”与同样方法测出的“舒张压”— —这就是已有近 100 年历史的“听诊法”
汞柱式血压计的测量原理。所以，平常所说的“血压” ，都是指用“听诊法”在上臂肱动
脉处测得的“无创血压”值；而无特别指明时， “血压计”都是指袖带法“汞柱式血压计” 。
电子血压计和适用人群的选择
电子血压计有两种：手臂式和手腕式。手腕式电子血压计不适合患有末梢循环障碍的
人群，因为患有末梢循环障碍的病人手腕血压与上臂血压的测量值会相差很大。糖尿病、
高血压、高血脂和老年患者都会有不同程度的末梢循环障碍，也不宜选用手腕式电子血压
计，故手臂式血压计比较常用。
由于电子血压计采用的原理和水银血压计采用的原理不同
1) 过度肥胖者
,它也不适合下例人群使用：
2) 心率失常的病人
3) 脉搏极弱、严重呼吸困难和低体温病人
4) 连接人工心肺机的病人
5) 心率低于 40次/分和高于 240次/分的病人
6) 测压期间血压急剧变化的病人
7) 帕金森氏症患者。
目前市场上还有指套式血压计和手表式血压计，而严格来说其上两种都只能称为指端
脉搏压力计，因为其测量方式决定其所测得的 "血压"仅仅是指端脉搏压力值，与真实的动
脉血压值之间存在较大的差距，不能作为血压计使用。本次设计我选择的是手臂式电子血
压计的制作。
1.2 国内外发展现状
1.2.1 国外研究现状
电子式血压计目前的发展很快。较早期的产品是袖袋式的
, 多为半自动。近几年来所
生产的电子式血压计为全自动式较多 , 即所有操作只须按一下开始开关便可完成整个测量
过程, 测量结果全部是数字 , 除了显示收缩压、舒张压 , 还显示平均压和脉搏数 , 操作非常
简单。作为一个国际知名品牌，日本欧姆龙株式会社所生产的电子血压计在其领域内堪称
佼佼者，其医疗事业部的工作人员申报了大量的专利，在血压计的发展上铺垫了一条成熟
的道路，可以说欧姆龙电子血压计的发展代表了当今世界电子血压计的发展方向。其中近
几年具有代表性的实用性发明有以下一些。
在2003 年，尾浜昇研制出可以使测定精度提高的电子血压计，在测定血压时
MPU 控
制臂带内的压力，经带通滤波器等检测由于臂带压的压迫而产生的脉搏波，计算出所检测
到的脉搏波的波形特征量， 使用计算出的波形特征量计算血压并输出时， MPU 在可检测到
脉搏波的臂带压的范围内检测脉搏波。因而，由脉搏波的检测、波形特征量的计算及血压
的计算所构成的血压测定处理在可检测到脉搏波的臂带压的范围内进行，所以在不能检测
到脉搏波的范围内不进行上述处理，能够提高血压测定精度。
同年，白崎修研制出一种能够在同一设备上实现更短时间的血压测定功能和更正确的
血压测定功能的电子血压计。 电子血压计上装载了振量法测定部和 SPD 法测定部，该振量
法测定部是在慢慢改变压力的过程中计算血压，因此虽然测定需要时间，但使用较多的身
体信息量，能够高精度地计算血压； 该 SPD 法测定部是只使用 1 个或者几个动脉波计算血
压，因此虽然身体信息量少，测定精度因人而异，但能在短时间内完成。由于在以振量法
测定部测定时一并对 SPD 法测定部进行校正处理，因此，实质上可排除复杂的校正操作。
另外，由于不同动作 /特征的血压测定功能一体化于同一台电子血压计上，因此，不必要分
别购买不同的血压测定功能的血压计，方便且经济 。
在 2006 年，岸本宽志、泽野井幸哉、田中孝英、江田宪史等人研制出一种计算出血
压平均值的电子血压计。在该电子血压计中，将所测定的血压数据与有关测定时刻的信息
建立对应关系而存储在存储器中。然后，响应于对操作部
(存储调出开关 )进行操作，而检
(例如 10 分
索存储于存储器的血压数据中的、与从基准的血压数据的测定时刻起规定时间
钟)内的测定时刻建立着对应关系的血压数据，而作为特定数据。然后， 基于特定数据计算
出平均值，并将所计算出的平均值作为评价指标而进行显示。另外他们还研制出一种电子
血压计和血压测定方法，在血压计算之前，预先将空气密封于卷绕安装在血压测定部位上
的血压测定用袋内，参照该压力变化，根据进行相对于测定部位的卷绕的适合判定的过程
中的压力变化，掌握测定部位的周长。然后，当转到血压测定时，将施加于血压测定用袋
的压力加压或者减压，检测出血压测定用袋内的压力。按照预先掌握的测定部位的周长，
计算出基于所检测出的压力的血压。
除此之外还有一些其他一些公司的研究人员研制出比较具有代表性的电子血压计，例
如时至准钟表股份有限公司的研究人员中西孝研制出一种电子血压计及血压的测定方法，
它是一种以因脉搏振幅变化而形成的脉搏振幅变化波形和袖带（
cuff）压的变化为基础的
电子血压计，在该电子血压计中，由测定脉搏超过了第１阈值时的脉搏振幅和袖带压来决
定第１点，由测定脉搏超过了第２阈值时的脉搏振幅和袖带压来决定第２点，接着，决定
连接第１和第２点的脉搏振幅线性表达式，并根据脉搏振幅线性表达式计算最大压力。倘
采用本电子血压计，则即便是当血压计是把袖带装戴在被测定人的手腕上，脉搏振幅取决
于袖带的装戴方法而变化，或者，即便是脉搏某种程度地取决于被测定人的身体状况而波
动这样一种类型的电子血压计时，这种电子血压计仍可以精确地测定血压。
西铁城控股株式会社的中西孝、伊藤清研制出一种电子血压计，根据对袖带加压时的
脉动波信息，由测定结束压力计算机构计算测定结束压力。在减压过程中，如果由血压决
定机构决定最低血压值时的袖带压比测定结束压力低，则由测定结束判断机构判断测定结
束，由急速排气机构对袖带立即急速排气。在最低血压值决定时的袖带压比测定结束压力
不低时，继续测定，在袖带压变为比测定结束压力低时结束测定，立即对袖带进行急速排
气。从而，在该电子血压计中，能正确地决定最低血压值之后，迅速地使袖带内的流体急
速排气，缩短上臂等的压迫时间。
1.2.2 国内发展现状
国内的电子血压计的研究成果也很多，不乏优秀的产品。其中具有代表性的有：中国
人民解放军北京军区总医院研制的四肢血压同步测量仪，该电子血压计是一种四肢血压同
步测量仪，选用技术参数相近的四个电子血压计组装在同一机盒内，每两个血压计并联为
一组，分别接在启动按键和量程选择键上，可控制每组两个血压计同时启动；另设有延时
控制电路，使四个血压计适时启动，达到同步测量；该测量仪还配备有标准气带和可供粗
状肢体使用的加长加宽型气带。该测量仪能同步测量人体四肢的血压，为疾病的诊断提供
重要参数。
柯顿（天津）电工电器有限公司开发出一种一次性完成对血粘度、血管弹性和血压测
量的电子血压计，在传统血压计产品元件的基础之上，该装置还增加了包括血压数据提取
单元、脉搏波形提取单元和心率计算单元，从存储单元中输出的经放大的压力信号，以数
字信号形式的压力波形数据分别供给血压数据提取单元、脉搏波形提取单元和心率计算单
元作进一步的波形处理。这个实用性很强的新型电子血压计克服了传统脉搏波采集装置采
集脉搏波不易找准位置的弱点，增强抗干扰能力；将血压测量和采集脉搏波合二为一，操
作简便、快捷，排除了分开进行血压测量和采集脉搏波所带来的附加误差。
优盛医学科技股份有限公司的洪清溪研制出一种具有提示校正功能的电子血压计，包
括：控制单元、压力感测单元、测量电路、警示单元、按键输入单元、显示单元及电源单
元，控制单元加载有判断电子血压计使用年限 /次数的软件程序，在电子血压计电源开启后，
控制单元读取现在电子血压计的使用时间和使用次数， 判断其是否超过预设使用年限 /次数
的上限，若未超过所述上限，则直接测量压力值、血压值、心跳数等。若已超过预设使用
年限 /次数上限之一， 控制单元将输出信号至警示单元， 由警示单元产生信号提醒受测者，
同时微处理器将此信号传送至显示单元，由显示单元显示，从而提醒受测者需将电子血压
计送回原厂或由相关医护员进行血压计测量精确度的校正，以保证电子血压计测量的精确
度。
河北工程大学医学院王庆书研制出一种戒指型电子血压计，由电路板、显示屏、微型
充气泵、电磁减压阀、电池、戒指环型气囊、导电胶条、开关、检测头、蜂鸣器和外壳组
成，其特征是电池在外壳的后上端，电路板、检测头、电磁减压阀在电池的下边；显示屏
在这些部件的前侧，微型充气泵在这些部件的下边，开关设在微型充气泵的前侧，蜂鸣器
和戒指环型气囊设在微型充气泵的下边，也即外壳的最下边。其优点为结构简单，造价低
廉，实用方便，利用了高科技电子芯片，灵敏度高，能够有效测定血压的动态变化，手指
动脉采集血压不受任河因素影响，弥补了腕式血压计采集血压的不足，能够有效监控高血
压病人和低血压病人的病情，是一种理想的戒指型电子血压计。
2 电子血压计设计原理
电子血压计的测量方法有柯氏法和示波法，但柯氏法存在一些固有的缺点：一是确定
舒张压比较困难；二是此法凭人的视觉和听觉，带有主观因素，除非专业医生，一般人很
难测准血压。而相对比来说，示波法测量准确，简单容易，本次设计我主要是采用示波法
测量血压原理进行的。
2.1 示波法测量血压原理
示波法是根据血压计的气压袖带在收放气过程中，所产生的压力振荡波的振幅变化包
络线来判定血压的。而目前比较一致的看法是当气压袖带产生的压力振荡波的振幅达到最
大时，气压袖带的压力就是动脉的平均压。 动脉的收缩压对应于振幅包络线的第一个拐点，
舒张压对应于包络线的第二个拐点。
收缩压判据的确定：通常采用最大振幅法，即在放气过程中脉搏波幅度包络线的上升
段，当某一个脉搏波的幅度 Ui 与最大幅度 Um 之比>=Ks 时，就认为此时对应的气袖压
力为收缩压。
Ps=Pi*Ui=Ks*Um
舒张压判据的确定：也是用最大振幅法来判定，不过是在脉搏波幅度包络线的下降阶
段，当某一个脉搏波的幅度 Ui 与 Um 之比<=Kd 时，就认为此时对应的气袖压力为舒张压。
d
i
i
d
m
P P U K U
Pd=Pi*Ui=Kd*Um
根据众多大型厂家和医院研究所等多年的研究成果，以及他们所使用示波法时袖带和
脉搏波经信号处理模块所得出的实验图， 我决定在此次血压计的设计中取 Ks=0.6，Kd=0.8。
1
2.2 总体方案论证
方案一：从血压计的工作原理出发，得出一种检定方法。这种方法的基本思路是还原
包络线。首先需要收集一定数量的人群包络线，经过统计归纳确定出一条典型的包络线。
这条包络线隐含着收缩压和舒张压的量值，即它标称着收缩压和舒张压的值。在检定的过
程中通过一个装置经管路连接把这条典型的包络线还原给血压计。血压计传感器感应压力
变化，拾取出该包络线，确定血压值。血压计测得值与典型包络线的血压标称值之差即为
血压计测量血压的基本误差。这个方法的最大问题是包络线所标称的收缩压和舒张压量值
无法通过常规的实验方法进行检定。也就是说它无法进行量值溯源。
方案二：这个设计包含的两个最主要部分：产生标准的收缩压、舒张压；使该标准值
能被所设计的示波法电子血压计测量。
1. 产生标准的收缩压、舒张压
从收缩压和舒张压的定义可看出，标准收缩压和舒张压的产生实际上就是要产生一个
标准的模拟血压波，使其峰值和谷值的准确度应满足检定要求。从血压的定义可确定：由
于血压是指静压，因此不论模拟血压波的压力介质是液体还是气体都不会对检定产生附加
的不确定度。
2. 使标准的收缩压、舒张压能被血压计测量。
示波法电子血压计 (以下简称血压计 )是通过绕扎在手臂上的袖带中的空气压力由高到
底的变化过程中，手臂肱动脉由阻断到导通， 使得袖带中的压力叠加上一系列压力小脉冲。
血压计感应这些信号，经过一定的运算，求出人体肱动脉的收缩压和舒张压。血压计的检
定在产生标准的血压波信号后，必须有一个机构负责把血压波信号传递给血压计。这个传
递机构等同于人体的手臂把血压传递给血压计，称为模拟手臂。模拟手臂的力学特性等效
于人体手臂。方案二符合量值传递的要求，方法可靠，不存在附加误差，而且能完全检定
所设计的血压计。
结合设计要求和实现的方便、精度高等因素，我选择方案二，总体设计框图如图
2-1。
2
图 2-1 总体设计框图
3 系统硬件设计
3.1 血压传感电路
血压传感电路如图 3-1 所示，本电路采用 US9111-006-D型压力传感器和仪用放大电路
组成。US9111-006-D型压力传感器是为检测血压而专门设计的，具有体积小、成本低、高
精度等优点，它的测量范围是 0-40Kpa，精度为 1mmHg，而我设计的电子血压计的测量范
围是 40-270mmHg（5.4-36KPa），符合设计要求。
放大电路用的是仪用放大电路，该电路的核心是三级运放电路，具有较高的共模抑制
比，温度稳定性好，放大频带宽，噪声系数小，且精度高，使用简便，噪声低，应用十分
广泛。仪用放大器广泛用于医用设备，比如心电图仪、电子血压计以及除颤器。检测和控
制电子设备差分放大器可用于检测系统中的电压和电流并且当超过正常值报警系统。通常
为了保证共模抑制比能力，电路参数对称，即
增益为：
R1=R2;R3=R4;R5=R6,此时，放大器的闭环
其中为了保证电路的对称性，改变增益最合理、最简单的办法是改变电阻
R7 的阻值，
在本次设计中由于传感器输出的信号为 0-100MV，经放大后的信号为 0-5V 所以闭环增益
=50，各电阻值如图所示。
3
图 3-1 血压传感电路
3.2 滤波和放大电路
如图 3-2 所示，该电路由滤波和放大两部分组成。其中 MAX267 是 MAXIM 公司出产
的一个集成滤波器，可以构成低通、带通、高通等多种方式，使用灵活，性能远远优于采
用集成运放所组成的滤波电路。
图 3-2 滤波和放大电路
MAX4471 是 MAXIM 公司的一款低功耗的放大器。 MAX9028 是 MAXIM 公司的一个
低功耗的比较器。 滤波电路采用 MAX267 构成带通滤波器 （允许 0.8～38Hz 的信号通过），
滤掉信号中的直流成分和电源以及皮肤与袖带摩擦的高频噪声和工频干扰，然后经过
MAX4471 进行进一步放大， 得到单片机匹配的电压信号， 进入 ADC2 ，监视血压的交流分
量。同时该信号通过低功耗比较器 MAX9028 转换成脉冲信号，触发 ADC1 工作。
3.3 采样保持电路
3.3.1 采样保持电路概述
采样保持电路（ sample hold devices简) 称 S/H；它用在模拟 /数字（A/D）转换系统中的
一种电路，作用是采集模拟输入电压在某一时刻的瞬时值，并在模数转换器进行转换期间
保持输出电压不变，以供模∕数转换。
图 3-3 所示为一个实际的采样保持电路 LF198 的电路结构图，图中 A1、A2 是两个运
算放大器， S是模拟开关， L 是控制 S状态的逻辑单元电路。采样时令 uL=1，S随之闭合。
1、A2 接成单位增益的电压跟随器，故
。同时 u’o 通过 R2 对外电容 Ch 充电使
A
。，因电压跟随器的输出电阻十分小，故对 C 充电很快结束。采样结束时， u
uch=ui
L=0V，
h
S 断开，由于 uch 无放电通路，其上电压值基本不变，故使 uo 值得以保持，即将采样结果
保持下来。
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图中还有一个由二极管 D1、D2 组成的保护电路。在没有 D1 和D2 的情况下，如果在 S
再次接通以前 ui 变化了，则 的变化可能很大，以致于使 A1 的输出进入饱和状态， 与
ui 不再保持线性关系。接入 D1 和 D2 以后，当 比 所保持的电压高出一个二极管的正
向压降时， D2 将导通， 被钳位于 + UD2。这里的 UD2 表示二极管 D2 的正向导通压
降。当 比 低一个二极管的压降时， D1 导通，将 钳位于 -UD1。UD1 为D1 的正向
压降。在 S 接通的情况下，因为
，所以 D1 和 D2 都不导通，保护电路不起作用。
图 3-3 采样保持电路
A/D 转换需要一定时间，在转换过程中，如果送给
ADC 的模拟量发生变化，则不能
保证精度。为此，在 ADC 前加入采样保持电路，采样保持电路有两种工作状态：采样状
态和保持状态。采样状态：控制开关 K 闭合，输出跟随输入变化。
采样保持电路 (采样/保持器)又称为采样保持放大器。当对模拟信号进行 A/D 转换时，
需要一定的转换时间，在这个转换时间内，模拟信号要保持基本不变，这样才能保证转换
精度。采样保持电路即为实现这种功能的电路。
3.4 AD转换电路
在本次设计中 A/D 转换器的主要技术指标为：
a) 分辨率：1mmHg
b) 量化误差： 5%
c) 转换精度： 5mmHg-8mmHg
d) 转换速率： 40-200 次/分
基于以上性能参数我选择的 A/D 转换器为 ADC0808，它带有 8 位 A/D 转换器、8 路
多路开关以及微处理机兼容的控制逻辑的 CMOS 组件。它是逐次逼近式 A/D 转换器，可
以和单片机直接接口。
3.4.1 ADC0808与单片机的接口电路
在本次设计中， AD 转换电路是为了把压力传感器采集到的模拟电压转换成数字电压
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送给单片机进行处理， ADC0808 与单片机 AT89C51的接口电路如图 3-4 所示：
图 3-4 ADC0808 与单片机接口电路
ADC0808 与单片机有三种接口方式： 软件延时方式、 查询方式和中断方式。 本次设计
单片机采集数据采用的是中断方式，即是当单片机的
P3.3 端口有中断时，开始采集
ADC0808 的输出数值。
A/D 转换结束后，转换结果（ 8 位数字量）送到三态锁存输出缓冲器。此时 A∕D 转
换结果还没有出现在 DB0～DB7 八条数字量输出线上， 单片机不能获取。 单片机若想读取
到结果，必须使 ADC0808 的允许输出控制端 OE 为高电平，打开三态输出锁存器， A/D 转
换结果出现在 D0～D7。在A/D 转换期间，EOC 维持低电平。当转换结束时， EOC 变成高
电平。ADC0808 的 START 端收到下降沿后，并不立即进行 A/D 转换,当 EOC=1，而是延
迟 10us后，才开始转换， EOC 变为低电平。
ADCO808 可实现 8 路的 A/D 输入，在本次设计中我只选用了两个通道， ADC0808 的
A/D 转换结束信号 EOC 与 AT89C51 的 P3.3脚相连，所以通过判断 P3.3脚是否为低电平可
知 A/D 转换是否己经结束。 ADC0808 的 2 个通道分别与传感器采集调理电路和电池调理
电路相连接。等 ADC0808 转换完 2 个通道的数据， AT89C51 将把转换的结果分别送到各
自的信号处理单元。
3.4.2 AD转换概述
A/D 转换过程主要包括采样、量化与编码。采样是使模拟信号在时间上离散化；量化
就是用一个基本的计量单位（量化电平）使模拟量变为一个整数的数字量。其方法是用计
量单位与模拟量比较，把模拟量变为计量单位的整数倍，略去小于计量单位的模拟量的过
6
程，这样所得到的整数量即为数字量。显然，计量单位越小，量化的误差越小。编码是把
已经量化的模拟量用二进制数码、 BCD 码等表示。
1. ADC0808 的主要技术指标和特性
a) 分辨率： 8 位；
b) 转换时间：取决于芯片时钟频率
,转换一次时间为
64 个时钟周期，当
CLK=500KHZ 时，转换时间 T=128us,最大允许值为 800kHz；
c) 单一电源： +5v；
d) 误差± 1lsb（当外部时钟输入频率 fc =640KHz 时）；
e) 模拟输入电压范围：单极性 0～+5v，双极性± 5V,± 10V；
f) 具有可控三态输出锁存器；
g) 启动转换控制为脉冲式 (正脉冲),上升沿使内部所有寄存器清零 ,下降沿使 A/D
转换开始。
2. ADC0808 的引脚与结构
ADC0808 的引脚如图 3-5 所示：
图 3-5 ADC0808 引脚图
ADC0808 的工作时序图如图 3-6 所示。
图 3-6 ADC0808 的工作时序图
为了启动变换，必须在 START 端加一个负跳变信号，此后变换开始。当 EOC 为低电
平，表示正在变换中，当 EOC 由低变高，表示变换结束。此时，只要在此端加一个高电
7
平，即可开启三态缓冲器，从数据线读数据。
3. 8 位转换器 ADC0809 的原理及应用
ADC0809 芯片是按典型的逐位比较工作原理集成的，但需外接参考电源和时钟
（10KHZ－1.2MHZ），在时钟 640KHZ 时，一次变换时间为 100μs，且随着时钟的降低，
变换时间加长。
地址信号加入后， 利用 ALE 加一个正跳变脉冲， 将端口上的地址信号锁存于内部地址
寄存器中，对应着的模拟电压输入就和内部变换电路接通。
为了启动变换，必须在 START 端加一个负跳变信号，此后变换就开始了。当 EOC 为
低电平时，表示正在变换中，当 EOC 由低变高时，表示变换结束。此时，只要在此端加
一个高电平，即可开启三态缓冲器，从数据线读数据。
芯片内有一个八选一的模拟开关， 利用ADDA －ADDC 三个信号编码选择相应的输入。
在这次设计中，由于只用了一个输入通道，所以将
ADDB 和 ADDC 接地。也就是说只用
IN0 一个通道。
3.4.3 逐次比较式 A/D 转换器的工作原理
逐次比较式 A/D 转换器是用得最多的一种 A/D 转换方法。其原理电路如 3-6 图。
图 3-6 逐次比较原理电路图
当启动转换负脉冲加入时， 逐次逼近寄存器清零，由于 Vo 为 0，启动信号变为高电平
后，逐次逼近寄存器在 CLK 信号同步下开始计数，但与普通计数器不同，它是从最高位
开始计数的，对 8 位 A/D 转换器来说，在启动后的第一个时钟，逐次逼近寄存器就输出
10000000，这个数字一出现， A/D 转换器的输出 Vo 就变为满量程 128/255。若 Vo>Vi，比
较器输出负电平，控制电路据此就会清除逐次逼近寄存器中的最高位；若
Vo<Vi，则比较
器输出高电平，控制电路使最高位的 1 保留下来。第二个时钟脉冲将对次高位置 1，于是
逐次逼近寄存器变为 11000000，A/D 变换器输出值为 192/255，若 Vo>Vi，比较器输出低
电平，控制电路将使次高位清 0；若 Vo<Vi，次高位的 1 就会保留下来。如此经过 8 个时
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资料：bitboy
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