基于單片機設計的脈搏測量儀

1．3 信號采集及處理系統
由于光電脈搏波屬于緩慢變化的微弱生理信號，信噪比低，極易受到環境噪聲和肢體運動的干擾。傳統的光電脈搏波信號檢測電路都采用高增益放大器，以獲得較高的檢測靈敏度，這種設計思路導致了檢測信號動態范圍縮小，在受到運動干擾時，將導致由于干擾信號而帶來的光電脈搏波信號檢測的飽和失真。本系統采用過采樣技術，通過對信號的高速采樣來提高采樣精度，相當于用高分辨率的ADC對信號進行模數轉換，達到了提高信噪比并改善動態范圍的效果。因此本系統對經過光電轉換后的信號進行模數轉換而不需要任何信號調理(放大和濾波)電路。
1．4 過采樣技術的應用
所謂過采樣技術是指以遠遠高于奈奎斯特(Nyquist)采樣頻率的頻率對模擬信號進行采樣的方法。由信號采樣量化理論可知，若輸入信號的最小幅度大于量化器的量化電平，并且輸入信號的幅度隨機分布，則量化噪聲的總功率是一個常數，在0～fs的頻帶范圍內均勻分布。因此量化噪聲電平與采樣頻率成反比，如果提高采樣頻率，則可以降低量化噪聲電平，而由于基帶是固定不變的，因而減少了基帶范圍內的噪聲功率，提高了信噪比，從而提高分辨率，并且采樣頻率每提高4倍，則信噪比提高4倍，相當于A／D的分辨率提高1位。

2 軟件設計
2．1 程序設計
本文選用ADI公司的單片機ADC841，其內部集成了速度可達400k的12位逐次逼近型ADC，分辨率為0．6mv／LSB。從軟件需求和單片機速度出發，將ADC采樣率fs定為102．4kHz，為便于計算，將過采樣倍數k定為64，則下抽取后采樣率為偽：fs／k=1600Hz，是頻率為400Hz載波的四倍，滿足奈奎斯特采樣定理。由于過采樣倍數k為64，按每提高4倍采樣率就能提高一位分辨率來計算，獲得的ADC有效分辨率能提高3位，最后能達到約15位精度，其分辨率可達到0．0763mv／LSB。設置ADCCON1=#0B2H，ADCCON2=#00H。定時器2是一個具有16位自動重裝載功能的定時器，作定時器用時，TH2和TL2計的是機器周期數，TH2和TL2內容的自動重裝載通過寄存器RCAP2H和RCAP2L來實現。對這四個寄存器都進行初始化，自動裝載值為#0FFCAH。
2．2 程序源代碼