【应用】这款MCU可实现功耗最低的血压计方案

时间： 2019-07-23 来源：百度文库（世强编辑整理）

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电子式血压计具备了诸多优点，作为一个比较好上手的日常保健仪器，已被越来越多的人选购使用。本文介绍了以EFM32PG1B100F128为控制核心，辅以BP01型压力传感器与MCU之间模拟信号处理电路以及LCD显示、语音提示，实现家用电子血压计的设计。

SILICON LABS的Pearl Gecko 32位微处理器系列采用功能强大的32位ARM Cortex-M4内核和多种外围设备，其中包括一个可支持AES、ECC和SHA的独特密码硬件引擎。这些功能与超低电流活动模式以及节能模式下的快速唤醒相结合，使Pearl Gecko 微控制器可适用于任何电池供电应用以及其他需要高性能和低功耗特性的系统，特别适合电池供电的血压计的应用。

考虑到人类正常的血压范围和市场上电子血压计的测量范围，这里选择压力的测量范围为0~300mmHg（0~40KPa），而压力值误差要求2mmHg。系统的分辨率则需要300/2=150，可选用8位AD转换器，考虑到其他器件误差，选用EFM32PG1B100F128片内的12位AD转换器，同时选择EFM32PG1B100F128 单片机的A/D内部参考电压。

具体工作过程是PWM输出控制气泵充气漏气调整袖带内气压；经过放大后得到满足了EFM32PG1B100F128单片机AD输入范围的压力信号。由于本方案选用幅度系数法，需要从压力传感器输出的信号中分离出袖带压信号和脉搏波信号，所以要分别设计从噪声中提取袖带压信号和脉搏波信号的相应的滤波电路，并将它们调整到适当的电平输入给A/D转换电路。

袖带压信号的提取
在手动或自动放气过程中，袖带内压力是缓慢变化的，因此，袖带压信号属于低频率信号，应使用低通滤波器。由于二阶低通滤波器较一阶低通滤波器衰减得快，对高频信号的滤波效果好，因此，在本设计方案中采用二阶有源低通滤波器。

脉搏波信号的提取及放大
传感器输出的压力信号包括袖带压信号和脉搏波信号，但非两者的简单叠加，其既包含高频干扰又包含低频干扰。在压力信号中只有一段频率信号是我们需要的，即脉搏波信号。经过带通滤波器过滤的压力信号就可以称之为脉搏波信号。在设计中将计算出的结果输出至LCD显示并进行数值的语音提示。

图1：基于EFM32PG1B100F128的血压计硬件架构图

基于EFM32PG1B100F128设计的具体的电子血压计的硬件架构图1所示，下面来介绍下作为主控单元及重要核心部件的 EFM32PG1B100F128的性能特点。EFM32PG1B100F128在能耗模式0（EM0）时的功耗是60μA/MHz，EM2深度睡眠模式电流1.4μA，EM3模式停机电流1.1 μA。

其它特点如下：

• 高达256kB的闪存程序内存，32kB RAM 数据内存；
• 多达32个通用I/O引脚而且IO口能实现5V容差；
• 内部有AES128/256位密钥实现硬件加密；
• 丰富的外设：2路16位计时器/计数器、3+4比较/捕获/PWM通道、1路32位实时计数器和日历、1路32位超低能耗CRYOTIMER、16位低能耗计时器、16位脉冲计数器（异步操作）及看门狗计时器（带专用阻容振荡器@50 nA）；
• 有8通道DMA控制器，12通道周边反射系统(PRS)；
• 通信接口有2路通用同步/异步接收器/发射器包括UART/SPI/SmartCard (ISO 7816)/IrDA/I2S/LIN；
• 低能耗UART；
• DMA能在深度睡眠模式下自主运行；
• 提供SMBus支持的I2C接口，EM3停止模式下的地址识别；
• 超低功耗的精度模拟外围设备包括12位1Msamples/s模数转换器，2路模拟比较器，数模电流转换器，多达24个连接至模拟通道的引脚；
• 预编程UART引导装载程序，宽工作范围；
• 供电范围为1.85V到3.8V单电源；
• 集成DC-DC，工作温度范围–40 至85°C的温度范围；
• 封装为7 mm × 7 mm QFN48。

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