采用ADuC7024精密模拟微控制器的ADI脉搏血氧仪解决方案
脉搏血氧仪以非介入方式测量血液中的含氧量，包括发射路径，接收路径，显示和背光，数据接口以及音频报警。发射路径包括红光led，红外光led和用于驱动led的dac。路径接收光电包括二极管传感器，信号调理，模数转换器和处理器。adi的脉搏血氧仪解决方案采用控制器aduc7024精密模拟微控制器，具有多达16路的12位1msps的adc和采用arm 7tdmi核16位/ 32位risc架构的mcu。本文介绍了aduc7019 / 20/21/22/24/25 /27分之26/29分之28主要特性和功能框图，控制器aduc7024评估板主要特性，电路图状语从句：材料清单，以及adi脉搏血氧仪功能介绍及其主要元件表。
aduc7019 / 20/21/22/24/25/26/27/28/29是完全集成的，1 msps，12位数据采集系统，集成了高性能多通道adc，16位/ 32位mcu和闪存®/ ee存储器位于单个芯片上。
adc最多包含12个单端输入。另有四个输入可用，但与四个dac输出引脚复用。四个dac输出仅在某些型号（aduc7020，aduc7026，aduc7028和aduc7029）上可用。但是，在许多不存在dac输出的情况下，这些引脚仍可以用作附加adc输入，最多提供16个adc输入通道。adc可以在单端或差分输入模式下工作。adc输入电压为0 v至vref。低漂移带隙基准电压源，温度传感器和电压比较器完善了adc外设设置。
根据器件型号的不同，片上最多可提供四个缓冲电压输出dac。dac输出范围可编程为三个电压范围之一。
这些器件通过片上振荡器和pll工作，产生41.78 mhz（uclk）的内部高频时钟。该时钟通过可编程时钟分频器路由，并由此产生mcu内核时钟工作频率。微控制器内核是arm7tdmi®，16位/ 32位risc计算机，可提供高达41 mips的峰值性能。片上提供了8 kb的sram和62 kb的非易失性flash / ee存储器。arm7tdmi内核将所有内存和寄存器视为一个线性阵列。
片内工厂固件支持通过uart或i2c串行接口端口进行在线串行下载；还通过jtag接口支持非侵入式仿真。这些功能已集成到支持该microconverter®系列的低成本quickstart™开发系统中。
这些器件的工作电压为2.7 v至3.6 v，额定温度范围为−40℃至+ 125℃。当工作在41.78 mhz时，功耗通常为120 mw。aduc7019 / 20/21/22/24/25/26/27/28/29提供多种存储器型号和封装（请参阅《订购指南》）。
aduc7019 / 20/21/22/24/25/26/27/28/29主要特性：
模拟i / o
多通道，12位，1 msps adc
多达16个adc通道1
全差分和单端模式
0 v至vref模拟输入范围
12位电压输出dac
多达4个dac输出可用
1片内参考电压
片内温度传感器（±3°c）
电压比较器
微控制器
arm7tdmi内核，16位/ 32位risc架构
jtag端口支持代码下载和调试
时钟选项
修整的片上振荡器（±3％）
外部
时钟晶体外部时钟源，最高44 mhz
41.78 mhz pll，带可编程分频器
存储器
62 kb flash / ee存储器，8 kb sram
在线下载，基于jtag的调试，
软件触发的在线可重编程
性，片上外设
uart，2×i2c®和spi串行i / o
最多40针gpio端口1
4个通用定时器
唤醒和看门狗定时器（wdt）
电源监控器
三相16位pwm发生器1
可编程逻辑阵列（ pla）
外部存储器接口，高达512 kb1
功率
指定用于3 v操作
主动模式：11 ma @ 5 mhz，40 ma @ 41.78 mhz
封装和温度范围
从40引线6 mm×6 mm lfcsp到80引线lqfp1
完全额定用于–40℃至+ 125℃的操作
工具
低成本quickstart™开发系统
完整的第三方支持
aduc7019 / 20/21/22/24/25/26/27/28/29应用：
工业控制和自动化系统
智能传感器，精密仪器
基站系统，光网络
图1.aduc7026框图
图2.aduc7020典型系统配置图
aduc7024评估板
开发系统，用于评估aduc7024 / 25，完全集成的1 msps，12位数据采集系统，集成了高性能多通道adc，16位/ 32位mcu和闪存/ ee内存在单个芯片上。
aduc7024评估板的主要特性：
•2层pcb（4“ 5”尺寸）
•9 v电源调节至板载3.3 v
•4引脚uart接头连接到rs232接口电缆
•20引脚标准jtag连接器连接到ulink仿真器
•演示电路
•32.768 khz监视晶体来驱动pll时钟
•adr291 2.5 v外部基准芯片
•复位/下载/ irq0按钮
•电源指示灯/通用led
•从外部接头连接器访问所有adc输入和dac输出。所有设备端口都引出到外部接头连接器引脚。
•表面安装和通孔通用原型区域
图3.aduc7024评估板电路图
控制器aduc7024评估板材料清单：
adi脉搏血氧仪解决方案
脉搏血氧仪以非介入方式测量血液中的含氧量，它以完全饱和的水平的百分比来表示，用单个数值来表示，即所谓的血氧饱和度百分比，常常称为该测量基于血液中血红蛋白的光吸收特性。在可见光谱和近红外光谱内，含氧血红蛋白（hbo2）与脱氧血红蛋白（hb）具有不同的吸收曲线。 ，红外光（ir）频率的光线照射。hbo2则相反，吸收的红光频率的光线照射，红外光（ir）频率的光线照射。中光的单个组织位置透射光线。红光和红外光led采用时间交替处理来转换光线，因此不会相互干扰。光和红外光的光电二极管接收光线，然后由一个跨导放大器产生与所接收光线强度成比例的电压。的脉冲特性，将会在测量周期中确定并显示脉搏率和强度。
脉搏血氧仪包括发射路径，接收路径，显示和背光，数据接口以及音频报警。发射路径包括红光led，红外光led和用于驱动led的dac。接收路径包括光电二极管传感器，信号调理，模数转换器和处理器。
脉搏血氧仪系统设计考虑和主要挑战
设计脉搏血氧仪系统时，需要解决多个难题，如低血流灌注，运动和皮肤湿度，杂散光干扰，碳氧血红蛋白和高铁血红蛋白干扰等。
•低血流灌注（小信号水平）。光电二极管测量需要宽动态范围和低噪声增益的信号调理，以便捕捉脉搏事件。发射和接收路径需要具有精确的dac的精确度，低噪声led驱动电路和具有adc的高级模拟前端电路。
•运动和皮肤湿度。运动会引起伪像，这可以通过软件算法来解决，或者利用adxl345等加速度计来检测并解决。
•杂散光干扰，使用光电二极管来响应红光和红外光，它很容易受环境光干扰。因此，用于过滤出红光和红外光目标信号的算法非常重要，这意味着信号处理更加复杂。这种情况下，需要使用具有更高信号处理能力的dsp。
•碳氧血红蛋白和高铁血红蛋白。一氧化碳（co）很容易与血红蛋白结合，使血液变得更像红色hbo2，导致测得的spo2值虚高。血红素基中的铁处于异常状态，无法携带氧（fe + 3而不是fe + 2），导致血红蛋白减少，spo2读数虚低。使用更多波长可以提高精度，从而需要更高性能的数字处理dsp。处理时间常数。
图4。脉搏血氧仪解决方案外形图
图5.脉搏血氧仪功能定位
脉搏血氧仪功能定位中主要元件表：
图6。脉搏血氧仪演示系统定位
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aduc7019 / 20/21/22/24/25/26/27/28/29是完全集成的，1 msps，12位数据采集系统，集成了高性能多通道adc，16位/ 32位mcu和闪存®/ ee存储器位于单个芯片上。
adc最多包含12个单端输入。另有四个输入可用，但与四个dac输出引脚复用。四个dac输出仅在某些型号（aduc7020，aduc7026，aduc7028和aduc7029）上可用。但是，在许多不存在dac输出的情况下，这些引脚仍可以用作附加adc输入，最多提供16个adc输入通道。adc可以在单端或差分输入模式下工作。adc输入电压为0 v至vref。低漂移带隙基准电压源，温度传感器和电压比较器完善了adc外设设置。
根据器件型号的不同，片上最多可提供四个缓冲电压输出dac。dac输出范围可编程为三个电压范围之一。
这些器件通过片上振荡器和pll工作，产生41.78 mhz（uclk）的内部高频时钟。该时钟通过可编程时钟分频器路由，并由此产生mcu内核时钟工作频率。微控制器内核是arm7tdmi®，16位/ 32位risc计算机，可提供高达41 mips的峰值性能。片上提供了8 kb的sram和62 kb的非易失性flash / ee存储器。arm7tdmi内核将所有内存和寄存器视为一个线性阵列。
片内工厂固件支持通过uart或i2c串行接口端口进行在线串行下载；还通过jtag接口支持非侵入式仿真。这些功能已集成到支持该microconverter®系列的低成本quickstart™开发系统中。
这些器件的工作电压为2.7 v至3.6 v，额定温度范围为−40℃至+ 125℃。当工作在41.78 mhz时，功耗通常为120 mw。aduc7019 / 20/21/22/24/25/26/27/28/29提供多种存储器型号和封装（请参阅《订购指南》）。
aduc7019 / 20/21/22/24/25/26/27/28/29主要特性：
模拟i / o
多通道，12位，1 msps adc
多达16个adc通道1
全差分和单端模式
0 v至vref模拟输入范围
12位电压输出dac
多达4个dac输出可用
1片内参考电压
片内温度传感器（±3°c）
电压比较器
微控制器
arm7tdmi内核，16位/ 32位risc架构
jtag端口支持代码下载和调试
时钟选项
修整的片上振荡器（±3％）
外部
时钟晶体外部时钟源，最高44 mhz
41.78 mhz pll，带可编程分频器
存储器
62 kb flash / ee存储器，8 kb sram
在线下载，基于jtag的调试，
软件触发的在线可重编程
性，片上外设
uart，2×i2c®和spi串行i / o
最多40针gpio端口1
4个通用定时器
唤醒和看门狗定时器（wdt）
电源监控器
三相16位pwm发生器1
可编程逻辑阵列（ pla）
外部存储器接口，高达512 kb1
功率
指定用于3 v操作
主动模式：11 ma @ 5 mhz，40 ma @ 41.78 mhz
封装和温度范围
从40引线6 mm×6 mm lfcsp到80引线lqfp1
完全额定用于–40℃至+ 125℃的操作
工具
低成本quickstart™开发系统
完整的第三方支持
aduc7019 / 20/21/22/24/25/26/27/28/29应用：
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智能传感器，精密仪器
基站系统，光网络
图1.aduc7026框图
图2.aduc7020典型系统配置图
aduc7024评估板
开发系统，用于评估aduc7024 / 25，完全集成的1 msps，12位数据采集系统，集成了高性能多通道adc，16位/ 32位mcu和闪存/ ee内存在单个芯片上。
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•9 v电源调节至板载3.3 v
•4引脚uart接头连接到rs232接口电缆
•20引脚标准jtag连接器连接到ulink仿真器
•演示电路
•32.768 khz监视晶体来驱动pll时钟
•adr291 2.5 v外部基准芯片
•复位/下载/ irq0按钮
•电源指示灯/通用led
•从外部接头连接器访问所有adc输入和dac输出。所有设备端口都引出到外部接头连接器引脚。
•表面安装和通孔通用原型区域
图3.aduc7024评估板电路图
控制器aduc7024评估板材料清单：
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•碳氧血红蛋白和高铁血红蛋白。一氧化碳（co）很容易与血红蛋白结合，使血液变得更像红色hbo2，导致测得的spo2值虚高。血红素基中的铁处于异常状态，无法携带氧（fe + 3而不是fe + 2），导致血红蛋白减少，spo2读数虚低。使用更多波长可以提高精度，从而需要更高性能的数字处理dsp。处理时间常数。
图4。脉搏血氧仪解决方案外形图
图5.脉搏血氧仪功能定位
脉搏血氧仪功能定位中主要元件表：
图6。脉搏血氧仪演示系统定位
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万用表更换保险管时，内阻会有变化吗？
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