Разработка системы медицинской диагностики, позволяющей производить обследование 8 больных в течение 1 минуты (температура и частота пульса)

2.  ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ

Разработать систему медицинской диагностики, позволяющую производить обследование 8 больных в течение 1 минуты (температура и частота пульса). Номера и показания исследуемых больных должны быть записаны в память, номера и показания больных, имеющих отклонения, должны быть переданы через ЦАП на некоторое регистрирующее устройство. Показания с датчиков поступают в аналоговой форме.

Допустимые пределы отклонения:

            Частота пульса: 65±10;

            Температура: 36,5±0,5º;

Всего обеспечить запись показаний 1000 больных.

3.   АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКОГО ЗАДАНИЯ

Исходя из требований технического задания, можно сделать выводы о типах и количестве внешних устройств, необходимых для построения системы, а также о способах обмена информацией между этими устройствами:

1)  Для преобразования аналоговой информации, поступающей с датчиков, в цифровую форму необходим АЦП.

2)  Для организации периодического запуска АЦП и отсчёта времени необходим таймер.

3)  Обмен информацией между АЦП и МП наиболее просто осуществить по прерыванию с АЦП.

4)  Т.к. система использует только одно прерывание, считывание номера вектора прерывания можно осуществить с обычного буферного регистра, а не с контроллера прерываний.

5)  Для переключения показаний 8 пациентов на АЦП требуется устройство коммутации аналоговой информации, управляемое микропроцессором.

6)  Необходимо конкретизировать вид сигнальной информации, поступающей с датчиков, чтобы определиться с разрядностью и форматом цифровой информации, обрабатываемой микропроцессором.

7)  Согласно требованиям технического задания, информация о больных пациентах должна быть передана через ЦАП на регистрирующее устройство. Для этого можно использовать одну из типовых схем включения, состоящую из регистра-защёлки, ЦАП и опрерационного усилителя.

Проектируемое устройство по возможности будем выполнять на микросхемах, выполненных по технологии ТТЛ и ТТЛШ.

Микросхемы ТТЛ и ТТЛШ отличаются хорошими электрическими параметрами, удобны в применении, могут иметь высокий уровень интеграции и обладают большим функциональным разнообразием, что упрощает разработку системы.

Разрядность обрабатываемых данных ограничим 8-ю разрядами, тогда для построения микропроцессорной системы целесообразно использовать высокопроизводительное ЦПУ КР1810ВМ88, имеющее 8-разрядную шину данных, выполненное по n-МОП-технологии и электрически совместимое с микросхемами ТТЛ и ТТЛШ.

Базовая микропроцессорная система состоит из модуля МП, тактового генератора, ОЗУ и ПЗУ.

Модуль микропроцессора включает в себя микропроцессор, буферный регистр для защелкивания адреса,  двунаправленный формирователь шины данных и  дешифратор адресов.

ПЗУ содержит исполняемую программу и некоторую служебную информацию, в ОЗУ записываются показания обследуемых больных.

4.  ОПИСАНИЕ ДАТЧИКОВ

Т.к. вид аналоговой информации, поступающей с датчиков температуры и частоты пульса не задан, и никаких требований и условий к датчикам не предъявлено, эту часть проектируемой системы медицинской диагностики опишем только в самом общем виде, для того, чтобы конкретизировать формат цифровой информации, обрабатываемой микропроцессором.

Датчик частоты пульса регистрирует сокращения сердечной мышцы и измеряет временной интервал между двумя последовательными сокращениями (например, интегрированием постоянного сигнала со срывом в момент сердечного сокращения). На основе полученного результата формируется выходной постоянный сигнал с уровнем, пропорциональным частоте сердечных сокращений в минуту, который через аналоговый коммутатор в определённые моменты времени подаётся на АЦП.

Таким образом, с АЦП будет сниматься уже готовая информация о частоте сердечных сокращений (ЧСС) в минуту, выраженная 8-разрядным кодом обычным способом (т.е. число 41h означает 65 ударов в минуту). На долю микропроцессора остаётся усреднить полученную информацию за время, равное 1 минуте и обработать в соответствии с алгоритмом, указанным в техническом задании.

Датчик температуры представляет собой устройство, преобразующее показания термометра в постоянный электрический сигнал с уровнем, пропорциональным температуре пациента.

На выходе АЦП информация будет представлена следующим кодом:

Число 80h соответствует температуре 36,5º.

Отклонения температуры ±0,1º выражаются отклонением считанного с АЦП результата на ±1 в соответствующую сторону.

5.  ИНИЦИАЛИЗАЦИЯ АДРЕСНОГО ПРОСТРАНСТВА

Адресное пространство системы организовано по принципу совмещённой адресации, т.е. процедура обращения к внешним устройствам не отличается от процедуры обращения к памяти.

Память состоит из ПЗУ ёмкостью 2 кБайта и ОЗУ аналогичной ёмкости.

Для управления памятью и периферийными устройствами необходимы следующие управляющие сигналы:

a)  выбор кристалла ПЗУ

b)  выбор кристалла ОЗУ

c)  разрешение считывания с АЦП;

d)  выбор кристалла таймера;

e)  разрешение записи в интерфейс вывода ЦАП;

f)  сигнал переключения коммутатора на следующий канал

Перечисленные сигналы формируются микропроцессором по адресным линиям с помощью дешифратора КР531ИД7 следующим образом:

A13	A12	A11	Адресуемая микросхема	Диапазон адресов
0	0	0	Выбор кристалла ПЗУ	0000h÷07FFh
0	0	1	Выбор кристалла ОЗУ	800h÷FFFh
0	1	1	Таймер	1800h÷1803h
1	0	0	разрешение считывания с АЦП	2000h
1	0	1	разрешение записи в интерфейс ЦАП	2800h
1	1	0	переключение коммутатора	3000h
1	1	1	Выбор кристалла ПЗУ	-

Табл.1  Таблица истинности дешифратора адресов.

Следует отметить, что при включении питания генератор тактовых импульсов КР1810ГФ84 формирует сигнал RESET (“сброс”), поступающий на микропроцессор и внешние устройства и переводящий их в некоторое начальное состояние: cчётчик IP обнуляется, содержимое сегментного регистра CS становится равным FFFFh, т.е. начальным исполняемым адресом системы автоматически устанавливается FFFF0h (как следует из таблицы 1, при этом включается ПЗУ).

6.  ОПИСАНИЕ ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМЫ

Поскольку система имеет сравнительно небольшое число ИС и ВУ, микропроцессор работает в минимальном режиме, т.е. для управления периферийными устройствами используются управляющие сигналы МП  WR (“запись”) и RD (“чтение”).