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　　型号：EFM32PG1B100F128GM32-C0        品牌：SILICON LABS

　　The EFM32PG1B100F128GM32 is an ARM Cortex-M4 based microcontroller (MCU) with speeds up to 40 MHz and is part of the Pearl Gecko family of energy friendly devices. With the full DSP instruction set and floating point unit in this device developers can speed computation performance. Built on top of a low-power platform that includes innovative low energy techniques, fast wake-up times and energy saving modes the EFM32PG1B100F128GM32 is ideal for energy sensitive applications. In addition, this device includes 128 kB Flash, 32 kB RAM, 24 Dig I/O Pins, 2 x 16-bit Timers and multiple communication interfaces.

　　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。

　　微控制单元(Microcontroller Unit;MCU) ，又称单片微型计算机(Single Chip Microcomputer )或者单片机，是把中央处理器(Central Process Unit;CPU)的频率与规格做适当缩减，并将内存(memory)、计数器(Timer)、USB、A/D转换、UART、PLC、DMA等周边接口，甚至LCD驱动电路都整合在单一芯片上，形成芯片级的计算机，为不同的应用场合做不同组合控制。诸如手机、PC外围、遥控器，至汽车电子、工业上的步进马达、机器手臂的控制等，都可见到MCU的身影。

　　MCU同温度传感器之间通过I2C总线连接。I2C总线占用2条MCU输入输出口线，二者之间的通信完全依靠软件完成。温度传感器的地址可以通过2根地址引脚设定，这使得一根I2C总线上可以同时连接8个这样的传感器。本方案中，传感器的7位地址已经设定为1001000。MCU需要访问传感器时，先要发出一个8位的寄存器指针，然后再发出传感器的地址(7位地址，低位是WR信号)。传感器中有3个寄存器可供MCU使用，8位寄存器指针就是用来确定MCU究竟要使用哪个寄存器的。本方案中，主程序会不断更新传感器的配置寄存器，这会使传感器工作于单步模式，每更新一次就会测量一次温度。

　　要读取传感器测量值寄存器的内容，MCU必须首先发送传感器地址和寄存器指针。MCU发出一个启动信号，接着发出传感器地址，然后将RD/WR管脚设为高电平，就可以读取测量值寄存器。

　　为了读出传感器测量值寄存器中的16位数据，MCU必须与传感器进行两次8位数据通信。当传感器上电工作时，默认的测量精度为9位，分辨力为0.5 C/LSB(量程为-128.5 C至128.5 C)。本方案采用默认测量精度，根据需要，可以重新设置传感器，将测量精度提高到12位。如果只要求作一般的温度指示，比如自动调温器，那么分辨力达到1 C就可以满足要求了。这种情况下，传感器的低8位数据可以忽略，只用高8位数据就可以达到分辨力1 C的设计要求。由于读取寄存器时是按先高8位后低8位的顺序，所以低8位数据既可以读，也可以不读。只读取高8位数据的好处有二，第一是可以缩短MCU和传感器的工作时间，降低功耗;第二是不影响分辨力指标。

　　MCU读取传感器的测量值后，接下来就要进行换算并将结果显示在LCD上。整个处理过程包括：判断显示结果的正负号，进行二进制码到BCD码的转换，将数据传到LCD的相关寄存器中。

　　数据处理完毕并显示结果之后，MCU会向传感器发出一个单步指令。单步指令会让传感器启动一次温度测试，然后自动进入等待模式，直到模数转换完毕。MCU发出单步指令后，就进入LPM3模式，这时MCU系统时钟继续工作，产生定时中断唤醒CPU。定时的长短可以通过编程调整，以便适应具体应用的需要。