Измерение значений объемной скорости кровотока

Размещено на http://www.allbest.ru/

Измерение значений объемной скорости кровотока с заданной погрешностью и передачу данных значений во внешнее устройство по его запросу

1. Анализ медико-биологических аспектов

1.1 Основные закономерности кровеносной системы

Равенство объёмов кровотока

Объём крови, протекающей через поперечное сечение сосуда в единицу времени, называют объёмной скоростью кровотока (мл/мин). Объёмная скорость кровотока через большой и малый круг кровообращения одинакова. Объём кровотока через аорту или лёгочный ствол равен объёму кровотока через суммарное поперечное сечение сосудов на любом отрезке кругов кровообращения.

Движущая сила кровотока

Это разность кровяного давления между проксимальным и дистальным участками сосудистого русла. Давление крови создаётся давлением сердца и зависит от упруго-эластических свойств сосудов.

Поскольку давление в артериальной части кругов кровообращения является пульсирующим в соответствии с фазами работы сердца, для его гемодинамической характеристики принято использовать величину среднего давления (Pср.). Это усреднённое давление, которое обеспечивает такой же эффект движения крови, как и пульсирующее давление. Среднее давление в аорте равно примерно 100 мм рт.ст. Давление в полых венах колеблется около нуля. Таким образом, движущая сила в большом круге кровообращения равна разнице между этими величинами, то есть 100 мм рт.ст. Среднее давление крови в лёгочном стволе менее 20 мм рт.ст., в лёгочных венах близко к нулю -- следовательно, движущая сила в малом круге -- 20 мм рт.ст., то есть в 5 раз меньше, чем в большом. Равенство объёмов кровотока в большом и малом круге кровообращения при существенно различающейся движущей силе связано с различиями в сопротивлении току крови -- в малом круге оно значительно меньше.

Сопротивление в кровеносной системе

Если общее сопротивление току крови в сосудистой системе большого круга принять за 100 %, то в разных её отделах сопротивление распределяется следующим образом. В аорте, крупных артериях и их ветвях сопротивление току крови составляет около 19 %; на долю мелких артерий (диаметром менее100мкм)и артериолприходится50 %сопротивления; в капиллярах сопротивление составляет примерно 25 %, в венулах -- 4 %, в венах -- 3 %. Общее периферическое сопротивление (ОПС) -- это суммарное сопротивление параллельных сосудистых сетей большого круга кровообращения. Оно зависит от градиента давления (P) в начальном и конечном отделах большого круга кровообращения и объёмной скорости кровотока (Q). Если градиент давления равен 100 мм рт.ст., а объёмная скорость кровотока -- 95 мл/с, то величина ОПС составит:

ОПС==100 мм рт.ст. Ч 133 Па / 95 мл/с = 140 Па·с/смі

1 мм рт.ст. = 133 Па

В сосудах малого круга кровообращения общее сопротивление равно примерно 11 Па·с/мл.

Сопротивление в региональных сосудистых сетях различно, оно наименьшее в сосудах чревной области, наибольшее в коронарном сосудистом русле.

Согласно законам гидродинамики, сопротивление току крови зависит от длины и радиуса сосуда, по которому течёт жидкость, и от вязкости самой жидкости. Эти взаимоотношения описывает формула Пуазейля:

где R -- гидродинамическое сопротивление, L -- длина сосуда, r --радиус сосуда, -- вязкость крови, -- отношение длины окружности к диаметру.

Применительно к системе кровообращения длина сосудов довольно постоянна, а радиус сосуда и вязкость крови -- переменные параметры. Наиболее изменчивым является радиус сосуда, и именно он вносит существенный вклад в изменения сопротивления току крови при различных состояниях организма, так как величина сопротивления зависит от радиуса, возведённого в четвёртую степень. Вязкость крови связана с содержанием в ней белков и форменных элементов.

Эти показатели могут меняться при различных состояниях организма -- анемии, полицитемии, гиперглобулинемии, а также различаются в отдельных региональных сетях, в сосудах разного типа и даже в ветвях одного сосуда. Так, в зависимости от диаметра и угла отхождения ветви от основной артерии в ней может меняться соотношение объёмов форменных элементов и плазмы. Это связано с тем, что в пристеночном слое крови больше доля плазмы, а в осевом -- эритроцитов, поэтому при дихотомическом делении сосуда меньшая по диаметру ветвь или ветвь, отходящая под прямым углом, получает кровь с большим содержанием плазмы. Вязкость движущейся крови меняется в зависимости от характера кровотока и диаметра сосудов.

Длина сосуда как фактор, влияющий на сопротивление, имеет значение для понимания того, что наибольшее сопротивление току крови оказывают артериолы, имеющие относительно большую длину при малом радиусе, а не капилляры: их радиус сопоставим с радиусом артериол, но капилляры короче. Из-за большого сопротивления току крови в артериолах, которое к тому же может значительно меняться при их сужении или расширении, артериолы называют "кранами" сосудистой системы. Длина сосудов меняется с возрастом (пока человек растёт), в скелетных мышцах длина артерий и артериол может меняться при сокращении и растяжении мышц.

Сопротивление току крови и вязкость зависят также от характера кровотока -- турбулентного или ламинарного. В условиях физиологического покоя почти во всех отделах кровеносной системы наблюдается ламинарное, то есть слоистое течение крови, без завихрений и перемешивания слоёв. Вблизи стенки сосуда располагается слой плазмы, скорость движения которого ограничивается неподвижной поверхностью стенки сосуда, по оси с большой скоростью движется слой эритроцитов. Слои скользят относительно друг друга, что создаёт сопротивление (трение) для течения крови как гетерогенной жидкости. Между слоями возникает напряжение сдвига, тормозящее движение более быстрого слоя. Согласно уравнению Ньютона, вязкость движущейся жидкости () прямо пропорциональна величине напряжения сдвига () и обратно пропорциональна разнице скоростей движения слоёв () :

н=ф/г.

Поэтому при снижении скорости движения крови вязкость увеличивается, в физиологических условиях это проявляется в сосудах с малым диаметром. Исключением являются капилляры, в которых эффективная вязкость крови достигает значений вязкости плазмы, то есть снижается в 2 раза благодаря особенностям движения эритроцитов. Они скользят, двигаясь друг за другом (по одному в цепочке) в "смазочном" слое плазмы и деформируясь в соответствии с диаметром капилляра.

Для турбулентного течения характерно наличие завихрений, при этом кровь перемещается не только параллельно оси сосуда, но и перпендикулярно ей. Турбулентное течение наблюдается в проксимальных отделах аорты и лёгочного ствола в период изгнания крови из сердца, локальные завихрения могут создаваться в местах разветвлений и сужений артерий, в области крутых изгибов артерий. Движение крови может стать турбулентным во всех крупных артериях при возрастании объёмной скорости кровотока (например, при интенсивной мышечной работе) или снижении вязкости крови (при выраженной анемии). Турбулентное движение существенно увеличивает внутреннее трение крови, и для её продвижения требуется значительно большее давление, при этом нагрузка на сердце увеличивается.

Таким образом, разница давлений и сопротивление кровотоку являются факторами, влияющими на объём кровотока (Q) в целом в сосудистой системе и в отдельных региональных сетях: он прямо пропорционален разности давлений крови в начальном (P1) и конечном (P2) отделах сосудистой сети и обратно пропорционален сопротивлению (R) току крови:

Увеличение давления или уменьшение сопротивления току крови на системном, региональном, микроциркуляторном уровнях повышают объём кровотока соответственно в системе кровообращения, в органе или микрорегионе, а уменьшение давления или увеличение сопротивления уменьшают объём кровотока.

1.2 Параметры сердечно-сосудистой системы

Объём крови в кровеносной системе

У взрослого человека примерно 84% всей крови содержится в большом круге кровообращения, 9% -- в малом, 7% -- в сердце (в конце общей паузы сердца).

Объёмная скорость кровотока

Объемная скорость кровотока в сердечно-сосудистой системе составляет 4--6 л/мин, она распределяется по регионам и органам в зависимости от интенсивности их метаболизма в состоянии функционального покоя и при деятельности (при активном состоянии тканей кровоток в них может возрастать в 2--20 раз). На 100 г ткани объем кровотока в покое равен в мозге 55, в сердце -- 8 .

1.3 Методы измерения объемной скорости кровотока

Метод оксигемометра -- фотометрический метод измерения степени насыщения артериальной крови кислородом, основанный на спектральных свойствах оксигемоглобина и восстановленного гемоглобина. Для оксигемометрии пользуются специальными приборами -- оксигемометрами, построенными на принципах фотоэлемента.

Радиоизотопный метод -- лучевое исследование, основанное на использовании соединений, меченных радионуклидами. В качестве таких соединений применяют разрешенные для введения человеку с диагностической и лечебной целями радиофармацевтические препараты (РФП) -- химические соединения, в молекуле которых содержится определенный радионуклид. Наиболее часто используют короткоживущий радионуклид технеция.

Метод разведения индикатора разработан в РАМН Н.М. Кривицким и В.В. Кислухиным. Суть метода заключается в оценке гемодинамических показателей по кривым изменения электрического сопротивления крови, полученных в результате введения растворов, отличающихся от нее по своему электрическому сопротивлению. Введение индикаторов осуществляется внутривенно (болюсно или в виде капельной инфузии), регистрация изменений ЭСК производится при помощи тонкого биполярного игольчатого датчика (либо катетера), установленного в просвет любой периферической артерии путем чрескожной пункции.

Метод плетизмографии позволяет производить непрерывные измерения объема органа или его части. Объем органа постоянно изменяется в связи с пульсирующим кровенаполнением. Эти изменения записываются в виде колебаний на плетизмографе.

В последнее время предложено множество модификаций плетизмографов. Метод является удобным для определения сосудистых реакций на различные раздражители (прием лекарственного препарата, холод, тепло и т. д.). По плетизмографической кривой можно определить объемное кровенаполнение органов в минуту. Однако трудность установления датчиков (они должны быть загерметизированы на обездвижимом органе) и недостаточной чувствительности сдерживают клиническое применение плетизмографии.

Наиболее распространённые методы измерения объемной скорости кровотока у человека -- окклюзионная плетизмография и реография. Окклюзионная плетизмография основана на регистрации увеличения объема сегмента конечности (или органа -- у животных) в ответ на прекращение венозного оттока при сохранении артериального притока крови в орган. Это достигается сдавливанием сосудов с помощью манжеты, например наложенной на плечо, и накачиванием в манжету воздуха под давлением выше венозного, но ниже артериального. Конечность помещается в камеру, заполненную жидкостью (плетизмограф), обеспечивающей регистрацию прироста её объема (используются также воздушные герметически закрытые камеры).

Реография (реоплетизмография) -- регистрация изменений сопротивления электрическому току, пропускаемому через ткань; это сопротивление обратно пропорционально кровенаполнению ткани или органа. Используются также флоуметрия, основанная на разных физических принципах, и индикаторные методы. Например, при электромагнитной расходометрии датчик флоуметра плотно накладывают на исследуемый артериальный сосуд и осуществляют непрерывную регистрацию кровотока, основанную на явлении электромагнитной индукции. При этом движущаяся по сосуду кровь выполняет функцию сердечника электромагнита, генерируя напряжение, которое снимается электродами датчика. При использовании индикаторного метода в артерию региона или органа быстро вводят известное количество индикатора, не способного диффундировать в ткани (красители или радиоизотопы, фиксированные на белках крови), а в венозной крови через равные промежутки времени в течение 1-ой минуты после введения индикатора определяют его концентрацию, по которой строят кривую разведения, а затем рассчитывают объем кровотока. Индикаторные методы с использованием различных радиоизотопов применяются в практической медицине для определения объемного кровотока в мозге, почках, печени, миокарде человека.

В первой главе мы было рассмотрено применение микро ЭВМ в области флуометрии: прием сигнала, его обработка и передачу во внешнее устройство. Данная глава доказывает, что микрокомпьютеры широко используются в медико-биологической практике. И, чаще всего, просто необходимы для диагностики заболевания.

2. Анализ медико-технических средств

Широко применяемые в современной практической медицине методы определения объёмной скорости кровотока являются по своей сути интегральными, т. е дающими представление об усреднённом значении скорости кровотока по всему организму, либо по отдельному органу. Между тем именно локальное значение объёмной скорости позволяет вычислить гидравлическое сопротивление участка сосуда, а, следовательно, внутренний его диаметр на этом участке.

Ультразвуковые измерители объемного потока

Принцип действия

Флоуметры (расходомеры) используют принцип измерения времени прохождения ультразвука в движущейся среде для определения потока крови или других жидкостей от 0,05 мл/мин до 200л/мин.

Датчик для измерения объемного расхода жидкости состоит из контактной измерительной головки, содержащей приемный и излучающий пьезопреобразователи, размещенные с одной стороны сосуда или трубки, и акустического отражателя, закрепленного с противоположной стороны на одинаковом расстоянии от обоих преобразователей.

Электронная схема прибора управляет датчиком в следующем режиме:

1. Прямой цикл:

Излучающий пьезопреобразователь под воздействием электрического возбуждения испускает плоскую ультразвуковую волну. Эта волна проходит сквозь сосуд или трубку, отражается от акустического экрана, снова проходит через сосуд и принимается приемным пьезопреобразователем, который преобразовывает полученные акустические вибрации в электрические сигналы. Расходомер анализирует принятый сигнал и регистрирует точно измеренное время прохождения акустической волны от излучающего до приемного преобразователя.

2. Обратный цикл:

Последовательность передачи-приема сигнала предыдущего цикла повторяется, но функции излучающего и приемного преобразователей меняются местами. Таким образом, теперь поток жидкости пересекает ультразвуковую волну в противоположном направлении. Расходомер снова регистрирует точное время прохождения.

Ультразвуковая проводящая среда, т.е. поток крови или другой жидкости через сосуд или трубку, будет влиять на измеренное время прохождения точно так же, как ветер влияет на время полета самолета, "подталкивая" его, или течение воды на скорость пловца. В прямом цикле звуковая волна на всем пути прохождения, как до, так и после отражения от акустического экрана, направлена против составляющей вектора потока, что увеличивает общее время прохождения на некоторую величину. В обратном цикле направление ультразвуковой волны совпадает с направлением вектора потока как до, так и после отражения от экрана, что уменьшает общее время прохождения на ту же самую величину. Затем расходомер вычитает время прохождения обратного цикла из времени прохождения прямого цикла, и, полученная в результате разность сигналов будет пропорциональна потоку движущейся жидкости. Нетекучие материалы, находящиеся в области измерения потока жидкости, - стенки сосуда или трубки - не влияют на разность сигналов. Вследствие двукратного прохождения ультразвуковой волны через поток, время прохождения в значительной степени не зависит от перекосов (несоосности) датчика и сосуда.

Разница между временем прямого и обратного прохождения, измеренная прибором, пропорциональна потоку жидкости в части сосуда, расположенной под преобразователями:

Tпр- время прохождения луча в прямом направлении

Tобр- время прохождения луча в обратном направлении

К - системная константа

f - рабочая частота

Q - объемный расход

c - скорость звука

? - угол между направлениями ультразвукового луча и потоком.

Затем полученный результат масштабируется в соответствии со значением предела измерений по шкале прибора для датчика и выводится на дисплей как абсолютный объемный расход потока через датчик в мл/мин (л/мин). Нет необходимости вычислять величину поперечного сечения сосуда, как это делается в электромагнитных или доплеровских системах, измеряющих скорость перпендикулярно хорде или в точке сосуда. В системах широкий ультразвуковой пучок полностью пронизывает акустическое окно датчика, включая все внутреннее поперечное сечение сосуда.

Разница между измеренным временем прохождения ультразвука в прямом и обратном направлениях дает сигнал, пропорциональный объемному расходу, независимо от размеров. Благодаря тому, что флоуметры используют широколучевые преобразователи, полностью пронизывающие весь поток внутри сосуда, каждая часть потока непосредственно влияет на увеличение или уменьшение времени прохождения ультразвуковой волны, так, что разница между прямым и обратным прохождениями прямо пропорциональна объемному расходу жидкости через чувствительное окно датчика.

Этот прямой метод, использующий полное ультразвуковое просвечивание потока, аналогичен операции математического интегрирования измерений узким пучком по площади внутреннего поперечного сечения сосуда. Таким образом, время прохождения прямо пропорционально произведению площади поперечного сечения потока и средней скорости жидкости, которое по определению есть объемный расход. Технический прием полного просвечивания потока позволяет проводить измерения объемного расхода независимо от размеров сосуда (т.е. для данного объемного расхода, уменьшение вдвое площади поперечного сечения приводит к удвоению значения скорости, а разница времени прохождения остается постоянной). Независимость измерений от диаметра и профиля сосуда дает возможность применять прибор например, на пульсирующих артериях и расширяющихся сосудах, на сосудах изменяющейся формы и даже на пучках сосудов.

Выпускается несколько моделей расходомеров:

1) Интраоперационный измеритель кровотока

Рис.1 Интраоперационный измеритель кровотока в сосудах- HT107

Флоуметр НТ107/207 (выпускаются одноканальные и двухканальные модели) предназначен для измерения объемного кровотока в сосуде во время операции. Встроенный в прибор микропроцессор определяет значение объемного потока в соответствии с размером датчика и калибровкой, поддерживает точность выборки данных, контролирует прохождение ультразвука, представляет данные на табло прибора и формирует информацию для персонального компьютера. Размер датчика выбирается в соответствии с размерами сосуда, например, датчик Н8 - для измерения кровотоков в сосудах диаметром 6,6 - 8,8 мм. Таким образом, с помощью флоуметров можно измерять объемный поток в сосудах диаметром от 0,7 до 36 мм. Типа "Basic - R или S" - без ручки, легкий, позволяющий фиксировать датчик на сосуде с помощью подвижной пластины. Буква "R" или "S" определяет угол наклона пьезопреобразователей и, соответственно, размер датчика и его абсолютную погрешность. "R" имеют больший размер и лучшие точностные качества, поэтому предпочтительнее для маленьких сосудов (0,7- 2,5 мм). С 1997 года начался выпуск новой модели флоуметра - HT311 с встроенным самописцем. Новый прибор выполняет все функции прежней модели HT107 и имеет одну новую: измерение кровотока в сосудах малого диаметра (1-3 мм) при нейрохирургических операциях. Специально разработаны для этих целей одноразовые датчики удобной конструкции.

Рис. 2. Интраоперационный ультразвуковой измеритель кровотока в сосудах HT311

Особенно широко флоуметры используются в сердечно-сосудистой хирургии, трансплантологии, нейрохирургии. Позволяют оперативно оценить результат реконструктивной операции.

2) Интраоперационный измеритель кровотока в системах искусственного кровообращения и для контроля качества гемодиализа.

Флоуметры HT109(новая модель - НТ110) предназначены для измерения объемных потоков в системах искусственного кровообращения,HD01-для контроля качества гемодиализа. Неинвазивно, в режиме реального времени, измеряет рециркуляцию, сердечный выброс, кровоток артерио-венозной фистулы.

Принцип действия. Скорость ультразвука в крови (1560-1590 м/сек) зависит в основном от концентрации в ней белков, солей. Флуометр Transonic Монитор для гемодиализа с датчиком потока может измерять объемный поток в трубке и скорость ультразвука в крови. Болюсное введение раствора с известными свойствами (скорость ультразвука 1533 м/сек) вводится поток крови и уменьшает скорость ультразвука, что приводит к появлению регистрируемой кривой разведения. Лазер-доплеровские флоуметры BLF-21 (одноканальный и двухканальный) - для измерения кровоснабжения в 1 мм3 ткани.

Рис.3. Лазер-доплеровский флоуметр BLF-21 для измерения кровоснабжения ткани

Малый уровень излучаемой энергии (<2mW) делает приборы совершенно безопасными. Они незаменимы для:

- постоянных измерений капиллярной микроциркуляции - с помощью поверхностных датчиков;

- во время операций на органах - с помощью поверхностного

Приборы используются для диагностики в кардиологии, ревматологии, при диабете, при ожогах (в том числе электрических и ингаляционных), для оценки степени поражения ткани при огнестрельных ранениях, для мониторинга в сосудистой хирургии, в стоматологии

Во второй главе были описаны технические характеристики медико-технических средств и принципы их работы.

3. Разработка структурной схемы

Микропроцессор или микрокомпьютер является практически законченной системой управления. Он имеет сложную архитектуру и представляет собой сверхбольшую интегральную схему, выполненную, как правило, на одном полупроводниковом кристалле. Различные типы микропроцессоров отличаются типом и размером памяти, набором команд, скоростью обработки данных, количеством входных и выходных линий, разрядностью данных. В самом общем виде структурная схема микропроцессора может иметь следующий вид:

Рис.4 Структурная схема микропроцессора.

Центральный процессор (CPU) является обязательным узлом любого микропроцессорного устройства, его ядром. В его состав входит: -арифметико-логическое устройство (АЛУ);

- регистр-аккумулятор;

-логические устройства управления и синхронизации;

-внутренняя шина.

Арифметико-логическое устройство выполняет арифметические или логические операции над данными, представленными в двоичном или двоично-десятичном коде. Результат выполнения операции сохраняется в так называемом регистре-аккумуляторе.

Регистр-аккумулятор представляет собой ячейки оперативной памяти, но, в отличие от ОЗУ, обмен информацией производится более короткими командами, т.е. регистр-аккумулятор является наиболее быстродействующим устройством памяти микропроцессора.

Устройство управления и синхронизации применяется для управления другими узлами микропроцессора, обеспечивая выполнение необходимых задач в соответствии с программой, хранимой в ПЗУ. Узел синхронизации обеспечивает синхронную работу всех узлов с помощью импульсов синхронизации и других управляющих сигналов. В состав устройства управления и синхронизации входит тактовый генератор и формирователь тактовых импульсов. Для генерации импульсов синхронизации используется кварцевый генератор, имеющий внешний кварцевый резонатор. Частота тактового генератора определяет быстродействие микропроцессора.

Связь между различными элементами микропроцессора осуществляется с помощью внутренней шины.

Шина -- это группа проводников, используемых в качестве линии связи для передачи цифровой информации. В микропроцессоре имеется три основных вида шин: это шина данных, адресная шина и шина управления.

Шина данных обеспечивает передачу данных между узлами процессора. Адресная шина используется для передачи адреса ячейки памяти с целью получить данные из постоянного запоминающего устройства или оперативного запоминающего устройства. Шина управления используется для передачи управляющих сигналов от микропроцессора к другим элементам системы.

Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) используется для хранения постоянной информации, которая вводится в него на этапе производства микропроцессора и не может быть изменена. Это значит, что записанные на заводе-изготовителе данные сохраняются неизменными при выключении питания микропроцессора. ПЗУ расположено на кристалле микропроцессора и состоит из большого количества ячеек. Каждая ячейка памяти имеет свой порядковый номер, называемый адресом. В этих ячейках хранятся коды команд -- это и есть управляющая программа, исполняемая микропроцессором во время его работы. Информация вводится в ПЗУ на этапе изготовления микропроцессора, а процедура введения этой информации называется масочным программированием.

Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) используется для временного хранения промежуточных данных. Микропроцессор в процессе работы может изменять эти данные. При выключении питания информация, хранимая временно в ОЗУ, не сохраняется.

Устройство ввода/вывода (интерфейс ввода/вывода) обеспечивает связь с периферийными устройствами -- микросхемами, клавиатурой и др. Подключение к внешним устройствам производится через специальные устройства, называемые портами. Они выполнены в виде набора двунаправленных линий. На структурной схеме показан параллельный 8-разрядный порт (выводы 0...7), который можно конфигурировать различным образом. Последовательный порт можно реализовать, используя две линии параллельного порта -- одну для передачи, другую для приема необходимых данных. Количество портов может быть любое и зависит от выполняемых микропроцессором задач.

В настоящее время во многих микропроцессорных комплектах выпускают специальные интерфейсные БИС, существенно расширяющие (по сравнению с использованием регистров) возможности разработчиков при организации параллельного обмена в МПС. Наиболее популярной БИС этого класса можно считать контроллер К580ВВ55.

БИС К580ВВ55 представляет собой трехканальный байтовый интерфейс и позволяет организовать обмен байтами с периферийным оборудованием в различных режимах.

Статическая погрешность

В большинстве применений АЦП используют для измерения медленно изменяющегося, низкочастотного сигнала (например, от датчика температуры, давления, от тензодатчика и т.п.), когда входное напряжение пропорционально относительно постоянной физической величине. Здесь основную роль играет статическая погрешность измерения.

Расчет параметров АЦП

Аналого-цифровой преобразователь (АЦП) -- устройство, преобразующее входной аналоговый сигнал в дискретный код (цифровой сигнал).

Продолжительность оцифровки АЦП должна быть менее 0,02 с.

UАЦП = 5В

б = 0,03%

Значение ступени квантования:

ДU=(б/100)* UАЦП = (0,03/100) * 2= 0.0006 В

Число дискретных значений кода АЦП:

n = UАЦП / ДU + 1 = (5/0,0006) +1 = 8334

Разрядность АЦП:

L > log2n = log28334 = 13.0248

L =13

Выбор АЦП

Из этого следует, что АЦП выбираем 14-разрядный. Необходимо выбрать АЦП с разрешением от 13 разрядов. AD 7952 является 14-разрядным АЦП с программируемым диапазоном входных сигналов. Позволяет уменьшить число внешних компонентов, размеры и стоимость проектируемых на его основе устройств. Пользователи практически без задержки могут переключать четыре диапазона этого АЦП ( 0...5, 0...10, ±5, ±10 диф.). Благодаря частоте выборки 1 МГц этот АЦП превосходит ближайшие аналоги по скорости преобразования. Стоимость его вдвое меньше стоимости ближайших аналогов, а размеры - на 50% меньше аналогичных преобразователей, что делает его наиболее предпочтительным при построении изделий с широкими функциональными возможностями. Потребляемая максимальная мощность равна 100мВт.

1. Разработка структуры микро ЭВМ.

Структурная схема -- это совокупность элементарных звеньев объекта и связей между ними, один из видов графической модели. Она предназначена для отражения общей структуры устройства, то есть его основных блоков, узлов, частей и главных связей между ними. Из структурной схемы должно быть понятно, зачем нужно данное устройство и что оно делает в основных режимах работы, как взаимодействуют его части.

Главный принцип построения структуры ЭВМ - магистрально-модульная организация.

При этом под модулем будем понимать обособленное устройство, предназначенное для выполнения определенного типа операций над информацией (обработка, преобразование, хранение), а под магистралью - канал связи, служащий для передачи информации, соответствующей определенному стандарту, и допускающий подключение нескольких параллельных модулей. Определенный набор сигнальных проводников магистрали и стандарт передачи информации в совокупности образуют интерфейс. Микропроцессор - это центральный узел, управляющий перемещением всех данных и выполнением операций.

Сигнал поступает с датчика флуометра на АЦП AD7952. АЦП AD7952 этот сигнал оцифровывает и с помощью микросхемы КР580 ВВ55А передаёт цифровой код на шину данных. По 8-разрядной информационной шине или шине данных (ШД) осуществляется двунаправленная пересылка данных к микропроцессору и от микропроцессора. По шине данных два байта информации передаётся в ПЗУ и ОЗУ. Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) в микро ЭВМ содержит некоторую программу (на практике программу инициализации ЭВМ). Программы могут быть загружены в запоминающее устройство с произвольной выборкой (ЗУПВ) и из внешнего запоминающего устройства (ВЗУ). Это программы пользователя. По внешнему прерыванию контроллер КР580 ВМ80 выдаёт сигнал по шине управления и байт из ОЗУ перемещается в УВВ по шине данных. После этого Байт из ПЗУ перемещается в ОЗУ, откуда перемещается в УВВ по шине данных.

Микропроцессор координирует работу всех устройств цифровой системы с помощью шины управления (ШУ). Помимо ШУ имеется 16-разрядная адресная шина (ША), которая служит для выбора определенной ячейки памяти, порта ввода или порта вывода. Важно отметить, что МП может посылать информацию в память микро ЭВМ или к одному из портов вывода, а также получать информацию из памяти или от одного из портов ввода.

В третьей главе была построена и описана структурная схема нашей микро ЭВМ, которая отражает общую структуру устройства, то есть его основные блоки, узлы, части и главные связи между ними. Также была построена функциональная схема, указывающая на выполняемые функции. Далее, основываясь на данной схеме, будет построен алгоритм функционирования микро ЭВМ.

кровеносный сердечный технический медицинский

Заключение

В результате выполнения данной курсовой работы проанализирован микро ЭВМ, осуществующий прием с датчика флуометра, разработана его структурная схема.

Построение ЭВМ на основе микропроцессорных БИС позволяет уменьшить стоимость микроЭВМ, сравнимых по своим параметрам с ранее созданными ЭВМ, в 103 - 104 раз, габаритным размерам - в (2-3)x104 раз, по мощности потребления - в 105 раз. Это означает, что без увеличения общих затрат микроэлектронная технология позволяет обществу произвести в сотни и тысячи раз больше ЭВМ, чем ранее.

Размещено на Allbest.ru