单片机在医疗器械中的应用前景

医用电子10A1班

黄克锦

100743021

2010年9月15日

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单片机到底是什么呢？就是一个电脑，只不过是微型的，麻雀虽小，五脏俱全：它内部也用和电脑功能类似的模块，比如CPU，内存，并行总线，还有和硬盘作用相同的存储器件，不同的是它的这些部件性能都相对我们的家用电脑弱很多，不过价钱也是低的，一般不超过10元即可......用它来做一些控制电器一类不是很复杂的工作足矣了。我们现在用的全自动滚筒洗衣机，排烟罩VCD等等的家电里面都可以看到它的身影！......它主要是作为控制部分的核心部件。

它是一种在线式实时控制计算机，在线式就是现场控制，需要的是有较强的抗干扰能力，较低的成本，这也是和离线式计算机的（比如家用PC）的主要区别。

单片机是靠程序的，并且可以修改。通过不同的程序实现不同的功能，尤其是特殊的独特的一些功能，这是别的器件需要费很大力气才能做到的，有些则是花大力气也很难做到的。一个不是很复杂的功能要是用美国50年代开发的74系列，或者60年代的CD4000系列这些纯硬件来搞定的话，电路一定是一块大PCB板！但是如果要是用美国70年代成功投放市场的系列单片机，结果就会有天壤之别！只因为单片机的通过你编写的程序可以实现高智能，高效率，以及高可靠性！

由于单片机对成本是敏感的，所以目前占统治地位的软件还是最低级汇编语言(近几年，C语言也开始广泛被应用)，它是除了二进制机器码以上最低级的语言了，既然这么低级为什么还要用呢？很多高级的语言已经达到了可视化编程的水平为什么不用呢？原因很简单，就是单片机没有家用计算机那样的CPU，也没有像硬盘那样的海量存储设备。一个可视化高级语言编写的小程序里面即使只有一个按钮，也会达到几十K的尺寸！对于家用PC的硬盘来讲没什么，可是对于单片机来讲是不能接受的。 单片机在硬件资源方面的利用率必须很高才行，所以汇编虽然原始却还是在大量使用。一样的道理，如果把巨型计算机上的操作系统和应用软件拿到家用PC上来运行，家用PC的也是承受不了的。

目前最常用的单片机为MCS-51，是由美国INTEL公司（生产CPU的英特尔）生产的，89C51是这几年在我国非常流行的单片机，它是由美国ATMEL公司开发生产的，其内核兼容MCS-51单片机。

编辑本段单片机的学习

一、单片机与单片机概述：包括单片机概念、单片机的特点、应用领域和发展趋势、市场主流单片机性能比较与选型、常用51核单片机介绍、业内通用单片机开发方法和流程、开发板及相关开发工具的介绍和使用等；

二、51单片机架构及基本资源的使用：包括单片机工作原理介绍、51单片机架构介绍、单片机最小系统介绍、51单片机基本资源如并口、中断、时钟与复位、串口等的熟练使用等；

三、单片机基本资源扩展设计：包括存储器扩展设计、可编程和不可编程I/O接口扩展设计、I2C总线的模拟设计等；

四、输入输出设备的设计：包括独立式按键和矩阵键盘的各种输入方法、数码管及液晶显示器的接口设计、蜂鸣器的设计； 3

五、输入通道和输出通道的设计：包括一定模拟和数字信号量的输入、频率量的输入方法、A/D转换原理与器件选型及其与单片机的接口设计、数字与模拟量的输出方法、功率驱动相关知识、D/A转换原理与器件选型及其与单片机的接口设计等；

六、单片机软硬件设计和调试经验：各种软件开发和设计技巧、调试经验等；

七、开发环境和开发工具介绍：Keil uVision2集成开发环境的使用与软调试等；

八、软硬件系统集成和调试方法，技术文档的编写规范

单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域，大致可分如下几个范畴：

1.在智能仪器仪表上的应用

单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点，广泛应用于仪器仪表中，结合不同类型的传感器，可实现诸如电压、功率、频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理量的测量。采用单片机控制使得仪器仪表数字化、智能化、微型化，且功能比起采用电子或数字电路更加强大。例如精密的测量设备（功率计，示波器，各种分析仪）。

2.在工业控制中的应用 4

用单片机可以构成形式多样的控制系统、数据采集系统。例如工厂流水线的智能化管理，电梯智能化控制、各种报警系统，与计算机联网构成二级控制系统等。

3.在家用电器中的应用

可以这样说，现在的家用电器基本上都采用了单片机控制，从电饭褒、洗衣机、电冰箱、空调机、彩电、其他音响视频器材、再到电子秤量设备，五花八门，无所不在。

4.在计算机网络和通信领域中的应用

现代的单片机普遍具备通信接口，可以很方便地与计算机进行数据通信，为在计算机网络和通信设备间的应用提供了极好的物质条件，现在的通信设备基本上都实现了单片机智能控制，从手机，电话机、小型程控交换机、楼宇自动通信呼叫系统、列车无线通信、再到日常工作中随处可见的移动电话，集群移动通信，无线电对讲机等。

5.单片机在医用设备领域中的应用

单片机在医用设备中的用途亦相当广泛，例如医用呼吸机，各种分析仪，监护仪，超声诊断设备及病床呼叫系统等等。

此外，单片机在工商，金融，科研、教育，国防航空航天等领域都有着十分广泛的用途。

下面重点介绍一下单片机在医疗仪器设备中的应用 。 由于医疗仪器设备固有的自身特点和以上提到的最新发展趋势的要求，用于医疗仪器设备的技术和系统也应该与这些特点和要求相适应。单片机应用于医疗仪器设备，符合发展趋势带来的要求和变化。

医疗仪器领域大量医疗仪器的应用，如心脏起搏器、放射设备及分析监护设备，都需要单片机的支持。各种化验设备，如肌动电流描记器、离散光度化学分析、 分光光度计等，都需要使用高性能的、专用化的DSP系统来提高其精度和速度。引入单片机后，现有的各种监护仪的功能与性能都将得到大幅度的提高。

一般来说，医疗系统都非常庞大，但我们看到的一个趋势是便携式、低成本产品渐渐流行。便携医疗产品可分为两种：一种是手持产品，如用于患者监控的产品，像 测量脉搏、血压等的产品，医生可以随身携带；另一种则不一定能够随身携带，但它们是低成本、简单的设备，一般用于设备较简单的医院。针对便携化的趋势，要 求医疗电子设备必须具备体积小、功耗低、价格低和易于使用的特点。

在医疗仪器的设计方面，有三个设计策略非常重要：一是采用模块化设计方法，采用这种方法可以在基本的平台上设计出不同型号的产品；二是背板设计方法，每个 大系统一般都会有背板，上面可以插很多不同的板，它可以使系统的速度很快；三是便携产品。由于单片机具有的特点，上述医疗仪器设计策略都可以采用嵌入 式系统实现。

在医疗仪器应用中，单片机的普及率非常高。在设计过程中，根据需要对单片机重新编程，可避免前端流片(NRE)成本，减少和ASIC相关的订量， 降低芯片多次试制的巨大风险。此外，随着标准的发展或者当需求出现变化时，还可以在现场更新。而且，设计人员能够反复使用公共硬件平台，在一个基本设计基 础上，建立不同的系统，支持各种功能，从而大大降低了生成成本。使产品具有较长的生命周期，可以保护医疗仪器不会太快过时，医疗行业的产品生命周期比较 长，因此这一特性非常重要。现代数字医疗仪器设备不但包括诊疗设备，而且还有数据存储服务器和接口软件。单片机可为医疗仪器设备设计、生产和使用提供 先进的技术支持。 5

单片机在医疗仪器领域的应用前景 。 随着信息技术的发展，数字化产品空前繁荣。嵌入式软件已经成为数字化产品设计创新和软件增值的关键因素，是未来市场竞争力的重要体现。从医疗仪器领域来 看，除了新的传感检测技术不断运用推广之外，对所采集信息的分析、存储和显示也提出了更高的目标。这就要求现代的医疗仪器具备更强大的计算和存储能力以及

更稳定可靠的性能。另外，医疗仪器作为一个特殊的行业，又要求设备能够达到更高级别的环保要求。如何进一步地智能化、专业化、小型化，同时做到低功耗、零 污染，将会是一个无止境的追求过程，这为单片机在医疗仪器中的应用提供了更广阔的天地和更高的要求。

我国目前有19.2万家医疗卫生机构，拥有的医疗仪器设备中有15%是上世纪70年代前后的产品，需要更新换代，这将会推动未来几年甚至更长一段时间我国 医疗仪器设备需求增长。2007是医疗体制改革启动之年，政府加大了公共卫生基础设施的投入，给医疗仪器带来较大的发展空间。根据“十一五”规划， 2007年“新农村合作医疗”试点覆盖面将逐步扩大，2008年在全国基本推行，2010年实现基本覆盖农村居民的目标，这对于我国医疗仪器将是重大利

好。同时，中国医疗仪器产品结构的调整，对单片机应用于医疗仪器也提供了一个很好的发展机会，同时也对单片机的开发者提出了新的挑战，开发出的产 品除了应具有独特的创新功能外,开发者还应遵循一定的原则。只有这样，才能使单片机在医疗仪器中的应用事半功倍。

医疗仪器设备的最新发展趋势

进入2008年，越来越多的利好消息出现在医疗仪器设备领域。近期，德国、澳大利亚都分别明确表示要在儿童医疗和全民医疗领域加大投入。而我国和墨西哥这 样的发展中人口大国也将在2008年继续其备受世人瞩目的医疗改革。这些政府级别的投入将增加全社会对医疗仪器设备的需求。随着生活水平的不断提高，人们 对于自身健康的关注也提升到一个前所未有的高度。今天，越来越多的高科技手段开始运用到医疗仪器的设计中。心电图、脑电图等生理参数检测设备，各类型的监 护仪器、超声波、X射线成影设备、核磁共振仪器以及各式各样的物理治疗仪都开始在各地医院广泛使用。远程医疗、HIS、病人呼叫中心、数字化医院等先进理 念的出现和应用，使医院的管理比以往任何时候都更加完善和高效，同时病人享受到更加快捷方便和人性化的服务。

在技术领域，医疗仪器设备则开始呈现向便携性和网络化发展的趋势。可以随身携带的血压计、血糖仪，可以在家庭或小型社康医院中使用的呼吸机、心电监护仪必 然会有越来越大的市场需求。而网络化的进一步普及也正在进入医疗仪器设备领域，通过有线或无线技术，医生可以远程访问病人的资料；数字化网络化的医疗检测 设备使病人不必再携带大量的检测资料奔波在医院的各个科室甚至是远隔千里的不同医院之间，从而节省了就医者的时间和重复检测的费用；而网络化的医疗仪器设 备和系统也使远程医疗变为现实，身在某些不发达地区的重症患者有可能通过远程医疗获得高水平医生的救治而重获新生。在我国，由于医疗资源尤其是高端优质医 疗资源的缺乏和地区间分布不均衡引起了广被诟病的“看病难”问题。医疗仪器设备网络化所带来的这些益处对解决该问题也有着非常现实的意义。