隨著信息技術(shù)的迅猛發(fā)展和人民生活水平的提高，極大地推動(dòng)了醫(yī)療電子設(shè)備的發(fā)展，當(dāng)今醫(yī)療電子設(shè)備的發(fā)展趨勢(shì)是高精度、實(shí)時(shí)性、低功耗和小尺寸，作為醫(yī)療電子設(shè)備中核心地位的MCU（微處理器）也隨著這一發(fā)展趨勢(shì)向前不斷衍變著。由早期的8位MCU發(fā)展到目前的32位RISC（精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)）MCU。美國(guó)ADI公司根據(jù)市場(chǎng)的需要最新推出了一款基于ARM（高級(jí)精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)）核的微處理器ADμC7024便是目前32位RISC MCU的杰出代表。ADμC7024卓越的處理能力、集成眾多片上外圍器件和芯片低功耗的特點(diǎn)，完全勝任目前醫(yī)療電子設(shè)備的需求及未來(lái)的發(fā)展目標(biāo)。

本文以ADμC7024在醫(yī)療電子中監(jiān)護(hù)產(chǎn)品脈搏血氧計(jì)的應(yīng)用為例，重點(diǎn)介紹其在醫(yī)療電子行業(yè)中的實(shí)際用途。

1 ARM內(nèi)核特點(diǎn)

英國(guó)ARM公司是嵌入式RISC處理器的IP（知識(shí)產(chǎn)權(quán)）供應(yīng)商，它為ARM架構(gòu)處理器提供ARM處理器內(nèi)核（如ARM7TDMI、ARM9TDMI及ARM10TDMI等）。由各半導(dǎo)體公司在上述處理器內(nèi)核基礎(chǔ)上進(jìn)行再設(shè)計(jì)，嵌入各種外圍和處理部件，形成各種MCU。目前基于ARM內(nèi)核的芯片在嵌入式處理器市場(chǎng)上占據(jù)75％的份額。

ARM作為嵌入式系統(tǒng)的處理器，具有低電壓，低功耗和高集成度等特點(diǎn)，并具有開(kāi)放性和可擴(kuò)充性。事實(shí)上，ARM內(nèi)核已成為嵌入式系統(tǒng)首選的處理器內(nèi)核。而對(duì)于醫(yī)療電子設(shè)備而言，并不需要圖像處理等方面更高的要求，因此，ARM7TDMI內(nèi)核以0.9MIPS（百萬(wàn)條指令每秒）/MHz的高效處理能力足以滿足應(yīng)用需要。

ARM7TDMI內(nèi)核是ARM核系列中32位通用內(nèi)核中的一個(gè)產(chǎn)品，它采用三級(jí)流水線結(jié)構(gòu)，指令的執(zhí)行分成取指、譯值和執(zhí)行3個(gè)階段。運(yùn)算器能夠?qū)崿F(xiàn)32位整數(shù)運(yùn)算。內(nèi)核不但能夠執(zhí)行32位高效ARM指令，同時(shí)還支持簡(jiǎn)潔的16位Thumb指令集以提高代碼密度。

ARM7TDMI名稱(chēng)的含義為：

a）ARM7：ARM系列具有32位運(yùn)算能力的內(nèi)核，它采用馮·諾依曼結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)長(zhǎng)度可以是8位，16位和32位，而指令長(zhǎng)度是32位。

b）T：內(nèi)含16位壓縮指令集Thumb，由于32位RISC型處理器的指令代碼利用率較低，ARM為了彌補(bǔ)不足，在新型ARM架構(gòu)（V4T版以上，成熟架構(gòu)由V3版發(fā)展到V6版）定義了16位的Thumb指令集，Thumb指令集比通常的8位和16位CISC/RISC處理器具有更好的代碼密度，而芯片面積只增加6％，可使程序存儲(chǔ)器更小。

c）D：支持片內(nèi)調(diào)試，該內(nèi)核包含用于調(diào)試的硬件結(jié)構(gòu)，可使CPU進(jìn)入調(diào)試模塊，可以方便地進(jìn)行斷點(diǎn)觀察點(diǎn)設(shè)置、單步調(diào)試和多步調(diào)試

d）M：采用增強(qiáng)型乘法器。AARM7TDMI指令集包含2個(gè)32位×32位的乘法指令和2個(gè)乘法累加MAC指令，該結(jié)構(gòu)使得指令的執(zhí)行比其他類(lèi)型的ARM7內(nèi)核減小了許多機(jī)器周期。

e）I：內(nèi)含嵌入式ICE宏單元，ARM架構(gòu)的處理器芯片都嵌入了Embedded ICE－RT邏輯塊，便于通過(guò)JTAG接口來(lái)仿真調(diào)試RAM架構(gòu)芯片。

2 芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)

美國(guó)ADI公司利用其在模擬電路領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)，綜合基于8052－8位ADμC8xx的技術(shù)積累，將ARM7TDMI內(nèi)核和ADC（A/D轉(zhuǎn)換器），DAC（D/A轉(zhuǎn)換器）等外圍設(shè)備集成在一塊芯片上，就是最近推向市場(chǎng)的拳頭產(chǎn)品ADμC702x系列。其中ADμC7020、ADμC7021、ADμC7022、ADμC7026等芯片除了在片上Flash和SRAM容量大小、ADC和DAC通道數(shù)量、PWM（脈寬調(diào)制）相位數(shù)量有差別外，其他完全一致；而ADμC7026，ADμC7027具有外部擴(kuò)展內(nèi)存接口。

本文主要介紹其中具有代表性的一款--ADμC7024，工業(yè)級(jí)的ADμC7024工作于2.7V－3.6V電源電壓，64引腳CSP封裝的芯片面積僅為9mm×9mm，在1MHz時(shí)鐘頻率下芯片最高功耗為5mA，在最大時(shí)鐘頻率45MHz下芯片最高功耗為60mA。其原理框圖如圖1所示。

2.1 片上集成高性能的ADC和DAC

ADμC7024片上集成了10通道12位逐次逼近型ADC，能夠在電源電壓為2.7V－3.6V的范圍正常工作，在系統(tǒng)時(shí)鐘頻率為45MHz下的最高采樣率高達(dá)1MSPS（百萬(wàn)次采樣每秒）。該ADC模塊提供一個(gè)高精度、低漂移的片上2.5V基準(zhǔn)電壓VREF，該電壓通過(guò)片上REFCON寄存器的軟件配置也能作為輸出，向外提供基準(zhǔn)參考源。ADC能夠工作于單端轉(zhuǎn)換模式或者差分轉(zhuǎn)換模式，在單端轉(zhuǎn)換模式下的輸入電壓范圍是0至VREF，在差分轉(zhuǎn)換模式下輸入電壓范圍是0至AVDD（AVDD通常情況下為3.3V）ADC單個(gè)或連續(xù)的轉(zhuǎn)換能夠被外部引腳CONVstar、片上PLA、定時(shí)器1或定時(shí)器2所觸發(fā)。