1694.心音信号检测仪的研究（二）——信号的显示---毕业设计论文 (2).doc

2008届毕业论文 毕 业 设 计（论 文）题 目：心音信号检测仪的研究（二）信号的显示 专 业： 测控技术与仪器 学生姓名： 班级学号： 指导教师： 指导单位： 光电工程学院 日期：2008年 3月 17日至 2008年 6月 20日摘要 随着社会的进步和科技的发展，人们对健康观念、健康方式和途径都发生着深刻的变化。我国是心脑血管疾病的高发区，然而多数医院的心电监护设备数量少、不宜移动、且成本高，无法满足市场的需求.为了满足对心电监护设备的需求，降低医疗成本，采用台湾凌阳公司生产的sPCE06lA微控制器，来实现心电信号的检测和显示。关键词：心电信号;监护仪;单片机;急救；SPCE06lAABSTRACT The movement of the social and technological progerss,healthy concept hcealthy fanshion and approach of people are deeeply changing.there is the area of causing hemal disease of heart and barain frequently inour country.But most hospitals have few cardiogram detecting equipments and these equipments can not be move easily and have too highpeice so the equipments can not satisfy needs of the market.For satisfying the need and depresiating the iatrical cost ,we need a kind of cardiogram detesting system,which uses the SPCE061A MCU which is made by possessing of collateral bus .To accomPlishes data incePtion storage, datadisposal and display functions.Keywords：ECGsignals;ECGmonitor;microcontroller;firstaid;SPCE06lA目录第一章 心音信号检测仪的概述4 1.1心音信号检测仪的作用 4 1.2心音信号检测技术的历史和现状 4 1.3国内外研究状况 6第二章 系统整体设计方案 7 2.1 心电基本原理7 2.2心电图的作用与意义 9 2.3 心音信号检测的基本原理及性能特点10第三章 系统的硬件设计与实现 11 3.1模拟电路11 3.2数字电路单片机系统11 3.3数字电路显示模块18第四章 系统的软件设计与实现 26 4.1 程序设计任务26 4.2系统初始化及参数设定27 4.3主函数及功能的实现30结束语 32参考文献 33附录 34第一章 心音信号检测仪的概述1.1心音信号检测仪的作用近些年来,随着生活节奏的加快和人口老龄化程度的增加,心血管疾病的发病率呈上升趋势,已成为导致死亡的主要原因。各国医学界非常重视心血管疾病的诊断和治疗,世界各大医疗仪器公司都投入了大量的人力、物力进行相关产品的研制和开发,并已形成了从床旁监护、遥测监护直至中央监护等一系列心电监护产品。同时随着计算机技术的迅速发展,相关的智能诊断软件层出不穷,心电监护和智能诊断技术已发展到较为成熟的阶段。然而心脏病发作具有随机性和突发性,医院中的心电监护设备往往体积笨重、价格昂贵、不便于携带,很难在急救状态下及时进行心电监护工作,许多患者由于不能及时得到病症诊断而延误了抢救时机,从而丧失了宝贵的生命。心血管疾病的发病率亦呈上升趋势。多数患者平时对自己的心脏健康状况一无所知,更无从预防与治疗,及至出现严重症状时才到医院急诊;明确诊断的心血管疾病患者因不能随时掌握自己的病情变化(心电演变)而未能及时到医院复诊;许多心血管疾病发作时,典型的病理心电信号转瞬即逝,待就诊时较难捕捉到典型病理心电图,这在一定程度上给诊疗带来了困难。为此,我们以急救状态和野外环境下使用为目的,研制了便携式液晶显示心电监护仪,以使突发性心脏病患者的诊断和监护能在第一时间进行,为患者争取了宝贵的抢救时间。世界各国对于防治心血管疾病的研究都非常重视。其中最有价值的是心电图检测技术。但心电图检查一次只能描记几秒钟的心电信息，因而很难捕捉那些间歇性或偶发性心脏疾病情况，这就给医务人员分析这类患者的病情带来困难；后来出现了Holter机（动态心电图仪），它能提供长期的动态心电图记录，一般可连续记录24小时；但动态心电图仪还存在许多不足之处，如它是将所有正常与不正常的心电信号全部记录下来，需要高质量的磁记录装置和复杂的快速回放分析计算机系统，且不能实时分析病情、给出重病报警信号等；因而可能会延误病人的治疗。针对这类患者只有长时间监测其动态心电信号，才能捕捉到发病时的心电变化，从而做出准确判断。1.2心音信号检测技术的历史和现状随着西方医学的发展，心音信号检测对于现代医学来说，是十分具有帮住的。心脏听诊是体检的重要部分，心脏杂音发生的时期对临床诊断具有重要价值，例如心脏收缩期中较轻的杂音一般是生理性的，而舒张期的杂音多为病理性的。在心脏听诊时必须能够准确地区分第一、第二心音并辨认出杂音发生在哪个时相，这一直是医科听诊的难点。利用电子信息技术可以对心音信号进行有效处理，滤去不相干的杂音及环境噪音，并放大有用的声音，为医生临床诊断提供稳定、清晰的心率数字显示及良好的心音音质，基于这种技术的电子听诊器的性能远远优于传统听诊器。使用这种仪器，医生可选择对单个器官进行检查，只听取这一器官的声音，而无来自邻近器官的声音干扰，能获得最佳诊断效果。经过仪器对心声检测出来的信号需要一个渠道来展现给医护人员，以帮助他们能够迅速判断疾病类别。传统的方法是通过医护人员的听诊，这样得出来的结论较主观，无法定性定量的确定心声类别。如果采用小型液晶屏幕对心声特征以波形的形式显示出来，这样得到的数据将会十分科学且易于辨认。现在的医用心音检测装置多用专用IC和单片机实现，心音传感器的信号经放大、滤波后，经脉A/D转换送单片机处理，经单片机定时、计数和数据处理后进行心率数字显示。它具有可靠性强、测量精度和转换效率高的特点。ECG信号是生物医学信号中的一大类，ECG信号分析主要是提取P、QRS、丁波和ST段的参数(幅度、宽度、斜度)并分析波形。其准确度，可靠性的好坏决定诊断结果的准确性和可靠性.ECG检测是20世纪建立起宋并广泛应用于临床诊断和监测的重大技术成果之一。1895年荷兰生理学家Einthoven在改进毛细管电位计的基础上，获得了现代的心电波形。1903年，Einthoven发明弦线型心电流计，其结构是把极细的铂丝或镀金的石英纤维衷撑在强磁场的空气隙中，当心电电流通过弦时，引起弦在磁场垂直方向上的移动，再用光学投射系统放大，投射在移动的胶卷或纸上，从而真实的记录了心电图，这种方法确定了心电图测量的标准导联。1912年Waller将心电变化曲线命名为“心电图”(Electrocardfograjn，ECG)。由于心电图对心血管疾病诊断尤其是心脏疾病诊断具有重要意义，它在临床上得到广泛应用。1957年，美国物理学家Holter首创了一种用磁带记录器对正常活动状态下的病人做长时间连续心电图记录的方法，开辟了时间全信息和环境全信息心电记录和诊断的新领域，从而在某种程度上弥补了常规心电图的不足之处。这种长时间连续记录的心电图称为动态心电图(mbulatoryElectrocardiogr即h，AECG)，它提供的长时间动态心电图记录对心率失常的检出、早期心血管病诊断、抗心率失常治疗的评价以及心率失常和生理关系的研究具有重要意义。AECG主要涉及两大技术，一是采集、存储和传输技术，二是自动分析技术:1.2.1采集、存储和传输技术1960年，美国及加拿大的医疗中心相继开创了冠心病监护病房(CCU)和加强护理病房(IcU)，通过长时间的示波监护对病人进行治疗。但是数量庞大、分布环境复杂的院外患者，Holter和CCU等还是无法解决问题。20世纪70年代，美国研制成功了利用电话线传送心电图的监测系统(TTM)。TTM系统是微机为基础的心电传输/接收和心电数据库管理系统，通过电话线传输心电信息及计算机处理实现对病人的心电监护。随着电子、计算机、特别是网络通信技术的飞速发展，TTM系统的发展迅速，心电监护参数日趋多元化，医疗机构开始建立心电监护网络和数据处理中心，实现了中央集中监护、远程监护和家庭健康监护等多种监护方式。与之对应的患者随身佩带的便携式心电监护仪也因此得到发展。早期的Holter系统中，马达变速、定期保养和更换是磁带记录的一大难题，1985年后出现了固态Holter系统，它把心电信号转换成数字信号后存储在芯片上，避免了马达引起的一些问题。目前各大、中型医院已经采用了以RAM作缓冲、磁光盘记录的Holter系统.90年代以来，国外多导同步心电检测技术日趋成熟，这是心电检测系统的重大发展和进步。进入21世纪，心电产品正向着数据检测多样化，数据处理中心化以及设备小型化等方面发展，而本文也正是针对这些领域对心电设备进行探讨。1.2.2自动分析技术1959年Pipberger等人完成了一个可以区分正常和异常心电图的程序，并于1961年首先开发出导联心电图分析程序。同年，Hofter首创便携式磁带记录仪器，突破了空间的限制川。七十年代后期，微处理技术的高度发展更加促进了ECG自动分析技术的研究。带有微处理器的具有分析判断功能的心电图机(心电分析机)极大的提高了心电数据处理速度和同步性，从而提高疾病诊断成功率。自七十年代以来，ECG自动分析技术十分迅速。具有大存储量，良好的人机界面，强有力的编辑和分析功能的心电监护仪器已经逐渐成为医生诊断心血管疾病不可缺少的重要工具。目前，ECG自动分析技术主要是提高信号检测的准确率，其中最基本的是检测QRS波，这是因为它不仅是诊断心率失常的最重要依据，而且只有在QRs确定后才能分析ECG的其他细节。早期的QRS检测由硬件完成，但随着计算机技术的发展，软件检测技术占据了主导地位。目前，对心电噪声抑制采用低通滤波方法，这种方法虽然可以滤除迭加性白噪声，但同时也衰减心电信号中各种波的幅度。一般QRs波检测方法由以下三个步骤组成:EcG信号的带通滤波、非线性变换及基于规则的QRS波检测。其检测方法为基于信号处理的QRs检测和基于图像识别的QRs检测.基于信号处理的QRs检测:对ECG信号所进行的变换运用最为广泛的是作差分，这其中有Jackson的两点差分，为了把ECG信号转换成易于识别的单向形式，Mudhy在一阶差分的基础上求平方以检测PVC。Ahlstrom研究的Holter实时检测系统在EcG一阶和二阶差分基础上检测QRs波。以上QRs检测方式都是用固定闽值进行判别，由于可能有干扰，或者有高P波、高丁波，若其滤波后超过该阖值，会产生假阳性(falsepositive，FP)检测;另一方面，当心律失常或QRs波幅度变小，阐值设置过高，会导致漏检，即假阴性(falsenegative，FN)检测.因此有必要采用一些闷值自动调整规则，如有幅度闭值、斜率闭值和时间阐值等。基于图像识别的QRS检测:把ECG中不同的波形和线段分解成一系列模式(线段和尖峰)，把每个模式的特征参数(如线段的斜率、起点、终点等)用一组符号表示，检测这些符号构成的序列，当某一序列符合QRS波所具有的符号序列时，则判定该序列所对应的ECG段为QRS复合波。关键在于划定模式和定义所用的符号序列。国内外不少学者也把小波变换用于心电图特征点标定的研究，用样条小波和Marr小波(高斯函数的二次导函数)设计小波滤波器组，用Mallat算法计算小波变换，通过可变闽值检测小波变换的过零点或模极大值来标定R峰位置，并用一系列策略对标定值进行修正以增强算法的抗干扰能的力，提高QRs波的正确检测率，同时还分析了二次微分小波相对于一次微分小波在R波检测过程中的不同之处。1.3国内外研究状况当前国外对心音的研究主要有对心音信号传导和基本特征的理论研究，对采集到的心音信号进行用数字信号处理的方法进行时频特性的研究。自七十年代起，人工心脏瓣膜的无创伤性检测方法却显得很贫乏。人们开始利用心音的频谱分析来评估瓣膜的功能和大小参数。心音的模式识别与自动解释。心音中含有人体心脏大量的生理、病理信息。因此对用现代数字信号处理方法提取的心音特征，用模式识别或神经网络对心音进行自动分类和识别，一直是人们感兴趣的研究课题之一。国内研究的方法主要是集中在对以前用老式心音图机采集的信号进行分析，或者就是用声卡或其它方法对以前临床采集的听诊病例进行信号的分子研究，真正的把电子产品应用到临床的还很少。国内有博精医药信息研究所研究的基于笔记本计算机的心音分析仪。由心音传感器心音、信号预处理盒、笔记本计算机、打印机、音箱和心音信号处理软件组成。第二章 系统整体设计方案2.1 心电基本原理 心电信号属于强噪声背景下的低频微弱信号，是一种复杂的自然信号，所以对心电系统的设计有其特殊性，应区别于工业工程中的情况。对心电信号的了解有助于系统整体方案的设计。2.1.1 心电图的产生及特征 正常人体内，每一个心动周期中，起自窦房结的自动节律性兴奋，经传导组织引起全部心房和心室肌的相继除极和复极。心脏各部分兴奋过程中出现的电变化的方向、途径、次序和时间都有一定规律。这种生物电变化通过心脏周围的导电组织和体液反映到身体表面上来，使身体各部位在每一次心动周期中也都发生有规律的电变化.因此，在体表的任意相隔一定距离的两个点之间存在电位差。体表的电位分布随心肌的电活动而不断地变化。所以任意两点之间的电位差也是变化的，这个电位差是周期性曲线。把测量电极放在人体表面的一定部位，记录的心脏电变化曲线即临床常规心电图(electrocardiogram，ECG).心电图一般包括P波、QRS复合波和T波，有时可石到后继的U波。连接两个波群之间的是心电图的基线，即等电位线，反映此时各部分心肌的电位相等，体表电极上无电位差。 1.P波 反映心房除极的综合向量。高度不超过众25mV，宽度。，0650115。超过上述范围为P波过高或过宽，属于异常现象。 2.p一R间期 自P波开始至Q波开始的间距。代表自心房开始除极到心室开始除极的时间。P一R间期的正常值随年龄和心率而有所筹别，心率慢者。P-R间期较长。正常成人一般在0.1250.205之间。 3.ORS复合波 反映整个心室的除极综合向量的变化，即整个QRS在各导联轴上的投影。典型的QRs复合波包括第一个向下的负波一Q波，一个快速向上的正波一R波，和随后的向下的负波一5波。正常QRS时间在。刀65一0.085之间，一般不超过0105。 4.S-T段 由5波结束到T波开始的线段。反映左、右心室全部除极完毕到复极厂始以前的一段时间。 5.T波 反映心室复极的综合向量。 6.QT间期 从Q波兀始到T波结束。反映了心宝l始除极ilJ全部又极元毕的一段时间。 7.U波 T波之后有时可能看到的一个很小的正向波。可能表示心肌激动后的电位变化，人们对它的认识仍在探讨中。2.1.2 常用心电图导联 1.标准肢体导联在心动周期里最主要的心电综合向量通常指向左前下方，因而通常反映在左下肢的电位最高，而右上肢电位最低，左上肢的电位居中。习惯上采用的三个标准导联就是将正常情况下电位较低的一个肢端连接心电图机的负极，较高的一端连正极，以便在多数导联上得到以正波为主要的心电图波形。 2.加压单极肢体导联如以标准导联中的一个肢体记录电极连接心电图机的正极为探查电极，而另一记录电极连接于身体的零电位点作为“无干电极”，这样记录所得可以说就是心电综合向量反映于该端的“绝对”变化。这种连接方式称为单极肢体导联。人们从理论和实践上证明:将右上、左上、左下三个肢体以导线联结于一点，该处的电位即等于或接近于零电位，称为“中心电端”。为消除各个记录电极同肢体皮肤连接处局部电阻不同所造成的差异，在组成中心电端的各导线上均串联一个5000Q的固定电阻，这样可使三条通路上的电阻值接近平衡。以后又发现只需以探查电极为一极，联接除该极以外的另两肢为另一极，即可得到和原单极肢体基本一致的图形，但幅度增人半倍，更便于观察。这就是目前常规应用的加压单极肢体导联。记录电极连右上肢的导联叫avR导联，连左上肢的叫aVL导联，连左下肢的叫avF导联。3.胸导联胸导联也是一种单极导联。胸导联中将探查电极置于胸前不同位置，连接心电图机的正极，并以中心电端作为无干电极接心电图机的负极进行记录。由于胸导联的探查电极距心室较近，可更好地反映附近心肌的局部电位变化，因而在冠心病及其他心肌疾患的诊断上有更大的价值”.，。其中，VI和VZ导联在第四肋间隙胸骨左右缘，V4导联在左锁中线和第五肋间隙相交处，V6在左腋中线相当于V4水平位置，V3在VZ和V4导联连线中点处，VS在v4和V6导联中点处。2.1.3 心电信号的特征 1.微弱性 心电信号非常微弱，一般只有0.05一smV，典型值为lmV。要检测心电信号，就必须设计出合适的心电检测放大电路，同时必须进行滤波等抗千扰技术处理。 2.低频特性 心电信号频率比较低，频谱范围为0.05100Hz，能量主要集中在05一20Hz。 3.不稳定性 人体与外界有密切的联系，内部各器官间存在相互影响，加之心脏位置、呼吸、年龄等原因，都会使心电信号发生相应的变化。因此，在对心电信号进行检测分析处理时，应该考虑到它是随时间变化的信号，应按其频谱特性，选择适当的放大系数。2.1.4 心电信号的噪声干扰 影响心电信号的噪声种类很多，主要包括以下几种:1，50Hz工频及其各次谐波的干扰 从人体表面采集的ECG信号常常受到多种干扰，其中人体分布电容所引起的工频干扰是其中最主要的一种。对于一个给定的测试环境而言，我们可以将这种干扰区分为频率和幅值两部分:其频率成分包含有50HZ的基波及其各次谐波:其幅值成分在ECG峰一峰幅值的050%范围内变化。另外，周围环境的电磁干扰也是产生千扰的一个方面。一般采用软硬件综合方法进行滤波。2. 由于呼吸和运动所产生的电极接触噪声 电极接触噪声是一种由于电极和皮肤之间接触不良或电极脱落所带来的一种不稳定的干扰。通常通过对皮肤的预处理以及适当固定电极和导联来消除这一类型的干扰。3. 肌肉收缩产生的噪声 人体表皮层内、外存在典型值为30mV的皮肤电势，当皮肤伸张时，皮肤电势降到大约25mV。这smv的皮肤电势变化反映到ECG中，即为人们所观察到的由于肌肉收缩舒张所产生的噪声。对于这种干扰，一方面可以通过对皮肤进行预处理以及穿刺技术使得效果得到改善，另一方面可以通过电极准确定位进行消除。 4.电子装置产生的噪声 在设备的设计中注意电磁干扰等情况可以有效降低此类噪声。2.2心电图的作用与意义心电图检查是广泛应用于临床无创性检查方法之一， 对某些疾病特别是心血管疾病的诊断具有重要的意义。其应用范围如下：   1、对心律失常和传导障碍具有重要的诊断价值。   2、对心肌梗塞的诊断有很高的准确性，它不仅能确定有无心肌梗塞，而且还可确定梗塞的病变期部位范围以及演变过程。   3、对房室肌大、心肌炎、心肌病、冠状动脉供血不足和心包炎的诊断有较大的帮助。   4、能够帮助了解某些药物（如洋地黄、奎尼丁）和电解质紊乱对心肌的作用。   5、心电图作为一种电信息的时间标志，常为心音图、超声心动图、阻抗血流图等心功能测定以及其他心脏电生理研究同步描纪，以利于确定时间。   6、心电监护已广泛应用于手术、麻醉、用药观察、航天、体育等的心电监测以及危重病人的抢救。   心电图机轻松方便， 可随身携带上门服务，心电图阅读分析可通过远程操作，大大方便了远在各个角落的心脏疾患病人，只要拥有心电图远程系统联络方式，养病在家的心脏病人随时可以得到心电图工作者及时准确的指导，以便更好地预防和治疗心脏疾病。心电图已随着医学的发展而发展，为顺应人类的遗传学、优生学发展趋势，心电图已能将胎儿心脏活动时产生地生物电流描绘成图谱，记录胎儿瞬间变化，通过观察胎儿心电图，可动态监测围产期胎儿发育情况和在宫内生长情况对及早诊断，及时治疗胎儿疾患，提高围产儿质量优生优育，具有重要的临床意义及社会价值。2.3 心音信号检测的基本原理及性能特点。心音信号检测的基本原理是利用压/电传感器检测心音信号，再经过放大、滤波电路以及A/D转化电路最终由单片机实现对信号的存储与显示。心音信号检测的电路有多种，其流程如下图：单片机处理传感器液晶显示信号经放大滤波转换 实现心音信号检测的技术方案。心音的听音范围为20Hz600Hz我们选择了驻极体式话筒作为最初的心音采集传感器，使用高精度的放大、滤波电路。将滤波电路过来的信号送到A/D转换器。得到脉冲信号后进入存储显示阶段：先将脉冲信号送单片机处理，根据事先编好的处理后的信号可送显示电路通过液晶显示。第三章 系统的硬件设计与实现3 . 1模拟电路3 . 1 . 2输入缓冲电路 输入缓冲电路的结构为电压跟随器，其作用是使人体与电阻网络隔离以及可以缓冲两个输入端输入电阻的不平衡3.1.3前置放大电路 前置放大电路在模拟电路中有着举足轻重的作用，其精度的高低直接影响系统的性能，其核心是前置放大器的选择3.1.4滤波放大电路 由于心电信号只有005mVsmV，一般不超过2.smV，综合SPCE06lA的AD电压取值范围03.3V和电压抬升1.ZV等因素，所以整个系统电压放大200倍3.1.5电压抬升电路 Fig3一Circuitof而singvol切geandadjustingtoZero心电信号是双极性的，存在负电压，而凌阳公司的SPCE06lA单片机中的AZD是03.3v，所以在A/ D转换前必须把心电信号的基线抬高。3.1.6调零电路由于失调电压和失调电流的存在，当输入信号为零时，集成运放输出电压不为零。为此，需要对集成运放进行调零。3.1.7电源电路3 . 2 数字电路单片机系统 数字电路主要包括:凌阳61单片机系统3.2.1单片机系统系统采用的单片机是凌阳公司生产的SPCE06lA。它的CPU内核采用凌阳公司的nSP (Microcontroller and Signal Processor）16位微处理器芯片如图所示为单片机系统框图。 SPCE061A是继nSP系列产品SPCE500A等之后凌阳科技推出的又一个16位结构的微控制器。与SPCE500A不同的是，在存储器资源方面考虑到用户的较少资源的需求以及便于程序调试等功能，SPCE061A里只内嵌32K字的闪存FLASHROM。较高的处理速度使nSP能够非常容易地、快速地处理复杂的数字信号。因此，与SPCE500A相同，以nSP为核心的SPCE061A微控制器也适用在数字语音识别应用领域。SPCE061A在2.6V3.6V工作电压范围内的工作速度范围为0.32MHz49.152MHz，较高的工作速度使其应用领域更加拓宽。2K字SRAM和32K字闪存ROM仅占一页存储空间，32位可编程的多功能I/O端口；两个16位定时器/计数器；32768Hz实时时钟；低电压复位/监测功能；8通道10位模-数转换输入功能并具有内置自动增益控制功能的麦克风输入方式；双通道10位DAC方式的音频输出功能。3.2.2 性能l 16位nSP微处理器；l 工作电压：VDD为2.63.6V(cpu),VDDH为VDD5.5V(I/O)；l CPU时钟：0.32MHz49.152MHz；l 内置2K字SRAMl 内置32K闪存ROMl 系统处于备用状态下(时钟处于停止状态)，耗电小于2A3.6Vl 2个16位可编程定时器/计数器(可自动预置初始计数值)l 2个10位DAC(数-模转换)输出通道l 32位通用可编程输入/输出端口l 14个中断源可来自定时器A/B，l 使用凌阳音频编码SACM_S240方式(2.4K位/秒)，l 32768Hz实时时钟；3.2.3.结构框图3.2.4.应用领域l 语音识别类产品l 智能语音交互式玩具l 高级亦教亦乐类玩具l 儿童电子故事书类产品l 通用语音合成器类产品l 需较长语音持续时间类产品3.2. 5.功能描述3.2.5.1.CPU SPCE061A配备了凌阳科技开发的最新的16位微处理器nSP。它内含有8个寄存器：4个通用寄存器R1R4，1个程序计数器PC，1个堆栈指针SP，1个基址指针BP和1个段寄存器SR。通用寄存器R3和R4结合形成一个32位寄存器MR，MR可被用作乘法运算和内积运算的目标寄存器。此外，SPCE061A有3个FIQ中断和14个IRQ中断，并且带有一个由指令BREAK控制的软中断。nSP不仅可以进行加、减等基本算术运算和逻辑运算，还可以完成用于数字信号处理的乘法运算和内积运算。3.2.5.2.存储器3.2.5.2.1.RAM SPCE061A拥有2K字的SRAM(包括堆栈区)，其地址范围从$000000到$0007FF。3.2.5.2.2.闪存（Flash）ROM 全部32K字闪存均可在ICE工作方式下被编程写入或被擦除。对闪存设置保密设定后，其内容将不能再通过ICE被读写，也就可以使程序不被其他人读取。3.2.5.3.时钟（锁相环振荡器，系统时钟，实时时钟）3.2.5.3.1.锁相环(PLL，PhaseLockLoop)振荡器 PLL的作用是为系统提供一个实时时钟的基频(32768Hz)，然后将基频进行倍频，调整至49.152MHz到20.48MHz。系统默认的PLL频率为24.576MHz。3.2.5.3.1.1.系统时钟 系统时钟的信号源为PLL振荡器。系统时钟频率(Fosc)和CPU时钟频率(CPUCLK)可通过对P_SystemClock(写)($7013H)单元编程来控制。默认的Fosc、CPUCLK分别为24.576MHz和Fosc/8。用户可以通过对P_SystemClock单元编程完成对系统时钟和CPU时钟频率的定义。当系统被唤醒后最初时刻的CPUCLK频率亦为Fosc/8，随后逐渐被调整到用户设定的CPUCLK频率。这样，可避免系统在唤醒初始时刻读ROM出现错误。3.2.5.3.1.2.实时时钟（32768Hz） 32768Hz实时时钟通常用于钟表、实时时钟延时以及其它与时间相关类产品。用作唤醒源的中断源IRQ5_2Hz，表示系统每隔0.5秒被唤醒一次，由此可作为精确的计时基准。除此之外，SPCE061A还支持RTC振荡器强振模式/自动模式的转换。处于强振模式时，RTC振荡器始终运行在高耗能的状态下3.2.5.4.节电模式 SPCE061A可设置节电的备用模式以达到节能的目的。在这种工作模式下，只需很小（小于2A）的备用电流。要进入待命工作模式，首先应将所需的键唤醒口IOA70设为输入端口。在进入待命工作模式前，通过读P_IOA_Latch单元来激活IOA70口的唤醒功能，或者允许作为唤醒源的中断源中断请求的响应；然后通过写入P_SystemClock单元一个CPUClkSTOP控制字（CPU睡眠信号），以停止CPUClk工作，进入睡眠状态。P_SystemClock单元还可用来编程设置在CPU进入睡眠时是禁止/允许32768Hz实时时钟的工作。在待命模式下，RAM和I/O端口的状态都将维持进入睡眠前的各个状态，直到产生唤醒信号。SPCE061A的唤醒源包括键唤醒IOA70端口以及各中断源（IRQ0IRQ6）。当SPCE061A的CPU被唤醒后，会继续执行程序指令。3.2.5.5. 低电压监测和低电压复位 3.2.5.5.1. 低电压监测 低电压监测功能可以提供系统内电源电压的使用情况。 4级电压监测低限：2.4V、2.8V、3.2 和 3.6V，可通过对P_LVD_Ctrl单元编程进行控制。假定VLVD=3.2V，当系统电压Vcc低于3.2V时， P_LVD_Ctrl单元的第15位返回值为 “1” ，这样，CPU 可以通过可编程电压监测低限来完成低电压监测。系统默认的电压监测低限为2.4V。 3.2.5.5.2. 低电压复位 引起SPCE061A复位通常有 2个途径：电源上电复位、低电压复位（LVR） 。 当电源电压低于 2.2V 时，系统会变得不稳定且易出故障。导致电源电压过低的原因很多，如电压的反跳、负载过重、电池能量不足。如果系统设置了低电压复位(LVR)功能，当电源电压低于该值时，会在 4 个时钟周期之后产生一个复位信号，使系统复位3.2.5.6. 中断 SPCE061A 具有两种中断方式：快速中断请求FIQ(Fast Interrupt Request)中断和中断请求 IRQ(Interrupt Request)中断。 中断控制器可处理3种FIQ中断和14种IRQ中断，以及一个由指令BREAK控制的软中断。 相比之下，FIQ中断的优先级较高而IRQ 中断的优先级较低。也就是说，FIQ中断可以中断IRQ 中断服务子程序的执行3.2.5.7. 输入/输出端口 输入输出端口是系统与其它设备进行数据交换的接口。SPCE061A具有两个可编程输入输出端口：A口和B口。A口既是具有可编程唤醒功能的普通I/O口， 又可与ADC的多路LINE_IN输入共用(IOA60与LINE_IN17共用；B口除了具有普通I/O口的功能外，在特定的管脚上还可以完成一些特殊的功能。I/O端口如右图所示： 尽管数据能通过数据端口 P_IOX_Data 和数据缓冲器端 口P_IOX_Buffer写入相同的数据寄存器， 但从这两个端口读 出的数据却来自不同的位置；从后者读出的仍是数据寄存器 里的数据，而从前者读出的是 I/O 管脚上的电平状态。 IOA70口为键唤醒源，通过读 P_IOA_Latch 单元来锁存 IOA70端口的电平状态，从而可激活其唤醒功能。当 IOA70口的状态和锁存时的状态不一致时，会触发系统由 节电的睡眠工作模式切换到唤醒模式。 B口除了具有常规的输入/输出端口功能外，还有一些特殊的功能，如下表所示：如图所示的电路显示了带有反馈应用的IOB2、IOB3IOB4和IOB5等端口的设置情况。有了反馈功能，只要在IOB2(IOB3)和IOB4(IOB5)之间增加一个RC电路就可以从EXT1(EXT2)得到振荡源频率信号。3.2.5.8.定时器/计数器（Timer/Counter） SPCE061A提供了两个16位的定时器/计数器：TimerA和。为通用计数器；为多功能计数器。TimerBTimerATimerB的时钟源由时钟源和时钟源进行“与”操作而TimerAAB形成；TimerB的时钟源仅为时钟源A。定时器发生溢出后会产生一个溢出信号(TAOUT/TBOUT)。一方面，它会作为定时器中断信号传输给CPU中断系统；另一方面，它又会作为4位计数器计数的时钟源信号，输出一个具有4位可调的脉宽调制占空比输出信号或分别从和APWMOBPWMO(IOB8IOB9输出)，用来控制马达或其它一些设备的速度。此外，定时器溢出信号还可以用于触发输入的自动换过程ADC和DAC输出的数据锁存。向定时器的读写单P_TimerA_Data(/)($700AH)P_TimerB_Data(读/写)($700CH)单元写入一个计数值N后，选择一个合适的时钟源，定时器/计数器将在所选的时钟频率下开始以递增方式计数N，N+1，N+2，0xFFFE，0xFFFF。当计数达到0xFFFF后，定时器/计数器溢出，产生中断请求信号，被CPU响应后送入中断控制器进行处理。同时，N值将被重新载入定时器/计数器并重新开始计数。在TimerA内，时钟源A是一个高频时钟源，时钟源B是一个低频时钟源。时钟源A和时钟源B的组合，为TimerA提供出多种计数速度。若以ClkA作为门控信号，1表示允许时钟源B信号通过，而0则表示禁止时钟源B信号通过而停止TimerA的计数。例如，如果时钟源A为“1”，TimerA时钟频率将取决于时钟源B；如果时钟源A为“0”，将停止TimerA的计数。EXT1和EXT2为外部时钟源。图为一个3/16的脉宽调制占空比输出信号产生过程的时序。APWMO波形是通过写入P_TimeA_Ctrl单元的B9B6选择一个脉宽数（以计数溢出周期数定义）产生出来的，即每16个计数溢出周期将产生一个由上述单元定义的脉宽。此类PWM信号可以用于控制马达及其它设备的速度