第1章：硬件系统架构

各位工程师朋友，咱们直接进入正题。血压计这东西，看着简单，里面门道可不少。我做了这么多年嵌入式，踩过的坑能绕深圳湾一圈。今天先聊聊硬件架构，这是整个系统的骨架。

1.1 主控芯片选型（MCU）

MCU是血压计的大脑。选型时我一般看三点：处理速度、外设资源、功耗。

处理速度方面，血压计需要实时采集压力数据，还要跑滤波算法。我个人习惯用ARM Cortex-M0+或M4内核的芯片。M0+够用，M4带DSP，算起来更爽。你想想看，采样率一般1kHz，每个点要做数字滤波，M0+也能扛住，但M4能留出更多余量给UI刷新。

外设资源这块，我建议至少要有：

• 12位以上ADC，采样率不低于1kHz
• 2个以上定时器，一个用于PWM驱动气泵，一个用于采样定时
• SPI/I2C接口，接OLED或LCD屏
• 足够的GPIO，控制电磁阀、按键、蜂鸣器

功耗嘛，血压计不是一直工作的。待机时电流要控制在微安级。我遇到过一款芯片，待机标称1μA，实际焊上去测出来5μA，查了半天发现是内部LDO没关。嗯，这里要注意，选型时一定要看实际测试数据，别光看手册。

1.2 气泵与电磁阀驱动电路

气泵和电磁阀是血压计的"手脚"。气泵负责充气，电磁阀负责放气。驱动电路设计不好，轻则噪声大，重则烧管子。

气泵驱动，说白了就是控制电机。我一般用N沟道MOS管做低边驱动。选MOS管时注意：

• Vds耐压要高于电源电压2倍以上
• Rds(on)要小，减少发热
• 栅极电容要小，开关速度快

电磁阀驱动更讲究。电磁阀是感性负载，关断时会产生反电动势。我曾经在项目中没加续流二极管，结果MOS管被击穿，整个产线停了两天。教训啊！

驱动电路典型结构：

// 气泵驱动（PWM控制）
GPIO_Init(PUMP_PIN, GPIO_MODE_AF_PP);
TIM2->CCR1 = pump_speed;  // 0-1000

// 电磁阀驱动（开关控制）
GPIO_Init(VALVE_PIN, GPIO_MODE_OUTPUT_PP);
HAL_GPIO_WritePin(VALVE_PORT, VALVE_PIN, GPIO_PIN_SET);  // 打开

1.3 压力传感器（MEMS）接口

MEMS压力传感器是血压计的核心。现在主流是压阻式或电容式MEMS传感器。我偏好用带I2C/SPI数字接口的，省去模拟调理电路，抗干扰能力也强。

传感器选型要点：

• 量程：0-300mmHg足够，留点余量到400mmHg
• 精度：±1mmHg以内
• 温度漂移：小于0.1mmHg/℃
• 响应时间：小于5ms

接口电路方面，如果是模拟输出传感器，需要加运放调理。我建议用仪表放大器，比如AD620，共模抑制比高。数字接口就简单了，直接I2C或SPI连MCU。

典型接线：

// I2C接口
SENSOR_SDA -> PB7
SENSOR_SCL -> PB6
// 上拉电阻4.7kΩ到3.3V

// 读取压力值
uint16_t pressure_raw = 0;
HAL_I2C_Mem_Read(&hi2c1, SENSOR_ADDR, 0x00, 1, &pressure_raw, 2, 100);

1.4 OLED/LCD显示电路

显示电路，我推荐用OLED，对比度高，功耗低。0.96寸128x64的OLED屏，SPI接口，够用。

驱动芯片常用SSD1306或SH1106。供电电压3.3V，电流约20mA。注意OLED屏的驱动电压和逻辑电压要匹配。

显示内容一般包括：

• 收缩压/舒张压数值（大字显示）
• 心率数值
• 测量状态（充气中/测量中/完成）
• 电池电量图标
• 日期时间

我习惯用SPI接口，速度比I2C快，刷新不卡顿。接线就4根线：CS、DC、SCLK、MOSI。

// OLED初始化
void OLED_Init(void) {
    HAL_Delay(100);
    OLED_WriteCmd(0xAE);  // 关闭显示
    OLED_WriteCmd(0xD5);  // 设置时钟分频
    OLED_WriteCmd(0x80);
    OLED_WriteCmd(0xA8);  // 设置多路复用比
    OLED_WriteCmd(0x3F);
    // ... 省略其他初始化命令
    OLED_WriteCmd(0xAF);  // 开启显示
}

1.5 按键与蜂鸣器电路

按键电路，我建议用独立按键，不要用矩阵键盘。血压计按键少，一般就3-5个：开始/停止、记忆、设置、上、下。

按键处理要点：

• 硬件消抖：加RC滤波，时间常数10ms左右
• 软件消抖：延时20ms再读取
• 长按/短按区分：计时判断

蜂鸣器电路，用有源蜂鸣器，驱动简单。三极管驱动，基极串1kΩ电阻，集电极接蜂鸣器，发射极接地。

// 按键扫描
uint8_t Key_Scan(void) {
    if(HAL_GPIO_ReadPin(KEY_START_GPIO_Port, KEY_START_Pin) == GPIO_PIN_RESET) {
        HAL_Delay(20);  // 消抖
        if(HAL_GPIO_ReadPin(KEY_START_GPIO_Port, KEY_START_Pin) == GPIO_PIN_RESET) {
            return KEY_START_PRESSED;
        }
    }
    return KEY_NONE;
}

// 蜂鸣器控制
void Buzzer_On(void) {
    HAL_GPIO_WritePin(BUZZER_GPIO_Port, BUZZER_Pin, GPIO_PIN_SET);
}
void Buzzer_Off(void) {
    HAL_GPIO_WritePin(BUZZER_GPIO_Port, BUZZER_Pin, GPIO_PIN_RESET);
}

1.6 电源管理（电池/充电）

电源管理是血压计可靠性的关键。一般用锂电池供电，3.7V，容量500-1000mAh。充电芯片用TP4056或类似型号，充电电流500mA。

电源路径设计：

• 电池通过LDO降压到3.3V，给MCU和传感器供电
• 气泵和电磁阀直接由电池供电，通过MOS管控制
• 充电时，USB 5V通过充电芯片给电池充电，同时给系统供电

我建议加电量检测电路。用两个电阻分压，ADC采样电池电压。注意分压电阻要选大阻值，减少漏电流。

典型电源电路参数：

器件	型号	参数
充电芯片	TP4056	充电电流500mA，恒流恒压
LDO	XC6206P332MR	3.3V输出，最大电流150mA
电池	聚合物锂电池	3.7V，800mAh，带保护板
电量检测	电阻分压	100kΩ+100kΩ，ADC采样

好了，硬件架构就聊这么多。下一章咱们讲软件架构，包括状态机设计和测量流程。有什么问题可以留言，我看到会回复。

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