基于ARM的心電信號處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

根據(jù)國家衛(wèi)生部《全國衛(wèi)生信息化發(fā)展規(guī)劃綱要》的目標(biāo)，在2010年要基本實(shí)現(xiàn)醫(yī)院的數(shù)字化和信息化。所以未來醫(yī)療器械市場對新型醫(yī)療設(shè)備的市場空間巨大，特別是擁有數(shù)字化和信息化特征的心電信號處理系統(tǒng)具有廣闊的應(yīng)用前景和實(shí)用價值。

心電信號在通過電極提取到系統(tǒng)后，經(jīng)過具有高共模抑制比的放大電路進(jìn)行放大、濾波，由高精度的串行A/D轉(zhuǎn)換器件進(jìn)行量化，提高了信號的精度。這個系統(tǒng)以 32 位高速 ARM 處理器為硬件平臺，以實(shí)時操作系統(tǒng)作為軟件平臺，對硬件系統(tǒng)的資源進(jìn)行了調(diào)度和分配，達(dá)到了對心電信號進(jìn)行實(shí)時處理的效果，并且實(shí)現(xiàn)了對心電信號的實(shí)時顯示、實(shí)時存儲等功能。

　　系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

　　如圖的系統(tǒng)的主要功能是對心電信號進(jìn)行實(shí)時的處理和傳輸，如圖1所示。

　　圖1 系統(tǒng)原理框圖

　　心電信號通過電極提取進(jìn)入模擬處理模塊，在模擬處理部分經(jīng)過放大和濾波處理后，提高了信號的強(qiáng)度和信噪比。信號經(jīng)過量化后轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，進(jìn)入數(shù)字處理模塊，在以ARM處理器為核心的數(shù)字處理模塊中，PC的軟件模塊包含了對USB通道數(shù)據(jù)的接收和對心電信號的處理，經(jīng)過處理后的心電信號進(jìn)一步提高了信噪比，并顯示在屏幕上，這樣就可以更好的協(xié)助醫(yī)生對于病人的治療，可以保障醫(yī)療的正常進(jìn)行。

　　1 S3C44B0X處理器

　　S3C44B0X微處理器是Samsung公司專為便攜式設(shè)備提供的高性能和高性價比的微控制器解決方案，使用32位的低功耗RISC內(nèi)核ARM7TDMI，采用0.25μm CMOS工藝制造，支持新型總線結(jié)構(gòu)SAMBAII。

　　S3C44B0X為核心的系統(tǒng)的工作原理：首先通過醫(yī)用Ag-AgCl電極分別獲取病人的混合心電信號，信號調(diào)理電路對生物電信號進(jìn)行放大和濾波，然后A/D轉(zhuǎn)換，進(jìn)而通過32位微處理器對采集過來的數(shù)據(jù)進(jìn)行算法分離，實(shí)時顯示患者病情的波形并存儲數(shù)據(jù);嵌入式實(shí)時操作系統(tǒng)(RTOS) ?C/OS-Ⅱ協(xié)調(diào)各功能模塊工作，使系統(tǒng)具有很高的實(shí)時性和可靠性。

　　片上集成的主要功能有：在ARM7TDMl基礎(chǔ)上增加8KB的Cache;外部擴(kuò)充存儲器控制器;LCD控制器最大支持256色的DSTN，并帶有1個LCD專用DMA通道;2個通用DMA通道、2個帶外部請求引腳的DMA通道;2個帶有握手協(xié)議的DART： 1個SIO;1個I2C總線控制器;5個PWM定時器及1個內(nèi)部定時器;看門狗定時器;71個通用可編程I/O口，8個外部中斷源;功耗控制模式有正常、低、休眠和停止;8路10位ADC;具有日歷功能的RTC;PLL時鐘發(fā)生器。

　　2 實(shí)時操作系統(tǒng)μC/OS-II

　　μC/OS-II是源碼開放的嵌入式實(shí)時操作系統(tǒng)內(nèi)核，至今，從8位到64位，這種操作系統(tǒng)已在超過40種不同架構(gòu)的微處理器上運(yùn)行。世界上已經(jīng)有很多領(lǐng)域都使用了μC/OS-II。使用這個內(nèi)核可以使得應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)和擴(kuò)展變得容易，而且不需要大的改動就可以增加新的功能，通過將應(yīng)用程序分割成若干個獨(dú)立的任務(wù)，RTOS使得應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)過程大大簡化。

　　硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　1 UART異步串行接口設(shè)計(jì)

　　心電數(shù)據(jù)經(jīng)過實(shí)時操作系統(tǒng)的調(diào)度后，通過USB通道傳遞到PC上，但是由于USB接口的復(fù)雜度，在調(diào)試USB器件時需要使用到異步串行接口。而且在某些老式的PC上不能使用或安裝USB驅(qū)動程序時，異步串行接口可以作為一種備用的低速傳輸方式，這樣也增加了系統(tǒng)的可擴(kuò)展性。

　　圖2是在心電信號處理系統(tǒng)中帶有RS232電平轉(zhuǎn)換的S3C44B0X的串行接口電路連接圖。在圖中，RS232電平轉(zhuǎn)換芯片為MAX3232，其RxD0、TxD0和RxD1、TxD1分別連接S3C44B0X的第99、100和103、104引腳。

　　圖2 串口部分連接圖