基于Fution模數(shù)混合FPGA芯片的心電儀片上系統(tǒng)開發(fā)
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心電信號動態(tài)顯示區(qū)的設(shè)計采用了3種方法，分別為：
(1)移位寄存器法。在FPGA內(nèi)部構(gòu)建一個240位移位寄存器作為心電圖像的緩存，Core8051實時地采集數(shù)據(jù)然后發(fā)送到移位寄存器內(nèi)部，同時CRT驅(qū)動模塊按照自己的時序來不斷地掃描移位寄存器，從而顯示出心電圖像。這種方法的缺點是動態(tài)曲線顯示的連續(xù)性不好。
(2)雙RAM緩存法[5]。利用Core8051外部擴展的64 KB
RAM作為心電波形信號的緩存，同時在CRT驅(qū)動模塊中再設(shè)計一個心電波形顯示緩存，這樣Core8051就可以先采集心電信號存儲在外部擴展的64 KB RAM中，達到某一數(shù)量后，連續(xù)地發(fā)送給CRT驅(qū)動模塊中的緩存，從而顯示出動態(tài)的心電信號圖像。該設(shè)計的一個最大優(yōu)點是圖像顯示連續(xù)（沒有拋棄任何時刻的心電數(shù)據(jù)），同時又可以根據(jù)需要選擇觀察采集到的任何時刻的心電波形。但由于要采集一定數(shù)量的心電波形數(shù)據(jù)，因此心電波形的顯示會有一定時間的延時。
(3)單RAM緩存法。在Core8051沒有擴展外部64 KB RAM的前提下設(shè)計的，利用一個雙端口的RAM作為動態(tài)顯示區(qū)的圖像緩存，Core8051通過其中的一個寫端口向圖像緩存中寫入數(shù)據(jù)，VGA控制器通過另外一個端口從圖像緩存中讀出數(shù)據(jù)，兩者互不影響。同時設(shè)計算法使雙端口RAM具有位讀寫能力，即利用Core8051來靈活地讀寫雙端口RAM中的任何一位,這樣對圖像數(shù)據(jù)的處理就非常靈活了。這種設(shè)計的最大優(yōu)點是如方法(1)一樣可以實時地顯示。
本文結(jié)合(2)、(3)兩種方法進行系統(tǒng)的設(shè)計，彌補了各種方案的缺點，實現(xiàn)了動態(tài)、實時顯示的功能，使得片上系統(tǒng)的功能變得完善。這種設(shè)計結(jié)合了FPGA的可編程性成功解決了低端8位處理器無法驅(qū)動彩色TFT_LCD動態(tài)、實時顯示的問題。在此基礎(chǔ)上，還可以利用FPGA和Core8051的資源開發(fā)其他的功能模塊，例如與PC機的通信、SD卡大量心電數(shù)據(jù)存儲、心電分析與報警等。
3 系統(tǒng)測試及結(jié)果
心電信號能力集中在中低頻段，隨著頻率的升高，響應(yīng)的能量也逐漸降低[6]。利用信號發(fā)生器產(chǎn)生不同頻率和幅值的正弦信號來模擬心電信號，并將其加到心電信號輸入端口，可以看到CRT顯示器上顯示出和輸入信號完全一致的正弦波形，沒有任何失真。
Fution模數(shù)混合信號芯片的誕生給小型化、便攜式片上系統(tǒng)的設(shè)計帶來了可能,本文通過對FPGA各種資源的綜合應(yīng)用完成了一種心電監(jiān)護儀的片上系統(tǒng)的設(shè)計，通過實際的測試驗證了它的準(zhǔn)確性。系統(tǒng)的所有功能都是在FPGA上完成的，所以它的單芯片性和FPGA可編程性，給產(chǎn)品的升級帶來了極大的便利。
參考文獻
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