基于32位ARM和μC/OS-II的心電信號處理系統(tǒng)
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系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
本文所介紹的系統(tǒng)的主要功能是對心電信號進(jìn)行實(shí)時(shí)的處理和傳輸，系統(tǒng)原理框圖如圖1所示。
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，心電信號被保存在一個(gè)緩沖區(qū)中，經(jīng)過實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的調(diào)度后，通過USB通道傳遞到PC上，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，從而達(dá)到協(xié)助醫(yī)生診斷心臟疾病的目的。
1 S3C44B0X處理器
S3 C44B0X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(jià)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（Samsung ARM CPU embedded Microcontroller Bus Architecture）。同時(shí)，S3C44B0X在ARM7TDMI核的基礎(chǔ)上，擴(kuò)展了一系列通用外圍器件，使系統(tǒng)成本及外圍器件數(shù)口降至最低，這些功能部件可以分為CPU單元、系統(tǒng)時(shí)鐘管理單元、存儲(chǔ)單元和系統(tǒng)功能接口單元。
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(chǔ)器控制器（FP/EDO/SDRAM控制，片選邏輯）；LCD控制器最大支持256色的DSTN，并帶有1個(gè)LCD專用DMA通道；2個(gè)通用DMA通道、2個(gè)帶外部請求引腳的DMA通道；2個(gè)帶有握手協(xié)議的DART： 1個(gè)SIO；1個(gè)I2C總線控制器；5個(gè)PWM定時(shí)器及1個(gè)內(nèi)部定時(shí)器；看門狗定時(shí)器；71個(gè)通用可編程I/O口，8個(gè)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（實(shí)時(shí)時(shí)鐘）；PLL時(shí)鐘發(fā)生器。
2 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)μC/OS-II
μC/OS-II是一個(gè)完整的、多移植、可固化、可裁剪的占先式實(shí)時(shí)多任務(wù)內(nèi)核。μC/OS-II是用ANSI的C語言編寫的，包含一小部分匯編語言代碼，使之可供不同架構(gòu)的微處理器使用。至今，從8位到64位，μC/OS-II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。
μC/OS-II是一個(gè)“實(shí)時(shí)內(nèi)核”，使用這個(gè)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(dòng)就可以增加新的功能。通過將應(yīng)用程序分割成若干個(gè)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)
在本文中，心電數(shù)據(jù)都是通過USB通道傳送到PC的，但是由于USB接口的復(fù)雜度，在調(diào)試USB器件時(shí)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(dòng)程序時(shí)，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。
2 USB設(shè)備接口電路設(shè)計(jì)
由于USB協(xié)議的復(fù)雜性，USB設(shè)備控制器必須能夠檢測、反應(yīng)USB端口事件，提供數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式的功能?？紤]到性價(jià)比和技術(shù)資料等因素，在本系統(tǒng)中選擇了支持USB1.1協(xié)議的PHILIPS公司生產(chǎn)的PDIUSBD12芯片。
圖3是PDIUSBD 12與S3C44B0X的硬件連接圖。在圖中，USBD 12的D0～D7腳分別連接S3C44B0X的數(shù)據(jù)總線D0～D7，A0連接S3C44B0X的地址總線ADR0 ，A0是地址位，當(dāng)A0=1時(shí)，選擇命令指令；A0=0，選擇數(shù)據(jù)。J8是USB從接口（slave），可以通過USB電纜連接到PC的USB口。
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