基于Fusion FPGA芯片的心電儀片上系統(tǒng)開發(fā)

　　心電信號動態(tài)顯示區(qū)的設計采用了3種方法，分別為：

　　(1)移位寄存器法。在FPGA內部構建一個240位移位寄存器作為心電圖像的緩存，Core8051實時地采集數據然后發(fā)送到移位寄存器內部，同時CRT驅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驅動模塊中再設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，達到某一數量后，連續(xù)地發(fā)送給CRT驅動模塊中的緩存，從而顯示出動態(tài)的心電信號圖像。該設計的一個最大優(yōu)點是圖像顯示連續(xù)（沒有拋棄任何時刻的心電數據），同時又可以根據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量的心電波形數據，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據，VGA控制器通過另外一個端口從圖像緩存中讀出數據，兩者互不影響。同時設計算法使雙端口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,這樣對圖像數據的處理就非常靈活了。這種設計的最大優(yōu)點是如方法(1)一樣可以實時地顯示。

　　本文結合(2)、(3)兩種方法進行系統(tǒng)的設計，彌補了各種方案的缺點，實現了動態(tài)、實時顯示的功能，使得片上系統(tǒng)的功能變得完善。這種設計結合了FPGA的可編程性成功解決了低端8位處理器無法驅動彩色TFT_LCD動態(tài)、實時顯示的問題。在此基礎上，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卡大量心電數據存儲、心電分析與報警等。

　　3 系統(tǒng)測試及結果

　　心電信號能力集中在中低頻段，隨著頻率的升高，響應的能量也逐漸降低[6]。利用信號發(fā)生器產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模數混合信號芯片的誕生給小型化、便攜式片上系統(tǒng)的設計帶來了可能,本文通過對FPGA各種資源的綜合應用完成了一種心電監(jiān)護儀的片上系統(tǒng)的設計，通過實際的測試驗證了它的準確性。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，給產品的升級帶來了極大的便利。

　　參考文獻

　　[1] 呂德剛，李軍.微型心電監(jiān)護儀的開發(fā)[J].電子世界，2008，30(12).

　　[2] 葉一初，胡方明.基于ARM7的心電采集與遠程傳輸系統(tǒng)設計[J].電子設計工程，2009，17(6)：83-85.

　　[3] 侯立亞.基于ARM的心電采集系統(tǒng)的設計[J].醫(yī)療衛(wèi)生裝備，2006，27(1).

　　[4] 李曉燕.基于DSP的便攜心電數據采集處理系統(tǒng)[J].工業(yè)控制計算機，2006，19(9)：54-55.

　　[5] 龔小年，張興敢.雙口RAM的發(fā)展及在現代數字系統(tǒng)中的應用[J].微處理機，2007(4)：110-111.

　　[6] 何偉.心電信號及各組分的頻率分布和有效帶寬研究[J].生物醫(yī)學工程學，1996，12(4)：336-340.