基于ARM9的心电模拟发生系统设计
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发表于 9/2/2011 4:13:35 PM
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1 系统结构和设计方案
系统主要包括ARM9中央处理单元、高压除颤信号采集模块、D/A转换模块,与监护仪信号匹配模块以及心电波形仿真和数据的提取,应用程序的设计等几个部分。本系统采用ARM9嵌入式开发平台,以下是ARM9处理器的主要结构及其特点。
(1)32 b定点RISC处理器,改进型ARM/Thumb代码交织,增强性乘法器设计,支持实时(real-TIme)调试;
(2)片内指令和数据SRAM,而且指令和数据的存储器容量可调;
(3)片内指令和数据高速缓冲器(Cache)容量从4 KB~l MB:
(4)设置保护单元(Protoction Unit),非常适合嵌入式应用中对存储器进行分段和保护;
(5)采用AMBA AHB总线接口,为外设提供统一的地址和数据总线;
(6)支持外部协处理器,指令和数据总线有简单的握手信令支持;http://www.smtsmt1.com
(7)支持标准基本逻辑单元扫描测试方法;
(8)支持BIST(Built-in-self-test);
(9)支持嵌入式跟踪宏单元,支持实时跟踪指令和数据。
心电除颤模拟发生系统总体设计方案,如图1所示。
2 系统硬件部分设计
该部分主要分为ARM9硬件平台、D/A转换、滤波电路、高压除颤信号的采集,其系统硬件连接图如图2所示。系统在ARM9的控制下,由D/A转换把波形数据转换为模拟量进行输出。当接收到高压采集信号后,处理器就会转换输出另一种心电波形图。
2.1 D/A转换和电阻衰减网络
该部分是系统的核心,为了保证系统的稳定和ECG信号的要求,D/A转换芯片采用8位并行的DAC0832芯片,由12 V单电源供电,每个DAC有各自独立的基准输入,对ARM9提供的数据进行变换,输出部分采用4阶巴特沃斯滤波,输出的波形经衰减后得到所要求的心电信号,经有源滤波后输出波形的峰值可达到10 V,通过电阻分压网络得到0~5 mV的电压输出范围。考虑到要采用三路D/A,如果每一路独占8个I/O端口,再加上若干控制端口,处理器提供的I/O端口数远不能满足要求,所以计划采用共用数据端口,外接I/O口片选的方式来实现,这样可以节约16个I/O口,也满足了信号输出同步性的要求。
2.2 高压信号采集电路设计
该部分采集除颤器上的高压放电信号,由于高压除颤信号具有的放电电流具有双向性,且放电时间只有4 ms,瞬态电压可达到3 000 V,所以在安全性能上要充分考虑。该部分电路图如图3所示。
电路中采用大功率电阻和瞬态抑制二极管对高压放电信号进行预处理,将高压信号降低到比较小的范围,通过整流电路把电流变为单向流动,然后通过光耦隔离输入到ARM9的I/O口中,起到保护处理器的作用。
3 软件设计
系统的硬件为基本功能和扩展功能的实现奠定了牢固的基础,软件系统的设计就是要充分利用硬件平台的资源,实现软件操作的有序运行。
软件开发工作涉及到以下两个方面:接口驱动程序的修改和完善;应用层软件的开发。应用层的程序全部用C++开发完成的。
