基于32位ARM和μC/OS-II的心電信號處理系統(tǒng)

作者：時間：2013-10-21 來源：網(wǎng)絡(luò)

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據(jù)統(tǒng)計，我國目前有縣及縣級以上醫(yī)院1.3萬家，醫(yī)療機械總數(shù)達(dá)17.5萬臺，加上一些專業(yè)心臟疾病治療機構(gòu)，我國目前每年心臟疾病的門診量約在一千萬人次以上。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)用前景和實用價值。本文就是介紹的一種基于ARM的心電信號處理系統(tǒng)設(shè)計。

系統(tǒng)總體設(shè)計

本文所介紹的系統(tǒng)的主要功能是對心電信號進行實時的處理和傳輸，系統(tǒng)原理框圖如圖1所示。
基于32位ARM和μC/OS-II的心電信號處理系統(tǒng)

心電信號通過電極提取進入模擬處理模塊，在模擬處理部分經(jīng)過放大和濾波處理后，提高了信號的強度和信噪比。信號經(jīng)過量化后轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，進入數(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緩沖區(qū)中，經(jīng)過實時操作系統(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，S3C44B0X在ARM7TDMI核的基礎(chǔ)上，擴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)時鐘管理單元、存儲單元和系統(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；外部擴充存儲器控制器（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（實時時鐘）；PLL時鐘發(fā)生器。

2 實時操作系統(tǒng)μC/OS-II

μC/OS-II是一個完整的、多移植、可固化、可裁剪的占先式實時多任務(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“實時內(nèi)核”，使用這個內(nèi)核可以使得應(yīng)用程序的設(shè)計和擴展變得容易，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立的任務(wù)，RTOS使得應(yīng)用程序的設(shè)計過程大大簡化。

硬件系統(tǒng)設(shè)計

1 UART異步串行接口設(shè)計

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。
基于32位ARM和μC/OS-II的心電信號處理系統(tǒng)

2 USB設(shè)備接口電路設(shè)計

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)存儲方式的功能?？紤]到性價比和技術(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，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。