引言
隨著社會的發(fā)展和人們生活水平的提高,，人們對健康的重視程度日益增加，但是伴隨著生活水平的提高心血管疾病的發(fā)病率不斷攀升,。特別是近年來隨著社會老齡化的加劇，心血管疾病成了威脅人類生命的主要疾病,，心臟病成了世界上死亡率最高的疾病。鑒于心血管疾病患者日益增多的嚴峻形勢,，提高預(yù)防和監(jiān)測該疾病的手段勢在必行。而心電信號檢測是發(fā)現(xiàn)心臟病的最直接手段,，但目前醫(yī)院用的心電監(jiān)護儀幾乎全部是進口的,，價格昂貴，維護費用高,，加重了醫(yī)院和患者的經(jīng)濟負擔(dān);因此設(shè)計一種便攜,、經(jīng)濟的心電監(jiān)護設(shè)備具有重要意義。本文設(shè)計了一種基于TI公司TMS320LF2407A DSP的心電監(jiān)護系統(tǒng),，此系統(tǒng)體積小,、成本低、實用性強,。
TMS320LF2407A DSP介紹
心電監(jiān)護系統(tǒng)很重要的一部分就是對心電信號進行處理,，因此選一款合適的信號處理器十分重要。當(dāng)前最成功的DSP芯片當(dāng)數(shù)美國TI公司的系列產(chǎn)品,，其主推的三大DSP平臺TMS320C2000,、TMS320C5000、TMS320C6000已經(jīng)成為當(dāng)今世界上最有影響力的DSP芯片,。
本系統(tǒng)采用TMS320LF2407A為信號處理器和核心控制器,。TMS320LF2407A是TI公司推出的新型高性能16位定點數(shù)字信號處理器，是 TMS320C2000系列的新成員,。它專門為數(shù)字控制設(shè)計,，集DSP的高速信號處理能力及適用于控制的優(yōu)化外圍電路于一體，是真正的單芯片控制器,，在數(shù)字控制系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用,。
TMS320LF2407A DSP具備以下一些特點：
(1)采用高性能靜態(tài)CMOS技術(shù)，使得供電電壓降為3.3V,，降低了控制器的功耗; 40MIPS的執(zhí)行速度使得指令周期縮短到25ns,，從而提高了控制器的實時控制能力。
(2)基于TMS320C2xx DSP的CPU內(nèi)核,，保證了TMS320LF2407A DSP代碼和TMS320系列DSP代碼兼容,。
(3)片內(nèi)有高達32KB的FLASH程序存儲器，高達1.5KB的數(shù)據(jù)/程序RAM ,，544字雙口RAM(DARAM)和2KB的單口RAM(SARAM) ,。
(4)兩個事件管理器模塊EVA和EVB,，每個包括兩個16位通用定時器和8個16位的脈寬調(diào)制((PWM)通道。
(5)可擴展的外部存儲器總共192K字空間：64K字程序存儲器空間,，4K字數(shù)據(jù)存儲器空間和64K字I/0尋址空間,。
(6)看門狗定時器模塊(WDT)。
(7) 10位A/D轉(zhuǎn)換器最小轉(zhuǎn)換時間為500ns,，可選擇由兩個事件管理器來觸發(fā)兩個8通道輸入A/D轉(zhuǎn)換器或一個16通道輸入的A/D轉(zhuǎn)換器,。
(8)控制器局域網(wǎng)絡(luò)(CAN)2.0B模塊。
(9)串行通信接口(SCI)模塊,。
(10) 16位串行外設(shè)(SPI)接口模塊,。
(11)基于鎖相環(huán)的時鐘發(fā)生器。
(12)高達40個可單獨編程或復(fù)用的通用輸入/輸出引腳(GPIO),。
(13)5個外部中斷(兩個電極驅(qū)動保護,、復(fù)位和兩個可屏蔽中斷)。
(14)電源管理包括3種低功耗模式,，能獨立地將外設(shè)器件轉(zhuǎn)入低功耗模式,。
(15)具有加密功能，密鑰長度64位,。
系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)
系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示,，整個系統(tǒng)可分為心電信號采集部分和信號處理部分。信號處理部分以TMS320LF2407A為處理器,，擴展了外部存儲器,、液晶顯示、按鍵和串行通訊接口等,。
電源是系統(tǒng)工作的首要條件,，本系統(tǒng)采用5V和3.3V兩種電壓，系統(tǒng)輸入電源電壓為5V直流,，因此需要轉(zhuǎn)換,，本系統(tǒng)采用AMS1117-3.3進行5V~3.3V電壓轉(zhuǎn)換，發(fā)光二極管D3為電源指示燈,。電源的電路如圖2所示：
心電圖(ECG)采集電路通過傳感器采集心電信號然后把采集的模擬信號送到TMS320LF2407A內(nèi)部集成的10位A/D輸入端進行A/D轉(zhuǎn)換,，采用 由兩個事件管理器來觸發(fā)一個16通道輸入的A/D轉(zhuǎn)換器的方式來提高轉(zhuǎn)換精度以精確采集微弱的心電信號。
TMS320LF2407A 內(nèi)部集成了1.5K RAM和32K FLASH,，32K FLASH容量已基本夠用,，而內(nèi)部的RAM存儲空間太小，為保存大量的采樣數(shù)據(jù),、運算的中間結(jié)果和提高系統(tǒng)的運行速度,，系統(tǒng)增加了外部數(shù)據(jù)存儲器(RAM)和外部程序存儲器(RAM)，分別用TMS320LF2407A的PS和DS信號進行片選,。本系統(tǒng)采用的RAM存儲器是兩片 IS61LV6416-10T,，它的存儲容量為64K 16位,。數(shù)據(jù)存取時間為10ns，能滿足高速運行的需要,，工作電壓為3.3V,，與DSP工作電壓一致，無需電平轉(zhuǎn)換電路,。
液晶顯示模塊用來顯示心電圖,，使用戶在沒有PC機的情況下也可以直觀地觀察到心電圖。心電圖也可以通過串口和PC機相連由PC機顯示,。在不用來顯示心電圖時,，液晶可以顯示系統(tǒng)狀態(tài)和其他信息。此液晶模塊內(nèi)含SED1335控制器,，分辨率為128 128，該模塊特點是功耗低,、抗干擾能力強,，模塊上集成了液晶顯示控制器、驅(qū)動器,、RAM,ROM和LCD顯示器,，使用時只需向模塊送入相應(yīng)的命令和數(shù)據(jù)即可顯示所需信息。與DSP接口簡單,，使用方便靈活,。
TMS320LF2407A是3.3V供電，液晶模塊是5V電源供電,，所以它們之間要通過電平轉(zhuǎn)換電路連接,，本系統(tǒng)采用SN74LV16345A來實現(xiàn)電平匹配。
TMS320LF2407A與液晶模塊的接口如圖3 所示,。
TMS320LF2407A集成了一個全雙工異步串口,，可以實現(xiàn)心電模塊和PC機或者其他設(shè)備的通信。但是RS232電平和TTL電平不兼容,，我們使用了一片電平轉(zhuǎn)換芯片MAX232,，它采用+5V單電源供電，電路簡單,，使用方便,。
為了方便設(shè)置，系統(tǒng)還增加了按鍵模塊,，用戶可以通過按鍵來控制系統(tǒng)的一些功能,，如啟動和停止等。
軟件設(shè)計
了解和分析心電的特征是研究心電信號檢測的基礎(chǔ),，針對心電在不同頻段的特征,，設(shè)計相應(yīng)頻段的檢測算法,，這是軟件設(shè)計的重要任務(wù)。
心電圖是由一系列的波組所構(gòu)成,，每個波組代表著每一個心動周期,。一個波組包括P波、QRS波群,、T波及U波,，研究表明心電主要的波段在QRS波，R波以及 P波段,。心率變異性(HVR)分析目前在臨床研究中受到了普遍的重視,，是分析心電異常的主要方法。心率變異性分析的對象是心電波形的RR間期,，系統(tǒng)在對數(shù)據(jù)采樣時,，就對波形的R波進行定位,，找到R波位置，并計算出相鄰R波的間隔RR間期，然后存儲,。系統(tǒng)軟件的任務(wù)就是把采集到的心電信號進行濾波,，然后進行心率變異性分析,，計算出RR間期,，最后把最終的心電圖顯示在液晶屏幕上。軟件的流程如圖4所示,。
所有程序調(diào)試結(jié)束后,，用仿真器的FLASH燒寫程序通過JTAG口將目標代碼下載到TMS320LF2407A的FLASH中去，實現(xiàn)整個系統(tǒng)的獨立運行,。
結(jié)束語
本文設(shè)計了一種以TMS320LF2407A DSP為信號處理器的心電監(jiān)護系統(tǒng),，該系統(tǒng)把心電信號的采集、分析和顯示集成于一體,而且系統(tǒng)體積小,、成本低,、便于攜帶、實用性強
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