1 引 言
傳統(tǒng)的檢測儀器大多由硬件電路來完成,，不僅功能單一,，而且開發(fā)周期長，不易維護,。隨著微電子技術(shù)和信息技術(shù)的高速發(fā)展,，醫(yī)學檢測儀器正向組合式、多功能,、智能化和微型化方向發(fā)展?，F(xiàn)代數(shù)字部件的快速發(fā)展為醫(yī)學檢測儀提供了強有力的支持，醫(yī)學檢測儀器都無一例外地采用了微處理器來增強其功能,。廣泛地應用微處理器芯片能增強儀器的智能化程度,，提高其穩(wěn)定性和數(shù)據(jù)處理的精確性，使醫(yī)學信號的采集,、處理、通信一體化,，并具有自診斷,、自校驗等一系列優(yōu)點。
ATMEL公司新推出的AT90系列AVR單片機是很引人注目的一款微處理器,。這種芯片基于新的RISC（Reduced Instruction Set Computer）結(jié)構(gòu),，在設(shè)計上采用了流水線的結(jié)構(gòu)，在執(zhí)行前一條指令的時候,，同時取出下一條指令,，它的FLASH以及強大的外圍接口能力使它成為目前最流行的單片機之一。
本文采用的高性能微處理器芯片Atmega163,，利用結(jié)構(gòu)化,、模塊化程序設(shè)計的思想，實時地對8路人體生理信號進行采樣,，對數(shù)據(jù)實行壓縮和優(yōu)化處理,，以115 200 bps的速率和上位PC機進行串行數(shù)據(jù)傳輸。
2 硬件構(gòu)成
2．1 微處理器及其特點
Atmega163是ATMEL公司推出的高檔系列產(chǎn)品,，是基于AVRRISC的低功耗CMOS8位單片機,。在外部晶振為8MHz時，一條指令的執(zhí)行時間僅為125ns,，這種AVR單片機的結(jié)構(gòu)有利于用C語言編程,，從而能高效地開發(fā)出目標產(chǎn)品。為了對目標代碼大小進行優(yōu)化,，AVR單片機采用了大型快速存取寄存器文件和快速單周期指令,。通過在一個時鐘周期內(nèi)執(zhí)行一條指令，Atmega163可以取得接近1MIPS／MHz的性能,。它將32個工作寄存器和豐富的指令集聯(lián)結(jié)在一起,，使所有的工作寄存器都和ALU（ArithmeticLogic Unit,，計算機CPU中的算術(shù)邏輯單元）直接相連，允許在1個時鐘周期內(nèi)執(zhí)行的單條指令同時訪問2個獨立的寄存器,。Atmega163具有16K字節(jié)的Flash存儲器,，512字節(jié)在線可編程E2PROM，1024字節(jié)SRAM,，外圍有全雙工UART串行通訊接口,。此外，它還有2個具有比較模式的可預分頻的8位定時器／計數(shù)器,，1個可預分頻,，具有比較、捕捉功能的16位定時器／計數(shù)器,。
Atmega163單片機提供了一個性能良好的10位模數(shù)轉(zhuǎn)換器,。如圖1所示，A口為8路模擬信號輸入端,，如果AD功能禁止,，則A口是一個8位雙向I／O口。8路人體生理信號如心電,、心音,、頸動脈、脈搏,、體溫等,，經(jīng)過放大、濾波,、去噪處理后,，分別與A口的8個引腳相連。微處理器采集數(shù)據(jù)時,，通過控制ADMUX寄存器進行通道路號選擇,，讀取的數(shù)據(jù)由CPU作進一步處理。
2．2 基于RS-232的串行通訊接口電路
如圖2所示,，與上位PC機連接的J1應用了RS－232的5條信號線,，其中，TX為PC機的發(fā)送信號線,，RX為接收信號線,，CGND為地線。而RTS和DTR不產(chǎn)生信號,，僅在初始化時產(chǎn)生高低電平,，RTS設(shè)為＋12V，DTR設(shè)為－12V。三極管Q1的作用是使信號反相,，并輸出RS－232電平,。
電氣的安全性，是醫(yī)學測量儀必須考慮的問題,。傳統(tǒng)的醫(yī)學測量儀一般采用隔離放大器,，對模擬信號進行隔離，這種隔離技術(shù)的不足之處是：（1）必須為不同的模擬信號采用不同的隔離技術(shù),；（2）采用這種隔離措施會在信號線性度,、共模抑制以及頻率響應等方面引起問題，通常使電路穩(wěn)定性變差,，代價較高,，且使電路變得更為復雜。而選用數(shù)字信號隔離技術(shù),，則可以克服上述缺陷,。
光電隔離器6N137是把發(fā)光二極管與光敏管組合封裝在一起的器件（見圖2中方框內(nèi)）,。由于兩個部分之間是電氣隔離的,，光電隔離器件能圓滿解決信號隔離與電平匹配的問題。通過這一隔離電路,，可使PC機系統(tǒng)電源和測量儀器部分的電源完全隔離開來，從而保證醫(yī)學儀器的安全性,，防止電擊危險,，減小患者漏電流，同時也減少了計算機對檢測電路的干擾,。
3 軟件設(shè)計
軟件流程圖如圖3所示,。軟件部分采用模塊化、結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計方法,，利用匯編語言編寫,，有關(guān)模塊功能如下。
3．1 初始化
設(shè)置SP初值,，把程序用到的內(nèi)部RAM區(qū)清0,，給數(shù)據(jù)采集通道計數(shù)器賦初值（8），設(shè)置波特率（115 200）,。
3．2 數(shù)據(jù)采集與A／D轉(zhuǎn)換
按預先確定的采樣順序?qū)Ω髀沸盘栠M行采樣,，由于A／D轉(zhuǎn)換需要一定的時間，所以,，延時等待的時間應略大于轉(zhuǎn)換完成時間,。前一路轉(zhuǎn)換完成后，應立即啟動下一路開始轉(zhuǎn)換,。由于模擬信號經(jīng)A／D轉(zhuǎn)換后,，成為10位數(shù)字信號,，所以，我們用2個字節(jié)來存儲該數(shù)據(jù),，高字節(jié)存儲高8位數(shù)據(jù),，低字節(jié)高位存儲最低的兩位數(shù)據(jù)，后6位補0,。同時,，把采樣通路號加在最低3位字節(jié)上，以便與上位PC機通訊時,，上位機能及時準確地判斷該數(shù)據(jù)來自哪一通道,，從而方便地對各路數(shù)據(jù)作相應處理。最后把轉(zhuǎn)換完成的數(shù)據(jù),，按先后順序依次存儲在內(nèi)RAM里,。
3．3 數(shù)據(jù)的發(fā)送
利用R0間接尋址的方式，把RAM里的數(shù)據(jù)取出,，按115 200 bps的波特率逐個字節(jié)向PC機發(fā)送,，發(fā)送完8通道共16個字節(jié)后，進行下一輪的采樣,。
3．4 上位PC機接收數(shù)據(jù)程序
上位機通信程序由兩部分組成：初始化子程序,，中斷數(shù)據(jù)接收子程序。
4 結(jié)束語
由上面提供的硬件電路和軟件,，制作成串行通信接口電路,，能可靠、穩(wěn)定地工作,，實現(xiàn)多路信號的采集,、轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)無差錯傳輸，同時,，能夠滿足醫(yī)學儀器安全性的要求,，為臨床人體生理信號測量，及病理診斷提供幫助,。
參考文獻
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