0 引言
VHDL超高速集成電路硬件描述語言是隨著集成電路系統(tǒng)化和高度集成化逐步發(fā)展起來的,,是一種用于數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì),、測試,,面向多領(lǐng)域,、多層次的IEEE標(biāo)準(zhǔn)硬件描述語言,。它從20世紀(jì)70年代作為電路設(shè)計(jì)工具誕生于美國國防部至今,,已經(jīng)成為十分流行的硬件描述工具,并且為大多數(shù)EDA工具所支持,。隨著電子技術(shù)的不斷進(jìn)步,,數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)正朝著高速度、大容量,、小體積的方向發(fā)展,。傳統(tǒng)的自底而上的模式已不能滿足芯片和系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。為了提高設(shè)計(jì)效率,,能夠簡化設(shè)計(jì)流程,,大幅降低設(shè)計(jì)難度的VHDL設(shè)計(jì)方法受到廣泛關(guān)注。VHDL與其他傳統(tǒng)集成電路描述語言相比,,具有明顯優(yōu)勢:
?。?)功能強(qiáng)大,描述力強(qiáng),??捎糜陂T級(jí)、電路級(jí)甚至系統(tǒng)級(jí)的描述,、仿真和設(shè)計(jì),。
(2)可移植性好,。對于設(shè)計(jì)和仿真工具及不同的平臺(tái)均可采用相同的描述,。
(3)研制周期短,成本低,。
?。?)可以延長設(shè)計(jì)的生命周期。
?。?)具有電路仿真與驗(yàn)證功能,,用戶甚至不必編寫相量測試即可進(jìn)行源代碼級(jí)調(diào)試。設(shè)計(jì)者能夠跳過電路實(shí)驗(yàn),,直接對各種方案進(jìn)行比較和選擇,使設(shè)計(jì)效率得以提高,。
?。?)對設(shè)計(jì)的描述具有相對獨(dú)立性。
?。?)語言標(biāo)準(zhǔn),、規(guī)范,易于共享和復(fù)用,。
目前,,VHDL滲透了電子技術(shù)及其相關(guān)的各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域,在工業(yè)設(shè)計(jì)中發(fā)揮著日益重要的作用,。在世界范圍內(nèi),,關(guān)于VHDL在多個(gè)領(lǐng)域尤其在芯片,系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面的應(yīng)用研究已經(jīng)取得眾多矚目成果,。
而將VHDL與醫(yī)學(xué)相結(jié)合,,勢必成為電子自動(dòng)化設(shè)計(jì)(EDA)一個(gè)全新的研究方向,本文主要研究將EDA通過VHDL應(yīng)用于醫(yī)學(xué),,以對脈搏的測量為例,,以實(shí)現(xiàn)數(shù)字系統(tǒng)對人體多種生理活動(dòng)及生理反應(yīng)的直觀精確測量。
1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)
1.1 EDA技術(shù)在醫(yī)學(xué)教學(xué)中脈搏測量中的應(yīng)用探討
在臨床診斷,,護(hù)理學(xué)等中介紹脈搏的測量時(shí)認(rèn)為脈搏很容易在手腕掌面外側(cè)跳動(dòng)的橈動(dòng)脈上摸到,,也可測量頸部的頸動(dòng)脈或腹股溝的股動(dòng)脈。其測量方法是病員手臂放于舒適位置,,用食指,,中指,無名指的指腹端按壓在橈動(dòng)脈表面,,一般病員默數(shù)半分鐘,。將所測的脈率乘以2便是一分鐘的脈數(shù),異常病人測一分鐘,。成年人的脈搏在安靜狀態(tài)下每分鐘是60~80次,。如少于60次是心動(dòng)過緩。但訓(xùn)練有素的運(yùn)動(dòng)員,脈搏有時(shí)也在60次以下,,這正是心臟健康有力的表現(xiàn),。如超過100次是心動(dòng)過速。體力活動(dòng)或情緒激動(dòng)時(shí),,脈搏可暫時(shí)增快,,發(fā)燒時(shí)脈搏也增快。一般是體溫每升高1℃,,脈搏就增加10~20次,。此法只能粗略計(jì)算脈搏跳動(dòng)。如將VHDL語言應(yīng)用其中,,便可以通過EDA實(shí)驗(yàn)箱中的七段數(shù)碼管直觀準(zhǔn)確地看到一分鐘的計(jì)數(shù)結(jié)果,,并與之前通過醫(yī)學(xué)教材講授方法測出結(jié)果相比對,從而判定測量的正確與否,。
1.2 設(shè)計(jì)思路
將脈搏信號(hào)通過脈搏傳感器采集進(jìn)入計(jì)算機(jī),,而后作為輸入信號(hào),而此信號(hào)作為脈沖信號(hào),,即如時(shí)鐘信號(hào)一般,,當(dāng)輸入時(shí)計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù),如下面設(shè)計(jì)一個(gè)十進(jìn)制計(jì)數(shù)器的VHDL描述便可用來對所采集的脈搏信號(hào)計(jì)數(shù),。
1.3 VHDL設(shè)計(jì)流程
VHDL流程設(shè)計(jì)如圖1所示,。
0 引言
VHDL超高速集成電路硬件描述語言是隨著集成電路系統(tǒng)化和高度集成化逐步發(fā)展起來的,是一種用于數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì),、測試,,面向多領(lǐng)域、多層次的IEEE標(biāo)準(zhǔn)硬件描述語言,。它從20世紀(jì)70年代作為電路設(shè)計(jì)工具誕生于美國國防部至今,,已經(jīng)成為十分流行的硬件描述工具,并且為大多數(shù)EDA工具所支持,。隨著電子技術(shù)的不斷進(jìn)步,,數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)正朝著高速度、大容量,、小體積的方向發(fā)展,。傳統(tǒng)的自底而上的模式已不能滿足芯片和系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。為了提高設(shè)計(jì)效率,,能夠簡化設(shè)計(jì)流程,,大幅降低設(shè)計(jì)難度的VHDL設(shè)計(jì)方法受到廣泛關(guān)注。VHDL與其他傳統(tǒng)集成電路描述語言相比,,具有明顯優(yōu)勢:
?。?)功能強(qiáng)大,,描述力強(qiáng)??捎糜陂T級(jí),、電路級(jí)甚至系統(tǒng)級(jí)的描述、仿真和設(shè)計(jì),。
?。?)可移植性好。對于設(shè)計(jì)和仿真工具及不同的平臺(tái)均可采用相同的描述,。
?。?)研制周期短,成本低,。
?。?)可以延長設(shè)計(jì)的生命周期。
?。?)具有電路仿真與驗(yàn)證功能,用戶甚至不必編寫相量測試即可進(jìn)行源代碼級(jí)調(diào)試,。設(shè)計(jì)者能夠跳過電路實(shí)驗(yàn),,直接對各種方案進(jìn)行比較和選擇,使設(shè)計(jì)效率得以提高,。
?。?)對設(shè)計(jì)的描述具有相對獨(dú)立性。
?。?)語言標(biāo)準(zhǔn),、規(guī)范,易于共享和復(fù)用,。
目前,,VHDL滲透了電子技術(shù)及其相關(guān)的各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域,在工業(yè)設(shè)計(jì)中發(fā)揮著日益重要的作用,。在世界范圍內(nèi),,關(guān)于VHDL在多個(gè)領(lǐng)域尤其在芯片,系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面的應(yīng)用研究已經(jīng)取得眾多矚目成果,。
而將VHDL與醫(yī)學(xué)相結(jié)合,,勢必成為電子自動(dòng)化設(shè)計(jì)(EDA)一個(gè)全新的研究方向,本文主要研究將EDA通過VHDL應(yīng)用于醫(yī)學(xué),,以對脈搏的測量為例,,以實(shí)現(xiàn)數(shù)字系統(tǒng)對人體多種生理活動(dòng)及生理反應(yīng)的直觀精確測量。
1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)
1.1 EDA技術(shù)在醫(yī)學(xué)教學(xué)中脈搏測量中的應(yīng)用探討
在臨床診斷,,護(hù)理學(xué)等中介紹脈搏的測量時(shí)認(rèn)為脈搏很容易在手腕掌面外側(cè)跳動(dòng)的橈動(dòng)脈上摸到,,也可測量頸部的頸動(dòng)脈或腹股溝的股動(dòng)脈,。其測量方法是病員手臂放于舒適位置,用食指,,中指,,無名指的指腹端按壓在橈動(dòng)脈表面,一般病員默數(shù)半分鐘,。將所測的脈率乘以2便是一分鐘的脈數(shù),,異常病人測一分鐘。成年人的脈搏在安靜狀態(tài)下每分鐘是60~80次,。如少于60次是心動(dòng)過緩,。但訓(xùn)練有素的運(yùn)動(dòng)員,脈搏有時(shí)也在60次以下,,這正是心臟健康有力的表現(xiàn),。如超過100次是心動(dòng)過速。體力活動(dòng)或情緒激動(dòng)時(shí),,脈搏可暫時(shí)增快,,發(fā)燒時(shí)脈搏也增快。一般是體溫每升高1℃,,脈搏就增加10~20次,。此法只能粗略計(jì)算脈搏跳動(dòng)。如將VHDL語言應(yīng)用其中,,便可以通過EDA實(shí)驗(yàn)箱中的七段數(shù)碼管直觀準(zhǔn)確地看到一分鐘的計(jì)數(shù)結(jié)果,,并與之前通過醫(yī)學(xué)教材講授方法測出結(jié)果相比對,從而判定測量的正確與否,。
1.2 設(shè)計(jì)思路
將脈搏信號(hào)通過脈搏傳感器采集進(jìn)入計(jì)算機(jī),,而后作為輸入信號(hào),而此信號(hào)作為脈沖信號(hào),,即如時(shí)鐘信號(hào)一般,,當(dāng)輸入時(shí)計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù),如下面設(shè)計(jì)一個(gè)十進(jìn)制計(jì)數(shù)器的VHDL描述便可用來對所采集的脈搏信號(hào)計(jì)數(shù),。
1.3 VHDL設(shè)計(jì)流程
VHDL流程設(shè)計(jì)如圖1所示,。
現(xiàn)在,計(jì)算機(jī)輔助工程軟件的供應(yīng)商已把日益通用的硬件描述語言VHDL作為其CAD或EDA軟件輸入與輸出的標(biāo)準(zhǔn),,其中ALTEKA公司提供的綜合工具M(jìn)ax+PlusⅡ,,具有全面的邏輯設(shè)計(jì)能力,從編輯,、綜合,、布線到仿真、下載都十分方便,。
2 設(shè)計(jì)方案與結(jié)果分析
VHDL語言設(shè)計(jì)十進(jìn)制計(jì)數(shù)器的源程序:
在程序輸入完成后,,經(jīng)Max+PlusⅡ中的Compiler編譯通過后,,可用Stimulator進(jìn)行仿真,查看仿真結(jié)果,,如圖2所示,。
也可以加入七段顯示譯碼器的VHDL設(shè)計(jì)來通過實(shí)驗(yàn)箱的七段數(shù)碼管掃描顯示計(jì)數(shù)結(jié)果仿真結(jié)果如圖3所示。
代碼如下:
最終實(shí)現(xiàn)的頂層文件原理圖如圖4所示,。
頂層文件設(shè)計(jì)如圖4所示,,通過該文件可以實(shí)現(xiàn)譯碼,下載到EDA實(shí)驗(yàn)箱時(shí),,便可于實(shí)驗(yàn)箱的數(shù)碼管上讀出相應(yīng)的脈搏數(shù),,如圖5所示。
VHDL語言與醫(yī)學(xué)內(nèi)容的結(jié)合,,除了應(yīng)用于脈搏的測量,,還可應(yīng)用于心跳及呼吸等的測量,以及受人體對聲,、光刺激后的生理反應(yīng)時(shí)間的測定等,。電子自動(dòng)化設(shè)計(jì)(EDA)及其相關(guān)技術(shù),在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用前景,,有待進(jìn)一步的研究和發(fā)掘,。
3 結(jié)語
VHDL是一種隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展,為滿足電路系統(tǒng)化和高度集成化要求而發(fā)展起來的一種新型硬件描述語言,。VHDL具有廣泛的應(yīng)用范圍,在芯片及電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)等方面發(fā)揮著日益重要的作用,。以VHDL為核心的EDA技術(shù)應(yīng)用于醫(yī)學(xué),,能直觀準(zhǔn)確的測量人體的脈搏心跳,呼吸等生理活動(dòng),,以及受到外界刺激的生理反應(yīng)等,,在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域存在廣闊的發(fā)展空間,隨著進(jìn)一步的探索和實(shí)踐,,必將對醫(yī)學(xué)的發(fā)展起到極大的推動(dòng)作用,。