基于ARM核的ADμC7O26硬件系統(tǒng)開發(fā)及其在醫(yī)療儀器中的應用

0 引言
隨著人們生活水平的不斷提高，人們對于自身健康的關(guān)注也提升到一個前所未有的高度。在今天，越來越多的高科技手段開始運用到醫(yī)療儀器的設計當中。心電圖、腦電圖等生理參數(shù)檢測設備，各類型的監(jiān)護儀器，超聲波、X射線成影設備，核磁共振儀器，以及各式各樣的物理治療儀都開始在各地醫(yī)院廣泛使用，并且醫(yī)學儀器正在向著組合式、多功能、智能化和微型化方向發(fā)展。現(xiàn)代的醫(yī)學儀器一般都廣泛采用了嵌入式微處理器來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。其中ARM(Advanced RISC Machines)嵌入式微型主板作為中央處理模塊，憑借自身體積小巧、功能強大、功耗低和穩(wěn)定性強、采用硬件與指令雙重加速來提高性能和指令速度的優(yōu)勢得到廣泛的應用，成為多家醫(yī)療設備廠家的首選。

1 ADUC7026的結(jié)構(gòu)與特點
從ARM體系結(jié)構(gòu)上看，嵌入式系統(tǒng)主要由嵌入式處理器、支撐硬件和嵌入式軟件組成。處理器通常是單片機或微控制器；支撐硬件主要包括存儲介質(zhì)、通信部件和顯示部件等；嵌入式軟件則包括支撐硬件的驅(qū)動程序、操作系統(tǒng)、支撐軟件以及應用中間件等。可見，嵌入式系統(tǒng)是一個很大的概念，一旦嵌入式處理器和支撐硬件選定了，那么工作最多的就集中在嵌入式軟件當中了。許多運算量大的儀器都采用了ARM系統(tǒng)，美國模擬器件公司ADI是一家精于運放和高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)設計與生產(chǎn)的芯片生產(chǎn)公司，在得到ARM授權(quán)后把自己公司中的高精度ADC、成熟的脈沖調(diào)制、多路分頻等融合為一體，使ARM微控制器不僅具備功能強大的32bit RISC微控制器(MCU)內(nèi)核，同時具備16通道、快速、12bit分辨率的ADC和4個12bit分辨率數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)的精密數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器。因此ADμC7026集成了ARM7TDMI內(nèi)核，它具有基于閃存的16bit ／32bit RISC(精簡指令集計算機)微控制器，其最高處理能力高達45MIPS(Million Instructions Per Second)。模擬外設包括，多達16通道的快速、12bit分辨率ADC、4個獨立12bit分辨率DAC和一個溫漂優(yōu)于10ppm／℃的精密帶隙基準電壓源、8kB片內(nèi)SRAM，62kBFLASH，可擴展存儲空間為512k，JTAG端口支持代碼下載與調(diào)試，一個比較器，可編程邏輯陣列(PLA)和3相脈寬調(diào)制(PWM)發(fā)生器，40個通用I／O口，1個ART,4個通用定時器，4個外部中斷，其它外設包括一個比較器，PLA和3相PWM發(fā)生器。該系列器件也支持靈活的待機(休眠)和喚醒模式，引腳采用了LFCSP或LQFP小封裝，從而避免或減少了外界的干擾，提高了測量精度。其內(nèi)部框圖如圖1所示。

2 ADμC7026硬件系統(tǒng)設計
目前，一般的醫(yī)學院校針對醫(yī)學影像技術(shù)專業(yè)都開設了《醫(yī)用影像設備學》這門課程。由于一些實際的醫(yī)療儀器的控制部分都是集成在機器內(nèi)部，很不方便學生完成單個電路的控制操作實驗，并且還存在著諸如實驗設備昂貴、缺少、很難滿足學生的實際需要等客觀條件，為此結(jié)合醫(yī)學影像技術(shù)專業(yè)的實際情況，以美國ADI公司生產(chǎn)的AUDC7026為核心開發(fā)一款既可以用于學生完成一般的電路硬件實驗，又可以用于師生硬件開發(fā)的ARM硬件系統(tǒng)，從而研制出適合學生完成醫(yī)療設備控制部分的實驗系統(tǒng)，以幫助學生從實踐中去掌握一些醫(yī)療儀器的基本組成、工作原理、接口電路以及硬件連接，并在此基礎上拓展軟、硬件開發(fā)的基本能力，為培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力和今后的實際應用打下良好的基礎。所開發(fā)的硬件系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。