基于Fution模數(shù)混合FPGA芯片的心電儀片上系統(tǒng)開(kāi)發(fā)
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心電信號(hào)動(dòng)態(tài)顯示區(qū)的設(shè)計(jì)采用了3種方法，分別為：
(1)移位寄存器法。在FPGA內(nèi)部構(gòu)建一個(gè)240位移位寄存器作為心電圖像的緩存，Core8051實(shí)時(shí)地采集數(shù)據(jù)然后發(fā)送到移位寄存器內(nèi)部，同時(shí)CRT驅(qū)動(dòng)模塊按照自己的時(shí)序來(lái)不斷地掃描移位寄存器，從而顯示出心電圖像。這種方法的缺點(diǎn)是動(dòng)態(tài)曲線顯示的連續(xù)性不好。
(2)雙RAM緩存法[5]。利用Core8051外部擴(kuò)展的64 KB
RAM作為心電波形信號(hào)的緩存，同時(shí)在CRT驅(qū)動(dòng)模塊中再設(shè)計(jì)一個(gè)心電波形顯示緩存，這樣Core8051就可以先采集心電信號(hào)存儲(chǔ)在外部擴(kuò)展的64 KB RAM中，達(dá)到某一數(shù)量后，連續(xù)地發(fā)送給CRT驅(qū)動(dòng)模塊中的緩存，從而顯示出動(dòng)態(tài)的心電信號(hào)圖像。該設(shè)計(jì)的一個(gè)最大優(yōu)點(diǎn)是圖像顯示連續(xù)（沒(méi)有拋棄任何時(shí)刻的心電數(shù)據(jù)），同時(shí)又可以根據(jù)需要選擇觀察采集到的任何時(shí)刻的心電波形。但由于要采集一定數(shù)量的心電波形數(shù)據(jù)，因此心電波形的顯示會(huì)有一定時(shí)間的延時(shí)。
(3)單RAM緩存法。在Core8051沒(méi)有擴(kuò)展外部64 KB RAM的前提下設(shè)計(jì)的，利用一個(gè)雙端口的RAM作為動(dòng)態(tài)顯示區(qū)的圖像緩存，Core8051通過(guò)其中的一個(gè)寫(xiě)端口向圖像緩存中寫(xiě)入數(shù)據(jù)，VGA控制器通過(guò)另外一個(gè)端口從圖像緩存中讀出數(shù)據(jù)，兩者互不影響。同時(shí)設(shè)計(jì)算法使雙端口RAM具有位讀寫(xiě)能力，即利用Core8051來(lái)靈活地讀寫(xiě)雙端口RAM中的任何一位,這樣對(duì)圖像數(shù)據(jù)的處理就非常靈活了。這種設(shè)計(jì)的最大優(yōu)點(diǎn)是如方法(1)一樣可以實(shí)時(shí)地顯示。
本文結(jié)合(2)、(3)兩種方法進(jìn)行系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，彌補(bǔ)了各種方案的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)、實(shí)時(shí)顯示的功能，使得片上系統(tǒng)的功能變得完善。這種設(shè)計(jì)結(jié)合了FPGA的可編程性成功解決了低端8位處理器無(wú)法驅(qū)動(dòng)彩色TFT_LCD動(dòng)態(tài)、實(shí)時(shí)顯示的問(wèn)題。在此基礎(chǔ)上，還可以利用FPGA和Core8051的資源開(kāi)發(fā)其他的功能模塊，例如與PC機(jī)的通信、SD卡大量心電數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、心電分析與報(bào)警等。
3 系統(tǒng)測(cè)試及結(jié)果
心電信號(hào)能力集中在中低頻段，隨著頻率的升高，響應(yīng)的能量也逐漸降低[6]。利用信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生不同頻率和幅值的正弦信號(hào)來(lái)模擬心電信號(hào)，并將其加到心電信號(hào)輸入端口，可以看到CRT顯示器上顯示出和輸入信號(hào)完全一致的正弦波形，沒(méi)有任何失真。
Fution模數(shù)混合信號(hào)芯片的誕生給小型化、便攜式片上系統(tǒng)的設(shè)計(jì)帶來(lái)了可能,本文通過(guò)對(duì)FPGA各種資源的綜合應(yīng)用完成了一種心電監(jiān)護(hù)儀的片上系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，通過(guò)實(shí)際的測(cè)試驗(yàn)證了它的準(zhǔn)確性。系統(tǒng)的所有功能都是在FPGA上完成的，所以它的單芯片性和FPGA可編程性，給產(chǎn)品的升級(jí)帶來(lái)了極大的便利。
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評(píng)論