心電模擬波形發(fā)生系統(tǒng)的設計
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隨著現在社會的發(fā)展，人們也日益開始關注健康事業(yè)的發(fā)展，對醫(yī)學技術的要求也越來越高?，F實中很多病例無法通過現實病例學習，更多的醫(yī)生培養(yǎng)只能通過模擬設備進行，心電波形模擬波形發(fā)生系統(tǒng)的設計就是其中一個例子。
心電模擬發(fā)生系統(tǒng)使用4種不同頻率的標準心電波形及用于測試的方波、鋸齒波、三角波和正弦波，通過算法擬合出病人的34種異常心電波形(包括成人和兒童的)，各周期波形可采用插入不同的延時子程序來實現。提取醫(yī)院病人的異常心電波形，通過擬合的方法可以模擬和轉換除顫后的正常波形，依據此方法設計出一個心電信號發(fā)生系統(tǒng)，系統(tǒng)可以采集、模擬任意導聯(lián)心電信號，并將結果存儲到心電數據庫供研究分析使用。最后設計出一種用微控制器和波形輸出以及鍵盤轉換電路構成的心電模擬波形發(fā)生器。
該系統(tǒng)是根據標準心電圖的有關原理，利用數字技術和軟件仿真相結合的原理研制而成的，嚴格按照醫(yī)學的相關規(guī)定，產生的模擬心電波形完全滿足醫(yī)學教學的目的，在各種病人異常心電圖的關鍵點處達到幾乎逼真的效果。當系統(tǒng)接收到高壓除顫信號以后，根據系統(tǒng)的預設置，將異常心電波形轉換成正常的心電波形，這就模擬了一次正常的高壓除顫過程。該系統(tǒng)可以用于醫(yī)療培訓機構，使學員快速掌握心電除顫的原理和方法，省去了很多不必要的麻煩，具有廣闊的市場前景。
1 系統(tǒng)設計
心電模擬波形系統(tǒng)主要以ARM9處理單元為核心，另外還有高壓除顫采集電路、D／A轉換模塊、波形輸出電路、鍵盤接口電路與監(jiān)護儀信號匹配以及應用程序的設計等幾個部分。
ARM微處理器是一種高性能、低功耗的32位微處器，它被廣泛應用于嵌入式系統(tǒng)中。ARM9代表了ARM公司主流的處理器，已經在手持電話、機頂盒、數碼像機、GPS、個人數字助理以及因特網設備等方面有了廣泛的應用。
本系統(tǒng)采用的ARM9嵌入式開發(fā)平臺，主要利用ARM9豐富的I／O資源和快速處理的強大功能。ARM9處理器的主要結構及其特點如下：
(1)32 b定點RISC處理器，改進型ARM／Thumb代碼交織，增強性乘法器設計。支持實時(real-time)調試。
(2)片內指令和數據SRAM，而且指令和數據的存儲器容量可調。
(3)片內指令和數據高速緩沖器(cache)容量從4 KB～1 MB。
(4)設置保護單元(protcction unit)，非常適合嵌入式應用中對存儲器進行分段和保護。
(5)采用AMBA AHB總線接口，為外設提供統(tǒng)一的地址和數據總線。
(6)支持外部協(xié)處理器，指令和數據總線有簡單的握手信令支持。
(7)支持標準基本邏輯單元掃描測試方法學，而且支持BIST(built-in-self-test)。
(8)支持嵌入式跟蹤宏單元，支持實時跟蹤指令和數據。
新一代的ARM9處理器通過全新的設計，采用更多的晶體管，能夠達到高于ARM7處理器兩倍以上的處理能力。這種處理能力的提高是通過增加時鐘頻率和減少指令執(zhí)行周期實現的。
2 硬件電路和原理
該部分主要分為ARM9硬件平臺、D／A轉換、波形輸出電路、信號的采集以及右腳驅動電路的共模負反饋電路。系統(tǒng)在ARM9處理單元的控制下，D／A轉換電路把波形數據轉換為模擬量進行輸出。當接收到高壓除顫信號后，處理器就會把異常心電波形采集轉換成為正常的心電波形圖。
系統(tǒng)硬件連接圖如圖1所示。
2．1 D／A轉換原理
心電模擬信號就必須通過采樣量化為數字量并將其存儲在數據存儲器內，供軟件進行分析使用。這個過程必須通過AD轉換器來實現。有數字量轉化為模擬量的D／A轉換模式：
(1)采用D／A轉換芯片；
(2)采用PWM方式，即脈寬調制；
(3)采用f-v方式，即頻率電壓轉換。
通過對心電圖信號波形的分析可知，波形變化周期大約是1 s，因此采用頻率電壓轉換方式已經具備足夠的數模轉換精度，頻率轉換指標也滿足要求，而且該方式所用硬件少，一般都是用軟件來實現的。
該部分是系統(tǒng)的核心，為了實現數字系統(tǒng)對這些電模擬量進行檢測、運算和控制，需要一個模擬量與數字量之間的相互轉換的過程，即常常需要將數字量轉換成模擬量，簡稱D／A轉換，完成這種轉換的電路為數模轉換器(Digital to Analog Converter，DAC)。
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