am188EM在便攜式心電監(jiān)護(hù)儀中的應(yīng)用

在世界著名的醫(yī)療儀器制造商設(shè)計(jì)生產(chǎn)的心電監(jiān)護(hù)儀中，很多選用的是Motorola公司的MC6800/68000；隨著技術(shù)的進(jìn)步，DSP也成為新選擇。然而，MC6800/68000等微處理器需要較多的外圍控制芯片協(xié)同工作才能發(fā)揮其優(yōu)異的性能，組成系統(tǒng)時(shí)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，同時(shí)，它需要專用的開發(fā)軟件和開發(fā)工具，這都給開發(fā)應(yīng)用帶來一定的難度。DSP在大規(guī)模數(shù)據(jù)和事務(wù)管理方面性能并不是最佳的，它對外圍器件的要求也較高，同時(shí)，也需要專用開發(fā)軟件和開發(fā)工具，這都在一定程度上制約了它在某些方面的應(yīng)用。

嵌入式處理器從一定程度上克服了上述缺陷，使我們在使用處理器時(shí)又多了一種選擇，在設(shè)計(jì)便攜式心電監(jiān)護(hù)儀時(shí)我們選用了AMD公司的am188EM處理器。

am188EM的主要特點(diǎn)：

(1) 與Intel公司的x86系列處理器在指令上完全兼容，可以借助于Microsoft公司的宏匯編工具MASM或其它編程語言在PC機(jī)上很方便地開發(fā)應(yīng)用軟件。

(2) 可選擇16MHz、25MHz、33MHz、40MHz的工作頻率，鎖相環(huán)(PLL)倍頻技術(shù)的應(yīng)用和優(yōu)化的指令處理過程使處理器運(yùn)行速度成倍提高。

(3) 處理器片內(nèi)集成一個(gè)全雙工的同步串行通信口和一個(gè)全雙工的異步通信口，同步串口可同時(shí)連接兩個(gè)外設(shè)，異步串口與RS-232通信口標(biāo)準(zhǔn)兼容。

(4)處理器片內(nèi)集成一個(gè)中斷控制器，與標(biāo)準(zhǔn)的中斷控制器8259完全兼容，單獨(dú)工作時(shí)可管理5個(gè)外部中斷源，也可以與外部標(biāo)準(zhǔn)的中斷控制器8259級聯(lián)，管理更多的中斷源。

圖1為系統(tǒng)組成框圖。人體心電信號通過導(dǎo)線輸入到模擬部分，在模擬部分放大、A/D轉(zhuǎn)換后經(jīng)光電耦合電路輸出到數(shù)據(jù)采集部分。數(shù)字化的心電信號在數(shù)據(jù)采集部分經(jīng)過預(yù)處理后被am188EM讀取，am188EM對心電數(shù)據(jù)作出分析、計(jì)算，一方面輸送到顯示控制部分去顯示，另一方面送往數(shù)據(jù)資料存儲管理部分保存，如果發(fā)現(xiàn)異常信號，通過顯示器和聲光報(bào)警電路發(fā)出報(bào)警。通過通信口，am188EM可以與計(jì)算機(jī)通信，也可以用普通串行打印機(jī)打印監(jiān)護(hù)報(bào)告。

模擬部分主要完成心電信號的擷取、放大、A/D轉(zhuǎn)換、光電耦合等功能，如圖2所示。由于人體皮膚的阻抗很大，心電信號又很微弱，再加上周圍環(huán)境的電磁噪聲很強(qiáng)，心電信號預(yù)放大電路使用了高輸入阻抗、高共模抑制比、低噪聲的儀表運(yùn)算放大器INA128，以利于采集人體微弱的心電信號；預(yù)放大的心電信號通過壓控增益放大器作必要的增益調(diào)整后，再經(jīng)電平調(diào)整，輸出到串行ADC進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，之后心電數(shù)據(jù)通過光電耦合輸出到數(shù)據(jù)采集部分作進(jìn)一步處理。

am188EM對心電放大器增益的控制主要通過它的同步串行通信口進(jìn)行。am188EM通過此口輸出串行的控制數(shù)據(jù)，光電耦合后經(jīng)串行DAC轉(zhuǎn)換成壓控增益放大器的控制電壓，從而調(diào)整整個(gè)心電放大器的增益。出于對患者安全的考慮，在模擬部分采用浮地技術(shù)，系統(tǒng)電源通過隔離DC-DC變換器向模擬部分提供±5V電源，所有進(jìn)出模擬部分的信號均通過光電耦合器與其它部分耦合。

數(shù)據(jù)采集部分主要完成心電信號的數(shù)字濾波、波形整形、壓縮等功能。通過簡單的數(shù)字濾波，濾除50Hz工頻干擾和大于1KHz的高頻干擾，消除心電波形上的“毛刺”，然后運(yùn)用特定的心電數(shù)據(jù)壓縮算法，對整形后心電數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮，壓縮后的心電數(shù)據(jù)和壓縮前的心電數(shù)據(jù)分別緩沖到先進(jìn)先出存儲器(FIFO)。當(dāng)FIFO中緩沖一定數(shù)量的心電數(shù)據(jù)后，數(shù)據(jù)采集電路在am188EM的第一個(gè)中斷輸入腳INT0上發(fā)出一個(gè)負(fù)向脈沖，從而觸發(fā)am188EM進(jìn)入中斷服務(wù)程序。在中斷服務(wù)程序中，程序設(shè)置am188EM中集成的第一個(gè)DMA通道DMA0的源地址(指向FIFO)、目標(biāo)地址(指向內(nèi)部隨機(jī)存儲器的心電波形緩沖區(qū))、數(shù)據(jù)數(shù)量等參數(shù),然后啟動DMA0，使FIFO中緩沖的心電數(shù)據(jù)在不占用處理器時(shí)間的情況下，高速輸入處理器所控制的內(nèi)部隨機(jī)存儲器。

數(shù)據(jù)資料存儲管理部分主要實(shí)現(xiàn)異常心電數(shù)據(jù)以及病人一般資料的存儲和管理，另外，整個(gè)系統(tǒng)應(yīng)用軟件的存儲和管理也由這部分完成。數(shù)據(jù)資料存儲管理部分的核心是一大容量的閃速存貯器(FLASH)29F040,容量為512KB，與程序存貯器28C64復(fù)合占用am188EM的高端地址。

如圖3所示，程序存儲器28C64與閃速存貯器29F040是通過am188EM的可編程I/O口的0位PIO0控制邏輯電路實(shí)現(xiàn)地址復(fù)用的。當(dāng)PIO0被置為“1”時(shí)， 28C64的片選信號隨am188EM的高端地址片選信號UCS變化而變化，29F040的片選信號則保持高電平，于是am188EM便能對程序存貯器28C64進(jìn)行操作；當(dāng)PIO0被置為“0”時(shí)，29F040的片選信號隨am188EM的高端地址片選信號UCS變化而變化，28C64的片選信號保持高電平，am188EM對程序存儲器28C64的操作便被禁止而只能對29F040進(jìn)行操作。通常在系統(tǒng)上電時(shí)，由于PIO0被復(fù)位為“1”，處理器總是能夠?qū)?/font>28C64操作，從其中讀取指令而完成啟動引導(dǎo)過程。