基于TI DSP系統(tǒng)的心電監(jiān)護儀系統(tǒng)設計

1、基于TI DSP系統(tǒng)的心電監(jiān)護儀系統(tǒng)設計本文設計了一種基于TI公司TMS320LF2407ADSP的心電監(jiān)護系統(tǒng)，此系統(tǒng)體積小、成本低、實用性強。 TMS320LF2407ADSP介紹 心電監(jiān)護系統(tǒng)很重要的一部分就是對心電信號進行處理，因此選一款合適的信號處理器十分重要。當前最成功的DSP芯片當數美國TI公司的系列產品，其主推的三大DSP平臺TMS320C2000、TMS320C5000、TMS320C6000已經成為當今世界上最有影響力的DSP芯片。 本系統(tǒng)采用TMS320LF2407A為信號處理器和核心控制器。TMS320LF2407A本文設計了一種基于TI公司TMS320LF2407AD

2、SP的心電監(jiān)護系統(tǒng)，此系統(tǒng)體積小、成本低、實用性強。TMS320LF2407A DSP介紹心電監(jiān)護系統(tǒng)很重要的一部分就是對心電信號進行處理，因此選一款合適的信號處理器十分重要。當前最成功的DSP芯片當數美國TI公司的系列產品，其主推的 三大DSP平臺TMS320C2000、TMS320C5000、TMS320C6000已經成為當今世界上最有影響力的DSP芯片。本系統(tǒng)采用TMS320LF2407A為信號處理器和核心控制器。TMS320LF2407A是TI公司推出的新型高性能16位定點數字信號處理器，是 TMS320C2000系列的新成員。它專門為數字控制設計，集DSP的高速信號處理能力及適用于控

3、制的優(yōu)化外圍電路于一體，是真正的單芯片控制器，在數字控制系統(tǒng)中得到了廣泛應用。TMS320LF2407A DSP具備以下一些特點：(1)采用高性能靜態(tài)CMOS技術，使得供電電壓降為3.3V，降低了控制器的功耗; 40MIPS的執(zhí)行速度使得指令周期縮短到25ns，從而提高了控制器的實時控制能力。(2)基于TMS320C2xx DSP的CPU內核，保證了TMS320LF2407A DSP代碼和TMS320系列DSP代碼兼容。(3)片內有高達32KB的FLASH程序存儲器，高達1.5KB的數據/程序RAM ，544字雙口RAM(DARAM)和2KB的單口RAM(SARAM) 。(4)兩個事件管理器模

4、塊EVA和EVB，每個包括兩個16位通用定時器和8個16位的脈寬調制(PWM)通道。(5)可擴展的外部存儲器總共192K字空間：64K字程序存儲器空間，4K字數據存儲器空間和64K字I/0尋址空間。(6)看門狗定時器模塊(WDT)。(7) 10位A/D轉換器最小轉換時間為500ns，可選擇由兩個事件管理器來觸發(fā)兩個8通道輸入A/D轉換器或一個16通道輸入的A/D轉換器。(8)控制器局域網絡(CAN)2.0B模塊。(9)串行通信接口(SCI)模塊。(10) 16位串行外設(SPI)接口模塊。(11)基于鎖相環(huán)的時鐘發(fā)生器。(12)高達40個可單獨編程或復用的通用輸入/輸出引腳(GPIO)。(13

5、)5個外部中斷(兩個電極驅動保護、復位和兩個可屏蔽中斷)。(14)電源管理包括3種低功耗模式，能獨立地將外設器件轉入低功耗模式。(15)具有加密功能，密鑰長度64位。系統(tǒng)硬件結構整個系統(tǒng)可分為心電信號采集部分和信號處理部分。信號處理部分以TMS320LF2407A為處理器，擴展了外部存儲器、液晶顯示、按鍵和串行通訊接口等。電源是系統(tǒng)工作的首要條件，本系統(tǒng)采用5V和3.3V兩種電壓，系統(tǒng)輸入電源電壓為5V直流，因此需要轉換，本系統(tǒng)采用AMS1117-3.3進行5V3.3V電壓轉換，發(fā)光二極管D3為電源指示燈。心電圖(ECG)采集電路通過傳感器采集心電信號然后把采集的模擬信號送到TMS320LF2

6、407A內部集成的10位A/D輸入端進行A/D轉換，采用由兩個事件管理器來觸發(fā)一個16通道輸入的A/D轉換器的方式來提高轉換精度以精確采集微弱的心電信號。TMS320LF2407A 內部集成了1.5K RAM和32K FLASH，32K FLASH容量已基本夠用，而內部的RAM存儲空間太小，為保存大量的采樣數據、運算的中間結果和提高系統(tǒng)的運行速度，系統(tǒng)增加了外部數據存儲器 (RAM)和外部程序存儲器(RAM)，分別用TMS320LF2407A的PS和DS信號進行片選。本系統(tǒng)采用的RAM存儲器是兩片 IS61LV6416-10T，它的存儲容量為64K 16位。數據存取時間為10ns，能滿足高速運

7、行的需要，工作電壓為3.3V，與DSP工作電壓一致，無需電平轉換電路。液晶顯示模塊用來顯示心電圖，使用戶在沒有PC機的情況下也可以直觀地觀察到心電圖。心電圖也可以通過串口和PC機相連由PC機顯示。在不用來顯示心電圖 時，液晶可以顯示系統(tǒng)狀態(tài)和其他信息。此液晶模塊內含SED1335控制器，分辨率為128 128，該模塊特點是功耗低、抗干擾能力強，模塊上集成了液晶顯示控制器、驅動器、RAM,ROM和LCD顯示器，使用時只需向模塊送入相應的命令和數據 即可顯示所需信息。與DSP接口簡單，使用方便靈活。 TMS320LF2407A是3.3V供電，液晶模塊是5V電源供電，所以它們之間要通過電平轉換電路連

8、接，本系統(tǒng)采用SN74LV16345A來實現電平匹配。TMS320LF2407A集成了一個全雙工異步串口，可以實現心電模塊和PC機或者其他設備的通信。但是RS232電平和TTL電平不兼容，我們使用了一片電平轉換芯片MAX232，它采用+5V單電源供電，電路簡單，使用方便。為了方便設置，系統(tǒng)還增加了按鍵模塊，用戶可以通過按鍵來控制系統(tǒng)的一些功能，如啟動和停止等。軟件設計了解和分析心電的特征是研究心電信號檢測的基礎，針對心電在不同頻段的特征，設計相應頻段的檢測算法，這是軟件設計的重要任務。心電圖是由一系列的波組所構成，每個波組代表著每一個心動周期。一個波組包括P波、QRS波群、T波及U波，研究表明心電主要的波段在QRS波，R波以及 P波段。心率變異性(HVR)分析目前在臨床研究中受到了普遍的重視，是分析心電異常的主要方法。心率變異性分析的對象是心電波形的RR間期，系統(tǒng)在對數 據采樣時，就對波形的R波進行定位，找到R波位置，并計算出相鄰R波的間隔RR間期，然后存儲。系統(tǒng)軟件的任務就是把采集到的心電信號進行濾波，然后進行 心率變異性分析，計算出RR間期，最后把最終的心電圖顯示在液晶屏幕上。所有程序調試結束后，用仿真器的FLASH燒寫程