基于dsp的心電監(jiān)護模塊設計

1、基于DSP的心電監(jiān)護模塊設計摘要：摘要：美國德州儀器公司（TI）的TMS320C2XX系列定點數(shù)字信號處理器（DSP）具有強大的實時處理能力和高度集成的片上硬件資源，使用靈活方便，在數(shù)字信號處理領域得到了廣泛的應用。討論了該DSP系列中的TMS320F206的心電監(jiān)護模塊中的應用，包括硬件接口和軟件編程。關鍵詞：關鍵詞：心電監(jiān)護ECG數(shù)字信號處理器AD采樣心臟在機械收縮之前，心肌預先發(fā)生電的激動，并向全身各部位放散，從而在體表的不同部位

2、產(chǎn)生電位差。通過體表把這種變動著的電位差按時間順序描記出來的連續(xù)曲線就是心電圖（ECG）。心電圖是診斷心律失常的最可靠的途徑，其它臨床檢查雖然也可以診斷某些心律失常，但是準確率不高。通過觀察患者的心電圖，其診斷準確率幾乎可以達到100%。心電監(jiān)護模塊的功能就是實時地記錄下病人的心電波形，并進行自動分析和處理，同時給出相應的結論。隨著數(shù)字信號處理技術和大規(guī)模集成電路工藝的發(fā)展，單片數(shù)字信號處理器的功能越來越強大，價格越來越低，越來越多地被

3、應用到人們生產(chǎn)生活的各個領域。本文介紹一種基于DSP芯片的心電監(jiān)護模塊的解決方案，討論了它的硬件結構和軟件組成。該心電監(jiān)護模塊是一個以美國德州儀器公司（TI）的TMS320F206為核心的DSP數(shù)據(jù)采集和處理模塊。整個系統(tǒng)安裝在一塊4層的PCB板上，通過9針RS232電纜和PC機進行通訊，其原理框圖如圖1所示。其中所有的輸入信號包括ECG1、ECG2（兩路心電信號）、TEMPI（體溫信號）、RESP（呼吸信號）、LEADOFF（導聯(lián)脫落

4、檢測）、PACE（起博器檢測）等均來自心電信號前期模擬處理模塊。1TMS320F206TMS320F206簡介簡介TMS320F206（以下簡稱F206）是TI公司于1996年推出的一種性價比很高的16位定點DSP芯片，運算速度為40MIPS。F206體系采用改進的哈佛結構。將程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器的總線分開，以便最大限度地提高處理能力。其可尋址空間為224K字（64K字程序空間，64K字數(shù)據(jù)空間，64K字IO空間，32K由于TMS32

5、0F206片內(nèi)的數(shù)據(jù)存儲空間有限，為保存大量的采樣數(shù)據(jù)和運算的中間結果，需增加外部數(shù)據(jù)存儲器；同時為了在調(diào)試程序時能夠設置斷點和進行單步操作；也需要增加外部程序存儲器。我們采用了4片日立公司的8位SRAMHM6225610，兩兩組成16位的程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器，分別用F206的PS和DS信號進行片選。HM6225610的典型存取時間為100ns，而TMS320F206的指令周期為50ns。為節(jié)省硬件等待電路的開中支，利用了TMS320

6、F206片內(nèi)的可編程軟件等待狀態(tài)發(fā)生器產(chǎn)生兩個等待狀態(tài)，從而滿足存儲器的操作時間要求。利用TMS320F206片上集成的全雙工異步串口，可以實現(xiàn)心電模塊和PC機的通信。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MAX202，它采用5V單電源供電，使用時只需加幾個電容，便能完成兩種電平的轉換。為防止數(shù)據(jù)在傳輸過程中受到干擾，在輸入輸出端都加上光電耦合器。R波的精確定位是心電監(jiān)護模塊的一個重要功能，它關系到后面進行心率

7、計算及心律失常分析結果的正確性。一個正常人完整的心電波形由P、Q、R、S、T五個部分組成，其中R波和T波的幅值相對較高。心率計算通常是根據(jù)心電波形中R波的間距來推算得到。但在少數(shù)異常波形中，T波的幅值會超過R波，如果把T波誤判為R波來進行心率計算，則會產(chǎn)生很大的誤差。通過對大量的心電信號進行頻譜分析，發(fā)現(xiàn)R波通常位于0～33Hz的頻率范圍內(nèi)，而T波位于0～9Hz的頻率范圍內(nèi)。為了在心率計算時消除T波可能引起的干擾，我們設計了個有源帶濾波