5）增加了兩種節(jié)電運(yùn)行方式,低功耗。

　　2．2　系統(tǒng)主要設(shè)計(jì)指標(biāo)

　　主要包括以下特點(diǎn)：

　　1 多通路信號采樣,可控制模擬多路開關(guān)采集16路信號,包括12路常規(guī)心電信號ECG、3路正交信號CMP和1路心率變異信號HRV;

　　2 A／D采樣頻率為16 kHz,分辯率為12 bit,轉(zhuǎn)換高,線性誤差為1／2 LSB;

  　3 大存儲容量。1 Mb的存儲空間,能夠存儲多路長時心電數(shù)據(jù)及分析診斷結(jié)果;

　　4 有可編程邏輯芯片MACH實(shí)現(xiàn)邏輯控制;  

　　5 其它部分,包括LCD圖形點(diǎn)陣式液晶顯示、輸入按鍵。

　　2．3　信號采集系統(tǒng)

　　2．3．1　程序及數(shù)據(jù)存儲器

　　存儲器（Memory）是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的記憶設(shè)備，用來存放程序和數(shù)據(jù)。計(jì)算機(jī)中全部信息，包括輸入的原始數(shù)據(jù)、計(jì)算機(jī)程序、中間運(yùn)行結(jié)果和終運(yùn)行結(jié)果都保存在存儲器中。它根據(jù)控制器指定的位置存入和取出信息。有了存儲器，計(jì)算機(jī)才有記憶功能，才能保證正常工作。按用途存儲器可分為主存儲器（內(nèi)存）和輔助存儲器（外存），也有分為外部存儲器和內(nèi)部存儲器的分類方法。外存通常是磁性介質(zhì)或光盤等，能長期保存信息。內(nèi)存指主板上的存儲部件，用來存放當(dāng)前正在執(zhí)行的數(shù)據(jù)和程序，但僅用于暫時存放程序和數(shù)據(jù)，關(guān)閉電源或斷電，數(shù)據(jù)會丟失。

　　多路心電信號實(shí)時采集的數(shù)據(jù)量比較大,10 s的常規(guī)12路ECG信號有240 k字節(jié)的數(shù)據(jù)量。系統(tǒng)選用大容量的快速閃存作為存儲器。C32允許可變寬度的外部存儲器接口,用作數(shù)據(jù)存儲時,寬度可以是8／16／32位,用作程序存儲時,寬度可以是16／32位。Atmel 27F080的數(shù)據(jù)存儲時間是70 ns,符合快速接口的要求,允許任意位置數(shù)據(jù)的存儲、擦除,與DSP的連接如圖2所示。

　　DSPC32的內(nèi)部RAM是512字,為增強(qiáng)其算法處理能力,外部擴(kuò)展了32 kb的高速SRAM,由4片ISSI61C256－15構(gòu)成,其存儲速度是15 ns。

　　2．3．2　多路開關(guān)和A／D信號采集

　　經(jīng)放大后的多路心電信號通過多路模擬開關(guān)后輸入到A／D轉(zhuǎn)換器,進(jìn)行時分多路的信號采樣。多路開關(guān)選用Max336 16路選1的開關(guān)。具體采集時由DSP控制邏輯器件確定所要采集的通路。

　　A／D轉(zhuǎn)換由Max196完成。Max196能實(shí)現(xiàn)12bit模數(shù)轉(zhuǎn)換,單5 V供電,內(nèi)部有參考電壓Vref轉(zhuǎn)換電路,支持±10 V、±5 V、0～10 V、0～5 V的電壓轉(zhuǎn)換范圍,由控制字確定輸入信號的范圍,A／D轉(zhuǎn)換的速率可達(dá)100 ksps,具有低功耗的工作方式,輸入輸出引腳全部三態(tài),與微處理器的接口簡便,如圖3所示。

　　在多路數(shù)據(jù)傳送過程中，能夠根據(jù)需要將其中任意一路選出來的電路，叫做數(shù)據(jù)選擇器，也稱多路選擇器或多路開關(guān)。有4選1數(shù)據(jù)選擇器、8選1數(shù)據(jù)選擇器（型號為74151、74LS151、74251、74LS151）、16選1數(shù)據(jù)選擇器（可以用兩片74151連接起來構(gòu)成）等之分。

　　DSP往其寫控制字啟動A／D轉(zhuǎn)換,A／D轉(zhuǎn)換結(jié)束后,產(chǎn)生Int信號,連到DSP的Int1上,產(chǎn)生外部中斷,DSP讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果。系統(tǒng)的采樣頻率是16k,DSP的指令周期是50 ns,因此,在兩次轉(zhuǎn)換的間期,DSP有充足的時間進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,包括數(shù)據(jù)濾波、存儲等。

　　2．3．3　MACH邏輯控制部分

　　系統(tǒng)的邏輯控制由MACH4 64／32（見圖4）實(shí)現(xiàn)。MACH4 64／32是Vantis公司的第二代高密度、電可擦除、CMOS PLD器件,邏輯容量相當(dāng)于1250個等效PLD門。在本系統(tǒng)中,MACH負(fù)責(zé)產(chǎn)生各外設(shè)的片選信號、模擬開關(guān)的計(jì)數(shù)控制信號、按鍵的編碼等。

　　系統(tǒng)設(shè)置了4個按鍵,用于功能選擇。由MACH對按鍵實(shí)現(xiàn)編碼,確定按鍵代碼D1D0,同時,產(chǎn)生按鍵中斷信號連到DSP的Int2引腳上。

　　3　心電工作站的心率變異性分析

　　心率變異性（HVR）分析目前在臨床研究中受到了普遍的重視,已成為心血管疾病及心電生理研究的熱點(diǎn)。一般處理方法是采集短時（520點(diǎn)）或長時（24 h）心電信號R波的間期,從多個信號處理的角度進(jìn)行分析,給出關(guān)鍵參數(shù)。本系統(tǒng)對心率信號采集處理的流程如圖5所示。

　　系統(tǒng)設(shè)置包括設(shè)置采樣頻率fs＝1 kHz,模擬開關(guān)選擇第16路。由于HRV分析的對象是心電波形的RR間期,在數(shù)據(jù)采樣同時,就對波形的R波進(jìn)行定位,找到R波位置,計(jì)算出相鄰R波的間隔RR間期后存儲。具體采用了如下措施：

　　1）數(shù)字濾波。采樣的信號通過截止頻率是150Hz的低通數(shù)字濾波器,實(shí)時濾除高頻的干擾信號。

　　2）采用斜率跟蹤的方法確定R波的位置。事先確定一個閾值,當(dāng)采集波形的斜率變化超過閾值時,跟蹤尋找斜率變化的位置,即R波所在的位置。

　　4　結(jié)束語

　　本文設(shè)計(jì)的以DSP320C32芯片為的心電工作站系統(tǒng),使得多路心電信號的采集、分析能夠?qū)崟r實(shí)現(xiàn),系統(tǒng)的體積小,便于攜帶,同時有較強(qiáng)的運(yùn)算能力,將數(shù)字濾波、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等方法增加到分析程序中,將大大提高處理能力與診斷的準(zhǔn)確性?！?/CLK>