Texas Instruments (TI) из серии TMS320C2XX с фиксированной точкой цифровой сигнальный процессор (DSP) имеет мощный в режиме реального времени вычислительной мощности и высокой степенью интеграции на кристалле аппаратных ресурсов, использование гибкости в области цифровой обработки сигналов широко используется. Обсуждение серии DSP TMS320F206 модуль ЭКГ приложений, включая интерфейс аппаратное и программное обеспечение программирования.
Ключевые слова: ЭКГ ЭКГ выборки цифрового сигнального процессора н.э.
Механическое сокращение сердца до возникновения инфаркта предварительного электрического волнения в целом диффузного тела, в результате чего различные части поверхности тела разность потенциалов. Чтобы эти изменения через поверхность разность потенциалов между обводка в хронологическом порядке от непрерывной кривой электрокардиограммы (ЭКГ).
ЭКГ диагностики аритмий является наиболее надежным способом проверить хотя могут быть и другие клинической диагностики некоторых нарушений ритма сердца, но точность не высока. Наблюдая ЭКГ пациента, диагностических скорости точность почти 100%. ЭКГ модуля функции для записи в реальном времени сигналов ЭКГ пациента, и автоматический анализ и обработку, и дает соответствующие выводы.
С цифровой технологии обработки сигнала и развития крупномасштабных технологии интегральных схем, однокристальных цифровых сигнальных процессоров более мощный, дешевле и дешевле, больше и больше людей применяются во всех областях производства и жизни. Эта статья описывает DSP чип основе мониторирования ЭКГ модуля решения, обсудить его аппаратной части и программного обеспечения.
Модуль ЭКГ Texas Instruments (TI) из TMS320F206 Core DSP сбора и обработки данных модуля. Вся система установлена на 4 слоев PCB, через 9-контактный RS-232 кабеля связи и ПК машины, и его блок-схеме показано на рисунке 1. , В которой все входные сигналы, в том числе ECG1, ECG2 (два ЭКГ), темпах (температура сигнала), RESP (дыхательных сигнала), LEADOFF (ведущая от обнаружения), ПАСЕ (кардиостимулятор обнаружения) и других от ЭКГ аналоговый сигнал предварительной обработки модулем.
1 TMS320F206 Введение
TMS320F206 (далее F206) является компанией в 1996 году, TI представила рентабельным 16-бит фиксированная точка DSP чип, скорость вычислений 40MIPS. F206 системы, изменение Гарвардской архитектуры. Памяти программ и данных шины памяти отдельно, в целях обеспечения максимальной вычислительной мощности. Слово адресных 224K пространства (64К слов памяти программ, 64 тыс. слов в памяти данных, 64 тыс. слов ввода / вывода, 32К слов глобального пространства), 64 тыс. слов космической программы, 32K слова могут быть сопоставлены с предварительно встроенной интеграции F206 Шуо памяти (флэш-память), так что вы можете иметь четыре линии в структуре, и его набор команд для установки на них обычно используется сигнал - плюс операция оптимизирован для поддержки один цикл умножения / накопления инструкций, поддержка памяти блока двигаться инструкции для лучше управлять программами и данными; поддержки основанию 2 БПФ немного обратного адреса проверки.
В дополнение к поддержке высокой скорости за его пределами, F206 также имеет большое количество на-чипе периферийных устройств, в том числе: ① программируемый таймер; ② программ, данных, ввода / вывода памяти программно-программируемый генератор состояние ожидания, легко и низкоскоростных устройств Интерфейс; ③ встроенный генератор и фазовой автоподстройки частоты (PLL), для часов выбора × 1, × 2, × 4, ÷ 2; ④ синхронный последовательный, легко и последовательные интерфейсы кодека ⑤ полного дуплекса асинхронный последовательный порт облегчения связи и ПК машин.
2 аппаратных
Модуль ЭКГ Есть четыре входа: два ЭКГ ECG1 и ECG2, вплоть до температуры тела сигнал темпы, все пути дыхательных сигнала RESP, используя время выборки работы. Дыхательных сигнала и температуру тела частота сигнала значительно меньше, чем частота ЭКГ при определении частоты дискретизации в качестве ориентира для ЭКГ. Опыт показал, что обычный ЭКГ, необходимой полосы пропускания система 100 Гц или около того, в соответствии с Найквиста теоремы отсчетов, частота дискретизации должна быть не менее 200 Гц. Принимая во внимание работу определенный запас, каждый рабочий канал коэффициент выборки является 250 Гц, так что 4 канала, общая частота 1 кГц. Переключение каналов осуществляется аналоговых двусторонней переключатели CD4051 достичь, С, В, управление терминал, подключенный к Интернет три адреса TMS320F206, через I / O команды открыть соответствующий аналоговый канал, сигнал выборки.
Сигнал выборки и квантования по завершении ADS774. Burr-Brown ADS774 является США производится почти 12-битный последовательный вице Параллельные АЦП, типичное время преобразования 8.5μs, а также ряд работ, чтобы выбрать из. Блок питания в оригинальный ум, мы выбрали прямой (в течение) режиме, только две контрольные линии R / C и СТАТУС и TSM320F206 интерфейс, и его принцип работы и сроки показано на рисунке 2.
TMS320F206 XF булавку инструкции для создания низкой ширины импульса больше 25 нс, начала ADS664 для преобразования. После запуска СТАТУС контактный идет высокими ADS774, ADS774 преобразования данных строки после данных верна, то перейти обратно к контактный СТАТУС низкий, прыгать через уровень INT1 внешнего прерывания срабатывает TMS320F206, 12-разрядные данные преобразования будут читать в памяти данных.
Как TMS320F206 чип хранения данных условиях ограниченного пространства, Чтобы сохранить большое количество выборки данных и вычислительных промежуточных результатов, дополнительной внешней памяти данных; то же время с целью отладки программы, чтобы установить точки останова и ни на шаг; также необходимость увеличения внешней памяти программ. Мы использовали четыре 8-битных Hitachi SRAM HM62256-10, образуется между двумя 16-разрядная шина памяти программ и памяти данных, соответственно, PS и DS F206 выбора микросхемы сигналы. HM62256-10 Типовое время доступа 100 нс, 50 нс и TMS320F206 инструкции цикла. Для сохранения аппаратного ждать открытия цепи взимается использовать TMS320F206-чип программируемый генератор состояние ожидания, два государства ждать, чтобы встретить требования к памяти рабочего времени. TMS320F206 по-чипов с помощью полного дуплекса асинхронный последовательный порт, вы можете достичь PC-ЭКГ модуля и связи. Однако, уровень ТТЛ уровня RS232 и не совместимы, мы используем чип преобразователь уровня MAX202, который использует одну +5 V питания, использовать только добавить несколько конденсаторов, будет в состоянии завершить два уровня конверсии. Для предотвращения данных помехи в процессе передачи, вход и выход соединены оптроны.
R волны ЭКГ точное позиционирование является важной функцией модуля, это связано с задней расчета сердечного ритма и аритмии анализ верен. Полное нормальной ЭКГ P, Q, R, S, T из пяти частей, из которых R и Т волны амплитуда волны является относительно высокой. Частота сердечных сокращений расчет, как правило, основаны на ЭКГ R волны на расстоянии должны быть рассчитаны. Но через несколько ненормальным сигнала, T амплитуды волны свыше волны R, Если зубца Т на R волны принимают за сердце расчета скорости, он будет производить большие ошибки. Через большое количество спектрального анализа ЭКГ, R волны обычно находится в диапазоне 0 ~ 33Hz Диапазон частот, в то время как зубца Т в 0 ~ 9 Гц частотного диапазона. Частота сердечных сокращений расчета с целью устранения зубца Т, может вызвать помехи, мы разработали активный полосовой фильтр, центральная частота f 0 = 12.687Hz, пропускной способности для B = / Q = 5.629Hz, нижняя граничная частота f 1 = 10.3565Hz; предел Частота среза 2 = 15.9655Hz. Стандартной ЭКГ до и после принятия волны фильтра показано на рисунке 3. Видно, что относительно низкая частота затухания Т-волны очень R Порги этом остается неизменной.
3 Software Design
Модуль ЭКГ программное обеспечение состоит из двух частей. Первый запуск в TMS320F206 чип памяти FLASH в системе мониторинга, второй работает на PC-стороны графический интерфейс программы пользователя. Бывший требование в режиме реального времени высокой, для улучшения операционной эффективности, использование TMS320C2XX написана на ассемблере, сборник ссылок на внешние ОЗУ программы после отладки, отладки успешно запрограммирован в Вспышка TMS320F206. Она в основном состоит из нескольких функциональных модулей следующим образом: ① инициализации модуля системы. Завершение RAM, ADS774, прерывание и таймер параметры инициализации длится; ② регулярного модуля выборки, четыре сигналов времени приобретения, данные, хранящиеся на предварительной обработки оперативной памяти; ③ частоты сердечных сокращений, частоту дыхания и температуру тела интерполяции модуль ; ④ 512 базы 2FFT закуски модуль сигнала операции; ⑤ асинхронный последовательный коммуникационный модуль, и протокол связи между ПК машины.
Следующие краткий обзор расчета частоты сердечных сокращений модуль алгоритма. Пусть DR-R-расстояние между двумя соседними волны R (R волны между двумя точками DR-R выборки), канал частотой дискретизации ЭКГ 250 Гц, так что 250 ÷ DR-R является вторым Количество часов волны R, 60 × 250 ÷ DR-R является частота сердечных сокращений в течение одной минуты. Таким образом, ключевым является точного позиционирования волны R. Алгоритм потока показано на рисунке 4. Где F [Я] является последним в оперативной памяти данные 1024 ЭКГ Правда, после первой операции, FIFO Jibei обновилась, готова к следующей операции.
5 показаны результаты положение волны R, "X", чтобы определить волны R, чтобы найти самую высокую точку. Чтобы убедиться в правильности этого алгоритма, мы BIO-TECH-порожденных моделирование ЭКГ стандартной ЭКГ в качестве тестового сигнала и обнаружил, что большинство ее нормального сигнала и сигнала ненормальным может точно измерить частоту сердечных сокращений.
4 модуля процесс высоте
ЭКГ модуль протяжении процесса ввода в эксплуатацию в три этапа: ① аппаратной отладки, чтобы гарантировать, что все устройства DSP плат, который является основой для программного обеспечения отладки; ② TMS320F206 клиентского программного обеспечения отладки, модульный подход, различные функции подготовки соответствующих подпрограмму, были переданы через каждый функциональный модуль, а затем через интерфейс этих модулей собраны, все функции системы; ③ графический пользовательский интерфейс GUI программного обеспечения отладки и отладки модуля связи TMS320F206 то же время, обеспечить, чтобы правильно передавать и принимать данные, и На этой основе, постепенно добавляя новые функции.
После отладки с эмулятором программы FLASH программирования через порт JTAG для загрузки объекта код TMS320F206 идти, вся операция форума системы.
Система должна соответствовать проектным требованиям, указанным в письме задача, но также имеет потенциал для дальнейшего расширения. Программное обеспечение, использование модульной конструкции, вы можете легко добавить новые модули, такие как самостоятельно, связанные с обработкой, с точки зрения аппаратного обеспечения, TMS320F206 и внешний чип модуль логики взаимодействия с малым интегральной схемы в настоящее время осуществляется в будущем может быть заменена ПЛИС, или FPGA Интерфейс программирования логики, уменьшая чип данных и повышения надежности системы.
