基于dsp的心電監(jiān)護(hù)模塊設(shè)計(jì)

1、基于DSP的心電監(jiān)護(hù)模塊設(shè)計(jì)摘要：摘要：美國(guó)德州儀器公司（TI）的TMS320C2XX系列定點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）具有強(qiáng)大的實(shí)時(shí)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(hào)處理領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。討論了該DSP系列中的TMS320F206的心電監(jiān)護(hù)模塊中的應(yīng)用，包括硬件接口和軟件編程。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：心電監(jiān)護(hù)ECG數(shù)字信號(hào)處理器AD采樣心臟在機(jī)械收縮之前，心肌預(yù)先發(fā)生電的激動(dòng)，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(guò)體表把這種變動(dòng)著的電位差按時(shí)間順序描記出來(lái)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(zhǔn)確率不高。通過(guò)觀察患者的心電圖，其診斷準(zhǔn)確率幾乎可以達(dá)到100%。心電監(jiān)護(hù)模塊的功能就是實(shí)時(shí)地記錄下病人的心電波形，并進(jìn)行自動(dòng)分析和處理，同時(shí)給出相應(yīng)的結(jié)論。隨著數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)和大規(guī)模集成電路工藝的發(fā)展，單片數(shù)字信號(hào)處理器的功能越來(lái)越強(qiáng)大，價(jià)格越來(lái)越低，越來(lái)越多地被

3、應(yīng)用到人們生產(chǎn)生活的各個(gè)領(lǐng)域。本文介紹一種基于DSP芯片的心電監(jiān)護(hù)模塊的解決方案，討論了它的硬件結(jié)構(gòu)和軟件組成。該心電監(jiān)護(hù)模塊是一個(gè)以美國(guó)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(gè)系統(tǒng)安裝在一塊4層的PCB板上，通過(guò)9針RS232電纜和PC機(jī)進(jìn)行通訊，其原理框圖如圖1所示。其中所有的輸入信號(hào)包括ECG1、ECG2（兩路心電信號(hào)）、TEMPI（體溫信號(hào)）、RESP（呼吸信號(hào)）、LEADOFF（導(dǎo)聯(lián)脫落

4、檢測(cè)）、PACE（起博器檢測(cè)）等均來(lái)自心電信號(hào)前期模擬處理模塊。1TMS320F206TMS320F206簡(jiǎn)介簡(jiǎn)介TMS320F206（以下簡(jiǎn)稱F206）是TI公司于1996年推出的一種性價(jià)比很高的16位定點(diǎn)DSP芯片，運(yùn)算速度為40MIPS。F206體系采用改進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu)。將程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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?jǐn)?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(chǔ)空間有限，為保存大量的采樣數(shù)據(jù)和運(yùn)算的中間結(jié)果，需增加外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器；同時(shí)為了在調(diào)試程序時(shí)能夠設(shè)置斷點(diǎn)和進(jìn)行單步操作；也需要增加外部程序存儲(chǔ)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(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，分別用F206的PS和DS信號(hào)進(jìn)行片選。HM6225610的典型存取時(shí)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(gè)等待狀態(tài)，從而滿足存儲(chǔ)器的操作時(shí)間要求。利用TMS320F206片上集成的全雙工異步串口，可以實(shí)現(xiàn)心電模塊和PC機(jī)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(zhuǎn)換芯片MAX202，它采用5V單電源供電，使用時(shí)只需加幾個(gè)電容，便能完成兩種電平的轉(zhuǎn)換。為防止數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)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(hù)模塊的一個(gè)重要功能，它關(guān)系到后面進(jìn)行心率

7、計(jì)算及心律失常分析結(jié)果的正確性。一個(gè)正常人完整的心電波形由P、Q、R、S、T五個(gè)部分組成，其中R波和T波的幅值相對(duì)較高。心率計(jì)算通常是根據(jù)心電波形中R波的間距來(lái)推算得到。但在少數(shù)異常波形中，T波的幅值會(huì)超過(guò)R波，如果把T波誤判為R波來(lái)進(jìn)行心率計(jì)算，則會(huì)產(chǎn)生很大的誤差。通過(guò)對(duì)大量的心電信號(hào)進(jìn)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(jì)算時(shí)消除T波可能引起的干擾，我們?cè)O(shè)計(jì)了個(gè)有源帶濾波