便携式心电图记录仪的设计
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图 1 系统结构图
3 硬件电路设计
CPU 选用美国 A TM EL 公司的 90 系列单 片机 A T90 S2333 ,它是一款基于 AVR R ISC 的 低功耗 CMOS 的 8 位单片机 . 通过在一个时钟 周期内执行一条指令 ,A T90 S2333 可以取得接 近 1 M IPSΠM Hz 的 性 能 , 从 而 使 得 设 计 人 员 可 以在功耗和速度之间取得平衡. AVR 核将 32 个工作寄存器和丰富的指令集连结在一起. 所 有工作寄存器都与 AL U ( 算术逻辑单元) 直接 相连 ,允许在一个时钟周期内执行的单条指令 同时访问两个独立的寄存器. 这种结构提高了 代码效率 ,使 AVR 得到了比普通 CISC 单片机 高将近 10 倍的性能.
为了使记录仪尽量方便易携 ,在配带记录仪 记录心电信号时不影响患者的正常工作和日常活 动 ,作者在设计时使用了最少的芯片数 ,使最后开 发出来的记录仪体积小 ,实现真正的携带方便.
1 功能设计
为了使此系统的功能设计得尽量完善 ,在系 统内固化了精心设计的专家分析系统软件 ,全自 动地监测佩带者的心电信息 ,自动进行分析 、判
[ 2 ] 宋建国. AVR 单片机原理及应用 [ M ] . 北京 : 北京 航空航天大学出版社 ,1998.
[ 3 ] 胡汉才. 单片机原理及其接口技术 [ M ] . 北京 :清华 大学出版社 ,1996.
4 软件设计
4. 1 主程序设计 整个心电信号自动记录仪的软件采用模块化 结构 ,以便于维护和扩充. 该软件主要包括初始 化 、采集与存储 、串行通信管理软件模块. 主程序
百度文库
第 11 期 杨俊春 ,等 :便携式心电图记录仪的设计
·39 ·
流程图如图 2 所示. 4. 2 数据的采集与存储子程序
A T90S2333 芯片的 2 个外部中断引脚用来 控制系统的工作方式. 系统的工作方式有 2 种 ,一 是数据采集与存储 ,另一个是与 PC 机的串行通 信. 工作方式的选取通过在 IN T0 、IN T1 上接 2 个按钮开关来实现. 平时 ,这 2 个引脚分别通过 2 个电阻接到电源上 ,需要工作时 ,只需按一下按钮 开关 ,即可产生一个负脉冲 ,这时 ,通过软件设置 2 个引脚的触发方式 ,即可在相应的寄存器内设 置标志位 ,软件可通过对标志位的检测去执行相 应的程序.
收稿日期 :2002 - 12 - 05. 作者简介 :杨俊春 (1979 - ) ,女 ,硕士研究生 ,主要研究方向 :计算机控制应用技术.
·38 ·
应 用 科 技 第 30 卷
电信号自动记录仪 ,而 PC 机内还需要设计相应 的软件 ,供医生对记录仪中的心电信号进行诊断. 记录仪采集的信号为双通道心电信号 ,大容量数 据存储器扩展采用串行的存储器芯片 ,以减少连 线的数目 ,提高抗干扰的能力 ,增强系统的稳定 性.
第 30 卷第 11 期 应 用 科 技 Vol. 30 , №. 11 2003 年 11 月 Applied Science and Technology Nov. 2003
文章编号 :1009 - 671X(2003) 11 - 0037 - 03
利用 AVR 芯 片 的 UAR T 建 立 与 PC 机 COM 口的 RS2232 连网通信. 用 MAX202 E 实现 T TL 电平与 RS2232 电平的转换. AVR 系统的接 口电平为 5 V 的 T TL 电平 ,必须通过一个电平转 换电路才能和 PC 机的串行通信 COM 口连接 ,否 则将损坏 PC 机的 COM 口和 AVR 芯片. 3. 3 工作方式
MAX202 E 是 T TL 电平与 RS2232 电平的转
换电路. 3. 1 CPU 与存储器芯片的连接
A T90S2333 通过串行口 SPI 与 A T45D081A 进 行 连 接. A T90S2333 的 SS 设 置 为 输 出 与 A T45D081A 的CS连在一起 ,当SS输出低电平时 , 芯片 A T45D081A 被选中 ,这时即可对存储器进 行 读 写 操 作. A T90S2333 的 MOSI 与 A T45D081A 的 SI 相连 ,当存储器芯片被选中时 , 数据可通过 MOSI 写入存储器. A T90S2333 的 M ISO 与 A T45D081A 的 SO 相 连 , 数 据 可 从 A T45D081A 的 SO 读出 ,通过 M ISO 送入 SPI 数 据 寄 存 器 内. A T90S2333 的 SC K 引 脚 与 A T45D081A 的 SC K 引脚相连 ,写入 SPI 数据寄 存器的操作将启动 SPI 时钟产生器 ,作为存储器 芯片读写数据的时钟. A T90S2333 的 ICP 引脚与 A T45D081A 的WP引脚相连 ,当WP引脚为低时 , 不能写存储器页的第一个 256Bytes. A T90S2333 的 OC1 与 A T45D081A 的 RD YΠBU S Y相连 ,只要 RD YΠBU S Y输 出 为 低 , 说 明 存 储 器 正 处 于 忙 状 态 ,必须等到其变为高才能进行下一次读写操作. 3. 2 系统与 PC 的通信
5 结 论
本论文从总体上设计了一个动态心电信号分 析处理系统 ,并以简洁的硬件电路 ,实现心电信号
图 3 采集与存储子程序流程图
的采集与存储以及与 PC 机的串行通信. 这种记 录仪非常方便易携 ,病人可随时启动记录仪记录 心电信号.
参 考 文 献:
[1 ] 耿德根. AVR 高速嵌入式单片机原理与应用 [ M ] . 北京 :北京航空航天大学出版社 ,2001.
在此程序中 ,要用到 ADC 模数转换器和 SPI 串行口 ,因此应首先对相应的寄存器进行初始化.
对 ADC 采 用 查 询 方 式 工 作 , 通 过 不 断 地 查 询 AD IF 位来判断 ADC 转换是否已经完成 ; 对 SPI 采用中断方式工作. 程序流程图如图 3 所示.
图 2 主程序流程图
断 ,发现异常 ,立即发出声音提示 ,同时亮起红灯 , 并将异常心电波形记录 、存储在记录仪中. 监测记 录的心电信息可以通过计算机回放 、打印出来 ,可 存储在计算机中作为原始病历档案保存 ,也可通 过普通心电图机回放记录的信息 ,方便没有计算 机的用户.
2 系统总体设计
系统分为两大部分 ,一是携带在被检查者身 上的袖珍心电图自动记录仪 ,另一部分是由微机 系统组成的心电图处理诊断系统. 本论文主要讨 论第一部分的设计与实现.
心电图是心脏疾病诊断的重要工具之一 ,然 而在临床中一些心脏病患者在短期内其心电图并 无异常. 这样就要花相当长的时间在医院中做观 察诊断 ,从而给病人和医院都造成了不必要的麻 烦. 为此 ,动态心电图分析处理系统便应运而生. 该系统可分为两大部分 ,一是携带在被检查者身 上的袖珍心电信号自动记录仪 ,另一为由微机系 统组成的心电图处理诊断系统. 被检查者配带了 心电信号自动记录仪后可离开医院 ,其一天的动 态心电信号由自动记录仪记录下来 ,然后交院方 将记录的数据回送微机心电图处理系统中进行分 析 ,做出正确的诊断.
动态心电信号自动记录仪的整个电路主要包 括心电信号放大电路 、模数转换电路 、外接实时时 钟 、单片机 、程序存储器 、数据存储器 、与 IBM PC 机的串行通信等. 其基本结构如图 1 所示. 小虚线 框内主要是 AVR 单片机 ,因为要使最后设计出 来的产品体积小 ,方便易携 ,挑选了内部带有 AΠD 转换器 ,同步串行通信接口 SPI 和通用串行接口 UAR T 的单片机芯片 A T90S2333 ,从而减少了整 个系统中的芯片数目. 大虚线框内是整个动态心
Design of pocketable electrocardiograph
YAN G J un2chun ,ZHAO Guo2liang
(School of Automation ,Harbin Engineering University , Harbin 150001 ,China)
Abstract :A kind of pocket elect rocardiograph was designed wit h simple circuit and small volume in t his pa2 per. It also explained in detail how to sample t he signal f rom a patient’s heart and store it in t he flash mem2 ory. The communication between t his device and PC was int roduced. At t he same time ,t his paper also clear2 ly showed t he design of bot h t he hardware and t he software. Key words :single chip ;AVR ;elect rocardiograph ;heart disease
4. 3 串行通信子程序 在此程序中 , 用到了异步串行通信接口
UART 和同步串行接口 SPI. 首先对 UART 进 行串口通信初始化 , 设置与 PC 机的串行通信 协议. 规定传送的数据为 8 位数据 ,起始位为 一位 , 停 止 位 为 一 位 , 传 送 的 波 特 率 为 4 800 bps.
存储器选用 A TM EL 公司的 A T45D081A 芯 片. A T45D081A 是一种串行接口的闪速存储器 , 它的容量为 8 MB ,分为 4 096 页 ,每页 264Bytes. 除此以外 , 还包括 2 个容量为 264Bytes 的缓存 器. 当主存储器的某一页正被编程时 ,缓存器允许 接收数据. A T90S2333 采用串行接口来接收数 据 ,这提高了系统的可靠性 ,降低了转换噪声 ,减 小了封装尺寸和引脚的数量. 对于编程和读取操 作 ,这种存储器只需由 4. 5～5. 5 V 的单一电源供 电. 通过芯片的片选引脚CS和串行输入引脚 SI , 输出引脚 SO ,串行时钟输入引脚SC K即可让其进 行数据的存储与读出. 所有的编程周期都是自定 时的 ,在编程之前不需要单独擦除周期.
便携式心电图记录仪的设计
杨俊春 ,赵国良
(哈尔滨工程大学 自动化学院 ,黑龙江 哈尔滨 150001)
摘 要 :为了对心脏病进行有效的预防保健 ,设计了一种电路简单 、体积小 、方便易携的心电信号记录仪. 此记录仪在单片机控制下完成心电信号的采集 、存储以及与 PC 机的串行通信 ,现已产品化. 关 键 词 :单片机 ;AVR ;心电信号 ;心脏病 中图分类号 : TP36 文献标识码 :A
3 硬件电路设计
CPU 选用美国 A TM EL 公司的 90 系列单 片机 A T90 S2333 ,它是一款基于 AVR R ISC 的 低功耗 CMOS 的 8 位单片机 . 通过在一个时钟 周期内执行一条指令 ,A T90 S2333 可以取得接 近 1 M IPSΠM Hz 的 性 能 , 从 而 使 得 设 计 人 员 可 以在功耗和速度之间取得平衡. AVR 核将 32 个工作寄存器和丰富的指令集连结在一起. 所 有工作寄存器都与 AL U ( 算术逻辑单元) 直接 相连 ,允许在一个时钟周期内执行的单条指令 同时访问两个独立的寄存器. 这种结构提高了 代码效率 ,使 AVR 得到了比普通 CISC 单片机 高将近 10 倍的性能.
为了使记录仪尽量方便易携 ,在配带记录仪 记录心电信号时不影响患者的正常工作和日常活 动 ,作者在设计时使用了最少的芯片数 ,使最后开 发出来的记录仪体积小 ,实现真正的携带方便.
1 功能设计
为了使此系统的功能设计得尽量完善 ,在系 统内固化了精心设计的专家分析系统软件 ,全自 动地监测佩带者的心电信息 ,自动进行分析 、判
[ 2 ] 宋建国. AVR 单片机原理及应用 [ M ] . 北京 : 北京 航空航天大学出版社 ,1998.
[ 3 ] 胡汉才. 单片机原理及其接口技术 [ M ] . 北京 :清华 大学出版社 ,1996.
4 软件设计
4. 1 主程序设计 整个心电信号自动记录仪的软件采用模块化 结构 ,以便于维护和扩充. 该软件主要包括初始 化 、采集与存储 、串行通信管理软件模块. 主程序
百度文库
第 11 期 杨俊春 ,等 :便携式心电图记录仪的设计
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流程图如图 2 所示. 4. 2 数据的采集与存储子程序
A T90S2333 芯片的 2 个外部中断引脚用来 控制系统的工作方式. 系统的工作方式有 2 种 ,一 是数据采集与存储 ,另一个是与 PC 机的串行通 信. 工作方式的选取通过在 IN T0 、IN T1 上接 2 个按钮开关来实现. 平时 ,这 2 个引脚分别通过 2 个电阻接到电源上 ,需要工作时 ,只需按一下按钮 开关 ,即可产生一个负脉冲 ,这时 ,通过软件设置 2 个引脚的触发方式 ,即可在相应的寄存器内设 置标志位 ,软件可通过对标志位的检测去执行相 应的程序.
收稿日期 :2002 - 12 - 05. 作者简介 :杨俊春 (1979 - ) ,女 ,硕士研究生 ,主要研究方向 :计算机控制应用技术.
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应 用 科 技 第 30 卷
电信号自动记录仪 ,而 PC 机内还需要设计相应 的软件 ,供医生对记录仪中的心电信号进行诊断. 记录仪采集的信号为双通道心电信号 ,大容量数 据存储器扩展采用串行的存储器芯片 ,以减少连 线的数目 ,提高抗干扰的能力 ,增强系统的稳定 性.
第 30 卷第 11 期 应 用 科 技 Vol. 30 , №. 11 2003 年 11 月 Applied Science and Technology Nov. 2003
文章编号 :1009 - 671X(2003) 11 - 0037 - 03
利用 AVR 芯 片 的 UAR T 建 立 与 PC 机 COM 口的 RS2232 连网通信. 用 MAX202 E 实现 T TL 电平与 RS2232 电平的转换. AVR 系统的接 口电平为 5 V 的 T TL 电平 ,必须通过一个电平转 换电路才能和 PC 机的串行通信 COM 口连接 ,否 则将损坏 PC 机的 COM 口和 AVR 芯片. 3. 3 工作方式
MAX202 E 是 T TL 电平与 RS2232 电平的转
换电路. 3. 1 CPU 与存储器芯片的连接
A T90S2333 通过串行口 SPI 与 A T45D081A 进 行 连 接. A T90S2333 的 SS 设 置 为 输 出 与 A T45D081A 的CS连在一起 ,当SS输出低电平时 , 芯片 A T45D081A 被选中 ,这时即可对存储器进 行 读 写 操 作. A T90S2333 的 MOSI 与 A T45D081A 的 SI 相连 ,当存储器芯片被选中时 , 数据可通过 MOSI 写入存储器. A T90S2333 的 M ISO 与 A T45D081A 的 SO 相 连 , 数 据 可 从 A T45D081A 的 SO 读出 ,通过 M ISO 送入 SPI 数 据 寄 存 器 内. A T90S2333 的 SC K 引 脚 与 A T45D081A 的 SC K 引脚相连 ,写入 SPI 数据寄 存器的操作将启动 SPI 时钟产生器 ,作为存储器 芯片读写数据的时钟. A T90S2333 的 ICP 引脚与 A T45D081A 的WP引脚相连 ,当WP引脚为低时 , 不能写存储器页的第一个 256Bytes. A T90S2333 的 OC1 与 A T45D081A 的 RD YΠBU S Y相连 ,只要 RD YΠBU S Y输 出 为 低 , 说 明 存 储 器 正 处 于 忙 状 态 ,必须等到其变为高才能进行下一次读写操作. 3. 2 系统与 PC 的通信
5 结 论
本论文从总体上设计了一个动态心电信号分 析处理系统 ,并以简洁的硬件电路 ,实现心电信号
图 3 采集与存储子程序流程图
的采集与存储以及与 PC 机的串行通信. 这种记 录仪非常方便易携 ,病人可随时启动记录仪记录 心电信号.
参 考 文 献:
[1 ] 耿德根. AVR 高速嵌入式单片机原理与应用 [ M ] . 北京 :北京航空航天大学出版社 ,2001.
在此程序中 ,要用到 ADC 模数转换器和 SPI 串行口 ,因此应首先对相应的寄存器进行初始化.
对 ADC 采 用 查 询 方 式 工 作 , 通 过 不 断 地 查 询 AD IF 位来判断 ADC 转换是否已经完成 ; 对 SPI 采用中断方式工作. 程序流程图如图 3 所示.
图 2 主程序流程图
断 ,发现异常 ,立即发出声音提示 ,同时亮起红灯 , 并将异常心电波形记录 、存储在记录仪中. 监测记 录的心电信息可以通过计算机回放 、打印出来 ,可 存储在计算机中作为原始病历档案保存 ,也可通 过普通心电图机回放记录的信息 ,方便没有计算 机的用户.
2 系统总体设计
系统分为两大部分 ,一是携带在被检查者身 上的袖珍心电图自动记录仪 ,另一部分是由微机 系统组成的心电图处理诊断系统. 本论文主要讨 论第一部分的设计与实现.
心电图是心脏疾病诊断的重要工具之一 ,然 而在临床中一些心脏病患者在短期内其心电图并 无异常. 这样就要花相当长的时间在医院中做观 察诊断 ,从而给病人和医院都造成了不必要的麻 烦. 为此 ,动态心电图分析处理系统便应运而生. 该系统可分为两大部分 ,一是携带在被检查者身 上的袖珍心电信号自动记录仪 ,另一为由微机系 统组成的心电图处理诊断系统. 被检查者配带了 心电信号自动记录仪后可离开医院 ,其一天的动 态心电信号由自动记录仪记录下来 ,然后交院方 将记录的数据回送微机心电图处理系统中进行分 析 ,做出正确的诊断.
动态心电信号自动记录仪的整个电路主要包 括心电信号放大电路 、模数转换电路 、外接实时时 钟 、单片机 、程序存储器 、数据存储器 、与 IBM PC 机的串行通信等. 其基本结构如图 1 所示. 小虚线 框内主要是 AVR 单片机 ,因为要使最后设计出 来的产品体积小 ,方便易携 ,挑选了内部带有 AΠD 转换器 ,同步串行通信接口 SPI 和通用串行接口 UAR T 的单片机芯片 A T90S2333 ,从而减少了整 个系统中的芯片数目. 大虚线框内是整个动态心
Design of pocketable electrocardiograph
YAN G J un2chun ,ZHAO Guo2liang
(School of Automation ,Harbin Engineering University , Harbin 150001 ,China)
Abstract :A kind of pocket elect rocardiograph was designed wit h simple circuit and small volume in t his pa2 per. It also explained in detail how to sample t he signal f rom a patient’s heart and store it in t he flash mem2 ory. The communication between t his device and PC was int roduced. At t he same time ,t his paper also clear2 ly showed t he design of bot h t he hardware and t he software. Key words :single chip ;AVR ;elect rocardiograph ;heart disease
4. 3 串行通信子程序 在此程序中 , 用到了异步串行通信接口
UART 和同步串行接口 SPI. 首先对 UART 进 行串口通信初始化 , 设置与 PC 机的串行通信 协议. 规定传送的数据为 8 位数据 ,起始位为 一位 , 停 止 位 为 一 位 , 传 送 的 波 特 率 为 4 800 bps.
存储器选用 A TM EL 公司的 A T45D081A 芯 片. A T45D081A 是一种串行接口的闪速存储器 , 它的容量为 8 MB ,分为 4 096 页 ,每页 264Bytes. 除此以外 , 还包括 2 个容量为 264Bytes 的缓存 器. 当主存储器的某一页正被编程时 ,缓存器允许 接收数据. A T90S2333 采用串行接口来接收数 据 ,这提高了系统的可靠性 ,降低了转换噪声 ,减 小了封装尺寸和引脚的数量. 对于编程和读取操 作 ,这种存储器只需由 4. 5～5. 5 V 的单一电源供 电. 通过芯片的片选引脚CS和串行输入引脚 SI , 输出引脚 SO ,串行时钟输入引脚SC K即可让其进 行数据的存储与读出. 所有的编程周期都是自定 时的 ,在编程之前不需要单独擦除周期.
便携式心电图记录仪的设计
杨俊春 ,赵国良
(哈尔滨工程大学 自动化学院 ,黑龙江 哈尔滨 150001)
摘 要 :为了对心脏病进行有效的预防保健 ,设计了一种电路简单 、体积小 、方便易携的心电信号记录仪. 此记录仪在单片机控制下完成心电信号的采集 、存储以及与 PC 机的串行通信 ,现已产品化. 关 键 词 :单片机 ;AVR ;心电信号 ;心脏病 中图分类号 : TP36 文献标识码 :A