基于ARM的心電信號處理系統設計

根據國家衛生部《全國衛生信息化發展規劃綱要》的目標，在2010年要基本實現醫院的數字化和信息化。所以未來醫療器械市場對新型醫療設備的市場空間巨大，特別是擁有數字化和信息化特征的心電信號處理系統具有廣闊的應用前景和實用價值。

心電信號在通過電極提取到系統后，經過具有高共模抑制比的放大電路進行放大、濾波，由高精度的串行A/D轉換器件進行量化，提高了信號的精度。這個系統以 32 位高速 ARM 處理器為硬件平臺，以實時操作系統作為軟件平臺，對硬件系統的資源進行了調度和分配，達到了對心電信號進行實時處理的效果，并且實現了對心電信號的實時顯示、實時存儲等功能。

　　系統總體設計

　　如圖的系統的主要功能是對心電信號進行實時的處理和傳輸，如圖1所示。

　　圖1 系統原理框圖

　　心電信號通過電極提取進入模擬處理模塊，在模擬處理部分經過放大和濾波處理后，提高了信號的強度和信噪比。信號經過量化后轉換成數字信號，進入數字處理模塊，在以ARM處理器為核心的數字處理模塊中，PC的軟件模塊包含了對USB通道數據的接收和對心電信號的處理，經過處理后的心電信號進一步提高了信噪比，并顯示在屏幕上，這樣就可以更好的協助醫生對于病人的治療，可以保障醫療的正常進行。

　　1 S3C44B0X處理器

　　S3C44B0X微處理器是Samsung公司專為便攜式設備提供的高性能和高性價比的微控制器解決方案，使用32位的低功耗RISC內核ARM7TDMI，采用0.25μm CMOS工藝制造，支持新型總線結構SAMBAII。

　　S3C44B0X為核心的系統的工作原理：首先通過醫用Ag-AgCl電極分別獲取病人的混合心電信號，信號調理電路對生物電信號進行放大和濾波，然后A/D轉換，進而通過32位微處理器對采集過來的數據進行算法分離，實時顯示患者病情的波形并存儲數據;嵌入式實時操作系統(RTOS) ?C/OS-Ⅱ協調各功能模塊工作，使系統具有很高的實時性和可靠性。

　　片上集成的主要功能有：在ARM7TDMl基礎上增加8KB的Cache;外部擴充存儲器控制器;LCD控制器最大支持256色的DSTN，并帶有1個LCD專用DMA通道;2個通用DMA通道、2個帶外部請求引腳的DMA通道;2個帶有握手協議的DART： 1個SIO;1個I2C總線控制器;5個PWM定時器及1個內部定時器;看門狗定時器;71個通用可編程I/O口，8個外部中斷源;功耗控制模式有正常、低、休眠和停止;8路10位ADC;具有日歷功能的RTC;PLL時鐘發生器。

　　2 實時操作系統μC/OS-II

　　μC/OS-II是源碼開放的嵌入式實時操作系統內核，至今，從8位到64位，這種操作系統已在超過40種不同架構的微處理器上運行。世界上已經有很多領域都使用了μC/OS-II。使用這個內核可以使得應用程序的設計和擴展變得容易，而且不需要大的改動就可以增加新的功能，通過將應用程序分割成若干個獨立的任務，RTOS使得應用程序的設計過程大大簡化。

　　硬件系統設計

　　1 UART異步串行接口設計

　　心電數據經過實時操作系統的調度后，通過USB通道傳遞到PC上，但是由于USB接口的復雜度，在調試USB器件時需要使用到異步串行接口。而且在某些老式的PC上不能使用或安裝USB驅動程序時，異步串行接口可以作為一種備用的低速傳輸方式，這樣也增加了系統的可擴展性。

　　圖2是在心電信號處理系統中帶有RS232電平轉換的S3C44B0X的串行接口電路連接圖。在圖中，RS232電平轉換芯片為MAX3232，其RxD0、TxD0和RxD1、TxD1分別連接S3C44B0X的第99、100和103、104引腳。

　　圖2 串口部分連接圖