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基于Fution模数混合FPGA芯片的心电仪片上系统开发
来源:本站整理  作者:佚名  2010-06-20 10:42:31




    心电信号动态显示区的设计采用了3种方法,分别为:
    (1)移位寄存器法。在FPGA内部构建一个240位移位寄存器作为心电图像的缓存,Core8051实时地采集数据然后发送到移位寄存器内部,同时CRT驱动模块按照自己的时序来不断地扫描移位寄存器,从而显示出心电图像。这种方法的缺点是动态曲线显示的连续性不好。
    (2)双RAM缓存法[5]。利用Core8051外部扩展的64 KB
RAM作为心电波形信号的缓存,同时在CRT驱动模块中再设计一个心电波形显示缓存,这样Core8051就可以先采集心电信号存储在外部扩展的64 KB RAM中,达到某一数量后,连续地发送给CRT驱动模块中的缓存,从而显示出动态的心电信号图像。该设计的一个最大优点是图像显示连续(没有抛弃任何时刻的心电数据),同时又可以根据需要选择观察采集到的任何时刻的心电波形。但由于要采集一定数量的心电波形数据,因此心电波形的显示会有一定时间的延时。
    (3)单RAM缓存法。在Core8051没有扩展外部64 KB RAM的前提下设计的,利用一个双端口的RAM作为动态显示区的图像缓存,Core8051通过其中的一个写端口向图像缓存中写入数据,VGA控制器通过另外一个端口从图像缓存中读出数据,两者互不影响。同时设计算法使双端口RAM具有位读写能力,即利用Core8051来灵活地读写双端口RAM中的任何一位,这样对图像数据的处理就非常灵活了。这种设计的最大优点是如方法(1)一样可以实时地显示。
    本文结合(2)、(3)两种方法进行系统的设计,弥补了各种方案的缺点,实现了动态、实时显示的功能,使得片上系统的功能变得完善。这种设计结合了FPGA的可编程性成功解决了低端8位处理器无法驱动彩色TFT_LCD动态、实时显示的问题。在此基础上,还可以利用FPGA和Core8051的资源开发其他的功能模块,例如与PC机的通信、SD卡大量心电数据存储、心电分析与报警等。
3 系统测试及结果
    心电信号能力集中在中低频段,随着频率的升高,响应的能量也逐渐降低[6]。利用信号发生器产生不同频率和幅值的正弦信号来模拟心电信号,并将其加到心电信号输入端口,可以看到CRT显示器上显示出和输入信号完全一致的正弦波形,没有任何失真。
    Fution模数混合信号芯片的诞生给小型化、便携式片上系统的设计带来了可能,本文通过对FPGA各种资源的综合应用完成了一种心电监护仪的片上系统的设计,通过实际的测试验证了它的准确性。系统的所有功能都是在FPGA上完成的,所以它的单芯片性和FPGA可编程性,给产品的升级带来了极大的便利。
参考文献
[1] 吕德刚,李军.微型心电监护仪的开发[J].电子世界,2008,30(12).
[2] 叶一初,胡方明.基于ARM7的心电采集与远程传输系统设计[J].电子设计工程,2009,17(6):83-85.
[3] 侯立亚.基于ARM的心电采集系统的设计[J].医疗卫生装备,2006,27(1).
[4] 李晓燕.基于DSP的便携心电数据采集处理系统[J].工业控制计算机,2006,19(9):54-55.
[5] 龚小年,张兴敢.双口RAM的发展及在现代数字系统中的应用[J].微处理机,2007(4):110-111.
[6] 何伟.心电信号及各组分的频率分布和有效带宽研究[J].生物医学工程学,1996,12(4):336-340.

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