隨著社會(huì)的發(fā)展和人們生活水平的提高，人們對(duì)健康的重視程度日益增加，但是伴隨著生活水平的提高心血管疾病的發(fā)病率不斷攀升。特別是近年來隨著社會(huì)老齡化的加劇，心血管疾病成了威脅人類生命的主要疾病，心臟病成了世界上死亡率的疾病。鑒于心血管疾病患者日益增多的嚴(yán)峻形勢(shì)，提高預(yù)防和監(jiān)測(cè)該疾病的手段勢(shì)在必行。而心電監(jiān)護(hù)是監(jiān)測(cè)心臟電活動(dòng)的一種直接手段。普通心電圖只能簡(jiǎn)單觀察描記心電圖當(dāng)時(shí)短暫的心電活動(dòng)情況。而心電監(jiān)護(hù)則是通過顯示屏連續(xù)觀察監(jiān)測(cè)心臟電活動(dòng)情況的一種是無創(chuàng)的監(jiān)測(cè)方法，可適時(shí)觀察病情，提供可靠的有價(jià)值的心電活動(dòng)指標(biāo)，并指導(dǎo)實(shí)時(shí)處理，因此對(duì)于有心電活動(dòng)異常的患者，如急性心肌梗塞，各種心律失常等有重要使用價(jià)值，但目前醫(yī)院用的心電監(jiān)護(hù)儀幾乎全部是進(jìn)口的，價(jià)格昂貴，維護(hù)費(fèi)用高，加重了醫(yī)院和患者的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)；因此設(shè)計(jì)一種便攜、經(jīng)濟(jì)的心電監(jiān)護(hù)設(shè)備具有重要意義。本文設(shè)計(jì)了一種基于TI公司TMS320LF2407A DSP的心電監(jiān)護(hù)系統(tǒng)，此系統(tǒng)體積小、成本低、實(shí)用性強(qiáng)。

　 DSP

　　數(shù)字信號(hào)處理（Digital Signal Processing，簡(jiǎn)稱DSP）是一門涉及許多學(xué)科而又廣泛應(yīng)用于許多領(lǐng)域的新興學(xué)科。20世紀(jì)60年代以來，隨著計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生并得到迅速的發(fā)展。數(shù)字信號(hào)處理是一種通過使用數(shù)學(xué)技巧執(zhí)行轉(zhuǎn)換或提取信息，來處理現(xiàn)實(shí)信號(hào)的方法，這些信號(hào)由數(shù)字序列表示。在過去的二十多年時(shí)間里，數(shù)字信號(hào)處理已經(jīng)在通信等領(lǐng)域得到極為廣泛的應(yīng)用。德州儀器、Freescale等半導(dǎo)體廠商在這一領(lǐng)域擁有很強(qiáng)的實(shí)力。

　 TMS320LF2407A DSP介紹

　　心電監(jiān)護(hù)系統(tǒng)很重要的一部分就是對(duì)心電信號(hào)進(jìn)行處理，因此選一款合適的信號(hào)處理器十分重要。當(dāng)前成功的DSP芯片當(dāng)數(shù)美國TI公司的系列產(chǎn)品，其主推的三大DSP平臺(tái)TMS320C2000、TMS320C5000、TMS320C6000已經(jīng)成為當(dāng)今世界上有影響力的DSP芯片。

　　本系統(tǒng)采用TMS320LF2407A為信號(hào)處理器和控制器。TMS320LF2407A是TI公司推出的新型高性能16位定點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器，是TMS320C2000系列的新成員。它專門為數(shù)字控制設(shè)計(jì)，集DSP的高速信號(hào)處理能力及適用于控制的優(yōu)化外圍電路于一體，是真正的單芯片控制器，在數(shù)字控制系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。

　 TMS320LF2407A DSP具備以下一些特點(diǎn)：

　　（1）采用高性能靜態(tài)CMOS技術(shù)，使得供電電壓降為3.3V，降低了控制器的功耗； 40MIPS的執(zhí)行速度使得指令周期縮短到25ns，從而提高了控制器的實(shí)時(shí)控制能力。

　　（2）基于TMS320C2xx DSP的CPU內(nèi)核，保證了TMS320LF2407A DSP代碼和TMS320系列DSP代碼兼容。

　?。?）片內(nèi)有高達(dá)32KB的FLASH程序存儲(chǔ)器，高達(dá)1.5KB的數(shù)據(jù)/程序RAM ，544字雙口RAM（DARAM）和2KB的單口RAM（SARAM） 。

　?。?）兩個(gè)事件管理器模塊EVA和EVB，每個(gè)包括兩個(gè)16位通用定時(shí)器和8個(gè)16位的脈寬調(diào)制（（PWM）通道。

　?。?）可擴(kuò)展的外部存儲(chǔ)器總共192K字空間：64K字程序存儲(chǔ)器空間，4K字?jǐn)?shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間和64K字I/0尋址空間。

　　（6）看門狗定時(shí)器模塊（WDT）。

　　（7） 10位A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換時(shí)間為500ns，可選擇由兩個(gè)事件管理器來觸發(fā)兩個(gè)8通道輸入A/D轉(zhuǎn)換器或一個(gè)16通道輸入的A/D轉(zhuǎn)換器。

　　（8）控制器局域網(wǎng)絡(luò)（CAN）2.0B模塊。

　　（9）串行通信接口（SCI）模塊。

　?。?0） 16位串行外設(shè)（SPI）接口模塊。

　?。?1）基于鎖相環(huán)的時(shí)鐘發(fā)生器。

　?。?2）高達(dá)40個(gè)可單獨(dú)編程或復(fù)用的通用輸入/輸出引腳（GPIO）。

　?。?3）5個(gè)外部中斷（兩個(gè)電極驅(qū)動(dòng)保護(hù)、復(fù)位和兩個(gè)可屏蔽中斷）。

　　（14）電源管理包括3種低功耗模式，能獨(dú)立地將外設(shè)器件轉(zhuǎn)入低功耗模式。

　　（15）具有加密功能，密鑰長(zhǎng)度64位。

　 一.系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

　　整個(gè)系統(tǒng)可分為心電信號(hào)采集部分和信號(hào)處理部分。信號(hào)處理部分以TMS320LF2407A為處理器，擴(kuò)展了外部存儲(chǔ)器、液晶顯示、按鍵和串行通訊接口等。

　　電源是系統(tǒng)工作的首要條件，本系統(tǒng)采用5V和3.3V兩種電壓，系統(tǒng)輸入電源電壓為5V直流，因此需要轉(zhuǎn)換，本系統(tǒng)采用AMS1117-3.3進(jìn)行5V~3.3V電壓轉(zhuǎn)換，發(fā)光二極管D3為電源指示燈。

　　心電圖（ECG）采集電路通過傳感器采集心電信號(hào)然后把采集的模擬信號(hào)送到TMS320LF2407A內(nèi)部集成的10位A/D輸入端進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，采用由兩個(gè)事件管理器來觸發(fā)一個(gè)16通道輸入的A/D轉(zhuǎn)換器的方式來提高轉(zhuǎn)換以采集微弱的心電信號(hào)。

　　TMS320LF2407A內(nèi)部集成了1.5K RAM和32K FLASH，32K FLASH容量已基本夠用，而內(nèi)部的RAM存儲(chǔ)空間太小，為保存大量的采樣數(shù)據(jù)、運(yùn)算的中間結(jié)果和提高系統(tǒng)的運(yùn)行速度，系統(tǒng)增加了外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）和外部程序存儲(chǔ)器（RAM），分別用TMS320LF2407A的PS和DS信號(hào)進(jìn)行片選。本系統(tǒng)采用的RAM存儲(chǔ)器是兩片 IS61LV6416-10T，它的存儲(chǔ)容量為64K 16位。數(shù)據(jù)存取時(shí)間為10ns，能滿足高速運(yùn)行的需要，工作電壓為3.3V，與DSP工作電壓一致，無需電平轉(zhuǎn)換電路。

　　液晶顯示模塊用來顯示心電圖，使用戶在沒有PC機(jī)的情況下也可以直觀地觀察到心電圖。心電圖也可以通過串口和PC機(jī)相連由PC機(jī)顯示。在不用來顯示心電圖時(shí)，液晶可以顯示系統(tǒng)狀態(tài)和其他信息。此液晶模塊內(nèi)含SED1335控制器，分辨率為128 128，該模塊特點(diǎn)是功耗低、抗干擾能力強(qiáng)，模塊上集成了液晶顯示控制器、驅(qū)動(dòng)器、RAM,ROM和LCD顯示器，使用時(shí)只需向模塊送入相應(yīng)的命令和數(shù)據(jù)即可顯示所需信息。與DSP接口簡(jiǎn)單，使用方便靈活。 TMS320LF2407A是3.3V供電，液晶模塊是5V電源供電，所以它們之間要通過電平轉(zhuǎn)換電路連接，本系統(tǒng)采用SN74LV16345A來實(shí)現(xiàn)電平匹配。

　　TMS320LF2407A集成了一個(gè)全雙工異步串口，可以實(shí)現(xiàn)心電模塊和PC機(jī)或者其他設(shè)備的通信。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MAX232，它采用+5V單電源供電，電路簡(jiǎn)單，使用方便。

　　為了方便設(shè)置，系統(tǒng)還增加了按鍵模塊，用戶可以通過按鍵來控制系統(tǒng)的一些功能，如啟動(dòng)和停止等。

　 1.TMS320LF2407A DSP主要硬件資源

　?。?）.DSP:     TMS320LF2407，工作頻率40M；

　?。?）.RAM:     CY7C1021，64K x 16 Static RAM，其中32k作為程序RAM，32k作為數(shù)據(jù)RAM；

　　（3）.片上AD： 10位，片內(nèi)Flash 32k×16 bit  FLASH。

　?。?）.DA芯片： 外置DA芯片，TLV5620 ，8bit。

　　（5）.RESET：  專門復(fù)位芯片，有手動(dòng)復(fù)位按鈕；

　?。?）.POWER：  外部電源輸入（＋5V外負(fù)內(nèi)正），專用3.3V穩(wěn)壓芯片；

　　（8）.CAN收發(fā)器：PCA82C250

　?。?）.PWM方式控制的 直流電機(jī)。

　?。?0）.IO口方式控制的 步進(jìn)電機(jī)。

   二.軟件設(shè)計(jì)

　　了解和分析心電的特征是研究心電信號(hào)檢測(cè)的基礎(chǔ)，針對(duì)心電在不同頻段的特征，設(shè)計(jì)相應(yīng)頻段的檢測(cè)算法，這是軟件設(shè)計(jì)的重要任務(wù)。

　　心電圖是由一系列的波組所構(gòu)成，每個(gè)波組代表著每一個(gè)心動(dòng)周期。一個(gè)波組包括P波、QRS波群、T波及U波，研究表明心電主要的波段在QRS波，R波以及P波段。心率變異性（HVR）分析目前在臨床研究中受到了普遍的重視，是分析心電異常的主要方法。心率變異性分析的對(duì)象是心電波形的RR間期，系統(tǒng)在對(duì)數(shù)據(jù)采樣時(shí)，就對(duì)波形的R波進(jìn)行定位，找到R波位置，并計(jì)算出相鄰R波的間隔RR間期，然后存儲(chǔ)。系統(tǒng)軟件的任務(wù)就是把采集到的心電信號(hào)進(jìn)行濾波，然后進(jìn)行心率變異性分析，計(jì)算出RR間期，把終的心電圖顯示在液晶屏幕上。

　　所有程序調(diào)試結(jié)束后，用仿真器的FLASH燒寫程序通過JTAG口將目標(biāo)代碼到TMS320LF2407A的FLASH中去，實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的獨(dú)立運(yùn)行。

　 結(jié)束語

　　本文設(shè)計(jì)了一種以TMS320LF2407A DSP為信號(hào)處理器的心電監(jiān)護(hù)系統(tǒng)，該系統(tǒng)把心電信號(hào)的采集、分析和顯示集成于一體，而且系統(tǒng)體積小、成本低、便于攜帶、實(shí)用性強(qiáng)。