单片机在医学信号检测仪中的应用

2011-08-24 20:08:59来源: 互联网

1 引 言

  传统的检测仪器大多由硬件电路来完成,不仅功能单一,而且开发周期长,不易维护。随着微电子技术和信息技术的高速发展,医学检测仪器正向组合式、多功能、智能化和微型化方向发展。现代数字部件的快速发展为医学检测仪提供了强有力的支持,医学检测仪器都无一例外地采用了微处理器来增强其功能。广泛地应用微处理器芯片能增强仪器的智能化程度,提高其稳定性和数据处理的精确性,使医学信号的采集、处理、通信一体化,并具有自诊断、自校验等一系列优点。

  ATMEL公司新推出的AT90系列AVR单片机是很引人注目的一款微处理器。这种芯片基于新的RISC(Reduced Instruction Set Computer)结构,在设计上采用了流水线的结构,在执行前一条指令的时候,同时取出下一条指令,它的FLASH以及强大的外围接口能力使它成为目前最流行的单片机之一。

  本文采用的高性能微处理器芯片Atmega163,利用结构化、模块化程序设计的思想,实时地对8路人体生理信号进行采样,对数据实行压缩和优化处理,以115 200 bps的速率和上位PC机进行串行数据传输。

2 硬件构成

  2.1 微处理器及其特点

  Atmega163是ATMEL公司推出的高档系列产品,是基于AVRRISC的低功耗CMOS8位单片机。在外部晶振为8MHz时,一条指令的执行时间仅为125ns,这种AVR单片机的结构有利于用C语言编程,从而能高效地开发出目标产品。为了对目标代码大小进行优化,AVR单片机采用了大型快速存取寄存器文件和快速单周期指令。通过在一个时钟周期内执行一条指令,Atmega163可以取得接近1MIPS/MHz的性能。它将32个工作寄存器和丰富的指令集联结在一起,使所有的工作寄存器都和ALU(ArithmeticLogic Unit,计算机CPU中的算术逻辑单元)直接相连,允许在1个时钟周期内执行的单条指令同时访问2个独立的寄存器。Atmega163具有16K字节的Flash存储器,512字节在线可编程E2PROM,1024字节SRAM,外围有全双工UART串行通讯接口。此外,它还有2个具有比较模式的可预分频的8位定时器/计数器,1个可预分频,具有比较、捕捉功能的16位定时器/计数器。

  Atmega163单片机提供了一个性能良好的10位模数转换器。如图1所示,A口为8路模拟信号输入端,如果AD功能禁止,则A口是一个8位双向I/O口。8路人体生理信号如心电、心音、颈动脉、脉搏、体温等,经过放大、滤波、去噪处理后,分别与A口的8个引脚相连。微处理器采集数据时,通过控制ADMUX寄存器进行通道路号选择,读取的数据由CPU作进一步处理。

  2.2 基于RS-232的串行通讯接口电路

  如图2所示,与上位PC机连接的J1应用了RS-232的5条信号线,其中,TX为PC机的发送信号线,RX为接收信号线,CGND为地线。而RTS和DTR不产生信号,仅在初始化时产生高低电平,RTS设为+12V,DTR设为-12V。三极管Q1的作用是使信号反相,并输出RS-232电平。

  电气的安全性,是医学测量仪必须考虑的问题。传统的医学测量仪一般采用隔离放大器,对模拟信号进行隔离,这种隔离技术的不足之处是:(1)必须为不同的模拟信号采用不同的隔离技术;(2)采用这种隔离措施会在信号线性度、共模抑制以及频率响应等方面引起问题,通常使电路稳定性变差,代价较高,且使电路变得更为复杂。而选用数字信号隔离技术,则可以克服上述缺陷。  

  光电隔离器6N137是把发光二极管与光敏管组合封装在一起的器件(见图2中方框内)。由于两个部分之间是电气隔离的,光电隔离器件能圆满解决信号隔离与电平匹配的问题。通过这一隔离电路,可使PC机系统电源和测量仪器部分的电源完全隔离开来,从而保证医学仪器的安全性,防止电击危险,减小患者漏电流,同时也减少了计算机对检测电路的干扰。

3 软件设计

  软件流程图如图3所示。软件部分采用模块化、结构化程序设计方法,利用汇编语言编写,有关模块功能如下。

  3.1 初始化

  设置SP初值,把程序用到的内部RAM区清0,给数据采集通道计数器赋初值(8),设置波特率(115 200)。

  3.2 数据采集与A/D转换

  按预先确定的采样顺序对各路信号进行采样,由于A/D转换需要一定的时间,所以,延时等待的时间应略大于转换完成时间。前一路转换完成后,应立即启动下一路开始转换。由于模拟信号经A/D转换后,成为10位数字信号,所以,我们用2个字节来存储该数据,高字节存储高8位数据,低字节高位存储最低的两位数据,后6位补0。同时,把采样通路号加在最低3位字节上,以便与上位PC机通讯时,上位机能及时准确地判断该数据来自哪一通道,从而方便地对各路数据作相应处理。最后把转换完成的数据,按先后顺序依次存储在内RAM里。

  3.3 数据的发送

  利用R0间接寻址的方式,把RAM里的数据取出,按115 200 bps的波特率逐个字节向PC机发送,发送完8通道共16个字节后,进行下一轮的采样。

  3.4 上位PC机接收数据程序

  上位机通信程序由两部分组成:初始化子程序,中断数据接收子程序。

4 结束语

  由上面提供的硬件电路和软件,制作成串行通信接口电路,能可靠、稳定地工作,实现多路信号的采集、转换和数据无差错传输,同时,能够满足医学仪器安全性的要求,为临床人体生理信号测量,及病理诊断提供帮助。

 

关键字:单片机  应用

编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/medical_electronics/2011/0824/article_2318.html
本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。
论坛活动 E手掌握
微信扫一扫加关注
论坛活动 E手掌握
芯片资讯 锐利解读
微信扫一扫加关注
芯片资讯 锐利解读
推荐阅读
全部
单片机
应用

小广播

独家专题更多

富士通铁电随机存储器FRAM主题展馆
富士通铁电随机存储器FRAM主题展馆
馆内包含了 纵览FRAM、独立FRAM存储器专区、FRAM内置LSI专区三大部分内容。 
走,跟Molex一起去看《中国电子消费品趋势》!
走,跟Molex一起去看《中国电子消费品趋势》!
 
带你走进LED王国——Microchip LED应用专题
带你走进LED王国——Microchip LED应用专题
 

About Us 关于我们 客户服务 联系方式 器件索引 网站地图 最新更新 手机版

站点相关: 医学成像 家庭消费 监护/遥测 植入式器材 临床设备 通用技术/产品 其他技术 综合资讯

北京市海淀区知春路23号集成电路设计园量子银座1305 电话:(010)82350740 邮编:100191

电子工程世界版权所有 京ICP证060456号 京ICP备10001474号 电信业务审批[2006]字第258号函 京公海网安备110108001534 Copyright © 2005-2016 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved