采用EFM32单片机的心电信号发生器的设计

　　摘要：本文基于挪威的Energy Micro最新推出的32位超低功耗单片机EFM32LG332F64设计的一款心电信号发生器，采用PC机的USB为系统供电并传输数据，利用该单片机的内置DAC与USB功能，实现了波形数据的模拟，采用模拟开关电路控制输出波形的导联切换，无需内置电源、体积小、使用方便，为心电信号的研究分析和医疗仪器的研发检测提供了一个便捷的检测、实验工具。

　　引言

　　心电信号反映的是心脏兴奋的产生和传导以及恢复过程中生物电的变化，在临床研究上具有重要的意义。随着各种心电诊断设备的出现，心电图机、心电监护、动态心电记录仪等医疗设备的热销，人们对心电的研究更加深入。而在研发过程中，从人体采集心电信号作为设备的输入端存在着一些不便，这时就需要一种可以模拟人体心电信号的设备。本文设计的心电信号发生器，选择EFM32LG332F64单片机作为主处理器，与PC机配合利用单片机的USB与DAC功能，可以模拟输出心电信号和一些常用的检测信号，如正弦波、方波、三角波、常规或异常心电波形。方便了心电设备的研制，同时也给一些科研院所的项目科研或者医院设备科对设备的日常维护与检测带来了方便。

　　系统结构

　　该信号发生器主要由三个部分组成，首先由PC机选择所要输出的波形以及输出波形的导联，通过USB数据线将导联命令和波形数据包(正弦波、三角波、方波或心电波形)传输到主处理器EFM32LG332F64端，然后通过EFM32的DAC模块，将波形数据转换为模拟信号输出到电压跟随器1，以提高信号的带负载能力，再由电压跟随器将波形数据输出到模拟开关电路，最后通过单片机控制模拟开关电路，选择输出波形的导联。系统所需电源由PC机的USB提供，USB数据线提供的5V经过LDO稳压为3.3V，其中3.3V电压经过分压再由电压跟随器2跟随，为RL和LL提供1.65V的基准电压，其中电压跟随器1和电压跟随器2为一个双运放芯片。系统结构框图如图1所示。

　　硬件电路设计

　　本文所用USB座选择爱特姆公司的MICRO USB 5P 座，该USB座尺寸较小，节省空间，5pin引脚方便与单片机相连接。只需要将USB座的DM与DP引脚连接到单片机的相应USB引脚即可。为了节省资源，整个心电发生器的电源部分，由PC机通过USB数据线和硬件电路中的USB座连接，将其中的5V电通过一个电压转换芯片AMS1117转换成3.3V，为整个硬件电路供电，其中USB_IN连接单片机的GPIO口，用来检测USB和PC机的连接状态。供电电路如图2所示。