基于ARM的心电信号处理系统设计

根据国家卫生部《全国卫生信息化发展规划纲要》的目标，在2010年要基本实现医院的数字化和信息化。所以未来医疗器械市场对新型医疗设备的市场空间巨大，特别是拥有数字化和信息化特征的心电信号处理系统具有广阔的应用前景和实用价值。

心电信号在通过电极提取到系统后，经过具有高共模抑制比的放大电路进行放大、滤波，由高精度的串行A/D转换器件进行量化，提高了信号的精度。这个系统以 32 位高速 ARM 处理器为硬件平台，以实时操作系统作为软件平台，对硬件系统的资源进行了调度和分配，达到了对心电信号进行实时处理的效果，并且实现了对心电信号的实时显示、实时存储等功能。

　　系统总体设计

　　如图的系统的主要功能是对心电信号进行实时的处理和传输，如图1所示。

　　图1 系统原理框图

　　心电信号通过电极提取进入模拟处理模块，在模拟处理部分经过放大和滤波处理后，提高了信号的强度和信噪比。信号经过量化后转换成数字信号，进入数字处理模块，在以ARM处理器为核心的数字处理模块中，PC的软件模块包含了对USB通道数据的接收和对心电信号的处理，经过处理后的心电信号进一步提高了信噪比，并显示在屏幕上，这样就可以更好的协助医生对于病人的治疗，可以保障医疗的正常进行。

　　1 S3C44B0X处理器

　　S3C44B0X微处理器是Samsung公司专为便携式设备提供的高性能和高性价比的微控制器解决方案，使用32位的低功耗RISC内核ARM7TDMI，采用0.25μm CMOS工艺制造，支持新型总线结构SAMBAII。

　　S3C44B0X为核心的系统的工作原理：首先通过医用Ag-AgCl电极分别获取病人的混合心电信号，信号调理电路对生物电信号进行放大和滤波，然后A/D转换，进而通过32位微处理器对采集过来的数据进行算法分离，实时显示患者病情的波形并存储数据;嵌入式实时操作系统(RTOS) ?C/OS-Ⅱ协调各功能模块工作，使系统具有很高的实时性和可靠性。

　　片上集成的主要功能有：在ARM7TDMl基础上增加8KB的Cache;外部扩充存储器控制器;LCD控制器最大支持256色的DSTN，并带有1个LCD专用DMA通道;2个通用DMA通道、2个带外部请求引脚的DMA通道;2个带有握手协议的DART： 1个SIO;1个I2C总线控制器;5个PWM定时器及1个内部定时器;看门狗定时器;71个通用可编程I/O口，8个外部中断源;功耗控制模式有正常、低、休眠和停止;8路10位ADC;具有日历功能的RTC;PLL时钟发生器。

　　2 实时操作系统μC/OS-II

　　μC/OS-II是源码开放的嵌入式实时操作系统内核，至今，从8位到64位，这种操作系统已在超过40种不同架构的微处理器上运行。世界上已经有很多领域都使用了μC/OS-II。使用这个内核可以使得应用程序的设计和扩展变得容易，而且不需要大的改动就可以增加新的功能，通过将应用程序分割成若干个独立的任务，RTOS使得应用程序的设计过程大大简化。

　　硬件系统设计

　　1 UART异步串行接口设计

　　心电数据经过实时操作系统的调度后，通过USB通道传递到PC上，但是由于USB接口的复杂度，在调试USB器件时需要使用到异步串行接口。而且在某些老式的PC上不能使用或安装USB驱动程序时，异步串行接口可以作为一种备用的低速传输方式，这样也增加了系统的可扩展性。

　　图2是在心电信号处理系统中带有RS232电平转换的S3C44B0X的串行接口电路连接图。在图中，RS232电平转换芯片为MAX3232，其RxD0、TxD0和RxD1、TxD1分别连接S3C44B0X的第99、100和103、104引脚。

　　图2 串口部分连接图