SD卡在生理信号数据采集中的应用

作者：时间：2012-03-13来源：网络收藏

摘要：基于DSP处理器TMS320F2812与SD卡的接口，设计了一种便携式的生理信号数据采集系统，用于大容量多参数人体生理参数的采集。采用TMS320F2812作为主控芯片，以SD卡作为主要存储介质实现了数据的实时采集与存储。按照FAT32文件系统规范设计了一种优化的文件系统，可以快速地把实时采集的数据以文本的形式保存在SD卡中。实验表明，该系统在实际测量中操作简单、携带方便，可用于人体生理参数的实时监测。
关键词：DSP处理器；SD卡；FAT32文件系统；生理信号

0 引言
生理信号是表征人体生命特征的基本参数，如血压、脉率、体温等都是人体重要的生理信号，这些信号中都包含着有用的病理信息。通过分析这些信号可以诊断体内各部位的疾病。多参数生理信号数据采集要求数据存储量大，使用无线、USB与上位机通信存储数据可以解决这一需求。但是，这些方案都需要上位机来存储数据不利于便携式操作。
SD卡(Secure Digital Card)具有体积小、重量轻、容量大、数据传输率快、极大的移动灵活性以及很好的安全性等优点，非常适合应用在长时间存储大量数据的测量系统中。因此采用SD卡作为生理信号数据采集系统的存储介质是很好的解决方案。
本文设计了一种便携式的生理信号数据采集系统。硬件上设计了电源管理模块，解决了系统中各个模块不同电压的需求。同时采用处理速度很快的DSP处理器TMS320F2812作为主控芯片，使采集数据和处理数据的性能更加优越。软件上设计了优化的FAT32文件系统，使大容量SD卡的写入数据速度更快。

1 总体设计
本文设计的采集系统主要由电源管理模块、SD卡、TMS320F2812等部分组成，充分体现了便携化设计。系统设计框图如图1所示。系统采用干电池作为电源，并通过电源管理模块分别给系统各个模块供电。TMS320F2812利用片内的12位A／D对传感器采集的模拟信号进行采样和变换处理，结果保存在SD卡中。大容量的SD卡中嵌有FAT32文件系统可以把数据保存为文本格式，便于在上位机上进行数据处理和波形分析。

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/194328.htm

2 DSP与SD卡的接口电路设计
根据SD卡的通信协议，主控制器和SD卡有两种通信模式：SD模式和SPI模式。前者速度快(4位并行数据总线)，使用所有的信号线；后者速度慢(数据以单线传输)，但是简单易用、兼容性好、便于和主控制器连接通信。SPI模式的传输速度可以满足本文设计的系统要求，因此，本设计采用SPI模式。表1是SD卡在SPI模式下的各引脚定义。
SD卡与DSP的4个I／O口相连。SD卡的CS管脚连接到DSP的SPISTEA管脚，用作普通I／O功能，其高低电平控制SD卡的使能与否；DI管脚连接到SPISIMOA管脚，DSP通过这个管脚向SD卡发送数据和命令；DO管脚连接到SPISOMIA管脚，DSP通过这个管脚读取SD卡内的数据；SCLK管脚连接到SPICLKA管脚，DSP通过这个管脚向SD卡发送时钟信号。具体连接电路如图2所示。

3 SD卡的软件设计
SD卡工作在SPI模式下，主控制器向SD卡发送命令、数据并接收SD卡的响应。被使能的SD卡总是对来自主控制器的命令有所响应，当SD卡出现错误时，会返回一个出错响应来代替期望的数据。
3．1 SD卡的初始化
对SD卡进行读写操作之前，首先应该初始化SD卡。SD卡初始化流程如图3所示。为了保持SD卡的兼容性，设置SPI的时钟频率在100～400 kHz范围内。SD卡上电后，主机必须先向SD卡发送至少74个时钟周期，同时CS处于低电平，以完成SD卡上电过程。SD卡上电后默认进入SD模式，在此模式下向SD卡发送复位命令(CMD0)并保持CS为低电平，如果收到应答信号为01H，则SD卡进入SPI模式。