基于Fusion FPGA芯片的心电仪片上系统开发

　　心电信号动态显示区的设计采用了3种方法，分别为：

　　(1)移位寄存器法。在FPGA内部构建一个240位移位寄存器作为心电图像的缓存，Core8051实时地采集数据然后发送到移位寄存器内部，同时CRT驱动模块按照自己的时序来不断地扫描移位寄存器，从而显示出心电图像。这种方法的缺点是动态曲线显示的连续性不好。

　　(2)双RAM缓存法[5]。利用Core8051外部扩展的64 KB

　　RAM作为心电波形信号的缓存，同时在CRT驱动模块中再设计一个心电波形显示缓存，这样Core8051就可以先采集心电信号存储在外部扩展的64 KB RAM中，达到某一数量后，连续地发送给CRT驱动模块中的缓存，从而显示出动态的心电信号图像。该设计的一个最大优点是图像显示连续（没有抛弃任何时刻的心电数据），同时又可以根据需要选择观察采集到的任何时刻的心电波形。但由于要采集一定数量的心电波形数据，因此心电波形的显示会有一定时间的延时。

　　(3)单RAM缓存法。在Core8051没有扩展外部64 KB RAM的前提下设计的，利用一个双端口的RAM作为动态显示区的图像缓存，Core8051通过其中的一个写端口向图像缓存中写入数据，VGA控制器通过另外一个端口从图像缓存中读出数据，两者互不影响。同时设计算法使双端口RAM具有位读写能力，即利用Core8051来灵活地读写双端口RAM中的任何一位,这样对图像数据的处理就非常灵活了。这种设计的最大优点是如方法(1)一样可以实时地显示。

　　本文结合(2)、(3)两种方法进行系统的设计，弥补了各种方案的缺点，实现了动态、实时显示的功能，使得片上系统的功能变得完善。这种设计结合了FPGA的可编程性成功解决了低端8位处理器无法驱动彩色TFT_LCD动态、实时显示的问题。在此基础上，还可以利用FPGA和Core8051的资源开发其他的功能模块，例如与PC机的通信、SD卡大量心电数据存储、心电分析与报警等。

　　3 系统测试及结果

　　心电信号能力集中在中低频段，随着频率的升高，响应的能量也逐渐降低[6]。利用信号发生器产生不同频率和幅值的正弦信号来模拟心电信号，并将其加到心电信号输入端口，可以看到CRT显示器上显示出和输入信号完全一致的正弦波形，没有任何失真。

　　Fution模数混合信号芯片的诞生给小型化、便携式片上系统的设计带来了可能,本文通过对FPGA各种资源的综合应用完成了一种心电监护仪的片上系统的设计，通过实际的测试验证了它的准确性。系统的所有功能都是在FPGA上完成的，所以它的单芯片性和FPGA可编程性，给产品的升级带来了极大的便利。

　　参考文献

　　[1] 吕德刚，李军.微型心电监护仪的开发[J].电子世界，2008，30(12).

　　[2] 叶一初，胡方明.基于ARM7的心电采集与远程传输系统设计[J].电子设计工程，2009，17(6)：83-85.

　　[3] 侯立亚.基于ARM的心电采集系统的设计[J].医疗卫生装备，2006，27(1).

　　[4] 李晓燕.基于DSP的便携心电数据采集处理系统[J].工业控制计算机，2006，19(9)：54-55.

　　[5] 龚小年，张兴敢.双口RAM的发展及在现代数字系统中的应用[J].微处理机，2007(4)：110-111.

　　[6] 何伟.心电信号及各组分的频率分布和有效带宽研究[J].生物医学工程学，1996，12(4)：336-340.