數(shù)字心電圖機除了具備常規(guī)心電圖機[1]的優(yōu)點外，還具有自身不可替代的優(yōu)勢,。雖然ECG(Electro Cardio Graph)信號可直觀地反映人體心臟的工作狀況,，但由于心電信號本身就很微弱(一般只有mV級)，而在測量時外部干擾(如工頻干擾,、肌電噪聲,、呼吸干擾、基線漂移等)嚴重,，所以在采集時具有較大的難度,。心電圖機記錄ECG的方式從技術(shù)上可分為兩大類：單通道分步記錄式和多通道同步記錄式。由于受技術(shù)條件的限制,以前的心電圖機基本屬于前者,。趨勢是由模擬式單通道記錄逐漸向數(shù)字式12導(dǎo)聯(lián)同步記錄ECG信號發(fā)展,。開發(fā)的數(shù)字心電圖機技術(shù)要求如下：
(1)具有自動分析功能時，可以對心率等參數(shù)進行計算,，自動報告心律失常類別,。
(2)數(shù)字心電圖機的抗干擾能力強，對各種干擾采用數(shù)字濾波的方法,大大優(yōu)于模擬心電圖機的性能指標,。
(3)準確度高,實時性好。數(shù)字化心電圖機采用高速,、高精度A/D采集心電數(shù)據(jù),，將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。
(4)自動測試分析功能,。由于數(shù)字化心電圖機帶有自動分析系統(tǒng),，故其可以具備自動測量和心電圖解釋功能，可實時提供心率,、R-R間期,、S-T段等參考數(shù)據(jù)以輔助診斷。
(5)心電信息的再現(xiàn)和保存,。由于在數(shù)字化心電圖機中,，心電信號經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)化后成為數(shù)字量存放于非易失性存儲器中，可隨時提取回放,，或通過標準接口RS233傳送到計算機系統(tǒng),，有利于醫(yī)務(wù)人員對患者進行進一步診斷和心電信息交流。
(6)友好人機接口界面,。操作者可方便地選擇各種采集,、濾波、打印方式,，并可通過液晶顯示屏（LCD）顯示系統(tǒng)的工作狀態(tài),，以便隨時改變方式或工作狀態(tài)，獲得最佳數(shù)據(jù)。為了實現(xiàn)上述目標必須對心電圖的記錄,、分析理論和技術(shù)進行多方面的研究,，重點突破在低成本和低功耗的條件下,實現(xiàn)和滿足上述要求的硬件和軟件。
2 基于DSP與單片機技術(shù)的硬件架構(gòu)設(shè)計
TMS320F206（以下簡稱F206）是美國TI公司推出的一種性能價格比較高的定點DSP芯片[2],，全部采用靜態(tài)CMOS集成工藝制作而成,。它以 TMS320C2XX為基礎(chǔ)，但功耗更低,。32 KB閃爍存儲器內(nèi)嵌于DSP中,，減小了系統(tǒng)體積，提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性,，而且毋需專門的編程器(XDS510仿真器即具有編程功能),，從而減少了開發(fā)成本。在本系統(tǒng)中,，F(xiàn)206負責數(shù)據(jù)處理及存儲打印等高速實時任務(wù),。經(jīng)實踐表明，采用了該設(shè)計后充分發(fā)揮了F206速度快,、精度高的特點,，使系統(tǒng)能夠達到多通道實時高速同步采樣、處理及精度的指標要求,。作為整機構(gòu)成的基礎(chǔ),，系統(tǒng)的硬件設(shè)計直接影響到整機的性能與價格。為了縮小整機體積并降低功耗,，必須在滿足系統(tǒng)性能要求的情況下盡可能減少硬件開銷,。
2.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計
為了實現(xiàn)上述功能，將整個心電圖機的主體硬件系統(tǒng)分為三塊電路板,，即放大電路板,、電源板和系統(tǒng)板。這樣既有利于縮小系統(tǒng)的體積,方便以后的技術(shù)升級,，同時還使得以后的生產(chǎn)裝配更為簡便,。由于采用了多層印刷電路板和表面貼片封裝的集成芯片，使得走線縮短,，整機體積減小,，從而提高了整機的可靠性。在傳統(tǒng)的數(shù)字心電圖機中[4],，一般采取8051,、80C196等普通單片機作為核心部件[2]，由于普通單片機采用的是馮·諾依曼結(jié)構(gòu),，即程序指令和數(shù)據(jù)共用一個存儲空間,，指令周期較長,，多為微秒級，在實際應(yīng)用中限制了采樣頻率及算法的實時性,，一般只能對心電信號進行200 Hz或500 Hz采樣,，且較難做到實時處理。而數(shù)字信號處理器(DSP)放棄了馮·諾依曼結(jié)構(gòu),，采用哈佛結(jié)構(gòu),，即將程序指令與數(shù)據(jù)的存儲空間分開，各有自己的地址與數(shù)據(jù)總線,。這就使得處理指令和數(shù)據(jù)可以同時進行,，從而大大提高了處理速度，指令周期多為納秒級且絕大部分為單周期指令,，滿足實時信號處理的要求,。在具有強大運算能力的同時，DSP處理器在控制處理方面卻不如普通單片機,，如I/O口線較少,，與慢速液晶顯示器難以實現(xiàn)“無縫”連接等，而51單片機能彌補這一缺陷,。因此,，DSP處理器與普通單片機結(jié)合，就能各取所長以獲得較高的性價比,。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示,。
