基于單片機(jī)和虛擬醫(yī)學(xué)儀器實(shí)現(xiàn)心電儀分析處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3．1 C8051F320單片機(jī)程序設(shè)計(jì)

C8051F320單片機(jī)程序包括：（1）A／D轉(zhuǎn)換程序和程控放大控制程序；（2）基于USB器件的通信程序，接收從USB主機(jī)發(fā)送的用戶指令并將采集的數(shù)據(jù)發(fā)送給USB主機(jī)。

3．1．1 A／D轉(zhuǎn)換程序

衡量A／D轉(zhuǎn)換性能主要有兩個(gè)指標(biāo)：采樣分辨率（A／D轉(zhuǎn)換器位數(shù)）和A／D轉(zhuǎn)換速度。設(shè)置A／D轉(zhuǎn)換器的采樣率為2 000 Hz，并采用定時(shí)器TIME2溢出中斷觸發(fā)轉(zhuǎn)換，每次轉(zhuǎn)換結(jié)束后1O位結(jié)果數(shù)據(jù)字被鎖存到A／D轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)寄存器中，供USB通訊子程序數(shù)據(jù)調(diào)用，圖4為A/D轉(zhuǎn)換流程。A／D轉(zhuǎn)換程序較簡(jiǎn)單，可通過設(shè)置C8051F320片上定時(shí)器確定A/D轉(zhuǎn)換器的采樣周期，由定時(shí)器的溢出周期性啟動(dòng)A／D轉(zhuǎn)換器來采樣被測(cè)數(shù)據(jù)。USB設(shè)置為塊狀傳輸模式與PC機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。將每64個(gè)數(shù)據(jù)打成一個(gè)數(shù)據(jù)包。以充分利用硬件資源并提高數(shù)據(jù)傳輸效率。

圖4 A/D轉(zhuǎn)換流程

3．1．2 基于USB器件的通信程序

整個(gè)程序流程以USB通信為主線，如圖5所示。圖中所涉及的USB_Clock_Start（）、USB_Int（）等函數(shù)均是Silicon Lab公司專為C8051F320單片機(jī)USB功能開發(fā)的USB端API函數(shù)。通過在C8051F320上層應(yīng)用程序中直接調(diào)用這些函數(shù)可方便快捷地訪問USB底層硬件。

圖5 基于USB器件的通信程序流程

3．2 PC機(jī)LabVIEW程序設(shè)計(jì)

PC機(jī)LabVIEW程序設(shè)計(jì)主要完成用戶圖形界面和基于USB主機(jī)通信程序兩大功能，從而實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，將用戶輸入的指令和采集模塊采集的數(shù)據(jù)通過USB總線在PC機(jī)和C8051F320之間傳遞。

3．2．1 LabVIEW程序面板設(shè)計(jì)

開發(fā)USB設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的工具使用USB Xpress Devel-opment Kit，主要有：SI_Open（）函數(shù)；SI_Close（）函數(shù)；SI_Read函數(shù)；SI_Write（）函數(shù)；SI_GetNumDevices（）函數(shù)；SI_CheckRX Queue（）函數(shù)。用戶從設(shè)備讀取數(shù)據(jù)將調(diào)用一個(gè)應(yīng)用程序接口API。SI_GetNumDevices（）、SI_GetProductString（）等函數(shù)均是Silicon Lab公司專為C8051F320單片機(jī)USB功能開發(fā)的USB主機(jī)端API函數(shù)。LabVIEW提供調(diào)用鏈接庫(kù)函數(shù)Call Librarv Function，本設(shè)計(jì)利用Silicon Lab公司的SiUSBXp．dll動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)來實(shí)現(xiàn)對(duì)USB底層硬件的訪問。

通過調(diào)用SLGetNumDevices（）甬?dāng)?shù)完成設(shè)備的通信初始化，生成函數(shù)返回驅(qū)動(dòng)的設(shè)備號(hào)；該設(shè)備號(hào)用來在調(diào)用SI GetProductString（）函數(shù)時(shí)生成設(shè)備描述字符串。要讀取一個(gè)設(shè)備，首先必須通過調(diào)用SI_GetNumDevices（）函數(shù)生成的索引（設(shè)備號(hào)）來調(diào)用SI_Open（）函數(shù)。SI_Open（）函數(shù)將返回設(shè)備的句柄，該句柄將在隨后的所有進(jìn)程中被用到。利用 SI_Write（）和SI_Read（）函數(shù)就可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的輸入和輸出。當(dāng)完成數(shù)據(jù)的輸入和輸出操作后，可通過調(diào)用SI_Close（）關(guān)閉設(shè)備。圖6為I／O接口驅(qū)動(dòng)程序框圖。

3．2．2 LabVIEW程序設(shè)計(jì)用戶圖形界面（前面板）設(shè)計(jì)

動(dòng)態(tài)心電監(jiān)護(hù)系統(tǒng)應(yīng)用程序部分可實(shí)現(xiàn)心電信號(hào)的接收、實(shí)時(shí)顯示、存儲(chǔ)及回放功能；并可提供心動(dòng)周期、心率等參數(shù)，為心率變異性分析和心血管疾病的診斷提供依據(jù)。心電監(jiān)護(hù)系統(tǒng)顯示界面如圖7所示。

圖5 心電監(jiān)護(hù)系統(tǒng)顯示界面

4 結(jié)論

該設(shè)計(jì)不僅可實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)測(cè)量?jī)x器的全部功能，還能將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)存盤以進(jìn)行反復(fù)觀察分析。基于虛擬儀器的心電監(jiān)護(hù)系統(tǒng)使用靈活方便、測(cè)試功能豐富、成本低廉。用戶可根據(jù)實(shí)際需要，通過修改軟件改變其功能和升級(jí)，實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：該系統(tǒng)具有較強(qiáng)的抑制基線漂移能力、低功耗、操作簡(jiǎn)單。采用USB接口實(shí)時(shí)傳輸心電數(shù)據(jù)，并將心電數(shù)據(jù)采集模塊設(shè)計(jì)為計(jì)算機(jī)外設(shè)，高速快捷。由于全部采用SMT封裝，數(shù)據(jù)采集模塊尺寸僅為60 mmx60 mm，方便實(shí)用。因此，該設(shè)計(jì)是一款實(shí)用的、低成本的、動(dòng)態(tài)心電監(jiān)護(hù)系統(tǒng)。

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