基于DSP的腦電信號處理系統(tǒng)設計

本文介紹了腦電信號處理的兩種基本方法及其優(yōu)缺點, 分析了DSP 尤其是
TMS320LF2407 的主要特點,闡述了基于TMS320LF2407DSP 的16 通道腦電信號處理系統(tǒng)的
硬件和軟件的實現(xiàn)方法。
關鍵詞:腦電; 數(shù)字信號處理; 微處理器
腦電信號處理分為模擬和數(shù)字兩種方式。早期的數(shù)字腦電圖機主要采用模擬信號處理方
式,處理好的信號利用AD 采集卡或單片機把數(shù)據(jù)傳送到上位機系統(tǒng)顯示及打印,其優(yōu)點是實時性好,易于實現(xiàn),缺點是電路體積大、精度低、易受環(huán)境溫度影響及抗干擾性能差。腦電信號的數(shù)字處理以往多采用通用PC 機或單片機實現(xiàn),但存在實時性差的缺點。這樣,實時性好的DSP 在腦電信號數(shù)字處理中應運而生。
DSP,即數(shù)字信號處理器,是美國TI 公司20 世紀80 年代劃時代的產(chǎn)品。相比于一般的單
片機,DSP 采用改進的哈佛結(jié)構(gòu),其指令系統(tǒng)是流水線操作,采用了專用的硬件乘法器,具有特殊的DSP 指令,這些特點大大提高了DSP 處理大量數(shù)據(jù)的能力[1]。
國內(nèi)新型的腦電放大器雖然也開始采用 DSP 芯片,但一般采用TI 公司的5000 系列DSP,
這種DSP 芯片速度雖然極高,信號處理的實時性很好,但一般都要配合CPLD 或FPGA 以控制外設芯片的選通。現(xiàn)在普遍的看法是2000 系列的DSP 適合應用于電機的數(shù)字化控制而不是處理,因為其時鐘頻率遠低于5000 系列DSP 且沒有專門的濾波器指令,但以腦電信號的數(shù)字處理而言,腦電信號頻率不超過100Hz,屬于低頻信號,需要處理的數(shù)據(jù)量有限,對于16 通道的腦電信號的數(shù)據(jù)運算,按每通道采樣頻率1000Hz 計,系統(tǒng)需要每個采樣點在62.5us 完成采樣、運算及數(shù)據(jù)傳輸。實驗中我們試用了TMS320LF2407DSP。從效果來看,它可以滿足速度上的要求,而從系統(tǒng)的性價比及功能的可擴展性來看,TMS320LF2407DSP 體現(xiàn)了其獨特的優(yōu)勢。
TMS320LF2407DSP 是TI 公司在TMS320C2000TM 平臺下的一種定點通用DSP 芯片。
內(nèi)部采用高性能CMOS 技術(shù),供電電壓降為3.3V,降低了控制器的功耗;執(zhí)行速度最高可達
40MIPS,具有較好的數(shù)字信號實時控制及處理能力;其片內(nèi)有高達32K 字的FLASH 程序存儲器,保證了程序代碼燒寫的方便;有高達40 個可單獨編程或復用的通用輸入/輸出引腳,可擴展多個并行外設。TMS320LF2407DSP 集微控制器與微處理器于一體,能可靠地應用于多通道生物電信號的數(shù)字處理系統(tǒng)中[2]。