基于TI DSP系统平台的心电监护仪解决方案

1、基于TI DSP系统平台的心电监护仪解决方案随着社会的发展和人们生活水平的提高，人们对健康的重视程度日益增加，但是伴随着生活水平的提高心血管疾病的发病率不断攀升。特别是近年来随着社会老龄化的加剧，心血管疾病成了威胁人类生命的主要疾病，心脏病成了世界上死亡率最高的疾病。鉴于心血管疾病患者日益增多的严峻形势， 提高预防和监测该疾病的手段势在必行。而心电信号检测是发现心脏病的最直接手段，但目前医院用的心电监护仪几乎全部是进口的，价格昂贵，维护随着社会的发展和人们生活水平的提高，人们对健康的重视程度日益增加，但是伴随着生活水平的提高心血管疾病的发病率不断攀升。特别是近年来随着社会老龄化的加剧，心血管疾

2、病成了威胁人类生命的主要疾病，心脏病成了世界上死亡率最高的疾病。鉴于心血管疾病患者日益增多的严峻形势， 提高预防和监测该疾病的手段势在必行。而心电信号检测是发现心脏病的最直接手段，但目前医院用的心电监护仪几乎全部是进口的，价格昂贵，维护费用高，加重了医院和患者的经济负担；因此设计一种便携、经济的心电监护设备具有重要意义。本文设计了一种基于TI公司TMS320LF2407ADSP的心电监护系统，此系统体积小、成本低、实用性强。TMS320LF2407A DSP介绍心电监护系统很重要的一部分就是对心电信号进行处理，因此选一款合适的信号处理器十分重要。当前最成功的DSP芯片当数美国TI公司的系列产品

3、，其主推的 三大DSP平台TMS320C2000、TMS320C5000、TMS320C6000已经成为当今世界上最有影响力的DSP芯片。本系统采用TMS320LF2407A为信号处理器和核心控制器。TMS320LF2407A是TI公司推出的新型高性能16位定点数字信号处理器，是 TMS320C2000系列的新成员。它专门为数字控制设计，集DSP的高速信号处理能力及适用于控制的优化外围电路于一体，是真正的单芯片控制器，在数字控制系统中得到了广泛应用。TMS320LF2407A DSP具备以下一些特点：(1)采用高性能静态CMOS技术，使得供电电压降为3.3V，降低了控制器的功耗; 40MIPS

4、的执行速度使得指令周期缩短到25ns，从而提高了控制器的实时控制能力。(2)基于TMS320C2xx DSP的CPU内核，保证了TMS320LF2407A DSP代码和TMS320系列DSP代码兼容。(3)片内有高达32KB的FLASH程序存储器，高达1.5KB的数据/程序RAM ，544字双口RAM(DARAM)和2KB的单口RAM(SARAM) 。(4)两个事件管理器模块EVA和EVB，每个包括两个16位通用定时器和8个16位的脉宽调制(PWM)通道。(5)可扩展的外部存储器总共192K字空间：64K字程序存储器空间，4K字数据存储器空间和64K字I/0寻址空间。(6)看门狗定时器模块(W

5、DT)。(7) 10位A/D转换器最小转换时间为500ns，可选择由两个事件管理器来触发两个8通道输入A/D转换器或一个16通道输入的A/D转换器。(8)控制器局域网络(CAN)2.0B模块。(9)串行通信接口(SCI)模块。(10) 16位串行外设(SPI)接口模块。(11)基于锁相环的时钟发生器。(12)高达40个可单独编程或复用的通用输入/输出引脚(GPIO)。(13)5个外部中断(两个电极驱动保护、复位和两个可屏蔽中断)。(14)电源管理包括3种低功耗模式，能独立地将外设器件转入低功耗模式。(15)具有加密功能，密钥长度64位。系统硬件结构整个系统可分为心电信号采集部分和信号处理部分。

6、信号处理部分以TMS320LF2407A为处理器，扩展了外部存储器、液晶显示、按键和串行通讯接口等。电源是系统工作的首要条件，本系统采用5V和3.3V两种电压，系统输入电源电压为5V直流，因此需要转换，本系统采用AMS1117-3.3进行5V3.3V电压转换，发光二极管D3为电源指示灯。心电图（ECG）采集电路通过传感器采集心电信号然后把采集的模拟信号送到TMS320LF2407A内部集成的10位A/D输入端进行A/D转换，采用由两个事件管理器来触发一个16通道输入的A/D转换器的方式来提高转换精度以精确采集微弱的心电信号。TMS320LF2407A 内部集成了1.5K RAM和32K FLA

7、SH，32K FLASH容量已基本够用，而内部的RAM存储空间太小，为保存大量的采样数据、运算的中间结果和提高系统的运行速度，系统增加了外部数据存储器 （RAM）和外部程序存储器（RAM），分别用TMS320LF2407A的PS和DS信号进行片选。本系统采用的RAM存储器是两片 IS61LV6416-10T，它的存储容量为64K 16位。数据存取时间为10ns，能满足高速运行的需要，工作电压为3.3V，与DSP工作电压一致，无需电平转换电路。液晶显示模块用来显示心电图，使用户在没有PC机的情况下也可以直观地观察到心电图。心电图也可以通过串口和PC机相连由PC机显示。在不用来显示心电图 时，液晶

8、可以显示系统状态和其他信息。此液晶模块内含SED1335控制器，分辨率为128 128，该模块特点是功耗低、抗干扰能力强，模块上集成了液晶显示控制器、驱动器、RAM,ROM和LCD显示器，使用时只需向模块送入相应的命令和数据 即可显示所需信息。与DSP接口简单，使用方便灵活。 TMS320LF2407A是3.3V供电，液晶模块是5V电源供电，所以它们之间要通过电平转换电路连接，本系统采用SN74LV16345A来实现电平匹配。TMS320LF2407A集成了一个全双工异步串口，可以实现心电模块和PC机或者其他设备的通信。但是RS232电平和TTL电平不兼容，我们使用了一片电平转换芯片MAX23

9、2，它采用+5V单电源供电，电路简单，使用方便。为了方便设置，系统还增加了按键模块，用户可以通过按键来控制系统的一些功能，如启动和停止等。软件设计了解和分析心电的特征是研究心电信号检测的基础，针对心电在不同频段的特征，设计相应频段的检测算法，这是软件设计的重要任务。心电图是由一系列的波组所构成，每个波组代表着每一个心动周期。一个波组包括P波、QRS波群、T波及U波，研究表明心电主要的波段在QRS波，R波以及 P波段。心率变异性（HVR）分析目前在临床研究中受到了普遍的重视，是分析心电异常的主要方法。心率变异性分析的对象是心电波形的RR间期，系统在对数 据采样时，就对波形的R波进行定位，找到R波位置，并计算出相邻R波的间隔RR间期，然后存储。系统软件的任务就是把采集到的心电信号进行滤波，然后进行 心率变异性分析，计算出RR间期，最后把最终的心电图显示在液晶屏幕上。所有程序调试结束后，用仿真