基于MSP430的便攜式運(yùn)動(dòng)量及生理參數(shù)監(jiān)測儀設(shè)計(jì)

　　由于心電信號(hào)的檢測電路一般都較為復(fù)雜，因此也可以采用市面上已有的心電信號(hào)檢測的功能模塊供二次開發(fā)使用。具體如BT007七通道心電模塊，能輸出同步七通道心電波，具有四級程控增益，三級濾波方式(診斷方式、監(jiān)護(hù)方式和手術(shù)方式)，具有起搏脈沖抑制功能和導(dǎo)聯(lián)脫落報(bào)警功能，其檢測的心電信號(hào)結(jié)果也可以通過串行接口輸出。

　　本監(jiān)測儀的中央控制單元F149微控制器內(nèi)包含有兩個(gè)串行通信接口—USART0和USART1，故可以直接接收數(shù)字式血氧模塊和心電模塊輸出的血氧飽和度、心率及心電信號(hào)的數(shù)據(jù)。這種直接采用已有集成式功能模塊進(jìn)行二次開發(fā)的設(shè)計(jì)思路，可以有效降低本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)難度和提高系統(tǒng)集成度。

　　數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元

　　由于監(jiān)測儀需要存儲(chǔ)大量的現(xiàn)場數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量的要求很高，存儲(chǔ)密度較低的EEPROM、SRAM等均不能滿足要求。ATMEL公司的AT45系列SPI串行接口FLASH存儲(chǔ)器的接口電平與F149相匹配，硬件上能直接連接。采用SPI串行三線接口，減少了I/O資源占用，能有效降低系統(tǒng)所占空間，提高系統(tǒng)可靠性，降低開關(guān)噪聲。AT45系列存儲(chǔ)器芯片的內(nèi)部還包括2個(gè)SRAM類型的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，每個(gè)緩沖區(qū)的容量均與主存儲(chǔ)器陣列中一個(gè)頁面的存儲(chǔ)容量相同。這樣即使在存儲(chǔ)器被燒寫的過程中也允許接收數(shù)據(jù)，這就為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的實(shí)時(shí)性和可靠性提供了硬件保證。

　　本監(jiān)測儀中也可以采用并行的FLASH存儲(chǔ)器，如三星電子的K9xxGxxxxM系列NAND FLASH芯片，能夠提供4224M位的存儲(chǔ)容量。這種高存儲(chǔ)密度、大容量的并行FLASH數(shù)據(jù)存儲(chǔ)芯片特別適用于本系統(tǒng)需要存儲(chǔ)大量實(shí)時(shí)的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)、生理數(shù)據(jù)的應(yīng)用環(huán)境。

　　數(shù)據(jù)存儲(chǔ)程序

　　數(shù)據(jù)存儲(chǔ)程序設(shè)計(jì)時(shí)要重點(diǎn)考慮微功耗和實(shí)時(shí)性要求，即數(shù)據(jù)存儲(chǔ)程序應(yīng)是基于中斷程序結(jié)構(gòu)的，通過A/D中斷服務(wù)子程序來實(shí)時(shí)采集和存儲(chǔ)來自于運(yùn)動(dòng)監(jiān)測模塊的三維運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，通過2個(gè)串行通信接收中斷服務(wù)子程序來分別接收和存儲(chǔ)來自于血氧模塊和心電模塊的血氧飽和度、心率、體溫和心電信號(hào)等生理數(shù)據(jù)。這些運(yùn)動(dòng)和生理數(shù)據(jù)首先由F149微控制器放置于其內(nèi)的2KB數(shù)據(jù)RAM內(nèi)，并通過頁寫入方式存儲(chǔ)到FLASH數(shù)據(jù)存儲(chǔ)芯片中。

　　由于來自于運(yùn)動(dòng)監(jiān)測模塊的三維運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)是多通道、連續(xù)變化的大量數(shù)據(jù)，考慮到數(shù)據(jù)采集過程中的微功耗和實(shí)時(shí)性要求，對F149的A/D轉(zhuǎn)換模塊采用序列通道單次轉(zhuǎn)換模式較為合適，其時(shí)序控制簡單，靈活性高。同時(shí)采用Timer_A定時(shí)器為A/D轉(zhuǎn)換模塊定時(shí)，使其工作在增計(jì)數(shù)模式，其定時(shí)時(shí)間對應(yīng)于采樣頻率。

　　用于接收生理數(shù)據(jù)的串行通信接收子程序也是基于中斷響應(yīng)模式的，由32768Hz的時(shí)鐘晶振提供串行通信的時(shí)鐘信號(hào)源，通過2個(gè)串行通信接收中斷的響應(yīng)子程序分別將接收到的血氧飽和度、心率、體溫和心電數(shù)據(jù)填充到系統(tǒng)的數(shù)據(jù)RAM中。

　　在利用FLASH數(shù)據(jù)存儲(chǔ)芯片存儲(chǔ)本系統(tǒng)不同類別的大量數(shù)據(jù)時(shí)，需要注意F149內(nèi)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的劃分、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)芯片內(nèi)不同數(shù)據(jù)區(qū)域的劃分。同時(shí)，在系統(tǒng)的主程序中需要維護(hù)幾個(gè)重要變量：如一個(gè)記錄頁面編號(hào)的全局變量，以確定數(shù)據(jù)讀寫時(shí)所需訪問的頁面;以及一個(gè)緩沖區(qū)標(biāo)志的變量，使得程序能夠根據(jù)標(biāo)志判斷當(dāng)前緩沖區(qū)是否存滿、是否需要切換及切換到哪個(gè)緩沖區(qū)。

　　另外，在編寫FLASH芯片的數(shù)據(jù)寫子程序時(shí)需要注意數(shù)據(jù)采集、接收與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)之間的時(shí)序配合，以保證數(shù)據(jù)采集、接收的連續(xù)性和數(shù)據(jù)的不丟失。同時(shí)數(shù)據(jù)讀寫過程中穩(wěn)定的時(shí)鐘信號(hào)也是需要優(yōu)先考慮的，而這點(diǎn)往往為設(shè)計(jì)者所忽略。