基于Wi―Fi的醫(yī)學(xué)信號采集系統(tǒng)研究
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本設(shè)計采用的是Gain Span公司的超低功耗的無線芯片GS1011，雖然現(xiàn)在傳統(tǒng)的Wi—Fi傳輸系統(tǒng)非常多，但是能夠?qū)崿F(xiàn)超低功耗傳輸?shù)膮s寥寥無幾。GS1011采用兩個32位ARM7處理器，并集成了射頻發(fā)射器、片上Flash和片上SRAM，支持IEEE802．11射頻通信、MAC層和物理層協(xié)議，以及應(yīng)用程序進(jìn)程。GS1011的芯片結(jié)構(gòu)如圖3所示。本文引用地址：http://2s4d.com/article/153446.htm
GS1011芯片中包括兩個32位ARM7處理器，其中一個為WLAN MAC處理器(WLAN CPU)，負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的Wi—Fi收發(fā)；另外一個ARM7 CPU為應(yīng)用處理器(Application CPU)，主要用于用戶應(yīng)用程序的運(yùn)行。GS1011芯片內(nèi)嵌的Flash和SRAM用于保存程序和數(shù)據(jù)；JTAG口用于對芯片進(jìn)行編程和調(diào)試；ADC、I2C總線、GPIO等接口用于接收來自傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)采集到的數(shù)據(jù)信息，以及實現(xiàn)外圍系統(tǒng)擴(kuò)展、RF開關(guān)和功率控制等功能。
ADS1258是TI公司推出的一款高精度、低功耗、低噪聲的16通道(多路復(fù)用的)24位模／數(shù)轉(zhuǎn)換器。該器件的固定通道采樣速率為125 ks ／s，自動通道掃描采樣速率為23．7 ks／s，適用于設(shè)備與系統(tǒng)監(jiān)控、醫(yī)療儀器、航空電子、儀表與工業(yè)過程控制等應(yīng)用領(lǐng)域。
ADS1258內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖4所示。該器件主要由16路模擬輸入轉(zhuǎn)換器、可編程數(shù)字濾波器、時鐘發(fā)生器、通用輸入／輸出端口和SPI串行接口等組成。16路模擬輸入通道可配置為8路差分輸入或者16路單端輸入形式?？删幊虜?shù)字濾波器?？墒褂脩粼谵D(zhuǎn)換精度和數(shù)據(jù)速率之間進(jìn)行優(yōu)化選擇。時鐘發(fā)生器產(chǎn)生模／數(shù)轉(zhuǎn)換基準(zhǔn)時鐘。SPI接口用于ADS1258與外部處理器之間進(jìn)行串行通信。
ADS1258內(nèi)部電路可分為模擬和數(shù)字兩大部分，模擬部分可采用單極性電源(5 V)或者雙極性電源(±2．5 V)供電，數(shù)字部分電源電壓為2．7～5．25 V。當(dāng)模擬部分采用單極性供電時，其輸入模擬信號的電壓范圍為0～5．25 V；當(dāng)模擬部分采用雙極性供電時，其允許輸入信號的范圍為-2．5～2．5 V，是真正的雙極性輸入。
ADS1258有固定通道輸人和自動通道掃描輸入兩種工作模式。模／數(shù)轉(zhuǎn)換時，既可使用片內(nèi)參考電壓，也可外加高精度參考電壓源。轉(zhuǎn)換時鐘既可由片內(nèi)時鐘發(fā)生器提供，也可由片外時鐘電路或者時鐘源提供。ADS1258的串行接口與SPI兼容，便于與外部處理器進(jìn)行通信。同時，ADS1258內(nèi)部的監(jiān)控電路簡化了對芯片供電電壓、工作溫度及參考電壓的檢測，通過讀取系統(tǒng)參數(shù)寄存器即可獲取這些信息。
ADS1258片內(nèi)有10個獨(dú)立寄存器，其中9個可供用戶使用，通過對這些寄存器進(jìn)行設(shè)置來控制其工作過程，其主要寄存器如表1所列。
表1中，CONFIGO、CONFIG1是結(jié)構(gòu)寄存器，用來設(shè)置工作模式、輸入方式、轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的輸出格式、開關(guān)切換時延、轉(zhuǎn)換速率等。CONFIG0寄存器中，SPIRST位用于設(shè)置SCLK引腳空閑256個或4 096個時鐘周期時，SPI接口復(fù)位；MUXMOD位選擇ADS1258工作于固定通道模式還是自動掃描模式；BYPAS位選擇待轉(zhuǎn)換的電壓信號通過芯片轉(zhuǎn)換器輸出的內(nèi)部直連，還是外部緩沖方式送到ADC模塊；CLKENB位、CHOP位與STAT位，分別用于確定時鐘信號輸出、濾波器斬波功能與狀態(tài)字節(jié)輸出是否使能。
CONFIG1寄存器中，IDLMOD位用于選擇芯片空閑時處于等待模式還是休眠模式；DLY2～DLY0位的不同組合用于選擇切換到新通道后，轉(zhuǎn)換開始前的延遲周期數(shù)；DRATE1～DRATE0位的不同組合可以選擇4種采樣轉(zhuǎn)換率。
MUXSCH寄存器用于固定通道模式下ADC模塊正負(fù)端口輸入通道的選擇。MUXDIF寄存器、MUXSG0寄存器與MUXSG1寄存器，用于自動掃描模式下差分輸入通道和單端輸入通道的選擇。
另外，SYSRED寄存器用于確定器件增益、基準(zhǔn)參考電壓、芯片溫度、供電電壓及零位漂移電壓等參數(shù)是否加入被測序列；GPIOC寄存器選擇8位通用輸入／輸出引腳GPIO7～GPIO0用作輸出還是輸入；而GPIOD寄存器則反映了當(dāng)前引腳的狀態(tài)值；ID寄存器中存儲廠家設(shè)定的芯片信息，只可讀。
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