基于USB和便攜式醫(yī)療設(shè)備的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

引言

　　傳統(tǒng)的醫(yī)療設(shè)備，特別是便攜式的監(jiān)護(hù)、心電、血壓測(cè)量等設(shè)備均是采用標(biāo)準(zhǔn)的RS232串行接口進(jìn)行數(shù)據(jù)的通信與傳輸,已越來(lái)越不能滿足高速據(jù)傳輸，高數(shù)據(jù)存儲(chǔ)以及頻繁的數(shù)據(jù)采集等要求[1,2]。而USB通訊彌補(bǔ)了這些不足，它有著傳輸速度快、可靠性高、易于連接、可熱插拔等許多優(yōu)點(diǎn)。基于此，本文就介紹了一種基于USB總線接口芯片CH375實(shí)現(xiàn)PC機(jī)與便攜式醫(yī)療設(shè)備醫(yī)學(xué)信號(hào)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和傳輸?shù)姆椒?，并給出了相應(yīng)的源程序。經(jīng)測(cè)試，系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠。

　　1 CH375芯片簡(jiǎn)介

　　CH375 是一個(gè)USB總線的通用接口芯片，支持USB-HOST主機(jī)方式和USB-DEVICE/SLAVE 設(shè)備方式。在本地端，具有8 位數(shù)據(jù)總線和讀、寫、片選控制線以及中斷輸出，可以方便地掛接到單片/DSP/MCU/MPU等控制器的系統(tǒng)總線上。CH375 芯片內(nèi)部集成了 PLL 倍頻器、主從 USB 接口 SIE、數(shù)據(jù)緩沖區(qū)、被動(dòng)并行接口、異步串行接口、命令解釋器、控制傳輸?shù)膮f(xié)議處理器、通用的固件程序等。

　　CH375 芯片內(nèi)部具有 7 個(gè)物理端點(diǎn)。端點(diǎn) 0是默認(rèn)端點(diǎn)，支持上傳和下傳，上傳和下傳緩沖區(qū)各是8B；端點(diǎn)1包括上傳端點(diǎn)和下傳端點(diǎn)，上傳和下傳緩沖區(qū)各是 8B，上傳端點(diǎn)的端點(diǎn)號(hào)是81H，下傳端點(diǎn)的端點(diǎn)號(hào)是 01H；端點(diǎn)2 包括上傳端點(diǎn)和下傳端點(diǎn)，上傳和下傳緩沖區(qū)各是 64B，上傳端點(diǎn)的端點(diǎn)號(hào)是 82H，下傳端點(diǎn)的端點(diǎn)號(hào)是 02H。主機(jī)端點(diǎn)包括輸出端點(diǎn)和輸入端點(diǎn)，輸出和輸入緩沖區(qū)各是64B，主機(jī)端點(diǎn)與端點(diǎn)2合用同一組緩沖區(qū)，主機(jī)端點(diǎn)的輸出緩沖區(qū)就是端點(diǎn)2的上傳緩沖區(qū)，主機(jī)端點(diǎn)的輸入緩沖區(qū)就是端點(diǎn)2 的下傳緩沖區(qū)。本系統(tǒng)就是利用批量端點(diǎn)2來(lái)下傳數(shù)據(jù)到緩沖區(qū)，利用主機(jī)端點(diǎn)和端點(diǎn)1來(lái)上傳數(shù)據(jù)到緩沖區(qū)。

　　CH375芯片內(nèi)置了標(biāo)準(zhǔn)的USB通訊協(xié)議，這就免去了開發(fā)人員因編寫通訊協(xié)議而耗費(fèi)的大量時(shí)間，方便了通訊的實(shí)現(xiàn)。尤其是其動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)提供的文件級(jí)接口，更是方便了數(shù)據(jù)的讀寫。

　　2 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

　　系統(tǒng)的工作過程是嵌入式醫(yī)療設(shè)備即下位機(jī)(PC104)于DOS狀態(tài)下采集醫(yī)療信號(hào)送顯示器顯示，然后通過USB接口送上位機(jī)(PC主機(jī))處理，上位機(jī)工作在Windows環(huán)境下[3,4]。

　　系統(tǒng)選用帶USB接口的PC104工業(yè)計(jì)算機(jī)主板，在開發(fā)過程中通過電源接口外接5V直流電源，通過顯示器接口外接顯示器，多功能接口外接鍵盤。為方便軟件的更新，我們把下位機(jī)的工作程序?qū)懺趦?yōu)盤，外接于PC104主板的USB接口。

　　基于CH375芯片的系統(tǒng)還設(shè)計(jì)了PC104-USB轉(zhuǎn)接板，并把其作為PC104主板的擴(kuò)展模塊通過PC104總線接口與主板相連接。轉(zhuǎn)接板上有兩個(gè)USB接口，任選其中一個(gè)通過 USB轉(zhuǎn)接線與上位機(jī)相連即可。這樣系統(tǒng)的硬件平臺(tái)便建立起來(lái)了，系統(tǒng)硬件連接如圖1所示。下面詳細(xì)介紹系統(tǒng)通訊的軟件實(shí)現(xiàn)。

　　圖1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖

　　Figure 1 system hardware structure drawing

　　3 下位機(jī)中的程序設(shè)計(jì)

　　USB協(xié)議規(guī)定任何傳輸過程都是由主機(jī)端發(fā)起并控制的，CH375在接收到主機(jī)發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)時(shí)產(chǎn)生中斷，為此下位機(jī)要做的工作就是等待CH375的中斷并作相應(yīng)的處理。

　　下位機(jī)工作在DOS狀態(tài)，軟件程序采用BORLANDC語(yǔ)言。主要工作是初始化CH375、查詢中斷及中斷處理。相關(guān)程序代碼如下：

　?。?）處理接收數(shù)據(jù)的中斷服務(wù)程序

　　void interrupt USB(__CPPARGS)

　　{

　　 unsigned char len,i;

　　 //獲取中斷狀態(tài)并取消中斷請(qǐng)求

　　CH375WriteCmd(0x22);

　　 d0=CH375ReadData(); //讀回狀態(tài)

　　if((d0==0x02)||(d0==0x01)) //批量端點(diǎn)2接收到PC機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)

　　{//讀取數(shù)據(jù)}

　　 inportb(0x21);

　　 outportb(0x20,0x20); //發(fā)EOI命令，

　　 清除中斷

　　}

　　（2）寫數(shù)據(jù)子程序

　　void CH375WriteData( unsigned char dat )

　　{

　　 /* 寫數(shù)據(jù)口 */

　　outportb( PortBaseAddr + 0, dat );

　　 DelayuS( 1 );

　　}

　　（3）讀數(shù)據(jù)子程序

　　unsigned char CH375ReadData( void )

　　{

　　 unsigned char d;

　　 DelayuS( 1 );

　　 /* 讀數(shù)據(jù)口 */

　　 d = inportb( PortBaseAddr + 0 );

　　 return( d );

　　}

　?。?）主程序

　　int main(int argc,char *argv[])

　　{

　　 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．

　　 for(;;) //等待

　　 {//軟件進(jìn)入主循環(huán),處理突發(fā)事件

　　 while(kbhit()) ch=getch();

　　 if(ch==27) break;

　　 if(ch==59){.//向PC機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)}

　　 if(ch==60){//寫中斷特征數(shù)據(jù)}

　　 readbufUSB(); //讀USB接口緩沖區(qū)數(shù)據(jù)

　　 }

　　 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．

　　}

　　4上位機(jī)中的程序設(shè)計(jì)

　　因?yàn)镃H375的動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)DLL提供了許多API接口函數(shù)，所以應(yīng)用程序只需通過幾條簡(jiǎn)單的文件操作API函數(shù)，就可以實(shí)現(xiàn)與下位機(jī)的通信。