基于TMS320LF2407A DSP的心電監(jiān)護系統(tǒng)分析

　　引言

　　隨著社會的發(fā)展和人們生活水平的提高，人們對健康的重視程度日益增加，但是伴隨著生活水平的提高心血管疾病的發(fā)病率不斷攀升。特別是近年來隨著社會老齡化的加劇，心血管疾病成了威脅人類生命的主要疾病，心臟病成了世界上死亡率最高的疾病。鑒于心血管疾病患者日益增多的嚴峻形勢，提高預(yù)防和監(jiān)測該疾病的手段勢在必行。而心電信號檢測是發(fā)現(xiàn)心臟病的最直接手段，但目前醫(yī)院用的心電監(jiān)護儀幾乎全部是進口的，價格昂貴，維護費用高，加重了醫(yī)院和患者的經(jīng)濟負擔;因此設(shè)計一種便攜、經(jīng)濟的心電監(jiān)護設(shè)備具有重要意義。本文設(shè)計了一種基于TI公司TMS320LF2407A DSP的心電監(jiān)護系統(tǒng)，此系統(tǒng)體積小、成本低、實用性強。

　　TMS320LF2407A DSP介紹

　　心電監(jiān)護系統(tǒng)很重要的一部分就是對心電信號進行處理，因此選一款合適的信號處理器十分重要。當前最成功的DSP芯片當數(shù)美國TI公司的系列產(chǎn)品，其主推的三大DSP平臺TMS320C2000、TMS320C5000、TMS320C6000已經(jīng)成為當今世界上最有影響力的DSP芯片。

　　本系統(tǒng)采用TMS320LF2407A為信號處理器和核心控制器。TMS320LF2407A是TI公司推出的新型高性能16位定點數(shù)字信號處理器，是 TMS320C2000系列的新成員。它專門為數(shù)字控制設(shè)計，集DSP的高速信號處理能力及適用于控制的優(yōu)化外圍電路于一體，是真正的單芯片控制器，在數(shù)字控制系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。

　　TMS320LF2407A DSP具備以下一些特點：

　　(1)采用高性能靜態(tài)CMOS技術(shù)，使得供電電壓降為3.3V，降低了控制器的功耗; 40MIPS的執(zhí)行速度使得指令周期縮短到25ns，從而提高了控制器的實時控制能力。

　　(2)基于TMS320C2xx DSP的CPU內(nèi)核，保證了TMS320LF2407A DSP代碼和TMS320系列DSP代碼兼容。

　　(3)片內(nèi)有高達32KB的FLASH程序存儲器，高達1.5KB的數(shù)據(jù)/程序RAM ，544字雙口RAM(DARAM)和2KB的單口RAM(SARAM) 。

　　(4)兩個事件管理器模塊EVA和EVB，每個包括兩個16位通用定時器和8個16位的脈寬調(diào)制((PWM)通道。

　　(5)可擴展的外部存儲器總共192K字空間：64K字程序存儲器空間，4K字數(shù)據(jù)存儲器空間和64K字I/0尋址空間。

　　(6)看門狗定時器模塊(WDT)。

　　(7) 10位A/D轉(zhuǎn)換器最小轉(zhuǎn)換時間為500ns，可選擇由兩個事件管理器來觸發(fā)兩個8通道輸入A/D轉(zhuǎn)換器或一個16通道輸入的A/D轉(zhuǎn)換器。

　　(8)控制器局域網(wǎng)絡(luò)(CAN)2.0B模塊。

　　(9)串行通信接口(SCI)模塊。

　　(10) 16位串行外設(shè)(SPI)接口模塊。

　　(11)基于鎖相環(huán)的時鐘發(fā)生器。

　　(12)高達40個可單獨編程或復用的通用輸入/輸出引腳(GPIO)。

　　(13)5個外部中斷(兩個電極驅(qū)動保護、復位和兩個可屏蔽中斷)。

　　(14)電源管理包括3種低功耗模式，能獨立地將外設(shè)器件轉(zhuǎn)入低功耗模式。

　　(15)具有加密功能，密鑰長度64位。

　　系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

　　系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示，整個系統(tǒng)可分為心電信號采集部分和信號處理部分。信號處理部分以TMS320LF2407A為處理器，擴展了外部存儲器、液晶顯示、按鍵和串行通訊接口等。

　　電源是系統(tǒng)工作的首要條件，本系統(tǒng)采用5V和3.3V兩種電壓，系統(tǒng)輸入電源電壓為5V直流，因此需要轉(zhuǎn)換，本系統(tǒng)采用AMS1117-3.3進行5V~3.3V電壓轉(zhuǎn)換，發(fā)光二極管D3為電源指示燈。電源的電路如圖2所示：

　　心電圖(ECG)采集電路通過傳感器采集心電信號然后把采集的模擬信號送到TMS320LF2407A內(nèi)部集成的10位A/D輸入端進行A/D轉(zhuǎn)換，采用 由兩個事件管理器來觸發(fā)一個16通道輸入的A/D轉(zhuǎn)換器的方式來提高轉(zhuǎn)換精度以精確采集微弱的心電信號。

　　TMS320LF2407A 內(nèi)部集成了1.5K RAM和32K FLASH，32K FLASH容量已基本夠用，而內(nèi)部的RAM存儲空間太小，為保存大量的采樣數(shù)據(jù)、運算的中間結(jié)果和提高系統(tǒng)的運行速度，系統(tǒng)增加了外部數(shù)據(jù)存儲器(RAM)和外部程序存儲器(RAM)，分別用TMS320LF2407A的PS和DS信號進行片選。本系統(tǒng)采用的RAM存儲器是兩片 IS61LV6416-10T，它的存儲容量為64K 16位。數(shù)據(jù)存取時間為10ns，能滿足高速運行的需要，工作電壓為3.3V，與DSP工作電壓一致，無需電平轉(zhuǎn)換電路。