摘要：本文介紹了一種微型家用心電圖機(jī)。該儀器具有強(qiáng)大的功能：顯示監(jiān)測(cè)、存儲(chǔ)、回放、打印、記錄管理、電源報(bào)警、電話或者互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)傳輸。與其他心電圖機(jī)的突出不同之處在于，本系統(tǒng)采用新型低功耗的16位單片機(jī)--MSP430 F135作為整個(gè)系統(tǒng)的控制核心，并配備相應(yīng)的16位低功耗存儲(chǔ)器AT29LV1024和液晶顯示模塊LMS0192A，從而簡(jiǎn)化了系統(tǒng)硬件電路，同時(shí)也大大降低了系統(tǒng)成本，因而該家用心電圖機(jī)具有極為廣闊的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：心電圖機(jī);液晶;存儲(chǔ)器;公用電話網(wǎng)絡(luò);互聯(lián)網(wǎng)絡(luò);MSP430

Abstract: The mini type of home-care ECG is designed with the powerful functions,such as displaying, memorizing，back-displaying, printing, record managing, power warning, transmission via telephone net or network, Comparing with other type of ECG, the most different is that the ECG we design is based on the new type and super-low-power 16bits system----MSP430 F135. With this foundation, we use the ATMEL inc. lower power consumption 16bits memory----AT29LV1024 as the memorizer of ECG. LMS0192A is used as the LCD display of the system. So this circuit is simplified greatly. It must be applied widely and surely has a promising prospect.

Key words: ECG;LCD;Memory;Common Telephone Network;Network;MSP430

一、概述

心血管疾病是一種較為普遍的疾病，隨著生活節(jié)奏的加快，生活水平和健康意識(shí)的提高，人們需要隨時(shí)對(duì)心臟進(jìn)行健康監(jiān)護(hù)并且能在比較危急的情況下進(jìn)行及時(shí)的診治;同時(shí)，如果長(zhǎng)期住在醫(yī)院里面進(jìn)行監(jiān)護(hù)和治療，那樣花費(fèi)高而且也給醫(yī)院帶來(lái)了不小的門診壓力。心電圖機(jī)是診斷心臟病的重要儀器之一，目前市場(chǎng)上有多種心電圖機(jī)，但是這些心電圖機(jī)都不太適合在家庭中使用。為此，一種能夠在家庭中應(yīng)用、操作簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜的低功耗家用電圖機(jī)的設(shè)計(jì)方案應(yīng)運(yùn)而生。

總所周知，隨著科學(xué)技術(shù)的推進(jìn)、人類社會(huì)的發(fā)展進(jìn)步，全球醫(yī)療儀器的發(fā)展也是日新月異。21世紀(jì)的醫(yī)療行業(yè)主要呈現(xiàn)以下兩個(gè)特點(diǎn)：第一、未來(lái)的醫(yī)療世界，主要的代表產(chǎn)品是納米機(jī)械元件、隨身佩戴式化學(xué)感測(cè)器、居家保健應(yīng)用醫(yī)療器材等。第二、信息與醫(yī)療技術(shù)緊密地結(jié)合在一起。家用心電圖機(jī)的設(shè)計(jì)正是順應(yīng)這兩個(gè)大趨勢(shì)。另外，從這次SARS病毒爆發(fā)來(lái)看，可以預(yù)計(jì)，它將會(huì)推動(dòng)居家保健應(yīng)用醫(yī)療器材的發(fā)展。因此，家用心電圖機(jī)在國(guó)內(nèi)外都是一種新型產(chǎn)品，具有極大的市場(chǎng)發(fā)展?jié)摿Α?/p>

二、功能與基本原理

(一)總體設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)心臟的"健康監(jiān)護(hù)"和"家庭門診"，該家用心電圖機(jī)具有以下基本功能：

* 利用液晶顯示系統(tǒng)實(shí)時(shí)顯示心電波形和工作菜單;

* 利用外部存儲(chǔ)器將需要存儲(chǔ)的心電信息保存以便日后作為診治參考;

* 利用打印機(jī)將心電圖打印存檔;

* 可整理保存用戶的記錄信息;

* 多種操作模式，自動(dòng)，手動(dòng)操作可以任意選擇;

* 可以方便的將從人體采集到的心電信號(hào)傳送到相關(guān)的醫(yī)療機(jī)構(gòu)。

考慮到用戶實(shí)際使用的需要，家用心電圖機(jī)還必須滿足以下的特點(diǎn)：

* 抗干擾能力強(qiáng);

* 體積小，重量輕，攜帶方便;

* 操作簡(jiǎn)單;

* 功耗低;

* 為了得到廣泛推廣使用，生產(chǎn)成本要低，必須有比較好的性能價(jià)比。

該家用心電圖機(jī)采用的是干電池供電，而干電池供電需要解決的一個(gè)基本矛盾是：低功耗要求系統(tǒng)采用比較低的時(shí)鐘頻率而與此同時(shí)要求系統(tǒng)對(duì)一些基本的操作能夠快速反應(yīng)和啟動(dòng)，這就要求系統(tǒng)最少具備兩種高低不同的頻率，必要時(shí)兩種頻率可以切換使用。正因?yàn)镸SP430 F135具有豐富靈活的時(shí)鐘模塊，所以本系統(tǒng)選取它來(lái)作為控制核心，與此同時(shí)還選用了與之配套的低功耗外部存儲(chǔ)器AT29LV1024和液晶顯示模塊 LMS0192A。

德州儀器公司所提供的MSP430為高整合、高精度的單芯片系統(tǒng)，是目前工業(yè)界中具有最低功耗的flash 16-bits RISC微控制器。MSP430 F135具有強(qiáng)大的處理功能和豐富的外圍模塊，可方便地實(shí)現(xiàn)心電信號(hào)的采集、處理、存儲(chǔ)、打印以及傳輸。另外，將其作為系統(tǒng)的控制核心，可以極大地簡(jiǎn)化整個(gè)硬件電路和提高系統(tǒng)的性價(jià)比。

心電信號(hào)由電極或?qū)?lián)線從人體采集，經(jīng)放大、濾波處理后進(jìn)入單片機(jī)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，送液晶顯示。如需存儲(chǔ)則按下存儲(chǔ)鍵后心電數(shù)據(jù)就會(huì)存儲(chǔ)到外部存儲(chǔ)器中，而且在需要回放、打印、傳輸時(shí)，可以直接從外部存儲(chǔ)器中調(diào)出使用，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)各種功能?？梢灾苯永镁W(wǎng)絡(luò)或電話將家用心電圖機(jī)所監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)傳送到相關(guān)的醫(yī)療機(jī)構(gòu)，經(jīng)過(guò)診斷、處理之后由醫(yī)療機(jī)構(gòu)反饋回來(lái)，因而方便和高效地實(shí)現(xiàn)了"家庭門診"和"健康監(jiān)測(cè)"，既節(jié)省了用戶開支又相對(duì)減輕了醫(yī)院的門診壓力。本系統(tǒng)采用了圖1所示的電路結(jié)構(gòu)。

(二)心電信號(hào)的檢測(cè)及采集

家用心電圖機(jī)所需檢測(cè)的心電信號(hào)幅值在0.05～4 mV，頻率在0.05～72Hz。而檢測(cè)中存在的主要干擾信號(hào)有電極板與人之間的極化電壓、50Hz工頻干擾、儀器內(nèi)部噪聲和儀器周圍電場(chǎng)磁場(chǎng)電磁場(chǎng)的干擾等等。心電信號(hào)中50Hz工頻干擾可以利用自適應(yīng)模板法消除，則心電圖機(jī)模擬部分可以采用如圖2所示的硬件結(jié)構(gòu)。心電信號(hào)經(jīng)電極或?qū)?lián)線采集后，先要進(jìn)行電壓放大。電壓放大器一般由兩級(jí)組成，前級(jí)采用負(fù)反饋差動(dòng)放大電路。系統(tǒng)中，采用TI公司的基于雙運(yùn)放電路的微功耗儀表放大器INA321芯片作為心電信號(hào)的前級(jí)放大器，放大倍數(shù)為10倍。由于72Hz以上的干擾信號(hào)較強(qiáng)而0.05Hz以下的干擾信號(hào)相對(duì)較弱，所以在濾波電路中，采取先低通濾波取出 72Hz以下的信號(hào)，然后接高通的方式，這樣就能濾除極化電壓信號(hào)得到心電信號(hào)。由于在前面的濾波電路中采用了RC高通濾波電路，該電路具有較高的輸出阻抗，所以后級(jí)放大采用了同相放大電路，放大倍數(shù)為20倍。

心電信號(hào)的最高幅值為4mV，經(jīng)過(guò)200倍的放大為0.8V，而 A/DC的輸入范圍為0～2.5V，設(shè)計(jì)時(shí)取中間值1.25V為參考，所以放大后的心電信號(hào)疊加參考電壓1.25V后大小為(1.25±0.8)V，正好落在A/DC的模擬輸入信號(hào)范圍。同時(shí)，心電信號(hào)的頻率在0.05～72Hz之間，為了保證采樣定理的要求和保證轉(zhuǎn)換速率可以選取采樣率fs= 200Hz。MSP430 F135自帶高速12位逐次逼近型ADC12，該ADC12具有內(nèi)部參考電壓、采樣保持和自動(dòng)掃描功能，有8個(gè)外通道4個(gè)內(nèi)通道，高達(dá)200KHz的采樣速率，多種采樣方式，因而完全能夠滿足要求。

圖2 系統(tǒng)模擬電路框圖

(三)單片機(jī)系統(tǒng)--MSP430 F135

基于功能、價(jià)格、功耗以及家用心電圖機(jī)設(shè)計(jì)的實(shí)際需要等幾個(gè)方面的考慮，本系統(tǒng)選用具有12位ADC的超低功耗微處理器MSP430 F135作為系統(tǒng)的控制核心，它是TI公司2000年底新推出的超低功耗Flash型16位RISC指令集單片機(jī)。它具有豐富的片內(nèi)外圍，是一款性價(jià)比極高的單片機(jī)。利用它作心電信號(hào)的采集與處理，不僅極大地簡(jiǎn)化了系統(tǒng)硬件電路，還大大提高了系統(tǒng)的性價(jià)比。MSP430 F135的結(jié)構(gòu)原理如圖3所示。

由結(jié)構(gòu)原理圖可知，MSP430 F135包含了16KB Flash和512B RAM，還帶有以下幾種外設(shè)：基本時(shí)鐘系統(tǒng)(片內(nèi)DCO和兩個(gè)晶體振蕩器)、看門狗定時(shí)器/通用目的定時(shí)器、帶3個(gè)捕獲/比較寄存器3和PWM輸出的16 位定時(shí)器Timer_A、帶3個(gè)捕獲/比較寄存器和PWM輸出的16位定時(shí)器Timer_B3、I/O端口1～6(每一個(gè)有8個(gè)I/O，其中端口1和2均具有中斷功能)、比較器_A、12位A/D轉(zhuǎn)換器ADC12、通用串行同步/異步接口USART0。

MSP430 F135包含了一個(gè)具有八個(gè)外部通道的12位高性能A/D轉(zhuǎn)換器、一個(gè)具有自動(dòng)掃描功能的容量為16個(gè)字的可編程緩沖器、片內(nèi)參考電壓、一個(gè)溫度傳感器以及電池低壓時(shí)的檢測(cè)電路，A/D轉(zhuǎn)換器的速度可高達(dá)200KHz。利用芯片內(nèi)置的自動(dòng)掃描功能，A/D轉(zhuǎn)換器可以不需要中央處理器的協(xié)助而獨(dú)立工作，并且將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)自動(dòng)存入緩沖區(qū)。這樣，中央處理器的工作負(fù)擔(dān)就大為減輕。換言之，可以讓處理器去執(zhí)行其它的數(shù)字信號(hào)運(yùn)算或進(jìn)入省電工作模式。除此之外，內(nèi)置的參考電壓以及溫度傳感器可以減少外部器件數(shù)目并且降低系統(tǒng)的整體成本。心電信號(hào)經(jīng)過(guò)200倍放大之后經(jīng)端口6進(jìn)入該A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換的結(jié)果自動(dòng)存放在相應(yīng)通道的寄存器中，然后再送到外部心電信號(hào)存儲(chǔ)器中。

由于內(nèi)置了功耗極低的快速閃存，MSP430 F135在待機(jī)模式下所消耗的電能還少于電池未使用時(shí)的自然損耗。除此之外，它可在6ms之內(nèi)從待機(jī)模式立刻轉(zhuǎn)回到完全工作模式，因?yàn)樵趩?dòng)過(guò)程中器件不會(huì)浪費(fèi)任何時(shí)間，從而可延長(zhǎng)電池的壽命。在正常的工作狀態(tài)下，如果工作電壓為2.2V，器件每個(gè)MIP所消耗的電流只有250μA。

MSP430 F135有片內(nèi)Flash ROM，給用戶的開發(fā)調(diào)試帶來(lái)極大的方便。目前的開發(fā)環(huán)境大都采用IAR公司的WINDOWS WORKBENCH軟件，與之配套的有TI公司提供的開發(fā)套件MSP-FET430P140，可實(shí)現(xiàn)的功能為程序的下載、更新、運(yùn)行、調(diào)試。由PC環(huán)境下的JTAG控制實(shí)現(xiàn)FLASH的編程，由片內(nèi)仿真邏輯控制的全速調(diào)試可設(shè)3個(gè)斷點(diǎn)。用戶在自己的目標(biāo)板上引出JTAG引線到調(diào)試裝置便可實(shí)現(xiàn)程序的下載與調(diào)試。

MSP430F135的基本時(shí)鐘系統(tǒng)包括一個(gè)片內(nèi)DCO和兩個(gè)晶體振蕩器，可以產(chǎn)生三種系統(tǒng)適用的時(shí)鐘信號(hào)：ACLK、 MCLK和SMCLK。其中，主系統(tǒng)時(shí)鐘MCLK用于CPU和系統(tǒng)，輔助時(shí)鐘ACLK和子系統(tǒng)時(shí)鐘SMCLK用于外圍模塊?？梢酝ㄟ^(guò)對(duì)不同模塊操作模式和 CPU狀態(tài)的智能化管理，使得MSP430 F135的工作方式可以適應(yīng)多種超低電壓和超低功耗的需求，即使在中斷處理期間也一樣，一個(gè)中斷事件可以把系統(tǒng)從各種低功耗方式喚醒并且通過(guò)RETI指令返回到中斷以前的工作狀態(tài)。下面是MSP430 F135芯片支持的六種工作方式：

1)活動(dòng)方式(AM):CPU和不同組合的外圍模塊被激活，處于活動(dòng)狀態(tài);

2)低功耗方式0(LPM0):CPU停止工作，外圍模塊繼續(xù)工作，ACLK和SMCLK有效，MCLK的環(huán)路控制有效;

3)低功耗方式1(LPM1):CPU停止工作，外圍模塊繼續(xù)工作，ACLK和SMCLK有效，MCLK的環(huán)路控制無(wú)效;

4)低功耗方式2(LPM2):CPU停止工作，外圍模塊繼續(xù)工作，ACLK有效，SMCLK和MCLK環(huán)路控制無(wú)效;

5)低功耗方式3(LPM3):CPU停止工作，外圍模塊繼續(xù)工作，ACLK有效，SMCLK和MCLK環(huán)路控制無(wú)效并且數(shù)字控制振蕩器DCO的DC發(fā)生器被關(guān)閉;

6)低功耗方式4(LPM4):CPU停止工作，外圍模塊繼續(xù)工作(如果提供外部時(shí)鐘)，ACLK信號(hào)被禁止，晶體振蕩器停止工作,SMCLK和MCLK環(huán)路控制無(wú)效并且數(shù)字控制振蕩器DCO的DC發(fā)生器被關(guān)閉。

由上可知，MSP430 F135的超低功耗性能的實(shí)現(xiàn)主要與它對(duì)時(shí)鐘的產(chǎn)生與控制密切相關(guān)。在超低功耗的設(shè)計(jì)中CPU的大部分時(shí)間都處于休眠狀態(tài)。MSP430 F135有5種低功耗模式，在主程序中CPU完成了相應(yīng)的設(shè)置或任務(wù)之后就讓CPU進(jìn)入適當(dāng)?shù)牡凸哪Ｊ?。CPU所需完成的大部分工作都在中斷服務(wù)程序中完成，由相應(yīng)的中斷喚醒CPU完成中斷服務(wù)，執(zhí)行完成之后再進(jìn)入低功耗模式。從而可以通過(guò)軟件對(duì)內(nèi)部時(shí)鐘系統(tǒng)的不同設(shè)置來(lái)控制芯片，使它處于不同工作方式。整個(gè)時(shí)鐘系統(tǒng)提供豐富的軟硬件組合形式以達(dá)到最低的功耗并發(fā)揮最優(yōu)的系統(tǒng)性能。

(四)外部心電數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器--1兆位3V供電的閃速可編程可電擦除的16位存儲(chǔ)器AT29LV1024

AT29LV1024 是一種3V系統(tǒng)供電的閃速可編程可電擦除的16位存儲(chǔ)器(PEROM)，具有1M位的存儲(chǔ)空間，1M位的存儲(chǔ)空間分成512個(gè)分區(qū)，每一分區(qū)128個(gè)字。該芯片采用ATMEL公司先進(jìn)的非易失性的COMS工藝制造，在使用溫度范圍內(nèi)存取時(shí)間為150ns，此時(shí)功率消耗僅為54mW。當(dāng)AT29LV1024 處于休眠狀態(tài)時(shí)，CMOS的維持電流不超過(guò)50μA。AT29LV1024的每一分區(qū)可擦寫超過(guò)10,000次。

AT29LV1024 具有掉電保護(hù)功能，方便的在線編程能力不需高的輸入電壓，指令系統(tǒng)在3V電壓下即可控制AT29LV1024。從AT29LV1024中讀取數(shù)據(jù)與 EPROM的操作相似，再編程能力是以每一分區(qū)為單位的，128字的數(shù)據(jù)裝入AT29LV1024的同時(shí)完成編程。在一個(gè)再編程周期里，存儲(chǔ)單元的尋址和 128字的數(shù)據(jù)通過(guò)內(nèi)部鎖存可釋放地址和數(shù)據(jù)總線，這樣可為其他操作提供地址和數(shù)據(jù)總線。編程周期開始AT29LV1024會(huì)自動(dòng)擦除分區(qū)的內(nèi)容，然后對(duì)鎖存的數(shù)據(jù)在定時(shí)器的作用下進(jìn)行編程。編程周期的結(jié)束是通過(guò)查詢I/O7或者I/O15的有效時(shí)實(shí)現(xiàn)的，一旦編程周期結(jié)束，就可開始一個(gè)新的讀或編程操作。

AT29LV1024的工作原理如圖4所示。

AT29LV1024 是一種新型的存儲(chǔ)器，具有以下特點(diǎn)：(1)3V～3.6V供電范圍;(2)單一3V讀寫操作;(3)硬件和軟件數(shù)據(jù)保護(hù);(4)快速讀取時(shí)間： 150ns;(5)低功率消耗：15mA有效電流，50μA CMOS維持電流;(6)分區(qū)程序操作：擦除、編程單向循環(huán)方式，512個(gè)分區(qū)(128字/分區(qū))，內(nèi)部地址和128字?jǐn)?shù)據(jù)鎖存;(7)快速的的分區(qū)編程周期：20ms;(8)內(nèi)部程序和定時(shí)器控制;(9) 查詢程序是否結(jié)束;(10)典型擦除、編程可超過(guò)10 000次;(11)CMOS和TTL可兼容的輸入輸出;(12)有商用和工業(yè)用的溫度可選范圍。

在家用單導(dǎo)心電圖機(jī)中，利用 AT29LV1024作為單片機(jī)片外擴(kuò)展的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，存放心電數(shù)據(jù)，這些存放的數(shù)據(jù)可在線實(shí)時(shí)使用或需要時(shí)從存儲(chǔ)器中讀取。AT29LV1024的掉電保護(hù)的功能可以在意外掉電或關(guān)閉電源的情況下保存數(shù)據(jù)，這樣不僅確保了數(shù)據(jù)的可*性，還可以省電。由于AT29LV1024可作程序存儲(chǔ)器也可作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，因而在這里存放從人體采集的心電數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)是通過(guò)單片機(jī)的A/D轉(zhuǎn)換獲得的心電信號(hào)的數(shù)字量，這些數(shù)字量首先存放在單片機(jī)的內(nèi)部RAM中，當(dāng)內(nèi)部 RAM存滿128字之后數(shù)據(jù)便依次存放在外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器AT29LV1024中，今后需要使用這些數(shù)據(jù)時(shí)，便可從AT29LV1024中讀出。 AT29LV1024可存儲(chǔ)或修改幾段不同時(shí)期的心電波形，例如：用戶的日常病例，以供日后參考。當(dāng)需要更新這些數(shù)據(jù)時(shí)可以通過(guò)電擦除更新已存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，以重新存儲(chǔ)新的心電數(shù)據(jù)。

由于從AT29LV1024的再編程能力是以每一分區(qū)為單位的，128字的數(shù)據(jù)裝入AT29LV1024的同時(shí)完成編程，它的每次操作時(shí)是以128字單位的，每次存儲(chǔ)、更新都是128字，并且每次在送128字?jǐn)?shù)據(jù)之前都需要進(jìn)行初始操作，程序如下：

MOV A, #AAAAH

MOV DPTR, #5555H

MOVX @DPTR, A

MOV A, #55H

MOV DPTR, #2AAAH

MOVX @DPTR, A

MOV A, #A0A0H

MOV DPTR, #5555H

MOVX @DPTR, A

AT29LV1024 在系統(tǒng)中的應(yīng)用使用戶不僅能快速地實(shí)現(xiàn)所需功能，而且電擦除的方式為程序和數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和更新提供了方便，特別是其掉電保護(hù)的功能可以在意外掉電或關(guān)閉電源的情況下保存數(shù)據(jù)，確保了存儲(chǔ)的可*性并減少了耗電，是以往采用RAM所不具有的功能，對(duì)于心電數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)有很大的方便，例如從人體所采樣的A/D值可隨時(shí)存儲(chǔ)在AT29LV1024中，以便回放、打印、傳輸時(shí)調(diào)用。

(五)液晶顯示系統(tǒng)--LMS0912A液晶顯示模塊

LMS0192A 液晶模塊是一種小型的液晶系統(tǒng)，它的外觀尺寸為79×42mm，44個(gè)引腳。160×64點(diǎn)陣顯示，點(diǎn)大小為0.30×0.34(mm)，點(diǎn)間距0.34 ×0.38(mm)。內(nèi)部擁有大規(guī)模集成并帶有驅(qū)動(dòng)器和控制器，它直接受單片機(jī)控制，接收8位的串行或并行顯示數(shù)據(jù)的同時(shí)可將數(shù)據(jù)顯示，并將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在片內(nèi)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中(DDRAM)。DDRAM中的數(shù)據(jù)顯示單元與液晶屏的點(diǎn)陣單元存在一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，并且LMS0192A液晶模塊數(shù)據(jù)的讀寫操作不受外部時(shí)鐘的控制，因而LMS0192A的顯示具有很高的靈活性。LMS0192A液晶模塊帶有液晶必須的電源驅(qū)動(dòng)電路，這樣可用最少的元件和最小的功耗實(shí)現(xiàn)模塊的功能。

在微型家用心電圖機(jī)中采用LMS-0192A液晶顯示模塊作為菜單和心電波形的顯示。它以MSP430作為液晶的微處理器，通過(guò)單片機(jī)采集和處理心電數(shù)據(jù)，輸出給液晶顯示。

1、接口方式：MSP430與LMS-0192A的接口如圖5所示。

3、漢字菜單的顯示：菜單主要是由漢字組成，可通過(guò)漢字字庫(kù)將每個(gè)漢字轉(zhuǎn)換為16×16點(diǎn)陣共32個(gè)16進(jìn)制的數(shù)據(jù)送液晶顯示。每個(gè)漢字的數(shù)據(jù)分別對(duì)應(yīng)一個(gè)數(shù)據(jù)表，程序可通過(guò)查表的方式顯示漢字。

4、心電波形顯示：心電波形是一系列的曲線，在液晶上要顯示這些曲線需要將相應(yīng)的點(diǎn)陣顯示，對(duì)于一條心電曲線，起始顯示數(shù)據(jù)點(diǎn)在起始列只顯示一點(diǎn)，從第二個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)開始，要在下一列顯示上一數(shù)據(jù)點(diǎn)到此次數(shù)據(jù)點(diǎn)之間的線段。具體方法可通過(guò)16進(jìn)制的數(shù)據(jù)除以總頁(yè)數(shù)8得到商和余，得到的商為此數(shù)據(jù)點(diǎn)所在的頁(yè)，得到的余為此數(shù)據(jù)點(diǎn)所在頁(yè)的行數(shù)。注意的是每一數(shù)據(jù)點(diǎn)應(yīng)在相應(yīng)的列，因?yàn)榱械刂访克鸵粋€(gè)數(shù)據(jù)自動(dòng)加1，因而在每次從DDRAM中讀取數(shù)據(jù)時(shí)一定要保證列位置的正確，否則會(huì)出現(xiàn)曲線的混亂。這樣利用LMS-0192A液晶模塊將心電波形打印或直接從液晶上讀取信息，為診斷提供依據(jù)。

5、液晶初始化的程序如下(模塊使用前，必須往引腳/RES 送/RES 信號(hào)，送/RES 信號(hào)后,模塊可自動(dòng)設(shè)定默認(rèn)值。):

MOV DBUS， #0ABH ;內(nèi)部晶振打開

MOV DBUS， #02FH ;置供電路控制，本模塊典型值為02FH

MOV DBUS， #024H ;V5 電壓調(diào)節(jié)內(nèi)部電阻比值，可以根據(jù)用戶調(diào)節(jié)

MOV DBUS， #081H ;電控設(shè)置,兩語(yǔ)句配合使用

MOV DBUS， #018H ;預(yù)設(shè)對(duì)比度調(diào)節(jié)該值，可以調(diào)節(jié)LCD對(duì)比度

MOV DBUS， #0A2H ;置LCD偏壓比，1/7 偏壓

MOV DBUS， #0A0H ;ADC 選擇，設(shè)置列正向輸出

MOV DBUS， #0C0H ;COMMON 輸出狀態(tài)選擇，設(shè)置掃描方向正常

;如果ADC=1，請(qǐng)選擇反向

MOV DBUS， #0AFH ;顯示開

(六)心電信號(hào)的電話傳輸--脈寬調(diào)制法

在家用心電圖機(jī)中，設(shè)有脈寬調(diào)制電話傳輸這一功能。這里采用了脈寬調(diào)制的基本原理，并且根據(jù)實(shí)際需要提出了一種改進(jìn)的脈寬調(diào)制方法，使脈寬調(diào)制和解調(diào)的硬件和軟件方法簡(jiǎn)單，信號(hào)解調(diào)后失真小，可以實(shí)現(xiàn)快速的電話傳輸。其主要原理如圖6所示。用戶在家中或任何有電話的地方都可將存儲(chǔ)在家用心電圖機(jī)中的心電信號(hào)驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器經(jīng)聲音耦合后通過(guò)電話網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到醫(yī)院。醫(yī)院的接收系統(tǒng)經(jīng)過(guò)放大、濾波，利用比較器產(chǎn)生脈沖波形，此波形進(jìn)入單片機(jī)后通過(guò)程序計(jì)算出每一個(gè)脈沖所代表的采樣值，此后單片機(jī)將獲得的采樣值利用串口通訊發(fā)送到計(jì)算機(jī)中，計(jì)算機(jī)經(jīng)VC++程序處理再現(xiàn)心電波形。

1.發(fā)送部分

MSP430 F135將心電的12位A/D采樣值存儲(chǔ)在外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中，當(dāng)需要進(jìn)行電話發(fā)送時(shí)從外部RAM中取出，并且取低10位用來(lái)控制定時(shí)器產(chǎn)生寬度隨采樣值變化的脈沖，這一脈沖就可認(rèn)為是經(jīng)過(guò)采樣調(diào)制過(guò)的脈沖信號(hào)(圖7，其中τ1為第一個(gè)采樣值對(duì)應(yīng)的脈沖寬度，T1為第一個(gè)采樣值的脈沖周期，同理τ2為第二個(gè)采樣值對(duì)應(yīng)的脈沖寬度，T2為第二個(gè)采樣值的脈沖周期)，這樣的脈沖驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器通過(guò)電話網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到醫(yī)院。電話傳輸信號(hào)的頻率范圍為300-1300Hz， 300Hz的采樣值對(duì)應(yīng)時(shí)間τ應(yīng)為1.667ms=1667μs，對(duì)應(yīng)定時(shí)器的定時(shí)值τ'=0682H，定時(shí)器TH0TL0=F97DH(定時(shí)器0加計(jì)數(shù))，1300Hz則對(duì)應(yīng)定時(shí)器的定時(shí)值τ'=0180H，定時(shí)器TH0TL0=FE7FH(定時(shí)器0加計(jì)數(shù))。因而所有采樣值的定時(shí)值 0180H<τ'<0682H，由于采樣值可能為零，所以在采樣值的基礎(chǔ)上加上0200H(>0I80H)的基值，這樣采用10位采樣值，最大為03FFH，最小為0000H，加上基值后的0200h≤τ' ≤05FFH在τ'的允許范圍之內(nèi)，因而可以準(zhǔn)確無(wú)失真的傳輸。

2.接收部分

微型家用心電圖機(jī)配有接收系統(tǒng)，揚(yáng)聲器BEEP接收到信號(hào)之后由雙運(yùn)放TL062構(gòu)成低通濾波器，截止頻率f=1/2ΠC1R2=1300Hz，并且放大倍數(shù)為3.3×106/100×103=33，TL062的第二級(jí)構(gòu)成比較器，使輸入的信號(hào)經(jīng)比較器后成為寬度變化的脈沖方波，每一個(gè)變化的脈沖寬度代表了一個(gè)接收到的心電信號(hào)采樣值，此脈沖波進(jìn)入單片機(jī)后通過(guò)計(jì)算恢復(fù)出心電采樣值。

(七)菜單界面及鍵盤接口

在家用心電圖機(jī)中，提供四個(gè)按鍵供用戶操作，對(duì)應(yīng)于液晶顯示器上相關(guān)菜單。菜單包括：歡迎菜單、主菜單、次級(jí)菜單等三個(gè)層次，均由液晶顯示提供。每一級(jí)菜單提供給用戶簡(jiǎn)單的提示方便用戶使用，因而用戶只需在菜單的提示下按一鍵(有A、B、C、D四個(gè)鍵)便可完成所需要的操作。例如：主菜單顯示如圖9所示：

本機(jī)采用的是獨(dú)立式按鍵，直接用I/O口線構(gòu)成單個(gè)按鍵電路。每個(gè)按鍵單獨(dú)占有一根I/O口線，且其工作狀態(tài)不會(huì)影響其它I/O口線的工作狀態(tài)。由于MSP430 F135的端口1、2均具有中斷功能，所以可以采用了中斷方式的獨(dú)立式按鍵電路，電路連接如圖10所示：

由于在使用過(guò)程當(dāng)中，每個(gè)按鍵和液晶菜單相聯(lián)系，從而要在單一按鍵上要實(shí)現(xiàn)不同的功能，所以簡(jiǎn)單的獨(dú)立式按鍵電路還不能滿足設(shè)計(jì)的需要，在這里就必須使用軟按鍵輪詢技術(shù)。軟按鍵輪詢技術(shù)是用于將菜單和按鍵組合在一起的用戶界面新技術(shù)。該技術(shù)使得用戶可以在單一的功能鍵上進(jìn)行多種選擇。也就是說(shuō)，每個(gè)按鍵可以和一個(gè)命令菜單或參數(shù)菜單相聯(lián)系，用戶可以通過(guò)按合適的鍵(如光標(biāo)鍵)來(lái)選擇所需要的命令， 也就是說(shuō)采用按鍵嵌套的方法來(lái)使同一按鍵實(shí)現(xiàn)不同的功能。

三、 小結(jié)

心電圖機(jī)是診斷心臟病的重要儀器之一，目前市場(chǎng)上有多種心電圖機(jī)，但是這些心電圖機(jī)都不太適合在家庭中使用。微型家用心電圖機(jī)正是面向廣大用戶而設(shè)計(jì)的。它體積較小，攜帶方便，便于出門在外使用。操作簡(jiǎn)單，功能齊全、價(jià)格便宜、功耗低，性價(jià)比高，適用于在廣大家庭中推廣應(yīng)用，因而將為人們及時(shí)、隨地的心臟監(jiān)測(cè)和保健帶來(lái)方便。

該微型家用單導(dǎo)心電圖的突出特點(diǎn)就是功耗低，性能好。與其他心電圖機(jī)的突出不同之處在于，本系統(tǒng)采用新型低功耗16位單片機(jī)--MSP430 F135來(lái)作為整個(gè)系統(tǒng)的控制核心。由于采用了功能強(qiáng)大的MSP430單片機(jī)，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的硬件電路與以往有較大差異。MSP430 F135有著豐富的外圍模塊，因此比較容易地實(shí)現(xiàn)了心電信號(hào)的采集、處理、存儲(chǔ)、打印以及發(fā)送，從而使整個(gè)硬件電路得到極大地簡(jiǎn)化。

參考文獻(xiàn)

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