摘要：针对人们对心脏疾病问题的日益重视，介绍了一种新型心电检测体系，它具有体积小，实用性强，价格低廉等特色，特别合适家庭运用。一起为了处理与PC间的接口问题，依据USB1.1标准，选用PHILIPS公司的PDIUSBD12接口芯片，大大进步了数据传输的速度。经试验检测，体系运转安稳牢靠。
跟着社会的前进和科技的开展，人们对健康观念、健康办法和途径都发生着深入的改变。我国是心脑血管疾病的高发区，但是大都医院的心电监护设备数量少、不宜移动、且本钱高，无法满意商场的需求。为了满意对心电监护设备的需求，下降医疗本钱，需求一种与PC相结合的心电检测体系。核算机与外设衔接的总线接口由多种形式，其间PCI和ISA总线插拔费事，且扩展槽有限;RS232串行总线传输速度慢且与主机的串行口数目较少。近几年USB总线接口异军突起，它具有热插拔、即插即用、体系扩展和装备便利，高效数据传输等显着长处，克服了传统总线接口的缺点，本文规划的心电监测体系也选用了这种办法。
1 硬件电路规划
1.1 硬件的整体结构
本文规划的心电检测体系硬件整体结构图如图1所示，包含导联电路，滤波扩大电路，微操控器，Flash存储器，电源改换电路和USB接口电路等几部分组成。经过电极从人体收集到心电信号，经导联电路和滤波扩大电路后进入单片机的A /D，再经单片机处理存储到Flash，然后完故意电信号的收集。体系能够经过USB接口电路完成与PC机的通讯，将存储在Flash中的心电数据以文件格局转存到PC机中，然后完成了数据的无限存储功用，一起经过VC软件编程能够在屏幕上显现心电波形。电源改换电路中选用9V电池供电，体积细巧，易于便携运用。
1.2 USB接口电路
本文运用的是Philips公司的PDI-USBD12。 PDI-USBD12是一款性价比很高的USB器材，完全符合USB1.1版的标准。它一般用作微操控器体系中完成与微操控器进行通讯的高速通用并行接口，而且支撑本地的DMA传输。此外，PDIUSBD12还集成了许多特性，包含SoftConnetTM、GoodLinkTM、可编程时钟输出、低频晶振和停止寄存器调集。一切这些特性都为体系节省了很多本钱，一起使USB功用在外设上的运用变得简单。
图2为USB接口电路，USB接口选用4线电缆，D+、D -两根线是用于发送信号，VDD、GND二条线，向设备供给电源。 PDIUSBD12的XTAL1和XTAL2引脚外接6M晶振。数据线和操控线别离与单片机的I /O口相连，经过SPCE061发送指令和数据然后操控USB接口芯片PDIUSBD12，完成数据的快速高效传输。
1.3 单片机体系
本文选用凌阳公司推出的16位SPCE061单片机，该单片机具有较宽的电源电压规模(2.4～3.6V)，CPU最大速度为49.125MHz，8道10位ADC(A /D的转化速度最大为96kbps)，片内2k的RAM，32k的Flash，32个I /O接口等特色。 Flash选用凌阳公司512k*8位的SPR4096，作业电压为2.25～2.75V，它与SPCE061具有很好的彼此传输才能。
1.4 扩大滤波电路
扩大滤波电路如图3所示，前置扩大器选用ANALOG DEVICES公司的AD620，这是一款性价比很高的仪用扩大器，输入失调电压最大为50uV，输入失调漂移0.6uV每度，共膜按捺比120dB(G=10)，且最大供电电流只要1.3mA。扩大器选用低功耗低噪音的TLC2254，每通道供电电流35uA，噪声为19nV /Hz(1kHz)，十分合适便携式设备。因为心电信号多在0.5～150Hz，所以需求进行滤波，在TLC2254上加一个0.48～159Hz的带通滤波器。关于工频50Hz搅扰，为了削减硬件规划，一起考虑下降功耗问题，将选用软件滤波办法，经切比雪夫2次滤波和滑润滤波，作用较为抱负。因为心电信号存在负值，而凌阳单片机的A /D规模为0～3。3V，所以有必要对信号进行抬压。这儿选用LM385 -1.2V精细基准电压源，与信号相加，然后完成了信号一切点的取值为正。
2 体系软件规划
心电检测体系的软件规划包含数据收集存储程序规划和USB数据传输程序规划。
2.1 收集存储程序规划
收集存储程序规划如图4所示，首要对单片机和Flash芯片初始化，设置体系时钟、采样频率、引脚界说等。然后对每次采样数据进行滤波，因为前边硬件规划中现已规划了一个带通滤波器，所以这儿首要考虑去除50Hz工频以及毛刺。选用切比雪夫I型2次滤波能够有用去除50Hz工频而滑润滤波，并能够去除毛刺，公式如下：
考虑到运用切比雪夫滤波器发生的系数为小数，为利于核算，将其改换成整数，每部分系数均乘以4096，取整数部分，核算得到的成果再选用右移12位的办法得到终究成果。
图5为心电信号处理前后对照图，能够看出作用比较显着。
2.2 USB数据传输程序规划
USB数据传输程序规划的意图便是使PDIUS-BD12在USB上到达最大传输速度。 PDIUSBD12的程序规划选用中止驱动，当CPU处理前台使命时，USB的传输可在后台进行，这就保证了最佳的传输速率和更好的软件结构。后台中止服务程序和前台主程序循环之间的数据交换经过事情标志和数据缓冲区来完成。主机首要要发令牌包给PDIUSBD12，PDIUSBD12接纳到令牌包后就给单片机发中止，单片机进入中止服务程序，首要读PDIUSBD12的中止寄存器，判别USB令牌包的类型，然后履行相应的操作。
SPCE061单片机与PDIUSBD12的通讯中，PDI-USBD12担任处理一切与USB总线业务有关的使命，如总线唤醒、数据接纳/发送、打包、CRC校验等，但不担任解说这些数据的含义;SPCE061担任处理数据、呼应主机恳求、以及操控PDIUSBD12的作业。首要是靠单片机给PDIUSBD12发指令和数据来完成的。SPCE061的中央处理单元(CPU)经过履行存储在芯片固件里的指令集来操控PDIUSBD12的活动。CPU支撑一个包含用于移动数据、履行数学和逻辑操作、程序分支等的机器语言指令的指令集。PDIUSBD12的指令字分为三种：初始化指令字、数据流指令字和通用指令字。 PDIUSBD12给出了各种指令的代码和地址。单片机先给PDIUSBD12的指令地址发指令，依据不同指令的要求再发送或读出不同的数据。因而，能够将每种指令做成函数，用函数完成各个指令，今后直接调用函数即可。
图6为程序规划的层次框图，其间D12CI.C、CHAP9.C和ISR.C可进行固件接口的移植，EPPHAL.C和MAINLOOP.C需自行规划。在MAINLOOP.C中需求规划发送USB恳求、读测验Key、操控LED和和处理USB总线事情。在EPPHAL.C中需规划各I/O口对PDIUSBD12个引脚的操控与数据传输。
3 结语
根据USB总线的心电检测体系的软硬件规划及开发，充分体现了USB快捷、低本钱、高抗搅扰等特色。经测验，作业安稳牢靠，心电波形明晰，是一种较为抱负的心电检测体系。因为心电搅扰的复杂性以及软硬件规划中的约束，心电信号的消噪问题还有待进一步进步。
