采用EFM32單片機(jī)的心電信號發(fā)生器的設(shè)計

　　摘要：本文基于挪威的Energy Micro最新推出的32位超低功耗單片機(jī)EFM32LG332F64設(shè)計的一款心電信號發(fā)生器，采用PC機(jī)的USB為系統(tǒng)供電并傳輸數(shù)據(jù)，利用該單片機(jī)的內(nèi)置DAC與USB功能，實現(xiàn)了波形數(shù)據(jù)的模擬，采用模擬開關(guān)電路控制輸出波形的導(dǎo)聯(lián)切換，無需內(nèi)置電源、體積小、使用方便，為心電信號的研究分析和醫(yī)療儀器的研發(fā)檢測提供了一個便捷的檢測、實驗工具。

　　引言

　　心電信號反映的是心臟興奮的產(chǎn)生和傳導(dǎo)以及恢復(fù)過程中生物電的變化，在臨床研究上具有重要的意義。隨著各種心電診斷設(shè)備的出現(xiàn)，心電圖機(jī)、心電監(jiān)護(hù)、動態(tài)心電記錄儀等醫(yī)療設(shè)備的熱銷，人們對心電的研究更加深入。而在研發(fā)過程中，從人體采集心電信號作為設(shè)備的輸入端存在著一些不便，這時就需要一種可以模擬人體心電信號的設(shè)備。本文設(shè)計的心電信號發(fā)生器，選擇EFM32LG332F64單片機(jī)作為主處理器，與PC機(jī)配合利用單片機(jī)的USB與DAC功能，可以模擬輸出心電信號和一些常用的檢測信號，如正弦波、方波、三角波、常規(guī)或異常心電波形。方便了心電設(shè)備的研制，同時也給一些科研院所的項目科研或者醫(yī)院設(shè)備科對設(shè)備的日常維護(hù)與檢測帶來了方便。

　　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　該信號發(fā)生器主要由三個部分組成，首先由PC機(jī)選擇所要輸出的波形以及輸出波形的導(dǎo)聯(lián)，通過USB數(shù)據(jù)線將導(dǎo)聯(lián)命令和波形數(shù)據(jù)包(正弦波、三角波、方波或心電波形)傳輸?shù)街魈幚砥?a class="contentlabel" href="http://www.ex-cimer.com/news/listbylabel/label/EFM32">EFM32LG332F64端，然后通過EFM32的DAC模塊，將波形數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為模擬信號輸出到電壓跟隨器1，以提高信號的帶負(fù)載能力，再由電壓跟隨器將波形數(shù)據(jù)輸出到模擬開關(guān)電路，最后通過單片機(jī)控制模擬開關(guān)電路，選擇輸出波形的導(dǎo)聯(lián)。系統(tǒng)所需電源由PC機(jī)的USB提供，USB數(shù)據(jù)線提供的5V經(jīng)過LDO穩(wěn)壓為3.3V，其中3.3V電壓經(jīng)過分壓再由電壓跟隨器2跟隨，為RL和LL提供1.65V的基準(zhǔn)電壓，其中電壓跟隨器1和電壓跟隨器2為一個雙運(yùn)放芯片。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

　　硬件電路設(shè)計

　　本文所用USB座選擇愛特姆公司的MICRO USB 5P 座，該USB座尺寸較小，節(jié)省空間，5pin引腳方便與單片機(jī)相連接。只需要將USB座的DM與DP引腳連接到單片機(jī)的相應(yīng)USB引腳即可。為了節(jié)省資源，整個心電發(fā)生器的電源部分，由PC機(jī)通過USB數(shù)據(jù)線和硬件電路中的USB座連接，將其中的5V電通過一個電壓轉(zhuǎn)換芯片AMS1117轉(zhuǎn)換成3.3V，為整個硬件電路供電，其中USB_IN連接單片機(jī)的GPIO口，用來檢測USB和PC機(jī)的連接狀態(tài)。供電電路如圖2所示。