基于ARM核的ADμC7O26硬件系統(tǒng)開發(fā)及其在醫(yī)療儀器中的應(yīng)用

0 引言
隨著人們生活水平的不斷提高，人們對(duì)于自身健康的關(guān)注也提升到一個(gè)前所未有的高度。在今天，越來(lái)越多的高科技手段開始運(yùn)用到醫(yī)療儀器的設(shè)計(jì)當(dāng)中。心電圖、腦電圖等生理參數(shù)檢測(cè)設(shè)備，各類型的監(jiān)護(hù)儀器，超聲波、X射線成影設(shè)備，核磁共振儀器，以及各式各樣的物理治療儀都開始在各地醫(yī)院廣泛使用，并且醫(yī)學(xué)儀器正在向著組合式、多功能、智能化和微型化方向發(fā)展。現(xiàn)代的醫(yī)學(xué)儀器一般都廣泛采用了嵌入式微處理器來(lái)增強(qiáng)儀器的智能化程度，提高其穩(wěn)定性和數(shù)據(jù)處理的精確性，使醫(yī)學(xué)信號(hào)的采集、處理、通信一體化，并具有自診斷、自校驗(yàn)等一系列優(yōu)點(diǎn)。其中ARM(Advanced RISC Machines)嵌入式微型主板作為中央處理模塊，憑借自身體積小巧、功能強(qiáng)大、功耗低和穩(wěn)定性強(qiáng)、采用硬件與指令雙重加速來(lái)提高性能和指令速度的優(yōu)勢(shì)得到廣泛的應(yīng)用，成為多家醫(yī)療設(shè)備廠家的首選。

1 ADUC7026的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)
從ARM體系結(jié)構(gòu)上看，嵌入式系統(tǒng)主要由嵌入式處理器、支撐硬件和嵌入式軟件組成。處理器通常是單片機(jī)或微控制器；支撐硬件主要包括存儲(chǔ)介質(zhì)、通信部件和顯示部件等；嵌入式軟件則包括支撐硬件的驅(qū)動(dòng)程序、操作系統(tǒng)、支撐軟件以及應(yīng)用中間件等?？梢?jiàn)，嵌入式系統(tǒng)是一個(gè)很大的概念，一旦嵌入式處理器和支撐硬件選定了，那么工作最多的就集中在嵌入式軟件當(dāng)中了。許多運(yùn)算量大的儀器都采用了ARM系統(tǒng)，美國(guó)模擬器件公司ADI是一家精于運(yùn)放和高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)設(shè)計(jì)與生產(chǎn)的芯片生產(chǎn)公司，在得到ARM授權(quán)后把自己公司中的高精度ADC、成熟的脈沖調(diào)制、多路分頻等融合為一體，使ARM微控制器不僅具備功能強(qiáng)大的32bit RISC微控制器(MCU)內(nèi)核，同時(shí)具備16通道、快速、12bit分辨率的ADC和4個(gè)12bit分辨率數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)的精密數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器。因此ADμC7026集成了ARM7TDMI內(nèi)核，它具有基于閃存的16bit ／32bit RISC(精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī))微控制器，其最高處理能力高達(dá)45MIPS(Million Instructions Per Second)。模擬外設(shè)包括，多達(dá)16通道的快速、12bit分辨率ADC、4個(gè)獨(dú)立12bit分辨率DAC和一個(gè)溫漂優(yōu)于10ppm／℃的精密帶隙基準(zhǔn)電壓源、8kB片內(nèi)SRAM，62kBFLASH，可擴(kuò)展存儲(chǔ)空間為512k，JTAG端口支持代碼下載與調(diào)試，一個(gè)比較器，可編程邏輯陣列(PLA)和3相脈寬調(diào)制(PWM)發(fā)生器，40個(gè)通用I／O口，1個(gè)ART,4個(gè)通用定時(shí)器，4個(gè)外部中斷，其它外設(shè)包括一個(gè)比較器，PLA和3相PWM發(fā)生器。該系列器件也支持靈活的待機(jī)(休眠)和喚醒模式，引腳采用了LFCSP或LQFP小封裝，從而避免或減少了外界的干擾，提高了測(cè)量精度。其內(nèi)部框圖如圖1所示。

2 ADμC7026硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)
目前，一般的醫(yī)學(xué)院校針對(duì)醫(yī)學(xué)影像技術(shù)專業(yè)都開設(shè)了《醫(yī)用影像設(shè)備學(xué)》這門課程。由于一些實(shí)際的醫(yī)療儀器的控制部分都是集成在機(jī)器內(nèi)部，很不方便學(xué)生完成單個(gè)電路的控制操作實(shí)驗(yàn)，并且還存在著諸如實(shí)驗(yàn)設(shè)備昂貴、缺少、很難滿足學(xué)生的實(shí)際需要等客觀條件，為此結(jié)合醫(yī)學(xué)影像技術(shù)專業(yè)的實(shí)際情況，以美國(guó)ADI公司生產(chǎn)的AUDC7026為核心開發(fā)一款既可以用于學(xué)生完成一般的電路硬件實(shí)驗(yàn)，又可以用于師生硬件開發(fā)的ARM硬件系統(tǒng)，從而研制出適合學(xué)生完成醫(yī)療設(shè)備控制部分的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，以幫助學(xué)生從實(shí)踐中去掌握一些醫(yī)療儀器的基本組成、工作原理、接口電路以及硬件連接，并在此基礎(chǔ)上拓展軟、硬件開發(fā)的基本能力，為培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和今后的實(shí)際應(yīng)用打下良好的基礎(chǔ)。所開發(fā)的硬件系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。