基于STM32的MIT-BIH心電數(shù)據(jù)的D／A回放

摘要：設(shè)計(jì)基于STM32的MIT-BIH心電數(shù)據(jù)D／A回放，對(duì)整體設(shè)計(jì)方案、硬件組成、軟件設(shè)計(jì)等進(jìn)行了介紹。通過讀取心電數(shù)據(jù)將其進(jìn)行D／A轉(zhuǎn)換，輸出波形與原始波形進(jìn)行比較，較好地實(shí)現(xiàn)了回放功能。由此可見，該系統(tǒng)的性能指標(biāo)達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。能很好地實(shí)現(xiàn)心電數(shù)據(jù)回放，為一系列心電算法的仿真實(shí)踐及實(shí)時(shí)心電監(jiān)護(hù)儀的研制打好了基礎(chǔ)。
關(guān)鍵詞：MIT-BIH心電數(shù)據(jù)庫；D／A轉(zhuǎn)換；STM32；USB接口

0 引言
心電信號(hào)是人類最早開展研究并應(yīng)用于臨床醫(yī)學(xué)的生物電信號(hào)之一，通過對(duì)心電信號(hào)的分析處理能有效地預(yù)測(cè)心臟疾病。如何利用心電數(shù)據(jù)開發(fā)研究相關(guān)的醫(yī)療設(shè)備是對(duì)科研人員至關(guān)重要。心電數(shù)據(jù)的回放就是將原有的存儲(chǔ)的MIT-BIH心電數(shù)據(jù)，根據(jù)其存儲(chǔ)的格式，利用設(shè)計(jì)的系統(tǒng)通過D／A轉(zhuǎn)換最終從終端回放出模擬信號(hào)。本文介紹基于ARM Cortex-M3內(nèi)核的STM32微控制器作為主控嵌入式芯片的心電信號(hào)數(shù)據(jù)回放的設(shè)計(jì)方法。

1 工作原理和硬件設(shè)計(jì)
上位機(jī)應(yīng)用程序讀取心電數(shù)據(jù)庫中一文件，利用設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序與D／A回放模塊設(shè)備進(jìn)行通信。通過USB總線不斷向硬件設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)，設(shè)備接收到的原始數(shù)據(jù)，利用DMA傳輸方式，連續(xù)、不丟失地傳送到DAC模塊中，在定時(shí)器的觸發(fā)下，DAC模塊完成數(shù)據(jù)的D／A轉(zhuǎn)換，最后在終端設(shè)備即示波器上回放出模擬信號(hào)。
D／A回放硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

1．1 STM32F103XX微處理器簡(jiǎn)介
系統(tǒng)硬件采用意法半導(dǎo)體公司開發(fā)的基于Cortex-M3內(nèi)核的新型32位微控制器STM32F103RE作為主控芯片，工作頻率高達(dá)72 MHz，內(nèi)部集成了RAM、全速USB 2．0設(shè)備接口模塊和雙通道的12位高精度D／A轉(zhuǎn)換模塊等豐富的外設(shè)。在結(jié)合了高性能、低功耗和低電壓的同時(shí)，保持了高度的集成性能和簡(jiǎn)易的開發(fā)特性。應(yīng)用開發(fā)時(shí)，只需連接少量的外圍電路即可使電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊。
1．2 D／A轉(zhuǎn)換模塊
D／A轉(zhuǎn)換模塊(DAC)是12位數(shù)字輸入，電壓輸出的D／A轉(zhuǎn)換器。DAC可以配置成8位或12位模式，也可以與DMA控制器配合使用。DAC有2個(gè)輸出通道，每個(gè)通道都有單獨(dú)的轉(zhuǎn)換器，可以工作在雙DAC模式下，DAC集成了2個(gè)輸出緩存，可以用來減少輸出阻抗，無需外部運(yùn)放，即可直接驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載。DAC轉(zhuǎn)換可以選擇外部事件觸發(fā)(定時(shí)器計(jì)數(shù)器，外部中斷線)和軟件觸發(fā)。
使能DAC通道后，STM32F103XX相應(yīng)的GPIO管腳(PA4或PA5)會(huì)自動(dòng)與DAC的模擬輸出相聯(lián)系。為避免寄生干擾和額外功耗，管腳PA4和PA5配置成模擬輸入(AIN)，如圖2所示。