低功耗超大存儲容量的動態(tài)心電記錄儀的設(shè)計
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由電極從人體表面測得的經(jīng)放大后顯示的波形稱為心電圖(Electrocardiogram,簡稱ECG)。臨床上,ECG是醫(yī)生診斷心臟疾病的主要依據(jù)之一。由于一些異常心電信息只有在某些特定情況下才出現(xiàn),因此對ECG進行長時期的記錄有著極其重要的臨床價值。目前國內(nèi)的便攜式ECG記錄儀存儲容量偏小[1～2],最多能記錄8小時的心電數(shù)據(jù);使用微機控制[3]雖監(jiān)控和分析性能優(yōu)良,但其體積大,不適合家庭病人監(jiān)護和救護車中、偏遠地區(qū)以及野戰(zhàn)部隊的危重病人的搶救。因此,開發(fā)了低功耗大存儲容量的小型動態(tài)心電記錄儀,該記錄儀可完整地記錄下24小時的ECG信息;功耗小,可使用便攜式堿性電池供電,對于中小型醫(yī)院、家庭以及在旅途中救護危重病人是有實用價值的。
本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/173526.htm1 心電記錄儀主要器件
圖1是小型心電記錄儀的基本電路組成框圖,該電路中全部芯片均采用低功耗芯片。
小型心電記錄儀的數(shù)據(jù)存儲采用Intel公司的28F128J3 Flash存儲芯片。該芯片采用O.181μm ETOXTMVⅡ(J3C)和0.25μm ETOXTM VI(J3A)每單元存儲兩位的制造技術(shù),使得存儲器的質(zhì)量和可靠性大大提高,存儲密度更高。芯片采用高密度對稱分塊結(jié)構(gòu),有128個128K字節(jié)塊。允許用戶對任意塊進行字節(jié)編程和寫緩沖器字節(jié)編程操作,每字節(jié)編程時間為210μs;若采用寫緩沖器字節(jié)編程方式,32字節(jié)編程共需218μs,每字節(jié)編程時間僅為6.8μs。芯片的塊擦除時間為1s,允許在編程或塊擦除操作的同時進行懸掛中斷去進行讀操作,待讀操作完成后,寫入懸掛恢復(fù)命令,再繼續(xù)編程或塊擦除。芯片的讀操作類似于EEPROM,讀取速度為25ns。芯片使用2.7V～3.6V的電源電壓,最大工作電流為80mA,在休眠模式下電流僅為50μA。同時,其功耗非常小。它的存儲容量為128Mb,即16Mbyte,是一種低功耗、高密度、非易失的動態(tài)心電數(shù)據(jù)采集和存儲介質(zhì),非常適合作為小型動態(tài)心電記錄儀的數(shù)據(jù)存儲器。
本儀器選用四片28F128J3 Flash存儲芯片,合計存儲容量為64Mbyte。按每分鐘采樣200次心電信號計算,24小時需存儲的每導(dǎo)ECG數(shù)據(jù)容量大約為17Mbyte,三導(dǎo)聯(lián)ECG數(shù)據(jù)大約51Mbyte,完全可以滿足要求。在軟件設(shè)計上,采用循環(huán)記錄的形式,當64Mbyte記錄完畢時,擦除一個扇區(qū),再寫入新的心電數(shù)據(jù)。所以該儀器記錄的總是最新的24小時的心電數(shù)據(jù)。
1.2 低功耗單片機W78LE54
W78LE54是Winbond公司推出的一款與MCS-8051全兼容的寬電源電壓范圍(2.4V～5.5V)的低功耗8位單片機。該芯片內(nèi)含16Kbyte的Flash EPROM,256byte的RAM,4個8位雙向I/O口,4位可位尋址的雙向I/O口,3個16位定時器/計數(shù)器,硬件看門狗,1個串行口,8個中斷源。正常工作電流不大于10mA,將單片機設(shè)置為低功耗休眠運行模式,則工作電流僅為1.5mA。而MCS-8051單片機的工作電流最大為40mA,休眠工作模式電流為14mA。而且,W78LE54內(nèi)含程序存儲器,因此讀操作功耗小,不需要采用文獻[1]所述的減小存儲器功耗的方法;同時單片機內(nèi)含程序存儲器,對電磁干擾的抵抗能力更強。可見,W78LE54單片機的總體功耗遠小于MCS-8051系列單片機。選擇W78LE54作為CPU芯片是基于低功耗設(shè)計思路的。
1.3 低功耗、全自治式單片12位A/D轉(zhuǎn)換器
M12L458是美國國家半導(dǎo)體公司于1999年推出的低功耗、寬電壓范圍(3V～5V)的13位(12位+符號位)自治式A/D轉(zhuǎn)換器。該A/D轉(zhuǎn)換器的價格僅為普通12位A/D轉(zhuǎn)換器的兩倍,但綜合性能大大高于普通12位A/D轉(zhuǎn)換器。13位A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換時間為7.7μs,最大功耗為15mW,在3.3V電壓下典型工作電流為2.25mA,最大電流為3.5mA,待機電流為1.5μA,待機功耗為5μW。M12L458是一個全自治式A/D轉(zhuǎn)換器,其內(nèi)部包含一個指令RAM和一個事件序列發(fā)生器,以及一個32字的FIFO數(shù)據(jù)緩沖器,具有自校正功能。它通過16位或8位總線與微處理器接口,有中斷請求與DMA請求功能。芯片復(fù)位后或接收到一個CPU命令時,可以自動完成在線自校正,自校正參數(shù)存入自身的校正數(shù)據(jù)RAM中。A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)先存放在FIFO緩沖器中,最多可存放4組8路數(shù)據(jù)。當CPU接到中斷或DMA請求時,可以直接讀FIFO數(shù)據(jù)緩沖器,或通過DMA控制器將數(shù)據(jù)一次傳入CPU的內(nèi)存,這樣可大大節(jié)省CPU的A/D轉(zhuǎn)換控制開銷。
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