基于MSP430設(shè)計(jì)的微型家用心電圖機(jī)的實(shí)現(xiàn)

一、概述

心血管疾病是一種較為普遍的疾病，隨著生活節(jié)奏的加快，生活水平和健康意識(shí)的提高，人們需要隨時(shí)對(duì)心臟進(jìn)行健康監(jiān)護(hù)并且能在比較危急的情況下進(jìn)行及時(shí)的診治；同時(shí)，如果長期住在醫(yī)院里面進(jìn)行監(jiān)護(hù)和治療，那樣花費(fèi)高而且也給醫(yī)院帶來了不小的門診壓力。心電圖機(jī)是診斷心臟病的重要儀器之一，目前市場上有多種心電圖機(jī)，但是這些心電圖機(jī)都不太適合在家庭中使用。為此，一種能夠在家庭中應(yīng)用、操作簡單、價(jià)格便宜的低功耗家用電圖機(jī)的設(shè)計(jì)方案應(yīng)運(yùn)而生。

總所周知，隨著科學(xué)技術(shù)的推進(jìn)、人類社會(huì)的發(fā)展進(jìn)步，全球醫(yī)療儀器的發(fā)展也是日新月異。21世紀(jì)的醫(yī)療行業(yè)主要呈現(xiàn)以下兩個(gè)特點(diǎn)：第一、未來的醫(yī)療世界，主要的代表產(chǎn)品是納米機(jī)械元件、隨身佩戴式化學(xué)感測器、居家保健應(yīng)用醫(yī)療器材等。第二、信息與醫(yī)療技術(shù)緊密地結(jié)合在一起。家用心電圖機(jī)的設(shè)計(jì)正是順應(yīng)這兩個(gè)大趨勢。另外，從這次SARS病毒爆發(fā)來看，可以預(yù)計(jì)，它將會(huì)推動(dòng)居家保健應(yīng)用醫(yī)療器材的發(fā)展。因此，家用心電圖機(jī)在國內(nèi)外都是一種新型產(chǎn)品，具有極大的市場發(fā)展?jié)摿Α?

二、功能與基本原理

（一）總體設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)心臟的"健康監(jiān)護(hù)"和"家庭門診"，該家用心電圖機(jī)具有以下基本功能：

• 利用液晶顯示系統(tǒng)實(shí)時(shí)顯示心電波形和工作菜單；
• 利用外部存儲(chǔ)器將需要存儲(chǔ)的心電信息保存以便日后作為診治參考；
• 利用打印機(jī)將心電圖打印存檔；
• 可整理保存用戶的記錄信息；
• 多種操作模式，自動(dòng)，手動(dòng)操作可以任意選擇；
• 可以方便的將從人體采集到的心電信號(hào)傳送到相關(guān)的醫(yī)療機(jī)構(gòu)。

• 抗干擾能力強(qiáng)；
• 體積小，重量輕，攜帶方便；
• 操作簡單；
• 功耗低；
• 為了得到廣泛推廣使用，生產(chǎn)成本要低，必須有比較好的性能價(jià)比。

德州儀器公司所提供的MSP430為高整合、高精度的單芯片系統(tǒng)，是目前工業(yè)界中具有最低功耗的flash 16-bits RISC微控制器。MSP430 F135具有強(qiáng)大的處理功能和豐富的外圍模塊，可方便地實(shí)現(xiàn)心電信號(hào)的采集、處理、存儲(chǔ)、打印以及傳輸。另外，將其作為系統(tǒng)的控制核心，可以極大地簡化整個(gè)硬件電路和提高系統(tǒng)的性價(jià)比。

心電信號(hào)由電極或?qū)?lián)線從人體采集，經(jīng)放大、濾波處理后進(jìn)入單片機(jī)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，送液晶顯示。如需存儲(chǔ)則按下存儲(chǔ)鍵后心電數(shù)據(jù)就會(huì)存儲(chǔ)到外部存儲(chǔ)器中，而且在需要回放、打印、傳輸時(shí)，可以直接從外部存儲(chǔ)器中調(diào)出使用，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)各種功能。可以直接利用網(wǎng)絡(luò)或電話將家用心電圖機(jī)所監(jiān)測的數(shù)據(jù)傳送到相關(guān)的醫(yī)療機(jī)構(gòu)，經(jīng)過診斷、處理之后由醫(yī)療機(jī)構(gòu)反饋回來，因而方便和高效地實(shí)現(xiàn)了"家庭門診"和"健康監(jiān)測"，既節(jié)省了用戶開支又相對(duì)減輕了醫(yī)院的門診壓力。本系統(tǒng)采用了圖1所示的電路結(jié)構(gòu)。

（二）心電信號(hào)的檢測及采集

家用心電圖機(jī)所需檢測的心電信號(hào)幅值在0.05～4 mV，頻率在0.05～72Hz。而檢測中存在的主要干擾信號(hào)有電極板與人之間的極化電壓、50Hz工頻干擾、儀器內(nèi)部噪聲和儀器周圍電場磁場電磁場的干擾等等。心電信號(hào)中50Hz工頻干擾可以利用自適應(yīng)模板法消除，則心電圖機(jī)模擬部分可以采用如圖2所示的硬件結(jié)構(gòu)。心電信號(hào)經(jīng)電極或?qū)?lián)線采集后，先要進(jìn)行電壓放大。電壓放大器一般由兩級(jí)組成，前級(jí)采用負(fù)反饋差動(dòng)放大電路。系統(tǒng)中，采用TI公司的基于雙運(yùn)放電路的微功耗儀表放大器INA321芯片作為心電信號(hào)的前級(jí)放大器，放大倍數(shù)為10倍。由于72Hz以上的干擾信號(hào)較強(qiáng)而0.05Hz以下的干擾信號(hào)相對(duì)較弱，所以在濾波電路中，采取先低通濾波取出72Hz以下的信號(hào)，然后接高通的方式，這樣就能濾除極化電壓信號(hào)得到心電信號(hào)。由于在前面的濾波電路中采用了RC高通濾波電路，該電路具有較高的輸出阻抗，所以后級(jí)放大采用了同相放大電路，放大倍數(shù)為20倍。

心電信號(hào)的最高幅值為4mV，經(jīng)過200倍的放大為0.8V，而A/DC的輸入范圍為0～2.5V，設(shè)計(jì)時(shí)取中間值1.25V為參考，所以放大后的心電信號(hào)疊加參考電壓1.25V后大小為(1.25±0.8)V，正好落在A/DC的模擬輸入信號(hào)范圍。同時(shí)，心電信號(hào)的頻率在0.05～72Hz之間，為了保證采樣定理的要求和保證轉(zhuǎn)換速率可以選取采樣率fs=200Hz。MSP430 F135自帶高速12位逐次逼近型ADC12，該ADC12具有內(nèi)部參考電壓、采樣保持和自動(dòng)掃描功能，有8個(gè)外通道4個(gè)內(nèi)通道，高達(dá)200KHz的采樣速率，多種采樣方式，因而完全能夠滿足要求。

（三）單片機(jī)系統(tǒng)--MSP430 F135

基于功能、價(jià)格、功耗以及家用心電圖機(jī)設(shè)計(jì)的實(shí)際需要等幾個(gè)方面的考慮，本系統(tǒng)選用具有12位ADC的超低功耗微處理器MSP430 F135作為系統(tǒng)的控制核心，它是TI公司2000年底新推出的超低功耗Flash型16位RISC指令集單片機(jī)。它具有豐富的片內(nèi)外圍，是一款性價(jià)比極高的單片機(jī)。利用它作心電信號(hào)的采集與處理，不僅極大地簡化了系統(tǒng)硬件電路，還大大提高了系統(tǒng)的性價(jià)比。MSP430 F135的結(jié)構(gòu)原理如圖3所示。

由結(jié)構(gòu)原理圖可知，MSP430 F135包含了16KB Flash和512B RAM，還帶有以下幾種外設(shè)：基本時(shí)鐘系統(tǒng)(片內(nèi)DCO和兩個(gè)晶體振蕩器)、看門狗定時(shí)器/通用目的定時(shí)器、帶3個(gè)捕獲/比較寄存器3和PWM輸出的16位定時(shí)器Timer_A、帶3個(gè)捕獲/比較寄存器和PWM輸出的16位定時(shí)器Timer_B3、I/O端口1～6（每一個(gè)有8個(gè)I/O，其中端口1和2均具有中斷功能）、比較器_A、12位A/D轉(zhuǎn)換器ADC12、通用串行同步/異步接口USART0。

MSP430 F135包含了一個(gè)具有八個(gè)外部通道的12位高性能A/D轉(zhuǎn)換器、一個(gè)具有自動(dòng)掃描功能的容量為16個(gè)字的可編程緩沖器、片內(nèi)參考電壓、一個(gè)溫度傳感器以及電池低壓時(shí)的檢測電路，A/D轉(zhuǎn)換器的速度可高達(dá)200KHz。利用芯片內(nèi)置的自動(dòng)掃描功能，A/D轉(zhuǎn)換器可以不需要中央處理器的協(xié)助而獨(dú)立工作，并且將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)自動(dòng)存入緩沖區(qū)。這樣，中央處理器的工作負(fù)擔(dān)就大為減輕。換言之，可以讓處理器去執(zhí)行其它的數(shù)字信號(hào)運(yùn)算或進(jìn)入省電工作模式。除此之外，內(nèi)置的參考電壓以及溫度傳感器可以減少外部器件數(shù)目并且降低系統(tǒng)的整體成本。心電信號(hào)經(jīng)過200倍放大之后經(jīng)端口6進(jìn)入該A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換的結(jié)果自動(dòng)存放在相應(yīng)通道的寄存器中，然后再送到外部心電信號(hào)存儲(chǔ)器中。

由于內(nèi)置了功耗極低的快速閃存，MSP430 F135在待機(jī)模式下所消耗的電能還少于電池未使用時(shí)的自然損耗。除此之外，它可在6ms之內(nèi)從待機(jī)模式立刻轉(zhuǎn)回到完全工作模式，因?yàn)樵趩?dòng)過程中器件不會(huì)浪費(fèi)任何時(shí)間，從而可延長電池的壽命。在正常的工作狀態(tài)下，如果工作電壓為2.2V，器件每個(gè)MIP所消耗的電流只有250μA。

MSP430 F135有片內(nèi)Flash ROM，給用戶的開發(fā)調(diào)試帶來極大的方便。目前的開發(fā)環(huán)境大都采用IAR公司的WINDOWS WORKBENCH軟件，與之配套的有TI公司提供的開發(fā)套件MSP-FET430P140，可實(shí)現(xiàn)的功能為程序的下載、更新、運(yùn)行、調(diào)試。由PC環(huán)境下的JTAG控制實(shí)現(xiàn)FLASH的編程，由片內(nèi)仿真邏輯控制的全速調(diào)試可設(shè)3個(gè)斷點(diǎn)。用戶在自己的目標(biāo)板上引出JTAG引線到調(diào)試裝置便可實(shí)現(xiàn)程序的下載與調(diào)試。

MSP430F135的基本時(shí)鐘系統(tǒng)包括一個(gè)片內(nèi)DCO和兩個(gè)晶體振蕩器，可以產(chǎn)生三種系統(tǒng)適用的時(shí)鐘信號(hào)：ACLK、MCLK和SMCLK。其中，主系統(tǒng)時(shí)鐘MCLK用于CPU和系統(tǒng)，輔助時(shí)鐘ACLK和子系統(tǒng)時(shí)鐘SMCLK用于外圍模塊。可以通過對(duì)不同模塊操作模式和CPU狀態(tài)的智能化管理，使得MSP430 F135的工作方式可以適應(yīng)多種超低電壓和超低功耗的需求，即使在中斷處理期間也一樣，一個(gè)中斷事件可以把系統(tǒng)從各種低功耗方式喚醒并且通過RETI指令返回到中斷以前的工作狀態(tài)。下面是MSP430 F135芯片支持的六種工作方式：

1)活動(dòng)方式(AM):CPU和不同組合的外圍模塊被激活，處于活動(dòng)狀態(tài)；

2)低功耗方式0(LPM0):CPU停止工作，外圍模塊繼續(xù)工作，ACLK和SMCLK有效，MCLK的環(huán)路控制有效；

3)低功耗方式1(LPM1):CPU停止工作，外圍模塊繼續(xù)工作，ACLK和SMCLK有效，MCLK的環(huán)路控制無效；

4)低功耗方式2(LPM2):CPU停止工作，外圍模塊繼續(xù)工作，ACLK有效，SMCLK和MCLK環(huán)路控制無效；

5)低功耗方式3(LPM3):CPU停止工作，外圍模塊繼續(xù)工作，ACLK有效，SMCLK和MCLK環(huán)路控制無效并且數(shù)字控制振蕩器DCO的DC發(fā)生器被關(guān)閉；

6)低功耗方式4(LPM4):CPU停止工作，外圍模塊繼續(xù)工作(如果提供外部時(shí)鐘)，ACLK信號(hào)被禁止，晶體振蕩器停止工作,SMCLK和MCLK環(huán)路控制無效并且數(shù)字控制振蕩器DCO的DC發(fā)生器被關(guān)閉。

由上可知，MSP430 F135的超低功耗性能的實(shí)現(xiàn)主要與它對(duì)時(shí)鐘的產(chǎn)生與控制密切相關(guān)。在超低功耗的設(shè)計(jì)中CPU的大部分時(shí)間都處于休眠狀態(tài)。MSP430 F135有5種低功耗模式，在主程序中CPU完成了相應(yīng)的設(shè)置或任務(wù)之后就讓CPU進(jìn)入適當(dāng)?shù)牡凸哪Ｊ?。CPU所需完成的大部分工作都在中斷服務(wù)程序中完成，由相應(yīng)的中斷喚醒CPU完成中斷服務(wù)，執(zhí)行完成之后再進(jìn)入低功耗模式。從而可以通過軟件對(duì)內(nèi)部時(shí)鐘系統(tǒng)的不同設(shè)置來控制芯片，使它處于不同工作方式。整個(gè)時(shí)鐘系統(tǒng)提供豐富的軟硬件組合形式以達(dá)到最低的功耗并發(fā)揮最優(yōu)的系統(tǒng)性能。

（四）外部心電數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器--1兆位3V供電的閃速可編程可電擦除的16位存儲(chǔ)器AT29LV1024

AT29LV1024是一種3V系統(tǒng)供電的閃速可編程可電擦除的16位存儲(chǔ)器（PEROM），具有1M位的存儲(chǔ)空間，1M位的存儲(chǔ)空間分成512個(gè)分區(qū)，每一分區(qū)128個(gè)字。該芯片采用ATMEL公司先進(jìn)的非易失性的COMS工藝制造，在使用溫度范圍內(nèi)存取時(shí)間為150ns，此時(shí)功率消耗僅為54mW。當(dāng)AT29LV1024處于休眠狀態(tài)時(shí)，CMOS的維持電流不超過50μA。AT29LV1024的每一分區(qū)可擦寫超過10,000次。

AT29LV1024具有掉電保護(hù)功能，方便的在線編程能力不需高的輸入電壓，指令系統(tǒng)在3V電壓下即可控制AT29LV1024。從AT29LV1024中讀取數(shù)據(jù)與EPROM的操作相似，再編程能力是以每一分區(qū)為單位的，128字的數(shù)據(jù)裝入AT29LV1024的同時(shí)完成編程。在一個(gè)再編程周期里，存儲(chǔ)單元的尋址和128字的數(shù)據(jù)通過內(nèi)部鎖存可釋放地址和數(shù)據(jù)總線，這樣可為其他操作提供地址和數(shù)據(jù)總線。編程周期開始AT29LV1024會(huì)自動(dòng)擦除分區(qū)的內(nèi)容，然后對(duì)鎖存的數(shù)據(jù)在定時(shí)器的作用下進(jìn)行編程。編程周期的結(jié)束是通過查詢I/O7或者I/O15的 有效時(shí)實(shí)現(xiàn)的，一旦編程周期結(jié)束，就可開始一個(gè)新的讀或編程操作。

AT29LV1024的工作原理如圖4所示。

AT29LV1024是一種新型的存儲(chǔ)器，具有以下特點(diǎn)：（1）3V～3.6V供電范圍；（2）單一3V讀寫操作；（3）硬件和軟件數(shù)據(jù)保護(hù)；（4）快速讀取時(shí)間：150ns；（5）低功率消耗：15mA有效電流，50μA CMOS維持電流；（6）分區(qū)程序操作：擦除、編程單向循環(huán)方式，512個(gè)分區(qū)（128字/分區(qū)），內(nèi)部地址和128字?jǐn)?shù)據(jù)鎖存；（7）快速的的分區(qū)編程周期：20ms；（8）內(nèi)部程序和定時(shí)器控制；（9） 查詢程序是否結(jié)束；（10）典型擦除、編程可超過10 000次；（11）CMOS和TTL可兼容的輸入輸出；（12）有商用和工業(yè)用的溫度可選范圍。

在家用單導(dǎo)心電圖機(jī)中，利用AT29LV1024作為單片機(jī)片外擴(kuò)展的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，存放心電數(shù)據(jù)，這些存放的數(shù)據(jù)可在線實(shí)時(shí)使用或需要時(shí)從存儲(chǔ)器中讀取。AT29LV1024的掉電保護(hù)的功能可以在意外掉電或關(guān)閉電源的情況下保存數(shù)據(jù)，這樣不僅確保了數(shù)據(jù)的可靠性，還可以省電。由于AT29LV1024可作程序存儲(chǔ)器也可作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，因而在這里存放從人體采集的心電數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)是通過單片機(jī)的A/D轉(zhuǎn)換獲得的心電信號(hào)的數(shù)字量，這些數(shù)字量首先存放在單片機(jī)的內(nèi)部RAM中，當(dāng)內(nèi)部RAM存滿128字之后數(shù)據(jù)便依次存放在外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器AT29LV1024中，今后需要使用這些數(shù)據(jù)時(shí)，便可從AT29LV1024中讀出。AT29LV1024可存儲(chǔ)或修改幾段不同時(shí)期的心電波形，例如：用戶的日常病例，以供日后參考。當(dāng)需要更新這些數(shù)據(jù)時(shí)可以通過電擦除更新已存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，以重新存儲(chǔ)新的心電數(shù)據(jù)。

由于從AT29LV1024的再編程能力是以每一分區(qū)為單位的，128字的數(shù)據(jù)裝入AT29LV1024的同時(shí)完成編程，它的每次操作時(shí)是以128字單位的，每次存儲(chǔ)、更新都是128字，并且每次在送128字?jǐn)?shù)據(jù)之前都需要進(jìn)行初始操作，程序如下：

MOV A, #AAAAH
MOV DPTR, #5555H
MOVX @DPTR, A
MOV A, #55H
MOV DPTR, #2AAAH
MOVX @DPTR, A
MOV A, #A0A0H
MOV DPTR, #5555H
MOVX @DPTR, A

AT29LV1024在系統(tǒng)中的應(yīng)用使用戶不僅能快速地實(shí)現(xiàn)所需功能，而且電擦除的方式為程序和數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和更新提供了方便，特別是其掉電保護(hù)的功能可以在意外掉電或關(guān)閉電源的情況下保存數(shù)據(jù)，確保了存儲(chǔ)的可靠性并減少了耗電，是以往采用RAM所不具有的功能，對(duì)于心電數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)有很大的方便，例如從人體所采樣的A/D值可隨時(shí)存儲(chǔ)在AT29LV1024中，以便回放、打印、傳輸時(shí)調(diào)用。

(五)液晶顯示系統(tǒng)--LMS0912A液晶顯示模塊

LMS0192A液晶模塊是一種小型的液晶系統(tǒng)，它的外觀尺寸為79×42mm，44個(gè)引腳。160×64點(diǎn)陣顯示，點(diǎn)大小為0.30×0.34(mm)，點(diǎn)間距0.34×0.38(mm)。內(nèi)部擁有大規(guī)模集成并帶有驅(qū)動(dòng)器和控制器，它直接受單片機(jī)控制，接收8位的串行或并行顯示數(shù)據(jù)的同時(shí)可將數(shù)據(jù)顯示，并將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在片內(nèi)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中（DDRAM）。DDRAM中的數(shù)據(jù)顯示單元與液晶屏的點(diǎn)陣單元存在一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，并且LMS0192A液晶模塊數(shù)據(jù)的讀寫操作不受外部時(shí)鐘的控制，因而LMS0192A的顯示具有很高的靈活性。LMS0192A液晶模塊帶有液晶必須的電源驅(qū)動(dòng)電路，這樣可用最少的元件和最小的功耗實(shí)現(xiàn)模塊的功能。

在微型家用心電圖機(jī)中采用LMS-0192A液晶顯示模塊作為菜單和心電波形的顯示。它以MSP430作為液晶的微處理器，通過單片機(jī)采集和處理心電數(shù)據(jù)，輸出給液晶顯示。

1、接口方式：MSP430與LMS-0192A的接口如圖5所示。

3、漢字菜單的顯示：菜單主要是由漢字組成，可通過漢字字庫將每個(gè)漢字轉(zhuǎn)換為16×16點(diǎn)陣共32個(gè)16進(jìn)制的數(shù)據(jù)送液晶顯示。每個(gè)漢字的數(shù)據(jù)分別對(duì)應(yīng)一個(gè)數(shù)據(jù)表，程序可通過查表的方式顯示漢字。

4、心電波形顯示：心電波形是一系列的曲線，在液晶上要顯示這些曲線需要將相應(yīng)的點(diǎn)陣顯示，對(duì)于一條心電曲線，起始顯示數(shù)據(jù)點(diǎn)在起始列只顯示一點(diǎn)，從第二個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)開始，要在下一列顯示上一數(shù)據(jù)點(diǎn)到此次數(shù)據(jù)點(diǎn)之間的線段。具體方法可通過16進(jìn)制的數(shù)據(jù)除以總頁數(shù)8得到商和余，得到的商為此數(shù)據(jù)點(diǎn)所在的頁，得到的余為此數(shù)據(jù)點(diǎn)所在頁的行數(shù)。注意的是每一數(shù)據(jù)點(diǎn)應(yīng)在相應(yīng)的列，因?yàn)榱械刂访克鸵粋€(gè)數(shù)據(jù)自動(dòng)加1，因而在每次從DDRAM中讀取數(shù)據(jù)時(shí)一定要保證列位置的正確，否則會(huì)出現(xiàn)曲線的混亂。這樣利用LMS-0192A液晶模塊將心電波形打印或直接從液晶上讀取信息，為診斷提供依據(jù)。

5、液晶初始化的程序如下(模塊使用前，必須往引腳/RES 送/RES 信號(hào)，送/RES 信號(hào)后,模塊可自動(dòng)設(shè)定默認(rèn)值。):

MOV DBUS， #0ABH ；內(nèi)部晶振打開
MOV DBUS， #02FH ；置供電路控制，本模塊典型值為02FH
MOV DBUS， #024H ；V5 電壓調(diào)節(jié)內(nèi)部電阻比值，可以根據(jù)用戶調(diào)節(jié)
MOV DBUS， #081H ；電控設(shè)置,兩語句配合使用
MOV DBUS， #018H ；預(yù)設(shè)對(duì)比度調(diào)節(jié)該值，可以調(diào)節(jié)ＬＣＤ對(duì)比度
MOV DBUS， #0A2H ；置LCD偏壓比，1/7 偏壓
MOV DBUS， #0A0H ；ADC 選擇，設(shè)置列正向輸出
MOV DBUS， #0C0H ；COMMON 輸出狀態(tài)選擇，設(shè)置掃描方向正常
；如果ADC=1，請(qǐng)選擇反向
MOV DBUS， #0AFH ；顯示開

（六）心電信號(hào)的電話傳輸--脈寬調(diào)制法

在家用心電圖機(jī)中，設(shè)有脈寬調(diào)制電話傳輸這一功能。這里采用了脈寬調(diào)制的基本原理，并且根據(jù)實(shí)際需要提出了一種改進(jìn)的脈寬調(diào)制方法，使脈寬調(diào)制和解調(diào)的硬件和軟件方法簡單，信號(hào)解調(diào)后失真小，可以實(shí)現(xiàn)快速的電話傳輸。其主要原理如圖6所示。用戶在家中或任何有電話的地方都可將存儲(chǔ)在家用心電圖機(jī)中的心電信號(hào)驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器經(jīng)聲音耦合后通過電話網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到醫(yī)院。醫(yī)院的接收系統(tǒng)經(jīng)過放大、濾波，利用比較器產(chǎn)生脈沖波形，此波形進(jìn)入單片機(jī)后通過程序計(jì)算出每一個(gè)脈沖所代表的采樣值，此后單片機(jī)將獲得的采樣值利用串口通訊發(fā)送到計(jì)算機(jī)中，計(jì)算機(jī)經(jīng)VC++程序處理再現(xiàn)心電波形。

1.發(fā)送部分

MSP430 F135將心電的12位A/D采樣值存儲(chǔ)在外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中，當(dāng)需要進(jìn)行電話發(fā)送時(shí)從外部RAM中取出，并且取低10位用來控制定時(shí)器產(chǎn)生寬度隨采樣值變化的脈沖，這一脈沖就可認(rèn)為是經(jīng)過采樣調(diào)制過的脈沖信號(hào)（圖7，其中τ1為第一個(gè)采樣值對(duì)應(yīng)的脈沖寬度，T1為第一個(gè)采樣值的脈沖周期，同理τ2為第二個(gè)采樣值對(duì)應(yīng)的脈沖寬度，T2為第二個(gè)采樣值的脈沖周期），這樣的脈沖驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器通過電話網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到醫(yī)院。電話傳輸信號(hào)的頻率范圍為300－1300Hz，300Hz的采樣值對(duì)應(yīng)時(shí)間τ應(yīng)為1.667ms＝1667μs，對(duì)應(yīng)定時(shí)器的定時(shí)值τ'=0682H，定時(shí)器TH0TL0=F97DH(定時(shí)器0加計(jì)數(shù))，1300Hz則對(duì)應(yīng)定時(shí)器的定時(shí)值τ'=0180H，定時(shí)器TH0TL0=FE7FH(定時(shí)器0加計(jì)數(shù))。因而所有采樣值的定時(shí)值0180Hτ'0682H，由于采樣值可能為零，所以在采樣值的基礎(chǔ)上加上0200H（>0I80H）的基值，這樣采用10位采樣值，最大為03FFH，最小為0000H，加上基值后的0200h≤τ' ≤05FFH在τ'的允許范圍之內(nèi)，因而可以準(zhǔn)確無失真的傳輸。

2.接收部分

微型家用心電圖機(jī)配有接收系統(tǒng)，揚(yáng)聲器BEEP接收到信號(hào)之后由雙運(yùn)放TL062構(gòu)成低通濾波器，截止頻率f=1/2ΠC1R2=1300Hz，并且放大倍數(shù)為3.3×106/100×103=33，TL062的第二級(jí)構(gòu)成比較器，使輸入的信號(hào)經(jīng)比較器后成為寬度變化的脈沖方波，每一個(gè)變化的脈沖寬度代表了一個(gè)接收到的心電信號(hào)采樣值，此脈沖波進(jìn)入單片機(jī)后通過計(jì)算恢復(fù)出心電采樣值。

（七）菜單界面及鍵盤接口

在家用心電圖機(jī)中，提供四個(gè)按鍵供用戶操作，對(duì)應(yīng)于液晶顯示器上相關(guān)菜單。菜單包括：歡迎菜單、主菜單、次級(jí)菜單等三個(gè)層次，均由液晶顯示提供。每一級(jí)菜單提供給用戶簡單的提示方便用戶使用，因而用戶只需在菜單的提示下按一鍵（有A、B、C、D四個(gè)鍵）便可完成所需要的操作。例如：主菜單顯示如圖9所示：

本機(jī)采用的是獨(dú)立式按鍵，直接用I/O口線構(gòu)成單個(gè)按鍵電路。每個(gè)按鍵單獨(dú)占有一根I/O口線，且其工作狀態(tài)不會(huì)影響其它I/O口線的工作狀態(tài)。由于MSP430 F135的端口1、2均具有中斷功能，所以可以采用了中斷方式的獨(dú)立式按鍵電路，電路連接如圖10所示：

由于在使用過程當(dāng)中，每個(gè)按鍵和液晶菜單相聯(lián)系，從而要在單一按鍵上要實(shí)現(xiàn)不同的功能，所以簡單的獨(dú)立式按鍵電路還不能滿足設(shè)計(jì)的需要，在這里就必須使用軟按鍵輪詢技術(shù)。軟按鍵輪詢技術(shù)是用于將菜單和按鍵組合在一起的用戶界面新技術(shù)。該技術(shù)使得用戶可以在單一的功能鍵上進(jìn)行多種選擇。也就是說，每個(gè)按鍵可以和一個(gè)命令菜單或參數(shù)菜單相聯(lián)系，用戶可以通過按合適的鍵（如光標(biāo)鍵）來選擇所需要的命令， 也就是說采用按鍵嵌套的方法來使同一按鍵實(shí)現(xiàn)不同的功能。

三、 小結(jié)

心電圖機(jī)是診斷心臟病的重要儀器之一，目前市場上有多種心電圖機(jī)，但是這些心電圖機(jī)都不太適合在家庭中使用。微型家用心電圖機(jī)正是面向廣大用戶而設(shè)計(jì)的。它體積較小，攜帶方便，便于出門在外使用。操作簡單，功能齊全、價(jià)格便宜、功耗低，性價(jià)比高，適用于在廣大家庭中推廣應(yīng)用，因而將為人們及時(shí)、隨地的心臟監(jiān)測和保健帶來方便。

該微型家用單導(dǎo)心電圖的突出特點(diǎn)就是功耗低，性能好。與其他心電圖機(jī)的突出不同之處在于，本系統(tǒng)采用新型低功耗16位單片機(jī)--MSP430 F135來作為整個(gè)系統(tǒng)的控制核心。由于采用了功能強(qiáng)大的MSP430單片機(jī)，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的硬件電路與以往有較大差異。MSP430 F135有著豐富的外圍模塊，因此比較容易地實(shí)現(xiàn)了心電信號(hào)的采集、處理、存儲(chǔ)、打印以及發(fā)送，從而使整個(gè)硬件電路得到極大地簡化。