基于USB的12导联同步心电采集系统

　　1　引　　言

　　自从心电图机发明以来,它己成为医院诊断心脏有关疾病的常规检查项目。随着电子技术和计算机技术的发展,多个心电导联信号的同步采集和自动分析功能已逐渐成为医院心电监护仪器的主要发展方向[1]。医疗方式也在向社区化、家庭化方向变革。由于家用PC机的普及,灵活方便USB口的使用,因此基于USB接口的计算机心电采集系统比较适合在家庭使用。当患者偶尔感到心前区疼痛时,可以及时地记录心电波形,以便尽早发现有关疾病。

　　2　硬件系统组成

　　硬件系统组成如图1所示。由肢体电极和胸电极采集的心电信号通过电阻导联网络产生Ⅰ、Ⅱ和V1∶V68路导联信号;仪器放大器INA115和隔离放大器IS0122实现人体心电信号的高精度的隔离放大;从隔离放大器输出的信号分别用MAX280单片集成五阶巴特沃斯低通滤波器滤除高频干扰后,再用50Hz陷波器去掉工频干扰,加到由两片高速四通道同步采样12位AD转换芯片AD7864组成的同步A/D的8个输入端,在8位64管脚单片机AT89C51ED2的控制下,以15kHz的采样率同步采集8导联心电信号,并且经USB接口芯片FT245BM将数据送入计算机。其余导联的信号在计算机上通过Einthoven公式获得。

　　3　单片机及A/D转换电路[2]

　　单片机AT89C51ED2和两片A/D芯片AD7864组成的8通道12位同步A/D转换电路如图2所示。由于两片A/D U1和U2和USB接口芯片U5的数据线、控制线较多,选用了具有6个8位I/O的8位单片机AT89C51ED2。AD7864是ANALOG DEVICES公司的高速、低功耗、四通道同时采样12位AD,其四通道同时转换的速度为130kSPS。

　　U4单片机在16M时钟下工作时,TIMER2可以在T2脚输出61Hz:4M的方波信号。编程输出的15kHz信号同时加在U1和U2的转换启动CONVST引脚,实现输入到同步转换。IN1∶IN8的8导联信号的U1和U2转换完成信号BUSY分别与单片机的外部中断INT0和INT1相连。在外部中断过程中,首先通过单片机的P4.0或P4.1输出U1或U2的片选信号;P4.3输出低电平,P4.2输出低电平,单片机执行读数据指令,2-4译码器U3(74HC139)的Y0脚输出的负脉冲作用在U1和U2的RD,将CS有效的A/D第1通道低8位数据读入单片机,同时将高4位数据锁存在U8(74HC574)内;P4.3输出低电平,P4.2输出高电平,单片机执行读数据指令,2-4译码器U3的Y1脚输出的负脉冲作用在U8的0C端,将已保存在U8的第1通道高4位数据读入单片机;重复执行上述两次读数据指令,利用U1和U2内数据的自动载入功能读入其他3个通道的数据。通过U1和U2的产生的两次中断,可读入8个导联信号。U1和U2的2.5V参考电压通过U7(AD780)产生。

　　4　USB接口[3]

　　USB接口芯片采用英国Future Technology De-vice Intl.Limited的FT245BM。FT245BM自带384字节FIFO输出缓冲和128字节FIFO输入缓冲,具有1M字节/秒数据传输能力,且USB协议已固化在芯片内,使用非常方便。