动态心电图机USB2.0接口设计

　　1 引言

　　常规的心电图是病人处在静卧(非活动状态)下的一种短时间(几秒～几十秒)的心电波形记录，很难捕捉到各类隐性、偶发性心律失常等心脏疾病的数据。为了及时发现和治疗早期和各类隐性心脏疾病，需要长时间(2 4 小时以上)连续记录病人的心脏搏动图形数据，称为动态心电图(dynamic electrocardiogram DCG)。由病人随身携带、24 小时连续记录病人心脏搏动图形数据的设备称为动态心电图仪，通常以其发明者的姓名称呼为 Holter。早期的Holter 是采用微型磁带，以模拟的方式记录心电数据，随着半导体存储器技术的飞速发展，目前已开始采用大容量半导体存储器以数字方式记录长达 2 4 小时的心电数据。它们的共同特点是都要把记录的数据传输给计算机进行分析诊断。以往的传输方式是采用总线型数据采集卡，不但造价高，安装和使用都很不方便，不能即插即用。本文介绍一种动态心电图仪 U S B 接口的应用设计。

　　2 动态心电图仪系统原理

　　心电仪信号是由心电导联电极采集人体肌肤指定部位的模拟电压信号(1 m V - 5 m V )，经信号调理电路滤波、放大后送模数变换器(A / D )转换成数字信号。本设计中 A/D 转换芯片选用 ADI 公司的 AD9223，单电源供电，1 2 位精度，转换速率最高可达 3 M S P S ，片内集成高性能的采样保持放大器和参考电压，转换精度 1 /2LSB。调理电路的频率范围位 0.05 - 75Hz，设定 A/D 采样速率 1000Hz。

　　A / D 变换后的心电波形数据通过单片机控制送入大容量Flash 存储器存储。Flash 存储器选用三星公司基于N A N D 技术的闪速存储器 K 9 F 1 G 0 8 U 0 M 。该器件供电电压 2.7-3.3V，体积小，功耗低，最大存储容量128MB，按页读写，按块擦除。其阵列组织为 1Page = 2KByte，1 Block =64Pages，1 Device =1024Blocks。

　　单片机采用 ATMEL 公司的 ATmega64L。该单片机属于精简指令集架构的 A V R 单片机系列，内置 6 4 K BROM，4KB SRAM，工作电压 2.7-5.5V。单片机的功能是读取 A D 转换结果，并将其按页存入 F L A S H 芯片中。在向 P C 机传送数据时是按块从 F L A S H 传给 U S B接口芯片 ISP1581 的 FIFO 缓存，再通过 USB 接口送给P C 机。单片机内置大容量 R A M 为按页读写 F L A S H 做了保障，另外，数字电路部分统一的低电压供电确保数字器件的电平兼容性。

　　心电信号前端调理电路从原理到实践都比较成熟(此处不予阐述)，本设计的改进是采用大容量存储芯片和高速 U S B 接口，使动态心电图机的功能和易用性大大提高。

　　3 USB接口设计

　　USB 的全称为 Universal Serial Bus，即通用串行总线，目前已成为绝大数 P C 机的标准配置。U S B 主要具有以下优点：