基于dsp的数字化医学信号采集系统的研究

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1、基于DSP的数字化医学信号采集系统的研宄王磊刘帅宋光(中国医学科学院北京协和医学院生物医学工程研究所天津300192)基金项目:国家自然科学基金资助项目(30672583)；中央级公益性科研院所基木科研业务专项。作者简介：王磊(1982-),男，硕士，主要研究方向：生物医学信号采集与处理、生物电阻抗技术。【摘要】介绍了一种基于ADS1274与TMS320VC5502型数字信号处理器相结合的高精度四通道数字化医学信号采集平台。充分利用DSP的数字信号处理能力设计了IIR数字滤波器对釆集到的数据进行数字滤波，并通过蓝牙通讯模

2、块实现了与PC机无线数据传输。实验结果表明该数字信号采集系统具有电路设计简单、体积小、功耗低、信号采集实时性好、精度高、抗干扰能力强等多种优点。【关键词】数字化采集；数字滤波；蓝牙通讯【中图分类号】R814.42【文献标识码】B【文章编号】1008-6455(2010)09-0325-021绪论目前在临床医学上最常用的心电图机、脑电图机、肌电图机、监护仪、诱发电位图仪、以及各类超声诊断设备设计制造的核心部分就是信号的采集。而人体电生理信号的幅度却只有几微伏到几毫伏的范围，且信号比较微弱很容易受外界干扰，但是这些信号却直接

3、反映了人体的生命信息，在临床上具有非常重要的意义。为了实现对人体电信号的采集，通常需要加多级放大，将信号放大到比较大的幅度并进行模拟滤波再利用ADC进行采样，即传统的模拟信号采集处理方法；木文所要介绍的数字信号采集方法：在输入端只采用阻抗变换模块，将信号进行差分后直接接高精度ADC模块，然后利用DSP的数字信号处理能力设计数字滤波器的方法对数据进行滤波处理，实现对微弱信号的采集，并通过蓝牙模块实现与PC机的无线通讯。由于数字医学信号釆集方法具有诸多传统模拟釆集方法所不具备的优点，因此其必将成为以后技术发展的主流。2系统硬

4、件设计系统硬件设计以DSP芯片(TMS320VC5502)为主控制芯片，通过ADS1274将阻抗匹配后的电信号进行高精度AD采样并传入DSP进行数字信号处理后，经由无线蓝牙通讯模块送PC机进行显示。整个硬件采集电路具有设计简单、体积小、功耗低、信号采集实时性好、抗干扰能力强等特点。系统设计结构如图1所示：2.1系统主芯片介绍2.1.1TMS320VC5502简介［1］:该芯片为TI公司TMS320C55XX系列16位定点DSP，具有低功耗、高性能等特点。在计算能力方面，VC5502具有强大的实时数字信号处理能力，工作时钟

5、频率最高可达300MHz;具冇双MAC单元，即最高600MMACS(MillionMultiply-AccumulatesPerSecond),因此能够满足大部分信号处理算法的运算要求；提供了32K*16位片内RAM,为程序的运行提供了足够的内存空间；通过EMIF接口可与外部标准存储器空间实现无缝连接；外设丰富等特点。在功耗方面，VC5502是现在世界上能耗最低的芯片之一。VC5502的这些特点，非常适合作为本系统的主控制芯片。2.1.2ADS1274简介［2LADS1274是德州仪器(TI)公司推出的一款24位高精度A

6、D转换器。该AD芯片内部集成奋多个独立的高阶斩波稳定调制器和FIR数字滤波器，可实现4通道同步采样，支持高速、高精度、低功耗、低速4种工作模式，具有62KHZ的带宽，采样频率最高可达128KS/S。该芯片采用差动输入方式，所以输入端可直接与传感器或微小的电压信号相连；可通过设置相应的输入/输出引脚选择工作模式，无需寄存器编程，其数据输出可选择帧同步或SPI串行接口，便于连接至DSP,可满足要求严格的多通道医学信号采集应用。2.2信号采集电路设计:由于人体的阻抗比较高，被测人体信号微弱易受干扰等因素，我们在信号采集的最前端

7、进行阻抗匹配，苏实质是放大倍数为一的射极跟随器，这样可以调节输入输出阻抗。经过阻抗匹配，根据仪表放人器的原理［3】，冋时根据ADS1274差分输入的方式，设计了双运放差分放大信号检测电路，电路放大倍数为(l+2R2/Rl＞［(IN+)-(IN-＞］，如图2所示。电路放大差模信号，抑制共模信号，差模放人倍数值越高，共模抑制比越高，当输入信号中含冇共模噪声吋，也将被抑制，同吋减小温度漂移的影响。2.3TMS320VC5509与ADS1274接口电路［4］:ADS1274提供SPI或FRAME-SYNC接可方便地实现与处理器的

8、连接。该系统通过TMS320VC5502的多通道缓冲串口(McBSP)与ADS1274数据传输。TMS320VC5502与ADS1274的电路连接如图3所示。2.4蓝牙通讯模块设计:系统通信模块主要是DSP与PC机之间的通信。这里我们选用的是无线蓝牙串口模块［5】，如图4所示。该串口模块上底板带有RS232接UI，串