USB信号采集卡的设计与开发



2011-09-21 18:02　作者：九视电子　出处：www.360tsw.com

　　【摘要】一种心电信号通过USB口传入计算机，用于显示、存储和分析的采集、传输采集卡的研制。从硬件角度介绍三导心电信号的采集、放大、滤波、模数转换和USB传输的电路原理与构成。

　　【关键词】信号采集卡;心电;采集;USB

　　随着临床监护设备的日趋成熟，监护系统的多样化、小型化、便携化等也成为了某些监护设备的一个发展方向。本文介绍的心电信号USB采集卡实现了一种心电电极到计算机的USB采集装置，可将人体心电信号通过计算机的USB接口方便地传人计算机，用于显示、存储和分析。这种设备成本低，便于携带，配备装有显示分析软件的笔记本电脑也可方便医生的出诊，在社区网络化医疗成熟的将来也可实现临床监护的远程化。

　　本采集卡主要由心电电极、模拟电路部分(实现了心电信号的放大、滤波)、数字电路部分(通过单片机的AD转换和UART转USB的转换实信号的USB输出)几部分组成。

　　硬件电路设计(1)模拟电路：三导心电信号首先经射随电路通过2级放大、低通滤波到输出OUT，、OUT2，本电路所选前置放大为AD公司专为心电放大电路设计的仪表放大器AD620m，后级放大选用AD公司的AD8552，该芯片集成2个运算放大器，用放大滤波。(2)单片机部分：单片机部分主要解决的模拟信号的模数转换和数据打包通过UART发送给后端芯片。

　　本设计的单片机选用耵公司的MSP430F1222，这是一款16位flash集成8路lO位200kbpsA/D转换器，硬件UART口，以及16位RISC精简指令结构，125ns指令周期等优点，方便了本采集的设计开发。采集卡采用2路ⅣD以及UART口输出。

　　UART转USB部分：当今USB设备的应用广泛，其便捷，支持热插拔等优点越来越被人们所接受，USB协议的芯片机，内部片也层出不穷，但是其开发过程较为复杂，固件设计开发周期也比较长。由于心电信号对于传输系统要求的数据率并不是很高，以前用串口通信足以满足其需要，因此，本设计采用了Sun.Plus公司的一款UART转USB的芯片SPCP825。这款一个符合USBl.1标准的全速功能控制器、缓冲器和带有调制解调器接口信号的异步串行数据总线，同时具有1个集成的内部时钟和USB收发器。它体积小，集成度高，使用简单，成本并且该公司提供了Windows上的驱动程序，大大节省了开发的周期。

　　电源部分：本设计采用USB口供电，这也改变了原有的串口心电采集采集卡要使用外接电源的缺点，使得该设备更加便携化和小型化。由于心电放大滤波电路需要+3V供电，而单片机MSP430需要+3V供电，因此，本设计选用MIM公司的电源芯片MAX768，该芯片通过外接电阻可以将USBVI的5V电压整理输出+3V，电压输出与输入同外接电阻的关系为：其中，最大输出电流能达到5mA，足以满足本设计的供电需要。

　　单片机程序流程单片机程序。程序首先将AD管脚和UART管脚定义并初始化，设置AD采样率和UART的波特率，对ADl和AD2管脚的信号采入并按一定协议打包通过UART口输出到后端芯片，如果需要计算机对本采集卡加以控制，也可将后端芯片发过来的UART信号控制AD转换

　　本采集卡实现了三导心电信号的采集并—通过USB口传送到计算机(手提电脑)等设备供其显示、存储、分析，方便了相关医疗设备的小型化、便携化，也为医生的出诊等提供了方便。