便携式心电监护系统的设计

文章摘要：USB模块负责完成心电数据的本地高速回放，它提供了另一种数据传输手段。通常的串口RS-232只是利用一条线进行数据传输，而USB传输是利用D+和D-线上的差分信号，与主机进行数据的传输，充分保证了数据传输的可靠性。本系统采用恩智浦公司的PDIUSBD12实现USB传输。 PDIUSBD12(以下简称D12)是恩智浦公司的一款性价比很高的USB芯片，完全符合USB1.l版的规范。是在USB1.1协议设备端使用最多的芯片之一，是一种纯粹的USB接口芯片，需要外部微处理器控制。 本系统利用Rabbit3000微处理器控制USB芯片D12来完成USB传输，此时D12就是单片机的一个外设。D12与Rab

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USB模块负责完成心电数据的本地高速回放，它提供了另一种数据传输手段。通常的串口RS-232只是利用一条线进行数据传输，而USB传输是利用D+和D-线上的差分信号，与主机进行数据的传输，充分保证了数据传输的可靠性。本系统采用恩智浦公司的PDIUSBD12实现USB传输。

PDIUSBD12(以下简称D12)是恩智浦公司的一款性价比很高的USB芯片，完全符合USB1.l版的规范。是在USB1.1协议设备端使用最多的芯片之一，是一种纯粹的USB接口芯片，需要外部微处理器控制。

本系统利用Rabbit3000微处理器控制USB芯片D12来完成USB传输，此时D12就是单片机的一个外设。D12与Rabbit3000之间的数据传输是通过8位数据线来实现的，即D12的并口数据线D0-D7与Rabbit3000的数据线D0-D7直接相连。

D12的INT_N引脚与Rabbit3000复用引脚INT0A相连，作为Rabbit3000的外部中断输入。当D12需要进行操作时，就利用INT_N引脚发出一个中断请求，Rabbit3000立即响应中断，对其进行操作。D12的RD_N和WR_N分别与Rabbit3000的IORD和IOWR相连，以控制数据传输的方向。D12的RESET_N与Rabbit3000的复用引脚PE4相连，Rabbit3000可以利用这个引脚向D12发出一个低电平，RESET_N被置为低电平后，D12便自动复位了。D12的CS_N与Rabbit3000的复用引脚PE7相连，可以通过这个引脚来控制片选。如图3所示。

图3：PDIUSBD12模块硬件连接图。

D12有两种数据总线方式：多路地址/数据总线方式和单地址数据总线方式。本系统采用单地址数据总线方式，将D12的ALE接地，A0与Rabbit3000的地址总线A0相连，在片选信号有效的前提下(即PE7=0)，当A0=1时，CPU给D12发命令；当A0=0时，CPU向D12写数据或从D12读数据。因此，地址0xE001为发送命令地址，地址0xE000为读写数据地址。

系统软件设计

软件设计借鉴了软件工程的设计思想。采用了分层和模块化的设计思路，为代码的组织、维护和升级都提供了便利。而且，即使以后更换硬件系统平台，也能够保证大部分代码可重用。软件总体结构如图4所示。下面重点介绍无线模块和USB模块的软件设计。

1. 无线模块软件设计

无线模块MC35与Rabbit3000的串口B相连，并通过串口向MC35发送AT指令，进行拨号、设置等操作。

MC35与网关的通信协议为PPP协议(Point-to-Point Protocol)，PPP协议是一种基于TCP/IP协议栈的数据链路层协议，是为在两个对等实体间传输数据包，建立简单连接而设计的，主要用于广域网的连接，但在局域网的拨号连接中同样可以采用。MC35本身不支持PPP协议，要通过MC35拨号上网必须编写程序实现PPP协议，同时还要实现TCP/IP协议。

开机后首先初始化MC35模块，这里要注意的是初始化MC35模块时，需要给IGT引脚一个低电平，并保持120~140ms，才能完成初始化操作。然后启动MC35并登陆移动梦网网关，建立与服务提供商的连接。

登陆成功后，MC35具有两种工作状态：数据传输状态和空闲状态。MC35在空闲状态下的电流一般为15mA，而且在空闲状态下，MC35还支持多种休眠模式。为降低功耗，本系统启用了MC35的休眠功能，设置为休眠模式7。在该休眠模式下，电流可以降到3mA左右。

图4：心电监护系统软件总体结构。

2. USB模块软件设计

USB接口对于使用者来说十分简单方便，但从开发者角度来看，最大的缺点就是协议的复杂性增加了，因此也就导致了USB设计的复杂性。USB软件设计包括三个方面：固件(firmware)设计、驱动程序设计和主机端应用程序的设计。

a. 固件设计

固件是固化在单片机中的程序代码，可采用汇编语言或C语言设计。它运行在微处理器上，用来响应主机的请求。即它与USB控制器一起完成枚举过程和主机通信。USB协议规定任何传输过程都是由主机端发起并控制的，在枚举过程中，主机通过USB控制器的端点0的默认管道建立控制传输过程，D12响应主机的要求，主要是发送特定的描述符(如设备描述符、配置描述符、接口描述符、端点描述符、字符串描述符和厂商描述符)给主机。主机从获得的描述符来了解该设备的配置和能力，并完成对USB设备的配置。枚举过程结束后，主机就可以与D12进行数据传输了。

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