一種基于mcu和dsp的高速數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于生物醫(yī)學(xué)信號(hào)處理領(lǐng)域，尤其涉及一種基于MCU和DSP的高速數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，以單片機(jī)與DSP雙芯片的配置來(lái)實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)處理功能，滿足生物醫(yī)學(xué)信號(hào)處理中對(duì)計(jì)算能力和實(shí)時(shí)性的要求，并留有豐富的擴(kuò)展接口，便于后期功能的擴(kuò)展。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著社會(huì)的進(jìn)步，人們的生活壓力隨著生活節(jié)奏的加快日趨增大。高節(jié)奏高強(qiáng)度的生活方式導(dǎo)致了人們對(duì)身體狀況變化的忽略，往往延誤了最佳的治療時(shí)間。因此早期的，積極的，主動(dòng)的預(yù)防成為了醫(yī)療器械發(fā)展的方向。嵌入式的醫(yī)療設(shè)備可以隨時(shí)隨地的對(duì)機(jī)體進(jìn)行檢測(cè)，有著體積小、重量輕、便于攜帶等優(yōu)勢(shì)，非常適合于日常檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)積極預(yù)防，提前治療的目的。對(duì)人體的檢測(cè)，實(shí)際上就是指對(duì)生物醫(yī)學(xué)信號(hào)的檢測(cè)與處理。
[0003]生物醫(yī)學(xué)信號(hào)處理，是指以生物醫(yī)學(xué)信號(hào)(心電波、腦電波、脈搏波等)為樣本，運(yùn)用通用的信號(hào)處理的方法對(duì)其進(jìn)行加工分析，來(lái)獲取重要信息，進(jìn)而對(duì)肌體的結(jié)構(gòu)和功能進(jìn)行分析，從而為疾病的診斷和自身健康狀況的評(píng)估提供重要的依據(jù)的信號(hào)處理技術(shù)。對(duì)生物醫(yī)學(xué)信號(hào)分析的目的，是為了確定信號(hào)在特征時(shí)間與頻率尺度上的能量分布，以便從中提取出可用于疾病診斷的特征信息。它與一般信息科學(xué)中的信號(hào)處理分支有許多共同的基礎(chǔ)，但是又有其本身的特性。
[0004]生物醫(yī)學(xué)信號(hào)主要是指人體所發(fā)出的各種聲、光、電信號(hào)，屬于強(qiáng)噪聲背景下的低頻微弱信號(hào)。由于受到人體諸多因素的影響，因而有著一般信號(hào)所沒(méi)有的特點(diǎn)。信號(hào)弱，例如從母體腹部取到的胎兒心電信號(hào)僅105微伏。腦干聽(tīng)覺(jué)誘發(fā)響應(yīng)信號(hào)小于ImV ;噪聲強(qiáng)，由于人體自身信號(hào)弱，加之人體又是一個(gè)復(fù)雜的整體，因此信號(hào)易受噪聲的干擾；頻率范圍一般較低，除心音信號(hào)頻譜成份稍高外，其他電生理信號(hào)頻譜一般較低；隨機(jī)性強(qiáng)，生物醫(yī)學(xué)信號(hào)來(lái)源于生物體，由于生物體是一個(gè)龐大而復(fù)雜的系統(tǒng)，且生物體的生理活動(dòng)相互影響、相互滲透地交織在一起，這就造成了生物醫(yī)學(xué)信號(hào)的非平穩(wěn)性質(zhì)，但這種非平穩(wěn)性中恰恰隱藏了大量的生物體信息。處理信號(hào)的特點(diǎn)決定了系統(tǒng)硬件的選擇。通過(guò)上面對(duì)生物醫(yī)學(xué)信號(hào)的分析可以看出，進(jìn)行生物醫(yī)學(xué)信號(hào)處理對(duì)硬件的要求非常的高，體現(xiàn)在對(duì)計(jì)算部分的運(yùn)算能力和實(shí)時(shí)處理能力要求非常的高，同時(shí)對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性提出了很高的要求。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷和不足，本實(shí)用新型的目的在于，提供一種基于MCU和DSP的高速數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，該數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)以單片機(jī)與DSP雙芯片的配置來(lái)實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)處理功能，滿足生物醫(yī)學(xué)信號(hào)處理中對(duì)計(jì)算能力和實(shí)時(shí)性的要求，并留有豐富的擴(kuò)展接口，便于后期功能的擴(kuò)展。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述任務(wù)，本實(shí)用新型采用如下的技術(shù)解決方案:
[0007]一種基于MCU和DSP的高速數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，其特征在于，包括數(shù)據(jù)處理模塊、電源模塊、存儲(chǔ)模塊、看門狗復(fù)位電路、顯示模塊以及通訊模塊；所述的數(shù)據(jù)處理模塊由MSP430F169型MCU和TMS320VC5402型DSP組成，該MCU控制整個(gè)電路工作，該DSP負(fù)責(zé)邏輯運(yùn)算和數(shù)據(jù)處理；所述的電源模塊由TPS73HD318型電源芯片組成，完成5V輸入1.8/3.3V混合輸出；所述存儲(chǔ)模塊由AM29LV400型Flash芯片和CYC1021CV33型SRAM芯片組成，該存儲(chǔ)模塊用于擴(kuò)展DSP的數(shù)據(jù)空間和存儲(chǔ)空間，上述DSP使用EPM7032STC44型CPLD對(duì)存儲(chǔ)空間的映射進(jìn)行控制，以達(dá)到對(duì)映射地址動(dòng)態(tài)控制的目的；所述看門狗復(fù)位電路采用MAX706PMJA型的專業(yè)監(jiān)視芯片，有效監(jiān)督3V系統(tǒng)的電壓變化，針對(duì)DSP系統(tǒng)開發(fā)存在軟件設(shè)置的看門狗，電路中連接了通用輸入輸出管腳B1，所述的顯示模塊由液晶顯示器和鍵盤組成，完成信號(hào)處理結(jié)果的實(shí)時(shí)顯示與記錄；所述通訊模塊采用串口和主機(jī)接口實(shí)現(xiàn)PC和DSP之間的通信，并預(yù)留了多個(gè)控制接口，利于后期對(duì)系統(tǒng)功能的擴(kuò)展；所述DSP與MCU之間采用主機(jī)接口(HPI)的通信方式，該方式通過(guò)引腳連接就可以實(shí)現(xiàn)，這就有助于進(jìn)一步的節(jié)省電路的空間；所述MCU使用異步接收/發(fā)送通信(UART)方式完成MCU與PC之間的數(shù)據(jù)交換，系統(tǒng)選用SIPEX的SP3220芯片保證電平匹配，其中R232-TX0是發(fā)送數(shù)據(jù)端，R232-RX0是接收數(shù)據(jù)端。
[0008]本實(shí)用新型的有益效果是:
[0009]信號(hào)處理要求的計(jì)算量比較高，并且由于要求實(shí)時(shí)測(cè)量，所以運(yùn)算數(shù)據(jù)量極大，對(duì)處理器的要求很高，一般的單片機(jī)是很難滿足要求的，因此需要高性能的DSP芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)。以在生物醫(yī)學(xué)信號(hào)處理中常用的自適應(yīng)濾波器作為例子討論，如果抽頭為51200，階數(shù)為L(zhǎng)=5,每次抽頭采取5個(gè)乘加運(yùn)算(MAC)，則一共要采取51200*5=256000，若采取200Hz采樣率，采樣間隔為l/200=5ms，以TI公司的TMS320VC5402型DSP為例，進(jìn)行一次MAC為10ns，則一次濾波運(yùn)算的數(shù)據(jù)運(yùn)算時(shí)間是256000*10=2.5ms,由此可以看到C54完全可以滿足系統(tǒng)實(shí)時(shí)性的要求。
[0010]從信號(hào)特征上來(lái)說(shuō)，心電信號(hào)時(shí)域特征(波形的輪廓)明顯，幅度比較微弱(mV級(jí))，正常人心臟每分鐘跳動(dòng)65-75次左右，也就是說(shuō)，它的頻率不到IHz。但對(duì)于一些心臟病人來(lái)說(shuō)，其諧波分量(QRS波群)頻率可能達(dá)到10Hz左右，這就表明采樣的頻率不會(huì)過(guò)高，一般在200Hz左右。心電信號(hào)的處理對(duì)于精度沒(méi)有很高的要求，一般8位左右的A/D就可以滿足系統(tǒng)的需要，出于簡(jiǎn)化電路的考慮，實(shí)際選用較多的是MCU片上A/D。綜上所述系統(tǒng)選用TI公司的MSP430F169，該芯片不但含有一個(gè)片內(nèi)的12位A/D，還有一個(gè)12位D/A，能夠方便的對(duì)處理后的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為模擬信號(hào)。
[0011]為了增強(qiáng)系統(tǒng)的擴(kuò)展性，提高DSP的處理能力，系統(tǒng)增加了外置的FLASH和SRAM。C54x系列DSP只能同異步的存儲(chǔ)器直接相接。并且TMS320VC5