便携式心电监护系统的设计

                                            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。

三、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。

本系统的固件编程采用标准C语言来编写，设计固件程序时需要注意的是：D12的中断输出为电平触发，Rabbit3000的中断为上升沿或下降沿触发。在设计程序时，使用下降沿加延时，可使低电平保持一段时间，从而达到同样的效果。

b. 驱动程序设计

在Windows系统下，与USB外设的任何通信都必须通过设备驱动，设备驱动使应用程序访问硬件设备成为可能。USB驱动程序的编写与硬件相关，属于核心模式。微软的DDK在这方面提供了较为详细的说明。

c. 应用程序的设计

本系统采用VB编写上位机应用程序。它主要负责实现利用USB接口从心电监护仪中读取心电数据，并把心电数据保存到数据库中，同时在PC机屏幕上绘制心电波形。

四、本文小结

本文所研制的便携式移动心电监护仪，能够在计算机屏幕上准确地描绘出心电波形，经中国医科大学附属二院的医生认定，可作为临床诊断依据；本系统实用性强，且体积小、经济方便。患者可随时随地对心脏进行实时监护，而不受时间和空间限制；本系统所具有的无线传输功能，可以实时地把心电数据传送给医院供医生诊断，极大地提高了急救效率。