远程心电医疗信号监测系统的设计与实现

计中对SD卡的协议采用软件编写：首先在SoPC Builder里定义了6个I／O口：SD_CMD，SD_DAT0-DAT3，SD_CLK，分别对应SD卡的命令、数据、时钟端口，然后在NiosⅡIDE上按照SD卡的传输协议编写C程序来对6个I／O口进行操作，以此来实现SD卡的传输协议。

3.6 数据传输模块设计

设计采用DM9000A作为以太网控制芯片。DM9000AEP是一款完全集成的和符合成本效益单芯片快速以太网MAC控制器与一般处理接口，一个10/100M自适应的PHY和4K DWORD值的SRAM 。它的目的是在低功耗和高性能进程的3.3V与5V的支持宽容。 DM9000Aep还提供了介质无关的接口，来连接所有提供支持介质无关接口功能的家用电话线网络设备或其他收发器。该DM9000AEP支持8位， 16位和32 -位接口访问内部存储器，以支持不同的处理器。DM9000Aep物理协议层接口完全支持使用10MBps下3类、4类、5类非屏蔽双绞线和100MBps下5类非屏蔽双绞线。

基于DM9000A的HAL设备驱动设计主要分为两步：首先是DM9000A的Avalon总线接口逻辑设计；其次DM9000A的读写驱动程序设计；最后按照HAL的驱动模式将DM9000A的驱动程序移植进HAL。DM9000A是作为Avalon总线的从外设与NiosⅡ进行通信。

DM9000A不允许直接访问芯片内部的寄存器，需要通过数据端口和索引端口来读写。而这两个端口由CMD管脚控制：当CMD接高电平时为数据端口，CMD接低电平为控制端口。支持处理器读写内部存储器的数据操作命令以 字节/ 字/ 双字的长度进行，集成10/100M自适应收发器，支持介质无关接口，支持背压模式半双工流量控制模式，IEEE802.3x流量控制的全双工模式，支持唤醒帧，链路状态改变和远程的唤醒，4K双字SRAM 。

应用程序设计采用TCP／IP、HTTP协议，把监测器作为Web服务器端，远程PC端作为客户端通过网页显示采集到的心电波形。

4 实验结果

系统对人体心电信号进行了采集，通过LCD面板进行实时显示。通过SD卡存储数据，同时采用以太网网络将数据发送到远程的PC端上，以下是对系统功能的验证与测试结果。

4.1 信号采集调理模块

心电信号采集调理模块是自行设计的采集板，主要测量参数为前置放大器的通道带宽、放大能力和陷波特性。经测试，测试信号在1～1 kHz的频带带宽内放大增益基本稳定在12.1 dB，即其通道带宽能≥1 kHz；在频率为20 Hz和50 Hz时，放大器对40～800 mV信号的放大能力增益并无明显变化，基本稳定在11.7～13.1 dB；同时，陷波器在对50 Hz信号滤波时能将放大增益控制到0.5 dB以下。

4.2 信号显示模块

图5是采集后的心电信号通过本地的LCD面板实时显示。从显示结果看，心电信号的PQRST五个特征点明显，波形平滑，并且在实际测量中稳定无干扰，能真实反映出采集后的心电信号。

4.3 网络传输模块

在设计中，网络接口功能的实现使采集到的心电信号通过以太网发送到远程PC端，实现数据的远程传输。根据TCP／IP协议与HTTP协议，信号经过打包处理后发送到网络上。在远程PC端，通过网页浏览器就可以观看到服务器端采集到的心电波形。

5 结语

本文描述了一种基于NiosⅡ软核处理器的远程心电医疗信号监测系统的设计，该设计已完成了系统平台的搭建，并通过了EDA软件仿真验证和在DE2开发板上板级验证，能够实现对心电信号的采集调理、信号波形和数据的LCD显示、数据的存储、网络传输。

System-on-a-Programmable-Chip，即可编程片上系统。 用可编程逻辑技术把整个系统放到一块硅片上，称作SOPC。可编程片上系统（SOPC）是一种特殊的嵌入式系统：首先它是片上系统（SOC），即由单个芯片完成整个系统的主要逻辑功能；其次，它是可编程系统，具有灵活的设计方式，可裁减、可扩充、可升级，并具备软硬件在系统可编程的功能。设计中采用了SOPC技术与IP核复用技术，缩短了系统开发周期，同时使系统具有便携式、灵活性、功能可扩展等功能。