采用EFM32單片機的心電信號發(fā)生器的設計

　　摘要：本文基于挪威的Energy Micro最新推出的32位超低功耗單片機EFM32LG332F64設計的一款心電信號發(fā)生器，采用PC機的USB為系統供電并傳輸數據，利用該單片機的內置DAC與USB功能，實(shí)現了波形數據的模擬，采用模擬開(kāi)關(guān)電路控制輸出波形的導聯(lián)切換，無(wú)需內置電源、體積小、使用方便，為心電信號的研究分析和醫療儀器的研發(fā)檢測提供了一個(gè)便捷的檢測、實(shí)驗工具。

　　引言

　　心電信號反映的是心臟興奮的產(chǎn)生和傳導以及恢復過(guò)程中生物電的變化，在臨床研究上具有重要的意義。隨著(zhù)各種心電診斷設備的出現，心電圖機、心電監護、動(dòng)態(tài)心電記錄儀等醫療設備的熱銷(xiāo)，人們對心電的研究更加深入。而在研發(fā)過(guò)程中，從人體采集心電信號作為設備的輸入端存在著(zhù)一些不便，這時(shí)就需要一種可以模擬人體心電信號的設備。本文設計的心電信號發(fā)生器，選擇EFM32LG332F64單片機作為主處理器，與PC機配合利用單片機的USB與DAC功能，可以模擬輸出心電信號和一些常用的檢測信號，如正弦波、方波、三角波、常規或異常心電波形。方便了心電設備的研制，同時(shí)也給一些科研院所的項目科研或者醫院設備科對設備的日常維護與檢測帶來(lái)了方便。

　　系統結構

　　該信號發(fā)生器主要由三個(gè)部分組成，首先由PC機選擇所要輸出的波形以及輸出波形的導聯(lián)，通過(guò)USB數據線(xiàn)將導聯(lián)命令和波形數據包(正弦波、三角波、方波或心電波形)傳輸到主處理器EFM32LG332F64端，然后通過(guò)EFM32的DAC模塊，將波形數據轉換為模擬信號輸出到電壓跟隨器1，以提高信號的帶負載能力，再由電壓跟隨器將波形數據輸出到模擬開(kāi)關(guān)電路，最后通過(guò)單片機控制模擬開(kāi)關(guān)電路，選擇輸出波形的導聯(lián)。系統所需電源由PC機的USB提供，USB數據線(xiàn)提供的5V經(jīng)過(guò)LDO穩壓為3.3V，其中3.3V電壓經(jīng)過(guò)分壓再由電壓跟隨器2跟隨，為RL和LL提供1.65V的基準電壓，其中電壓跟隨器1和電壓跟隨器2為一個(gè)雙運放芯片。系統結構框圖如圖1所示。

　　硬件電路設計

　　本文所用USB座選擇愛(ài)特姆公司的MICRO USB 5P 座，該USB座尺寸較小，節省空間，5pin引腳方便與單片機相連接。只需要將USB座的DM與DP引腳連接到單片機的相應USB引腳即可。為了節省資源，整個(gè)心電發(fā)生器的電源部分，由PC機通過(guò)USB數據線(xiàn)和硬件電路中的USB座連接，將其中的5V電通過(guò)一個(gè)電壓轉換芯片AMS1117轉換成3.3V，為整個(gè)硬件電路供電，其中USB_IN連接單片機的GPIO口，用來(lái)檢測USB和PC機的連接狀態(tài)。供電電路如圖2所示。