基于A(yíng)RM核的ADμC7O26硬件系統開(kāi)發(fā)及其在醫療儀器中的應用

0 引言
隨著(zhù)人們生活水平的不斷提高，人們對于自身健康的關(guān)注也提升到一個(gè)前所未有的高度。在今天，越來(lái)越多的高科技手段開(kāi)始運用到醫療儀器的設計當中。心電圖、腦電圖等生理參數檢測設備，各類(lèi)型的監護儀器，超聲波、X射線(xiàn)成影設備，核磁共振儀器，以及各式各樣的物理治療儀都開(kāi)始在各地醫院廣泛使用，并且醫學(xué)儀器正在向著(zhù)組合式、多功能、智能化和微型化方向發(fā)展?，F代的醫學(xué)儀器一般都廣泛采用了嵌入式微處理器來(lái)增強儀器的智能化程度，提高其穩定性和數據處理的精確性，使醫學(xué)信號的采集、處理、通信一體化，并具有自診斷、自校驗等一系列優(yōu)點(diǎn)。其中ARM(Advanced RISC Machines)嵌入式微型主板作為中央處理模塊，憑借自身體積小巧、功能強大、功耗低和穩定性強、采用硬件與指令雙重加速來(lái)提高性能和指令速度的優(yōu)勢得到廣泛的應用，成為多家醫療設備廠(chǎng)家的首選。

1 ADUC7026的結構與特點(diǎn)
從ARM體系結構上看，嵌入式系統主要由嵌入式處理器、支撐硬件和嵌入式軟件組成。處理器通常是單片機或微控制器；支撐硬件主要包括存儲介質(zhì)、通信部件和顯示部件等；嵌入式軟件則包括支撐硬件的驅動(dòng)程序、操作系統、支撐軟件以及應用中間件等?？梢?jiàn)，嵌入式系統是一個(gè)很大的概念，一旦嵌入式處理器和支撐硬件選定了，那么工作最多的就集中在嵌入式軟件當中了。許多運算量大的儀器都采用了ARM系統，美國模擬器件公司ADI是一家精于運放和高精度模數轉換器(ADC)設計與生產(chǎn)的芯片生產(chǎn)公司，在得到ARM授權后把自己公司中的高精度ADC、成熟的脈沖調制、多路分頻等融合為一體，使ARM微控制器不僅具備功能強大的32bit RISC微控制器(MCU)內核，同時(shí)具備16通道、快速、12bit分辨率的ADC和4個(gè)12bit分辨率數模轉換器(DAC)的精密數據轉換器。因此ADμC7026集成了ARM7TDMI內核，它具有基于閃存的16bit ／32bit RISC(精簡(jiǎn)指令集計算機)微控制器，其最高處理能力高達45MIPS(Million Instructions Per Second)。模擬外設包括，多達16通道的快速、12bit分辨率ADC、4個(gè)獨立12bit分辨率DAC和一個(gè)溫漂優(yōu)于10ppm／℃的精密帶隙基準電壓源、8kB片內SRAM，62kBFLASH，可擴展存儲空間為512k，JTAG端口支持代碼下載與調試，一個(gè)比較器，可編程邏輯陣列(PLA)和3相脈寬調制(PWM)發(fā)生器，40個(gè)通用I／O口，1個(gè)ART,4個(gè)通用定時(shí)器，4個(gè)外部中斷，其它外設包括一個(gè)比較器，PLA和3相PWM發(fā)生器。該系列器件也支持靈活的待機(休眠)和喚醒模式，引腳采用了LFCSP或LQFP小封裝，從而避免或減少了外界的干擾，提高了測量精度。其內部框圖如圖1所示。

2 ADμC7026硬件系統設計
目前，一般的醫學(xué)院校針對醫學(xué)影像技術(shù)專(zhuān)業(yè)都開(kāi)設了《醫用影像設備學(xué)》這門(mén)課程。由于一些實(shí)際的醫療儀器的控制部分都是集成在機器內部，很不方便學(xué)生完成單個(gè)電路的控制操作實(shí)驗，并且還存在著(zhù)諸如實(shí)驗設備昂貴、缺少、很難滿(mǎn)足學(xué)生的實(shí)際需要等客觀(guān)條件，為此結合醫學(xué)影像技術(shù)專(zhuān)業(yè)的實(shí)際情況，以美國ADI公司生產(chǎn)的AUDC7026為核心開(kāi)發(fā)一款既可以用于學(xué)生完成一般的電路硬件實(shí)驗，又可以用于師生硬件開(kāi)發(fā)的ARM硬件系統，從而研制出適合學(xué)生完成醫療設備控制部分的實(shí)驗系統，以幫助學(xué)生從實(shí)踐中去掌握一些醫療儀器的基本組成、工作原理、接口電路以及硬件連接，并在此基礎上拓展軟、硬件開(kāi)發(fā)的基本能力，為培養學(xué)生的創(chuàng )新能力和今后的實(shí)際應用打下良好的基礎。所開(kāi)發(fā)的硬件系統組成結構示意圖如圖2所示。