基于USB和便攜式醫療設備的數據采集系統實(shí)現

引言

　　傳統的醫療設備，特別是便攜式的監護、心電、血壓測量等設備均是采用標準的RS232串行接口進(jìn)行數據的通信與傳輸,已越來(lái)越不能滿(mǎn)足高速據傳輸，高數據存儲以及頻繁的數據采集等要求[1,2]。而USB通訊彌補了這些不足，它有著(zhù)傳輸速度快、可靠性高、易于連接、可熱插拔等許多優(yōu)點(diǎn)。基于此，本文就介紹了一種基于USB總線(xiàn)接口芯片CH375實(shí)現PC機與便攜式醫療設備醫學(xué)信號的實(shí)時(shí)數據采集和傳輸的方法，并給出了相應的源程序。經(jīng)測試，系統工作穩定可靠。

　　1 CH375芯片簡(jiǎn)介

　　CH375 是一個(gè)USB總線(xiàn)的通用接口芯片，支持USB-HOST主機方式和USB-DEVICE/SLAVE 設備方式。在本地端，具有8 位數據總線(xiàn)和讀、寫(xiě)、片選控制線(xiàn)以及中斷輸出，可以方便地掛接到單片/DSP/MCU/MPU等控制器的系統總線(xiàn)上。CH375 芯片內部集成了 PLL 倍頻器、主從 USB 接口 SIE、數據緩沖區、被動(dòng)并行接口、異步串行接口、命令解釋器、控制傳輸的協(xié)議處理器、通用的固件程序等。

　　CH375 芯片內部具有 7 個(gè)物理端點(diǎn)。端點(diǎn) 0是默認端點(diǎn)，支持上傳和下傳，上傳和下傳緩沖區各是8B；端點(diǎn)1包括上傳端點(diǎn)和下傳端點(diǎn)，上傳和下傳緩沖區各是 8B，上傳端點(diǎn)的端點(diǎn)號是81H，下傳端點(diǎn)的端點(diǎn)號是 01H；端點(diǎn)2 包括上傳端點(diǎn)和下傳端點(diǎn)，上傳和下傳緩沖區各是 64B，上傳端點(diǎn)的端點(diǎn)號是 82H，下傳端點(diǎn)的端點(diǎn)號是 02H。主機端點(diǎn)包括輸出端點(diǎn)和輸入端點(diǎn)，輸出和輸入緩沖區各是64B，主機端點(diǎn)與端點(diǎn)2合用同一組緩沖區，主機端點(diǎn)的輸出緩沖區就是端點(diǎn)2的上傳緩沖區，主機端點(diǎn)的輸入緩沖區就是端點(diǎn)2 的下傳緩沖區。本系統就是利用批量端點(diǎn)2來(lái)下傳數據到緩沖區，利用主機端點(diǎn)和端點(diǎn)1來(lái)上傳數據到緩沖區。

　　CH375芯片內置了標準的USB通訊協(xié)議，這就免去了開(kāi)發(fā)人員因編寫(xiě)通訊協(xié)議而耗費的大量時(shí)間，方便了通訊的實(shí)現。尤其是其動(dòng)態(tài)鏈接庫提供的文件級接口，更是方便了數據的讀寫(xiě)。

　　2 系統硬件結構

　　系統的工作過(guò)程是嵌入式醫療設備即下位機(PC104)于DOS狀態(tài)下采集醫療信號送顯示器顯示，然后通過(guò)USB接口送上位機(PC主機)處理，上位機工作在Windows環(huán)境下[3,4]。

　　系統選用帶USB接口的PC104工業(yè)計算機主板，在開(kāi)發(fā)過(guò)程中通過(guò)電源接口外接5V直流電源，通過(guò)顯示器接口外接顯示器，多功能接口外接鍵盤(pán)。為方便軟件的更新，我們把下位機的工作程序寫(xiě)在優(yōu)盤(pán)，外接于PC104主板的USB接口。

　　基于CH375芯片的系統還設計了PC104-USB轉接板，并把其作為PC104主板的擴展模塊通過(guò)PC104總線(xiàn)接口與主板相連接。轉接板上有兩個(gè)USB接口，任選其中一個(gè)通過(guò) USB轉接線(xiàn)與上位機相連即可。這樣系統的硬件平臺便建立起來(lái)了，系統硬件連接如圖1所示。下面詳細介紹系統通訊的軟件實(shí)現。

　　圖1 系統硬件結構圖

　　Figure 1 system hardware structure drawing

　　3 下位機中的程序設計

　　USB協(xié)議規定任何傳輸過(guò)程都是由主機端發(fā)起并控制的，CH375在接收到主機發(fā)來(lái)的數據時(shí)產(chǎn)生中斷，為此下位機要做的工作就是等待CH375的中斷并作相應的處理。

　　下位機工作在DOS狀態(tài)，軟件程序采用BORLANDC語(yǔ)言。主要工作是初始化CH375、查詢(xún)中斷及中斷處理。相關(guān)程序代碼如下：

　?。?）處理接收數據的中斷服務(wù)程序

　　void interrupt USB(__CPPARGS)

　　{

　　 unsigned char len,i;

　　 //獲取中斷狀態(tài)并取消中斷請求

　　CH375WriteCmd(0x22);

　　 d0=CH375ReadData(); //讀回狀態(tài)

　　if((d0==0x02)||(d0==0x01)) //批量端點(diǎn)2接收到PC機發(fā)送的數據

　　{//讀取數據}

　　 inportb(0x21);

　　 outportb(0x20,0x20); //發(fā)EOI命令，

　　 清除中斷

　　}

　　（2）寫(xiě)數據子程序

　　void CH375WriteData( unsigned char dat )

　　{

　　 /* 寫(xiě)數據口 */

　　outportb( PortBaseAddr + 0, dat );

　　 DelayuS( 1 );

　　}

　?。?）讀數據子程序

　　unsigned char CH375ReadData( void )

　　{

　　 unsigned char d;

　　 DelayuS( 1 );

　　 /* 讀數據口 */

　　 d = inportb( PortBaseAddr + 0 );

　　 return( d );

　　}

　?。?）主程序

　　int main(int argc,char *argv[])

　　{

　　 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．

　　 for(;;) //等待

　　 {//軟件進(jìn)入主循環(huán),處理突發(fā)事件

　　 while(kbhit()) ch=getch();

　　 if(ch==27) break;

　　 if(ch==59){.//向PC機發(fā)送數據}

　　 if(ch==60){//寫(xiě)中斷特征數據}

　　 readbufUSB(); //讀USB接口緩沖區數據

　　 }

　　 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．

　　}

　　4上位機中的程序設計

　　因為CH375的動(dòng)態(tài)鏈接庫DLL提供了許多API接口函數，所以應用程序只需通過(guò)幾條簡(jiǎn)單的文件操作API函數，就可以實(shí)現與下位機的通信。