VHDL語(yǔ)言為核心的EDA技術(shù)在醫學(xué)中的應用

0 引言
VHDL超高速集成電路硬件描述語(yǔ)言是隨著(zhù)集成電路系統化和高度集成化逐步發(fā)展起來(lái)的，是一種用于數字系統設計、測試，面向多領(lǐng)域、多層次的IEEE標準硬件描述語(yǔ)言。它從20世紀70年代作為電路設計工具誕生于美國國防部至今，已經(jīng)成為十分流行的硬件描述工具，并且為大多數EDA工具所支持。隨著(zhù)電子技術(shù)的不斷進(jìn)步，數字系統的設計正朝著(zhù)高速度、大容量、小體積的方向發(fā)展。傳統的自底而上的模式已不能滿(mǎn)足芯片和系統的設計要求。為了提高設計效率，能夠簡(jiǎn)化設計流程，大幅降低設計難度的VHDL設計方法受到廣泛關(guān)注。VHDL與其他傳統集成電路描述語(yǔ)言相比，具有明顯優(yōu)勢：
(1)功能強大，描述力強?？捎糜陂T(mén)級、電路級甚至系統級的描述、仿真和設計。
(2)可移植性好。對于設計和仿真工具及不同的平臺均可采用相同的描述。
(3)研制周期短，成本低。
(4)可以延長(cháng)設計的生命周期。
(5)具有電路仿真與驗證功能，用戶(hù)甚至不必編寫(xiě)相量測試即可進(jìn)行源代碼級調試。設計者能夠跳過(guò)電路實(shí)驗，直接對各種方案進(jìn)行比較和選擇，使設計效率得以提高。
(6)對設計的描述具有相對獨立性。
(7)語(yǔ)言標準、規范，易于共享和復用。
目前，VHDL滲透了電子技術(shù)及其相關(guān)的各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域，在工業(yè)設計中發(fā)揮著(zhù)日益重要的作用。在世界范圍內，關(guān)于VHDL在多個(gè)領(lǐng)域尤其在芯片，系統設計方面的應用研究已經(jīng)取得眾多矚目成果。
而將VHDL與醫學(xué)相結合，勢必成為電子自動(dòng)化設計(EDA)一個(gè)全新的研究方向，本文主要研究將EDA通過(guò)VHDL應用于醫學(xué)，以對脈搏的測量為例，以實(shí)現數字系統對人體多種生理活動(dòng)及生理反應的直觀(guān)精確測量。

1 實(shí)驗設計
1．1 EDA技術(shù)在醫學(xué)教學(xué)中脈搏測量中的應用探討
在臨床診斷，護理學(xué)等中介紹脈搏的測量時(shí)認為脈搏很容易在手腕掌面外側跳動(dòng)的橈動(dòng)脈上摸到，也可測量頸部的頸動(dòng)脈或腹股溝的股動(dòng)脈。其測量方法是病員手臂放于舒適位置，用食指，中指，無(wú)名指的指腹端按壓在橈動(dòng)脈表面，一般病員默數半分鐘。將所測的脈率乘以2便是一分鐘的脈數，異常病人測一分鐘。成年人的脈搏在安靜狀態(tài)下每分鐘是60～80次。如少于60次是心動(dòng)過(guò)緩。但訓練有素的運動(dòng)員，脈搏有時(shí)也在60次以下，這正是心臟健康有力的表現。如超過(guò)100次是心動(dòng)過(guò)速。體力活動(dòng)或情緒激動(dòng)時(shí)，脈搏可暫時(shí)增快，發(fā)燒時(shí)脈搏也增快。一般是體溫每升高1℃，脈搏就增加10～20次。此法只能粗略計算脈搏跳動(dòng)。如將VHDL語(yǔ)言應用其中，便可以通過(guò)EDA實(shí)驗箱中的七段數碼管直觀(guān)準確地看到一分鐘的計數結果，并與之前通過(guò)醫學(xué)教材講授方法測出結果相比對，從而判定測量的正確與否。
1．2 設計思路
將脈搏信號通過(guò)脈搏傳感器采集進(jìn)入計算機，而后作為輸入信號，而此信號作為脈沖信號，即如時(shí)鐘信號一般，當輸入時(shí)計數器開(kāi)始計數，如下面設計一個(gè)十進(jìn)制計數器的VHDL描述便可用來(lái)對所采集的脈搏信號計數。
1．3 VHDL設計流程
VHDL流程設計如圖1所示。

現在，計算機輔助工程軟件的供應商已把日益通用的硬件描述語(yǔ)言VHDL作為其CAD或EDA軟件輸入與輸出的標準，其中ALTEKA公司提供的綜合工具M(jìn)ax+PlusⅡ，具有全面的邏輯設計能力，從編輯、綜合、布線(xiàn)到仿真、下載都十分方便。

2 設計方案與結果分析
VHDL語(yǔ)言設計十進(jìn)制計數器的源程序：