心电信号是一种由心肌缩短而发生，并可供给心脏生理功用改变信息的生物电信号，将丈量电极放在身体的不同部位，把不同体表的电位差改变记录下来，就得到了心电图(Electro Cardio Gram，ECG)。因为易于检测且直观性较好，在临床医学中得到较为广泛的使用)。但是传统心电信号收集设备体积较大，不便于实时获取心电信号。因而研讨便携式、低功耗的心电信号收集体系有重要意义。本文以低功耗模仿前端ADS1293为根底，结合MSP430系列低功耗单片机规划了一种可用于超低功耗和微型化的心电信号收集体系。
1 体系硬件规划
心电信号收集体系首要由信号收集前端ADS1293和MSP430单片机操控电路组成。作业原理如下：电极提取的人体心电信号，首要送入ADS 1293做恰当的扩大后进行模/数转化，变成数字信号。然后经过SPI接口送入MSP430单片机进行剖析和处理，最终经过单片机的USB接口送到便携式显现设备实时显现波形。
图1 体系总体规划框图
1.1 信号收集前端ADS1293
ADS1293是美国德州仪器公司(TI)用于生物电势丈量的3通道、24位集成模仿前端，它能够针对特定的采样率和带宽对每个通道进行设定，使用户能够针对功用和功耗来优化装备。其还具有交直流断线检测(Lead_off Detect)、电池电量监控和自我确诊报警等功用，内置有ECG使用所需的右腿驱动电路租Wilson/Goldberger终端。ADS1293内部结构与外部引脚的衔接办法如图2所示，从信号的流向可划分为信号输入接口、信号处理单元和信号输出接口等部分。
图2 ADS1293原理图
(1)信号输入接口。信号输入引脚从IN1～IN6共有6个，悉数输入引脚都包含一个电磁搅扰(EMI)过滤器以滤除射频噪声。体系选用5导联衔接办法，即右臂(RA)、左臂(LA)和左腿(LL)别离衔接到IN1、IN2和IN3引脚;共模探测器(CM detect)获得RA、LA和LL的均匀电压用作右腿驱动(RLD)扩大器的输入，右腿驱动扩大器的输出再返回到右腿(RL)端，一同从IN4引脚输入。右腿驱动电路的效果是操控患者的共模水平，提高体系的沟通按捺比;威尔逊网络(WCT)的输出衔接到IN6引脚，与衔接到IN5引脚的V1(胸电极)一同作为CH3通道的差分信号输入。
(2)信号处理单元。首要由仪用扩大器(INA)、∑△调节器(SDM)和低通数字滤波器(Digital Filter)3部分组成，首要效果是将差分模仿电压信号转化成数字信号。仪用扩大器是一个具有高输入阻抗的运算扩大电路，首要有两个效果：1)对差分信号起必定的扩大效果。2)供给高输入阻抗，以便从ECG电极获取更大的输入信号。仪用扩大器的输出信号送入∑△调制器进行模/数转化，∑△调制器是根据过采样的一位编码技能，输出反映了输入信号起伏的一位编码数据流。低通数字滤波器由3个可编程的5阶sin型滤波器组成，∑△调制器的输出由低通数字滤波器处理后，即可得到N位编码输出。
(3)信号输出接口。首要包含4线SPI串行接口、DRDYB引脚和ALRAM引脚。各引脚的功用如下：SCLK为串行时钟输入引脚;SDI为串行数据输入引脚，共16位，其间，1位读写操控，7位地址和8位数据。在时钟上升沿期间，一切数据被采样和在第16个时钟上升沿时被写入寄存器中。SDO为串行数据输出引脚，在8～15个时钟下降沿，SDO引脚读数据。CSB为片选引脚，低电平有用，在低电平期间SPI接口开端读写数据，低电平保持16个时钟周期;DRDYB为模数转化完毕引脚，表明芯片内部的数据已准备好能够读取，低电平有用，一般可用作CPU的中止信号或状况查询信号;ALARMB为报警引脚，ADS1293有一个自我确诊报警体系，用于确诊在ECG使用中可能发生的反常情况，这些反常情况首要包含电极掉落、同步过错、低电正告和3个通道作业反常等，一旦有反常情况发生就报告给过错标志，并在ARLAM引脚上显现。
1.2 MSP430单片机操控电路
选用TI公司的超低功耗单片机MSP430F5529作为主操控器，其具有丰厚的片内外设，各个模块运转彻底独立，包含定时器、输入/输出端口、看门狗和UART等均可在主CPU休眠的状况下独立运转。在一切模块都处于活动状况时，电流的典型值为290μA/MHz。在待机形式下，电流的典型值仅为0.18μA，从待机到唤醒的呼应时刻为3.5μs。MSP430F5529含有2个通用串行通讯接口(USCI)模块，支撑多种通讯形式，如UART、IrDA、I2C、SPI和USB。在体系中，MSP430F5529使用SPI接口对ADS1293进行操控和数据的传输，其间，MSP430F5529作业于主形式下，ADS1293作业于从形式下。经过USB接口将数据传输到便携式显现设备或计算机，图3给出了MSP430F5529的接口电路。
图3 MSP430单片机接口电路
2 体系软件规划
体系软件首要包含：(1)对ADS1293进行操控，完故意电信号的模/数转化，并经过SPI接口读取数据。(2)经过USB接口将数据传输到显现设备实时显现，程序流程如图4所示。
图4 程序流程图
首要，对单片机进行初始化，装备与ADS1293通讯的SPI接口和与显现设备相连的USB接口。再经过设置相关的寄存器来完结对ADS1293的初始化，包含仪用扩大器和∑△调节器的作业频率设定、可编程滤波器的参数设置以及各报警寄存器的设置等。然后发动ADS1293，经过查询DRDYB引脚的状况来判别ADS1293模/数转化是否完结和数据是否准备好，若未准备好，持续查询。不然，发生一个中止给单片机MSP430F5529再经过SPI接口读取ADS1293寄存器中的数据，经过USB接口发送给显现设备。
3 完毕语
本文提出了一种低功耗、便携式心电信号收集体系的规划办法。体系选用低功耗模仿前端芯片ADS1293来代替传统的分立式前端电路，使用ADS1293内部集成的右腿驱动电路、威尔逊终端、电极掉落检测等ECG使用所需求的模块简化了前端电路，与分立式计划比较，可将组件数量下降90%以上。ADS1293单个通道功耗仅为0.3 mW，且具有灵敏的断电和待机形式，可延长便携式设备的电池使用寿命。综上所述，体系具有功耗低、体积小等长处，具有广泛的使用远景。
