近年来，心脏病和高血压的患病率逐年增高，动态心电图和血压监测为心血管疾病的猜测、确诊和评价供给了极有价值的信息。跟着嵌入式体系在医用外表中的广泛应用，本文介绍了一种以Samsung公司的S3C44B0X为中心的集血压和心电检测功用于一体的便携式家庭健康监护体系，该体系充分运用ARM的片内资源，完结了人体心电、血压信号的收集、显现、打印和传输。仪器硬件主要由S3C44B0X主控芯片、心电扩大电路、血压检测模块、存储体系及外围接口电路组成，体系结构框图如图1所示。S3C44B0X内置的A/D转化器用于收集心电信号和血压信号，LCD用于显现数据，微型打印机用于输出心电图波形，用户可经过外接PS2键盘操控体系的作业状况，包含挑选检测血压或心电、数据的显现和打印等。此外，USB接口可将收集数据传送至计算机以便经过Internet进行专家会诊。
1 信号调度电路
1.1 血压检测模块
人的心脏在射血进程中，主动脉的输出能加快整个存在于血管中的血液的活动，而血液的惯性则阻止这个进程，即加快效果只影响到主动脉开端段中的血液，并在此处使压力升高，引起压力脉息，这便是丈量血压时所需求的两个信息：压力与脉息。由这两种信号能够测定人体最高血压(收缩压)和最低血压(舒张压)，并计算出脉息数，因而要获取这两种信息，便是运用心脏搏动时对血管壁的压力，将脉息信号和压力信号转化为电信号输出。血压丈量模块如图2所示。压力传感器选用Motorola公司的压力传感器MPX53GP02，它具有精确度高、线性度好、本钱低一级特色，使压力/电信号转化公式和体系血压丈量的定标操作都得以简化，节省了软硬件资源。MPX53GP将袖套内的压力信号经过扩大、滤波处理后送入A/D转化器。脉息信号经扩大器、辨别电路、箝位整形后送S3C44B0X外部中止计数。
1.2 心电收集模块
心电信号是从人体体表拾取的弱小电信号，一般只要0.05～5mV，信号频率比较低，频谱范围在0.05～100Hz之间，具有弱小和易受搅扰等特色。心电扩大电路包含前置扩大、RC高通滤波网络、100倍的后级扩大、RC低通滤波网络及右腿驱动等模块。心电收集模块如图3所示。前置扩大电路选用了低功耗、高精度外表扩大器AD623。它具有高输入电阻、低输入偏置电流、低噪声和高共模按捺比等特色，可经过1脚和8脚间的外接电阻Rg来设置增益(1～1000)。因为体表液体与电极之间或许构成原电池，致使电极之间存在固定的电位差，为防止饱满差分扩大的增益不能太高，设定AD623增益为10。后级选用TL084等通用运放构成同相主扩大电路，增益能够高达100倍，这样整个电路扩大倍数能够到达1000倍。两级扩大电路之间有必要进行直流阻隔。
心电检测进程中，存在许多搅扰。主要有电极移动引起的基线漂移(一般小于1Hz)、工频搅扰、肌电搅扰(几百Hz以上)。因而将滤波器的通频带设置为0.15～100Hz，这样的带宽基本上保留了心电中大部分有用成份，能满意一般临床需求。0.15Hz高通选用RC微分完结，100Hz低通选用三阶巴特沃思滤波器。用有源双T网络滤除50Hz工频，Q值不能太大，不然电路不稳定。一般情况下，硬件电路不能彻底滤除搅扰，可凭借软件进行数字滤波。此外，右腿驱动电路和屏蔽驱动电路是心电扩大体系前端的两个隶属电路，右腿驱动电路是为了防止外界电磁搅扰在人体内发生位移电流，而屏蔽驱动电路则是为了添加共模信号的按捺。
2 S3C44B0X外围接口电路
S3C44B0X是Samsung公司推出的根据ARM7TDMI的精简指令体系的32位高速处理器，它的作业电压为3.3V，片内带有8个Memory Banks，用于办理外部存储器，最大存储容量达256M；两路UART口，最高传输速率为115200bps；71个I/O口，包含8个外部中止源，可用于键盘、LCD背光、照明操控等；LCD操控器，支撑单色，4、16级灰度的LCD模块；内置PLL锁相环，能够设置体系作业频率，最高为75MHz；一路多主机I2C总线、一路SIO总线；四种体系作业形式；一个8路复用10位A/D转化器[2]。片内功用部件完全，能很好地满意体系规划的需求。体系硬件电路如图4所示。
2.1 存储器接口电路
S3C44B0X自身不具有ROM，体系中选用Flash ROM SST39VF160来作为代码存储器，其映射在处理器的BANK0地址空间，体系上电复位时处理器就主动从0x00000000地址处开端取指令运转程序。考虑到S3C44B0X是依照字节编址，而Flash ROM 是以16位为一个存储单元，故Flash ROM的A19~0对应衔接S3C44B0X的ADDR20~1，偏移了1位，其片选信号与处理器的nGCS0相连，将BANK0的数据总线宽度设定为16位，即OM1~0=01，在BANKCON0寄存器中设置tacc=0x6, tacp=0x0。
收集、存储很多数据需求的内存较大，本体系挑选了SDRAM-HY57V 161610D[3]。它的数据宽度为16位，由两个BANK组成，共2MB的存储容量。因为S3C44B0X的BANK6、7支撑SDRAM，自身供给了和SDRAM进行直接接口的解决方案，所以只要对与存储器操控器相关的寄存器进行恰当装备即可。在BWSCON寄存器中设置BANK6的数据宽度为16位，在BANKCON6寄存器中设置MT=0x3,tred=0x0, SCAN=0x0。
2.2 A/D接口电路
S3C44B0X内置8路10位A/D转化器，体系用两路A/D转化通道(AIN0~AIN1)别离取得心电、血压信号的采样数据。因为不带采样坚持电路，仅在较窄频带(0~100Hz)范围内的信号才或许取得正确的采样成果，若设置ADCPSR寄存器为20，则10位A/D转化的时刻置为10μs。编程时要注意防止通道间切换推迟所引起的过错。
2.3 USB接口电路
因为心电数据量大，体系选用USB通讯接口芯片USB9603完结收集数据的快速传输。USB9603是9602的改进型，使得对USB通讯的编程相对简略些，它支撑USB1.1协议的节点操控器，内置7个FIFO端点，其间包含1个双向操控端点、3个发送端点和3个接纳端点。该芯片没有专用的USB通讯命令集，要经过对芯片内的各寄存器的操作完结USB通讯的操控功用。具体措施:USB操控器与S3C44B0X的BANK3衔接，即nGCS3作为USB9603的片选线，S3C44B0X的低8位数据线D0～D7与USB9603并行数据线相连，USB9603的引脚MODE0和MODE1接地，装备为非复用方法作业；引脚A0作为USB9603片内寄存器的挑选线，寻址拜访各寄存器对USB9603的读写操作时，分两个周期：首先把A0置为高电平，将待拜访的寄存器的地址从数据线D0~D7写入USB9603，然后在第二周期把A0置为低电平，由数据线完结相应寄存器的读写操作。将USB9603的INTR引脚衔接到S3C44B0X的外部中止EXINT1上，设置USB为中止请求形式。这样，整个USB通讯进程主要是处理包含接纳数据、发送数据在内的各种中止事情。
2.4 电路键盘接口及LCD显现
键盘显现以PS2键盘合作LCD液晶显现模块替代传统的矩阵按键和数码管显现，无需键盘显现驱动芯片而与S3C44B0X直接衔接，接口简略便利。PS2键盘接口为mini-DIN6引脚衔接器，经过DATA、CLK与S3C44B0X的PC4、EXINT0引脚衔接。这儿只触及PS2键盘向S3C44B0X发送数据的单向通讯，S3C44B0X作为主机对总线有操控权。PS2键盘在时钟效果下向S3C44B0X发送键值数据，S3C44B0X在时钟下降沿接纳数据，时钟信号由PS2键盘内部发生。PS2键盘发送时序及数据格式如图5所示。现在运用的PS2键盘都默许选用第二套扫描码集。扫描码分为通码和断码两种类型，当一个键被按下时，键盘将该键的通码发送给S3C44B0X，而该键被开释时键盘会将其断码发送给S3C44B0X。S3C44B0X经过外部中止EXINT0串行读取键值的通码与断码来确认按键，然后挑选体系的作业状况。第二套扫描码集可见参考文献[4]。
S3C44B0X内置LCD操控器，能够经过编程操控相应的寄存器值，以习惯不同的LCD显现板。本体系选用EPSON公司的TCM-A0902单色、320×200LCD模块，可直接经过S3C44B0X的BANK2来操控。为确保显现正常，对LCD操作时应参加恰当的延时。
3 软件规划
编程调试、软件仿真是在SDT2.5的调试平台上用规范C言语完结的，体系软件由初始化、PS2键盘处理、A/D转化、LCD显现及USB通讯几部分构成。初始化是经过Bootloader完结对S3C44B0X外部中止、内置A/D转化器、I/O口及LCD操控器的设置；键盘处理是经过外部中止EINT0读取键值，按预订键值设置体系的作业形式，完结数据的收集、显现、打印及传输等功用；信号的显现则是从S3C44B0X的A/D转化数据寄存器中读取数据送LCD显现；USB接口部分主要是固件程序的开发，完结与计算机的通讯，可根据芯片厂商供给的固件开发包来完结。体系操控流程如图6所示。
本文介绍了运用S3C44B0X微处理器作为中心操控器材，充分运用其片内外设资源完结了对血压、心电信号的收集、显现、打印与传输。体系实用性强，人机接口简略牢靠，体积小、功耗低、便于带着，能够便利地在家庭中和社区内运用，是一种经济实用的健康监护体系。
