心電信號在通過電極提取到系統(tǒng)后，經過具有高共模抑制比的放大電路進行放大、濾波，由高的串行A/D轉換器件進行量化，提高了信號的。這個系統(tǒng)以 32 位高速 ARM 處理器為硬件平臺，以實時操作系統(tǒng)作為軟件平臺，對硬件系統(tǒng)的資源進行了調度和分配，達到了對心電信號進行實時處理的效果，并且實現了對心電信號的實時顯示、實時存儲等功能。

　　據統(tǒng)計，心臟病是威脅人類健康的嚴重的疾病之一，我國人口的心臟病發(fā)病率很高且呈逐年遞增的趨勢，所以心臟病的防治和診斷成為當今醫(yī)學界面臨的主要問題。高質量的心電信號是診斷心臟病的重要的依據。如何保證從人體體表采集到的心電信號能夠實時、高質量的提供給醫(yī)生，以達到幫助對心臟疾病診斷和分析的目的。我國目前有縣及縣級以上醫(yī)院1.3萬家，醫(yī)療機械總數達17.5萬臺，我國目前每年心臟疾病的門診量約在一千萬人次以上。根據國家衛(wèi)生部《全國衛(wèi)生信息化發(fā)展規(guī)劃綱要》的目標，在2010年要基本實現醫(yī)院的數字化和信息化。所以未來醫(yī)療器械市場對新型醫(yī)療設備的市場空間巨大，特別是擁有數字化和信息化特征的心電信號處理系統(tǒng)具有廣闊的應用前景和實用價值。

　　系統(tǒng)總體設計

　　如圖的系統(tǒng)的主要功能是對心電信號進行實時的處理和傳輸，如圖1所示。

　　圖1 系統(tǒng)原理框圖

　心電信號通過電極提取進入模擬處理模塊，在模擬處理部分經過放大和濾波處理后，提高了信號的強度和信噪比。信號經過量化后轉換成數字信號，進入數字處理模塊，在以ARM處理器為的數字處理模塊中，PC的軟件模塊包含了對USB通道數據的接收和對心電信號的處理，經過處理后的心電信號進一步提高了信噪比，并顯示在屏幕上，這樣就可以更好的協助醫(yī)生對于病人的治療，可以保障醫(yī)療的正常進行。

　　1 S3C44B0X處理器

　　S3C44B0X微處理器是Samsung公司專為便攜式設備提供的高性能和高性價比的微控制器解決方案，使用32位的低功耗RISC內核ARM7TDMI，采用0.25μm CMOS工藝制造，支持新型總線結構SAMBAII。

　　S3C44B0X為的系統(tǒng)的工作原理：首先通過醫(yī)用Ag-AgCl電極分別獲取病人的混合心電信號，信號調理電路對生物電信號進行放大和濾波，然后A/D轉換，進而通過32位微處理器對采集過來的數據進行算法分離，實時顯示患者病情的波形并存儲數據；嵌入式實時操作系統(tǒng)（RTOS） ?C/OS-Ⅱ協調各功能模塊工作，使系統(tǒng)具有很高的實時性和可靠性。

　　片上集成的主要功能有：在ARM7TDMl基礎上增加8KB的Cache；外部擴充存儲器控制器；LCD控制器支持256色的DSTN，并帶有1個LCD專用DMA通道；2個通用DMA通道、2個帶外部請求引腳的DMA通道；2個帶有握手協議的DART： 1個SIO；1個I2C總線控制器；5個PWM定時器及1個內部定時器；看門狗定時器；71個通用可編程I/O口，8個外部中斷源；功耗控制模式有正常、低、休眠和停止；8路10位ADC；具有日歷功能的RTC；PLL時鐘發(fā)生器。

　　2 實時操作系統(tǒng)μC/OS-II

　　μC/OS-II是源碼開放的嵌入式實時操作系統(tǒng)內核，至今，從8位到64位，這種操作系統(tǒng)已在超過40種不同架構的微處理器上運行。世界上已經有很多領域都使用了μC/OS-II。使用這個內核可以使得應用程序的設計和擴展變得容易，而且不需要大的改動就可以增加新的功能，通過將應用程序分割成若干個獨立的任務，RTOS使得應用程序的設計過程大大簡化。

　　硬件系統(tǒng)設計

　　1 UART異步串行接口設計

　　心電數據經過實時操作系統(tǒng)的調度后，通過USB通道傳遞到PC上，但是由于USB接口的復雜度，在調試USB器件時需要使用到異步串行接口。而且在某些老式的PC上不能使用或安裝USB驅動程序時，異步串行接口可以作為一種備用的低速傳輸方式，這樣也增加了系統(tǒng)的可擴展性。

　　圖2是在心電信號處理系統(tǒng)中帶有RS232電平轉換的S3C44B0X的串行接口電路連接圖。在圖中，RS232電平轉換芯片為MAX3232，其RxD０、TxD０和RxD１、TxD１分別連接S3C44B0X的第99、100和103、104引腳。

　　圖2 串口部分連接圖

　　2 USB設備接口電路設計

　　USBD 12的D0～D7腳分別連接S3C44B0X的數據總線D0～D7，A0連接S3C44B0X的地址總線ADR0 ，A0是地址位，當A0=1時，選擇命令指令；A0=0，選擇數據。J8是USB從接口（slave），可以通過USB電纜連接到PC的USB口。如圖3

　　圖3 USB接口電路

　　3 FLASH ROM電路設計

　　在心電信號處理系統(tǒng)中，S3C44B0X是硬件部分的中央處理器，而實時操作系統(tǒng)μC/OS-II是硬件資源的調度中心，在每次系統(tǒng)初始化之后，由S3C44B0X將其復制到SDRAM中后，再進行應用程序的執(zhí)行。如圖4所示的事SST公司生產的容量為1M×16bit的多用途FLASH存儲器SST39VF160。

　　圖4 ARM與FLASH接口電路

　　當S3C44B0X復位時，它立即從0x00000000地址處開始取指令執(zhí)行。因此，系統(tǒng)啟動代碼放在了地址0x00000000處，并把定位在0x00000000處的存儲器稱為BOOT ROM，在ARM系統(tǒng)中，通常都采用能夠快速讀取并方便重新寫入的Flash ROM作為BOOT ROM。處理器對Flash ROM的接口不需要任何軟件上的設置。

　　4 片外主存SDRAM的接口電路設計

　　在實時操作系統(tǒng) μC/OS-II中，每個任務都有獨立的堆棧，并且是由連續(xù)的內存空間組成。在心電信號的傳輸過程中，還需要一個緩沖區(qū)進行數據的存儲，包括系統(tǒng)軟件運行所需要的堆棧等。這些都需要系統(tǒng)的主存來分配空間。

　　S3C44B0X內部只有8KB的緩存，沒有能用來運行程序和存放臨時數據的RAM，所以必須外接SDRAM作為片外主存。S3C44B0X與SDRAM如圖5所示。

　　圖5 S3C44B0X與SDRAM的連接圖

　　軟件系統(tǒng)設計

　　為了實現了對心電信號的量化和對數據的處理和傳輸，充分的利用μC/OS-II的實時性，本系統(tǒng)軟件設計如圖6所示。

　　圖6 軟件系統(tǒng)設計流程圖

　　抗干擾設計

　　心電信號傳輸到PC機端后，需要顯示到屏幕上，形成心電圖。在心電信號處理系統(tǒng)中采用的12導聯在屏幕上表現為12個心電波形，每一個波形都包含著特定的信息，這樣就可以更加準確的檢測出病人的病情狀況，但是要得到接近于理想的心電波形，就必須對信號進行預處理。這樣才能將病情利用波形準確的表達出來。

　　從測量技術上來說，心電信號屬于強噪聲背景下的低頻微弱信號，幅度為10μV～5mV，主要的頻率范圍為0.05～100Hz，因此，在心電信號的檢測、提取、放大及記錄過程中，有來自人體自身的干擾，這些干擾使系統(tǒng)的信噪比下降，甚至會淹沒微弱的有效心電信號。如圖7所示。

　　圖7 自適應噪聲抵消器消除噪聲的結構圖

　　結束語

　　實驗表明，本文設計的基于ARM的心電信號處理系統(tǒng)，對一些信號的采集運用了科學的方法，從而提高了檢測的準確度，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，加強了對于患者的治療，達到了預想的結果。此系統(tǒng)的產生也證明了以后有關于心臟病變的診斷有了新的進步，起到了重要的作用。