便携式心电图仪存储与控制模块设计与实现

摘要

心血管疾病是目前对人类危害最大的一种疾病，而便携式心电图仪是心血管疾病患者进行自主病情观察和初步诊断的必备工具之一。 本课题从便携式心电图仪两个最主要的特性——小体积和低功耗出发，设计实现了一款基于SILICON LABORATORIES INC.公司C8051F系列微控制器的便携式心电图仪。该心电图仪具备完善的心电处理功能，包括实时采集、滤波、存储、显示和打印等功能，另外通过USB接口可以将存储的心电数据传送至PC，进行进一步的心电诊断和分析。 本论文首先论证了系统的总体设计方案：系统由三个功能相对独立的模块组成，分别为采集模块、存储与控制模块和显示模块，每个模块由相应的微控制器控制，微控制间通过UART进行通信。该设计方案，充分利用了C8051F系列微控制器片上系统的特性，尽量减少系统外扩芯片的数量。而且这种多微控制器协同工作的设计方式允许微处理器根据自身任务的情况运行于低功耗甚至休眠状态，能够显著降低系统功耗，延长产品待机时间。 其次，本文详细介绍了系统的核心模块——存储与控制模块的软硬件设计与实现。硬件设计方面，通过对本系统的需求分析确定了该模块微控制器型号以及完成预采集存储系统、主存储系统和系统实时时钟功能需要扩展的外围芯片，并给出了微控制器和这些外围芯片的接口电路；在软件设计上，基于前/后台系统的编程思想将存储控制模块的任务进行划分，完成了以下功能：1、心电存储功能包括预采集存储系统和主存储系统，其中预采集存储功能是本系统特有的心电采集功能，它通过对心电信号的不间断采集和存储，使用户可以浏览实际采集之前的心电波形，有利于更好的进行病情分析；2、设计实现了多微控制器之间的串行通讯协议；3、系统的实时时钟功能；4、系统面向PC的USB通信功能等。 论文最后介绍了固件在应用程序更新的概念及其实现原理，以及该功能在本系统中的具体设计与实现。

目录

文摘

英文文摘

声明

致谢

1 综述

1.1 课题背景

1.2 便携式心电图仪发展现状及发展动向

1.3 本文的主要内容

2 系统总体结构

2.1 便携式心电图仪的设计原则

2.2 系统功能简介

2.3 系统设计方案确定

2.4 本章小结

3 存储与控制模块硬件设计

3.1 存储与控制模块微控制器选型

3.1.1需求分析

3.1.2 C8051F340微控制器简介

3.2 预采集存储器选择

3.2.1需求分析

3.2.2 FRAM存储器

3.2.3 FM31256简介及与微控制器接口

3.3 主存储器的选择

3.3.1需求分析

3.3.2 NAND和NOR技术对比

3.3.3 K9F1208UOC简介及与微控制器接口

3.4 外部接口硬件设计

3.5 存储与控制模块总体设计

3.6 本章小结

4 存储与控制模块软件设计

4.1 嵌入式软件开发综述

4.1.1嵌入式软件的特点

4.1.2基于处理器的直接编程

4.1.3编程语言的选择

4.2 存储与传输模块软件总体结构设计

4.3 通信协议实现

4.3.1 C8051F340 UART简介

4.3.2具体协议实现

4.4 打印机接口设计

4.4.1软件UART设计

4.4.2打印机协议实现

4.5 预采集存储系统

4.5.1 SMBus协议分析

4.5.2铁电存储器使用方法

4.5.3 C8051F340微控制器的SMBus接口

4.5.4预采集存储系统软件设计

4.6 主存储系统

4.6.1 K9F1208UOC的地址组织方式

4.6.2 K9F1208UOC存储器编程访问

4.6.3文件系统实现

4.7 RTC软件设计

4.7.1 FM31256 RTC简介

4.7.2 RTC软件实现

4.8 USB通信接口

4.8.1 USB接口概述

4.8.2 C8051F340微控制器的USB功能控制器

4.8.3 USB通信实现

4.9 外部接口状态检测软件设计

4.9.1C8051F340微控制器的ADC

4.9.2接口状态检测软件实现

4.9.3本章小结

5 固件在应用程序更新

5.1 IAP实现原理

5.2 在C8051F340微控制器上实现IAP的具体方法

5.2.1 C8051F340微控制器程序存储器空间分配

5.2.2引导加载程序的编写

5.2.3固件程序的编写

5.2.4 PC端下载应用程序

5.3 本章小结

6 结论

参考文献

附录

作者简历