基于大容量闪存的HOLTER记录仪的设计

　　1　引　　言

　　Holter系统是一种用随身佩带的记录仪,连续记录24小时或更长时间的心电信号,然后回放经过计算机分析、处理和打印结果的动态心电图,广泛应用于临床诊断和科研。

　　传统的Holter记录仪一般采用磁带记录的方式。磁带记录方式有体积大、功耗大、可靠性低、记录和回放时信号失真大等缺点。笔者设计的基于大容量NAND型闪存和微控制器的Holter记录仪,可进行数字化采集和存储三导联、24小时全信息心电数据。

　　2　硬件结构及软件设计

　　2.1　硬件电路的设计

　　硬件电路主要包括心电信号的放大、滤波等预处理电路,实时时钟电路,微控制器与闪存、外接数据RAM以及USB芯片的接口电路和其他辅助电路。其中心电信号的放大、滤波等预处理电路已有成熟的技术,这里不再论述。

　　采用三星(Samsung)公司的1Gbit容量的NAND型闪存芯片K9K1G08UOM作为数据存储器存储心电数据。该片的突出优点在于其命令、地址和数据均通过8条I/O线分时传输,27位地址分四次写入片内地址寄存器,译码后找到相应的单元,这样就使得与微控制器的接口变得方便与简单[1]。

　　微控制器采用美国AD公司的ADμC812,该芯片内包含了自校准的8通道12位ADC以及与8051兼容的MCU[2]。由于ADμC812的数据RAM较小,为了对闪存读写方便和进行页数据备份,需扩展8kB的数据RAM,这里采用带实时时钟的掉电自保护SRAM插座DS1216B。8kB的SRAM芯片通过地址锁存器与微控制器接口。闪存与ADμC812的接口电路见图1。Philips公司的USB接口芯片PDIUSBD12[3]对一个微控制器而言,就象一个带8位数据总线和一个地址位(占用两个位置)的存储器件,可以直接接口,如图2。接口电路中,ALE始终接低电平,是采用单独地址和数据总线配置。A0引脚可接微控制器的任意I/O端口,控制是命令还是数据输入到芯片;INT N是中断引脚,向CPU发出中断请求。

　　三导联的心电信号经过信号预处理,成为三路0～2.5V的电压信号,由ADμC812的模拟输入通道P1.0～P1.2口接入,经单片机内部的ADC模块转换成数字量,再经过外部数据RAM存入闪存,回放时通过USB接口将数据传送至PC机。

　　2.2　软件设计

　　由于心电信号的整体频谱范围为0～40Hz(±7Hz)[4],采样频率设计为240Hz,可利用ADμC812的片内定时器和ADC单次转换功能来实现定时采样的目的。定时器T0定时1.4ms,则3个通道各完成一次采样需要4.2ms,实际采样频率为238Hz。为了方便存储,12位的采样数据占用两个字节的存储空间,那么三路24h的心电信号的存储数据量为:

　　238×3600×24×2×3=123.3MB

　　当外部数据RAM中满528字节时,一起写入闪存。对闪存芯片的读、写操作都是以页为单位,擦除则以块为单位,页编程的典型时间是200微秒/页。对其连续写入操作可以分为三个步骤,即加载、页编程和检测。若某一页编程失败,则需要将该页的数据重新写入另一块的对应页内。