基于嵌入式技术的表面肌电信号采集仪设计

　　引言

　　运动性肌疲劳是体育界和运动医学界十分关注的课题。目前，许多研究致力于寻找*定和预防肌肉疲劳产生的方法，大多数研究是从全身的生理、生化状况来推断肌肉的功能状况，直接进行局部肌肉的研究还很少。表面肌电信号(sEMG信号)是从皮肤表面通过电极引导、放大、显示和记录下来的神经肌肉系统活动时的生物电信号，信号形态具有较大的随机性和不稳定性。它与肌肉的活动状态和功能状态之间存在着不同程度的关联性，因而能在一定的程度上反映神经肌肉的活动，在康复医学领域的肌肉功能*价以及在体育科学中的疲劳判定、运动技术合理性分析等方面均有重要的实用价值。表面肌电信号采集属无创性，操作简单，病人易接受，有着广泛的应用前景。

　　这里涉及到的便携式肌电采集仪小巧方便，结构简单，性能稳定，可以随身携带，可由电池供电，一般用于运动员的训练中。本文主要介绍表面肌电信号采集仪的软硬件设计与实现。

　　1 硬件系统总体设计

　　该系统的控制核心选择Atmel公司的AT91SAM7SE512处理器。AT91SAM7SE512是一款32位嵌入式微处理器，可针对交互式终端类和工业控制类等多种嵌入式应用。AT91SAM7SE512提供了丰富的外围设备接口，包括USB，UART，SPI，TWI(I2C)和系统高速并行BUS等总线接口，从而减小了添加、配置附加外围接口的困难与开销，为用户开发简化了硬件和软件设计，节省了系统成本。系统的整体结构如图1所示。

　　基于AT91SAM7SE512核心板的底板上配备了8 MB的SDRAM，l GB的NANFLASH等存储芯片，对外提供SPI，UART，TWI(I2C)，USB及高速并行BUS等通信接口，并对其余外部模块(表面肌电信号采集模块、人机接口模块、Xbee无线通信模块等)进行统一调度。

　　整个系统的工作流程如下：两个通道的表面肌电信号被表面电极拾取，首先通过硬件放大和模拟滤波后送入多通道16 b ADC中进行2 500 Hz采样与A/D转换;转换好的双通道数据通过SPI总线接口送入AT91SAM7SE512中进行处理。处理分两种情况：在没有连接使用PC端时，本地进行实时滤波、简单分析、显示、存储;在连接使用PC端时，通过USB接口或者Xbee无线通信模块将数据实时传输给PC端处理。另外，在已有存储数据的情况下，可以进行表面肌电波形的回放。以上所有人机交换操作是通过采用带触摸功能的液晶显示屏(320×240彩色分辨率)实现的。

　　2 软件系统总体设计

　　随着嵌入式系统的广泛应用，传统的前/后台程序开发机制已经不能满足日益复杂的需求，因而现在常采用嵌入式实时操作系统RTOS开发实时多任务系统。