基于STM32的MIT-BIH心電數據的D／A回放

摘要：設計基于STM32的MIT-BIH心電數據D／A回放，對整體設計方案、硬件組成、軟件設計等進行了介紹。通過讀取心電數據將其進行D／A轉換，輸出波形與原始波形進行比較，較好地實現了回放功能。由此可見，該系統的性能指標達到了設計要求。能很好地實現心電數據回放，為一系列心電算法的仿真實踐及實時心電監護儀的研制打好了基礎。
關鍵詞：MIT-BIH心電數據庫；D／A轉換；STM32；USB接口

0 引言
心電信號是人類最早開展研究并應用于臨床醫學的生物電信號之一，通過對心電信號的分析處理能有效地預測心臟疾病。如何利用心電數據開發研究相關的醫療設備是對科研人員至關重要。心電數據的回放就是將原有的存儲的MIT-BIH心電數據，根據其存儲的格式，利用設計的系統通過D／A轉換最終從終端回放出模擬信號。本文介紹基于ARM Cortex-M3內核的STM32微控制器作為主控嵌入式芯片的心電信號數據回放的設計方法。

1 工作原理和硬件設計
上位機應用程序讀取心電數據庫中一文件，利用設備驅動程序與D／A回放模塊設備進行通信。通過USB總線不斷向硬件設備發送數據，設備接收到的原始數據，利用DMA傳輸方式，連續、不丟失地傳送到DAC模塊中，在定時器的觸發下，DAC模塊完成數據的D／A轉換，最后在終端設備即示波器上回放出模擬信號。
D／A回放硬件結構框圖如圖1所示。

1．1 STM32F103XX微處理器簡介
系統硬件采用意法半導體公司開發的基于Cortex-M3內核的新型32位微控制器STM32F103RE作為主控芯片，工作頻率高達72 MHz，內部集成了RAM、全速USB 2．0設備接口模塊和雙通道的12位高精度D／A轉換模塊等豐富的外設。在結合了高性能、低功耗和低電壓的同時，保持了高度的集成性能和簡易的開發特性。應用開發時，只需連接少量的外圍電路即可使電路結構簡單緊湊。
1．2 D／A轉換模塊
D／A轉換模塊(DAC)是12位數字輸入，電壓輸出的D／A轉換器。DAC可以配置成8位或12位模式，也可以與DMA控制器配合使用。DAC有2個輸出通道，每個通道都有單獨的轉換器，可以工作在雙DAC模式下，DAC集成了2個輸出緩存，可以用來減少輸出阻抗，無需外部運放，即可直接驅動外部負載。DAC轉換可以選擇外部事件觸發(定時器計數器，外部中斷線)和軟件觸發。
使能DAC通道后，STM32F103XX相應的GPIO管腳(PA4或PA5)會自動與DAC的模擬輸出相聯系。為避免寄生干擾和額外功耗，管腳PA4和PA5配置成模擬輸入(AIN)，如圖2所示。