熱敏打印機的心電圖形快速打印方法

目前，我國各醫院普遍使用的心電圖機絕大多數是機電式的，即通過電極檢測心電信號，放大后直接記錄，存在著打印效率低、噪聲污染嚴重、心電波形失真等缺點。與之相比，數字式心電圖機通過軟件實現噪聲抑制和心電參數的提取，并采用數字式打印機輸出心電圖形，可為醫護人員提供更完美心電圖和更多診斷信息，必將成為市場的發展趨勢，有著更廣闊的應用前景。由于數字心電圖機通過ADC采集的數據是離散的，要將其在圖紙上還原為原始的心電圖形，除了要將數據與圖紙上的離散點對應起來，還要根據信號變化的趨勢，在這些點之間連線，使之成為連續的圖形。將心電數據尤其是多導聯心電數據同步、準確、快速打印出來是整個系統開發的難點和關鍵，而高效打印算法對數字心電圖機的開發無疑是很有意義的。

　　隨著電子技術的發展，打印機已經廣泛應用到各個領域，成為各種智能數字化儀器儀表的重要數據輸出手段。而其中熱敏打印機憑其體積小、重量輕、可靠性高、打印字符清晰、無噪聲、走紙均勻等獨特能而越來越受到青睞，更是成為小型醫療儀器如心電圖機的首先。

　　下面以筆者課題組開發的12導同步心電圖機為例，介紹以普通52單片機為主控芯片應用串行熱敏打印機實現多種方式的心電圖形打印，并重點描述了12導聯同步打印方式的程序實現方案。

　　1 系統硬件設計

　　系統配置了一個內置式數字打印機，它主要由熱敏打印頭（W216-QS）和步進電機組成。W126-QS點陣式熱敏打印頭打印數據采用串行輸入，其內部不僅包含有由C-MOS集成芯片構成的1728位移位寄存器，還包含借助高密度厚膜工藝制成的加熱元件。這些加熱元件通過鎖存和切換晶體管驅動，可在熱敏打印紙上產生1728個點，對應的打印寬度為216mm，分辨率為8dot/mm。熱敏打印頭所需的打印數據為串行數據，數據傳輸遵循SPI口的通信協議。系統采用了口線模擬SPI的工作方式與打印頭通信，電路如圖1所示。

　　考慮到52單片機內部令有256字節的內部RAM，系統還外擴1片HM628128存儲12導心電數據和中間轉換結果。

　　2 系統軟件編寫

　　數字打印實現的兩個關鍵問題：①如何將心電數據轉換成打印數據；②如果將數據輸出到數字打印機。通常采用的方法是轉換數據同時將其輸出到打印機打印。這樣節省了存儲器空間；缺點是程序實現復雜，通用性差（不同打印方式的數據輸出程序不同），系統功能不易擴展，數據轉換和輸出都要考慮打印點位置，并且每輸出一點的數據都要調用一次程序，加大了系統開銷。系統軟件中沒有采有這種方式，而是在內存中開辟216字節打印緩沖區，將熱敏打印頭1728個點與216×8位數據相對應，每次將要打印的一線數據都轉換完再輸出。這樣只需在數據轉換時考慮打印位置和方式，輸出程序只需將216字節的數據按位輸出即可，并且每打印一線數據只需調用一次輸出子程序，字節了系統開銷。缺點是占用系統資源，這一點在12導同步打印表現得尤為明顯。

　　系統程序實現三種打印方式：分兩次打印12導聯數據，每次打印6導、12導同步打印、縱向打印（打印效果如圖2）。在每一種打印程序中實現模擬SPI口將打印數據送至數字打印機的子程序共用，不同處在于如何將心電數據轉換成打印數據。

　　2.1 I/O口線模擬SPI口

　　SPI（Serial Peripheral InteRFace）總線串口是由Motorola公司提出的一種同步串行外設接口，通過四根線進行通信：時鐘線（SPKCLK）、數據輸出線（SPIMISO）、數據輸出線（SPIMOSI）、片選線（CS），內部通過SPIDAT寄存器完成串-并/并-串轉換。它主要工作在主從式系統中，一個主器件可以帶多個從器件，主器件通過片選線控制總線沖突，使同一時刻只有一個從器件與從器件交換數據。

　　系統應用的串行熱陣式打印機數據傳輸采用SPI時序，但普通52單片機無SPI口，所以采用I/O口線模擬SPI時序。考慮到系統中MCU作為主器件總是發送數據，而數字打印機作為唯一從器件又總是接收數據，所以只需用口線模擬SPI口的時鐘線（SPIKCLK）、數據輸出線（SPIMOSI），程序模擬SPIDAT完成并-串轉換即可。如前所提到打印頭打印的數據點數為1728點，分辨率為8mm/mV，對應216字節的數據，為此從內部RAM中分配出216字節的空間作為打印緩沖區，程序從緩沖區依次讀數據，在模擬時鐘線的控制下將并行數據轉換成的串行數據按位依次送至打印機的移位寄存器中，結束后送LATCH鎖存信號和打印頭加熱脈沖STROBE，從而在熱敏打印紙打印出一線心電圖形，驅動步進電機向前走紙即可以連續打印。SPI口模擬程序如下：

　　OUTPUT：

　　現場保護

　　LCALL INTRAM ；初始化內部打印緩沖區

　　MOV R0，#Dat_Buff ；初始化R0為緩沖區末位地址

　　DAT_OUT:

　　MOV A,@R0 ;從緩沖區讀數據

　　MOV R7，#08H ；初始化R7控制并/串數據轉換

　　CONT_CHG：

　　RRC A ；對ACC循環右移實現并-串轉換

　　MOV P1.3,C 將串行數據送至打印機

　　SETB P1.1 ；模擬SPI時鐘

　　NOP

　　CLR P1.1

　　DJNZ R7,CONT_CHG ；判斷1字節數據是否轉換完

　　DEC R0 ；尋址下一字節

　　CJNE R0，#15H，DAT_OUT；判斷數據是否全部轉換完

　　CLR P1.2 ；產生數據鎖存信號

　　NOP

　　SETB P1.2

　　NOP

　　CLR P1.0 ;產生加熱脈沖

　　LCALL HEATDLY ；調用加熱延時程序

　　SETB P1.1

　　LCALL MOTOR_RUN ；步進電機走紙

　　恢復現場

　　RET