VHDL語言為核心的EDA技術在醫學中的應用

0 引言
VHDL超高速集成電路硬件描述語言是隨著集成電路系統化和高度集成化逐步發展起來的，是一種用于數字系統設計、測試，面向多領域、多層次的IEEE標準硬件描述語言。它從20世紀70年代作為電路設計工具誕生于美國國防部至今，已經成為十分流行的硬件描述工具，并且為大多數EDA工具所支持。隨著電子技術的不斷進步，數字系統的設計正朝著高速度、大容量、小體積的方向發展。傳統的自底而上的模式已不能滿足芯片和系統的設計要求。為了提高設計效率，能夠簡化設計流程，大幅降低設計難度的VHDL設計方法受到廣泛關注。VHDL與其他傳統集成電路描述語言相比，具有明顯優勢：
(1)功能強大，描述力強。可用于門級、電路級甚至系統級的描述、仿真和設計。
(2)可移植性好。對于設計和仿真工具及不同的平臺均可采用相同的描述。
(3)研制周期短，成本低。
(4)可以延長設計的生命周期。
(5)具有電路仿真與驗證功能，用戶甚至不必編寫相量測試即可進行源代碼級調試。設計者能夠跳過電路實驗，直接對各種方案進行比較和選擇，使設計效率得以提高。
(6)對設計的描述具有相對獨立性。
(7)語言標準、規范，易于共享和復用。
目前，VHDL滲透了電子技術及其相關的各個工業領域，在工業設計中發揮著日益重要的作用。在世界范圍內，關于VHDL在多個領域尤其在芯片，系統設計方面的應用研究已經取得眾多矚目成果。
而將VHDL與醫學相結合，勢必成為電子自動化設計(EDA)一個全新的研究方向，本文主要研究將EDA通過VHDL應用于醫學，以對脈搏的測量為例，以實現數字系統對人體多種生理活動及生理反應的直觀精確測量。

1 實驗設計
1．1 EDA技術在醫學教學中脈搏測量中的應用探討
在臨床診斷，護理學等中介紹脈搏的測量時認為脈搏很容易在手腕掌面外側跳動的橈動脈上摸到，也可測量頸部的頸動脈或腹股溝的股動脈。其測量方法是病員手臂放于舒適位置，用食指，中指，無名指的指腹端按壓在橈動脈表面，一般病員默數半分鐘。將所測的脈率乘以2便是一分鐘的脈數，異常病人測一分鐘。成年人的脈搏在安靜狀態下每分鐘是60～80次。如少于60次是心動過緩。但訓練有素的運動員，脈搏有時也在60次以下，這正是心臟健康有力的表現。如超過100次是心動過速。體力活動或情緒激動時，脈搏可暫時增快，發燒時脈搏也增快。一般是體溫每升高1℃，脈搏就增加10～20次。此法只能粗略計算脈搏跳動。如將VHDL語言應用其中，便可以通過EDA實驗箱中的七段數碼管直觀準確地看到一分鐘的計數結果，并與之前通過醫學教材講授方法測出結果相比對，從而判定測量的正確與否。
1．2 設計思路
將脈搏信號通過脈搏傳感器采集進入計算機，而后作為輸入信號，而此信號作為脈沖信號，即如時鐘信號一般，當輸入時計數器開始計數，如下面設計一個十進制計數器的VHDL描述便可用來對所采集的脈搏信號計數。
1．3 VHDL設計流程
VHDL流程設計如圖1所示。

現在，計算機輔助工程軟件的供應商已把日益通用的硬件描述語言VHDL作為其CAD或EDA軟件輸入與輸出的標準，其中ALTEKA公司提供的綜合工具Max+PlusⅡ，具有全面的邏輯設計能力，從編輯、綜合、布線到仿真、下載都十分方便。

2 設計方案與結果分析
VHDL語言設計十進制計數器的源程序：