基于ARM核的ADμC7O26硬件系統開發及其在醫療儀器中的應用

　　0引言

　　隨著人們生活水平的不斷提高，人們對于自身健康的關注也提升到一個前所未有的高度。在今天，越來越多的高科技手段開始運用到醫療儀器的設計當中。心電圖、腦電圖等生理參數檢測設備，各類型的監護儀器，超聲波、X射線成影設備，核磁共振儀器，以及各式各樣的物理治療儀都開始在各地醫院廣泛使用，并且醫學儀器正在向著組合式、多功能、智能化和微型化方向發展。現代的醫學儀器一般都廣泛采用了嵌入式微處理器來增強儀器的智能化程度，提高其穩定性和數據處理的精確性，使醫學信號的采集、處理、通信一體化，并具有自診斷、自校驗等一系列優點。其中ARM(Advanced RISC Machines)嵌入式微型主板作為中央處理模塊，憑借自身體積小巧、功能強大、功耗低和穩定性強、采用硬件與指令雙重加速來提高性能和指令速度的優勢得到廣泛的應用，成為多家醫療設備廠家的首選。

　　1 ADUC7026的結構與特點

　　從ARM體系結構上看，嵌入式系統主要由嵌入式處理器、支撐硬件和嵌入式軟件組成。處理器通常是單片機或微控制器;支撐硬件主要包括存儲介質、通信部件和顯示部件等;嵌入式軟件則包括支撐硬件的驅動程序、操作系統、支撐軟件以及應用中間件等?？梢姡度胧较到y是一個很大的概念，一旦嵌入式處理器和支撐硬件選定了，那么工作最多的就集中在嵌入式軟件當中了。許多運算量大的儀器都采用了ARM系統，美國模擬器件公司ADI是一家精于運放和高精度模數轉換器(ADC)設計與生產的芯片生產公司，在得到ARM授權后把自己公司中的高精度ADC、成熟的脈沖調制、多路分頻等融合為一體，使ARM微控制器不僅具備功能強大的32bit RISC微控制器(MCU)內核，同時具備16通道、快速、12bit分辨率的ADC和4個12bit分辨率數模轉換器(DAC)的精密數據轉換器。因此ADμC7026集成了ARM7TDMI內核，它具有基于閃存的16bit /32bit RISC(精簡指令集計算機)微控制器，其最高處理能力高達45MIPS(Million Instructions Per Second)。模擬外設包括，多達16通道的快速、12bit分辨率ADC、4個獨立12bit分辨率DAC和一個溫漂優于10ppm/℃的精密帶隙基準電壓源、8kB片內SRAM，62kBFLASH，可擴展存儲空間為512k，JTAG端口支持代碼下載與調試，一個比較器，可編程邏輯陣列(PLA)和3相脈寬調制(PWM)發生器，40個通用I/O口，1個ART，4個通用定時器，4個外部中斷，其它外設包括一個比較器，PLA和3相PWM發生器。該系列器件也支持靈活的待機(休眠)和喚醒模式，引腳采用了LFCSP或LQFP小封裝，從而避免或減少了外界的干擾，提高了測量精度。其內部框圖如圖1所示。

　　圖1 ADμC7026內部組成框圖

　　2 ADμC7026硬件系統設計

　　目前，一般的醫學院校針對醫學影像技術專業都開設了《醫用影像設備學》這門課程。由于一些實際的醫療儀器的控制部分都是集成在機器內部，很不方便學生完成單個電路的控制操作實驗，并且還存在著諸如實驗設備昂貴、缺少、很難滿足學生的實際需要等客觀條件，為此結合醫學影像技術專業的實際情況，以美國ADI公司生產的AUDC7026為核心開發一款既可以用于學生完成一般的電路硬件實驗，又可以用于師生硬件開發的ARM硬件系統，從而研制出適合學生完成醫療設備控制部分的實驗系統，以幫助學生從實踐中去掌握一些醫療儀器的基本組成、工作原理、接口電路以及硬件連接，并在此基礎上拓展軟、硬件開發的基本能力，為培養學生的創新能力和今后的實際應用打下良好的基礎。所開發的硬件系統組成結構示意圖如圖2所示。

　　圖2 ADμC7026硬件系統的組成