心电信号采集及分析系统设计

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时钟源可以引入一个1～8的分频因子。

4.4.3 定时器

定时器在单片机系统中是非常重要的部分，它在事件控制与管理方面有着重要的应用。MSP430F149主要有看门狗（WDT）、基本定时器（Basic Timer1）、定时器A(Timer_A)和定时器B(Timer_B)等模块。在本系统软件设计中，我们使用Timer_A作为了心电信号AD转换的定时器，将定时周期设定为500Hz，实现了对心电信号的500Hz采样率。

定时器A是一个16位的定时/计数器。它有3个捕获/比较寄存器。定时器A能支持多个时序控制、多个捕获/比较功能和多个PWM输出。定时器A有广泛的中断功能，中断可以由计数器溢出产生，也可以由捕获/比较寄存器产生。

定时器A有以下的特点：

●16位的计数/定时器，共有4种模式。 ●可以选择设置时钟源。 ●多个捕获/比较寄存器。 ●异步的输入/输出锁存。

●具有中断向量寄存器，能快速译码定时器A产生的中断。

用户对定时器A的所有操作都是通过操作该模块的寄存器完成的。定时器A的寄存器主要有TACTL、TAR、TAIV、CCTLn和CCRn。

4.2 USB数据传输

要实现数据的大量存储，需要将数据上传至上位机。USB接口是近年来迅速发展的接口标准，目前几乎所有的新型计算机的外设上都使用USB接口，它有数据传输速度快、连接简单、兼容性好等特点。考虑NUSB接口的先进性以及目前使用的广泛性，本系统使用USB接口实现数据通信就完全可以满足系统的要求。

考虑到单片机芯片具有RS232接口，此处我们通过一种RS232转USB的芯片——CP2101来实现传输功能。

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CP2101是一种单芯片USB转UART的桥接器解决方案。该芯片包含一个USB2．0全速功能控制器EEPROM，缓冲器和带有调制解调器接口信号的异步串行数据总线。CP2101的UART接口包括TX(发送)和RX(接收)数据信号以及RTS，CTS，DSR，DTR，DCD和RI控制信号。

CP2101具有很多的优点：

(1)高度集成。片内集成512字节EEOROM(用于存储厂家ID等数据)，片内集成收发器、无需外部电阻；片内集成时钟，无需外部晶体。

(2)低成本，可实现USB转串口的解决方案。CP2101的USB功能无需外部元件，而大多数竞争者的USB器件则需要额外的终端晶体管、上拉电阻、晶振和EEPROM。具有竞争力的器件价格，简化的外围电路，无成本驱动支持使得CP2101在成本上的优势远超过竞争者的解决方案。

(3)具有低功耗、高速度的特性，符合USB2．0规范，适合于所有的UART接口(波特率为300bps～921.6kbps)。工业级温度范围为-40℃～85℃。

(4)具有较小的封装。CP2101为28脚5mmx5mmMLP封装。这在PCB上的尺寸就比竞争对手小30％左右。

MSP430F149有两个串行口，此处使用串行口1与CP2101连接，CP2101有个集成的内部振荡器和USB收发器，所以无需其它外部USB电路组件。连线图如图4.2所示：

VREGIN1uFVDO 4.7uFUSBCONNECTORVBUS D-D+ GND D+D-0.1uFTXDGND CP2101VBUSRXDUTXD1URXD1MSP430F14916

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图4.2 CP2101电路图

4.3数据存储

24小时采集的心电信号数据量计算如下：采样率500点/s，每个点用8位表示．则数据量为错误！未找到引用源。。这样大的数据量可以采用Flash或者移动存储卡的形式存储。考虑到SD卡能用读卡器直接读入PC机，所以将SD卡作为存储设备。

SD卡(Secure Digital Memory Card)是一种基于半导体快闪记忆器的新一代记忆设备，由松下、东芝和SanDisk公司共同开发研制，体积小，但拥有高记忆容量、快速数据传输率、极大的移动灵活性和很好的安全性。SD卡集合了SanDisk快闪记忆控制和MLC(Multilevel Cell)技术和东芝NAND技术，通过9针的接口与专门的驱动器相连接，不需额外的电源来保持其上的记忆信息。传输速率高达20MB/S，并且具有物理写保护开关，保证数据的安全性。

SD存储卡定义了两种可选择的通信协议：SD模式和SPI模式。主机能自动选择其中任意～种模式。当接收到主机的复位指令后，卡能检测到主机要求的模式，并在这种通信模式下进行下一步的通信。

SD通信协议又分为1位总线模式和4位总线模式。最新的SDIO卡规范规定高速I/O卡必须支持SD存储卡的所有通信模式。

SPI接口协议首先是由Motorola公司提出来的，现在广泛存在于各类微型控制器中。SPI总线系统是一种同步串行外设接口，允许MCU与各种外围设备以串行方式进行通信、数据交换。SPI系统可直接与各个厂家生产的多种标准外围器件直接接口，SPI系统一般使用4条线：串行时钟线CLK、主机输入/从机输出数据线MISO、主机输出/从机输入数据线MOSI和低电平有效的从机片选线CS。模块电路图如图4.3所示。

CLK、MISO、MOSI和CS四线构成SPI通讯接口，分别与单片机MSP430F149的P3.0-P3.3口相连，因为这四个端口有第二复用功能，即SPI接口。另外CD(Card Detect)和WP(Write Protect)都是SD卡槽自带的硬件功

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能(部分卡槽不带此功能)，将它们分别与单片机的P1.0和P1.1口相连，用于检测当前SD卡是否插入，以及写保护是否打开，然后将这些状态通过液晶界面显示出来，供用户选择。本设计具体采用金士顿1GB的SD卡作为存储设备，它在容量和功耗上完全满足设计需求。

DIGITAL+5V100nFCSMOSIRSV/DAT2 CS/CD/DAT3DI/CMDVSS1VDD SCLK/CLKVSS2DO/DAT0RSV/DAT1CDCLKMISOCDWP图4.3 SD卡连接电路图

4.4时钟日历芯片

时间是心电信号分析中一个很重要的参考项,所以时间对本系统来说是一个非常关键的参数。为了给医生诊断提供详细的心电数据和资料，我们必须记录下各段心电信基于MSP430超低功耗MCU的便携式心电监护仪及其系统的研究；因此我们在系统中加入了实时时钟芯片X1208，它是一个SOP封装的8脚的芯片,X体积仅为5mmX4.9mm。X1208是Xicor公司生产的低功耗CMOS型实时时钟集成电路。双端口时钟和报警寄存器可使时钟即使在读写操作期间也能精确地工作。它通过I2C总线方式可与各种单片机接口，具有日历、时钟、计时，可编程定时中断等功能，并提供闰年校正。它有两个独立的闹钟，报警可按秒、分、时、日、月及星期设置。报警输出可作中断请求信号。工作电源及备份电池电源都有宽的电压范围。X1208是标

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COM WP SD I/O 1151K51K51K51K51K9123456781012