來源：電子技術(shù)應用 作者：天津大學精密儀器與光電子工程學院 于 超 李 剛 林 凌 諶雅琴 摘要：介紹了基于熱敏打印機的心電圖不同打印方式的快速實現(xiàn)方法，著重探討了一種快速12導同步打印算法，并在應用實例中提出了串行熱敏打印機的spi口線模擬的解決方案。 關(guān)鍵詞：熱敏打印機 12導聯(lián)同步打印 spi口模擬 目前，我國各醫(yī)院普遍使用的心電圖機絕大多數(shù)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(shù)字式心電圖機通過軟件實現(xiàn)噪聲抑制和心電參數(shù)的提取，并采用數(shù)字式打印機輸出心電圖形，可為醫(yī)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(fā)展趨勢，有著更廣闊的應用前景。由于數(shù)字心電圖機通過adc采集的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)與圖紙上的離散點對應起來，還要根據(jù)信號變化的趨勢，在這些點之間連線，使之成為連續(xù)的圖形。將心電數(shù)據(jù)尤其是多導聯(lián)心電數(shù)據(jù)同步、準確、快速打印出來是整個系統(tǒng)開發(fā)的難點和關(guān)鍵，而高效打印算法對數(shù)字心電圖機的開發(fā)無疑是很有意義的。 隨著電子技術(shù)的發(fā)展，打印機已經(jīng)廣泛應用到各個領(lǐng)域，成為各種智能數(shù)字化儀器儀表的重要數(shù)據(jù)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(yī)療儀器如心電圖機的首先。下面以筆者課題組開發(fā)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(xiàn)多種方式的心電圖形打印，并重點描述了12導聯(lián)同步打印方式的程序?qū)崿F(xiàn)方案。1 系統(tǒng)硬件設(shè)計 系統(tǒng)配置了一個內(nèi)置式數(shù)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(shù)據(jù)采用串行輸入，其內(nèi)部不僅包含有由c-mos集成芯片構(gòu)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(qū)動，可在熱敏打印紙上產(chǎn)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(shù)據(jù)為串行數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)傳輸遵循spi口的通信協(xié)議。系統(tǒng)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(nèi)部令有256字節(jié)的內(nèi)部ram，系統(tǒng)還外擴1片hm628128存儲12導心電數(shù)據(jù)和中間轉(zhuǎn)換結(jié)果。2 系統(tǒng)軟件編寫 數(shù)字打印實現(xiàn)的兩個關(guān)鍵問題：①如何將心電數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成打印數(shù)據(jù)；②如果將數(shù)據(jù)輸出到數(shù)字打印機。通常采用的方法是轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)同時將其輸出到打印機打印。這樣節(jié)省了存儲器空間；缺點是程序?qū)崿F(xiàn)復雜，通用性差（不同打印方式的數(shù)據(jù)輸出程序不同），系統(tǒng)功能不易擴展，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和輸出都要考慮打印點位置，并且每輸出一點的數(shù)據(jù)都要調(diào)用一次程序，加大了系統(tǒng)開銷。系統(tǒng)軟件中沒有采有這種方式，而是在內(nèi)存中開辟216字節(jié)打印緩沖區(qū)，將熱敏打印頭1728個點與216×8位數(shù)據(jù)相對應，每次將要打印的一線數(shù)據(jù)都轉(zhuǎn)換完再輸出。這樣只需在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時考慮打印位置和方式，輸出程序只需將216字節(jié)的數(shù)據(jù)按位輸出即可，并且每打印一線數(shù)據(jù)只需調(diào)用一次輸出子程序，字節(jié)了系統(tǒng)開銷。缺點是占用系統(tǒng)資源，這一點在12導同步打印表現(xiàn)得尤為明顯。 系統(tǒng)程序?qū)崿F(xiàn)三種打印方式：分兩次打印12導聯(lián)數(shù)據(jù)，每次打印6導、12導同步打印、縱向打�。ù蛴⌒Ч鐖D2）。在每一種打印程序中實現(xiàn)模擬spi口將打印數(shù)據(jù)送至數(shù)字打印機的子程序共用，不同處在于如何將心電數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成打印數(shù)據(jù)。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(shè)接口，通過四根線進行通信：時鐘線（spkclk）、數(shù)據(jù)輸出線（spimiso）、數(shù)據(jù)輸出線（spimosi）、片選線（cs），內(nèi)部通過spidat寄存器完成串-并/并-串轉(zhuǎn)換。它主要工作在主從式系統(tǒng)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(shù)據(jù)。 系統(tǒng)應用的串行熱陣式打印機數(shù)據(jù)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�？紤]到系統(tǒng)中mcu作為主器件總是發(fā)送數(shù)據(jù)，而數(shù)字打印機作為唯一從器件又總是接收數(shù)據(jù)，所以只需用口線模擬spi口的時鐘線（spikclk）、數(shù)據(jù)輸出線（spimosi），程序模擬spidat完成并-串轉(zhuǎn)換即可。如前所提到打印頭打印的數(shù)據(jù)點數(shù)為1728點，分辨率為8mm/mv，對應216字節(jié)的數(shù)據(jù)，為此從內(nèi)部ram中分配出216字節(jié)的空間作為打印緩沖區(qū)，程序從緩沖區(qū)依次讀數(shù)據(jù)，在模擬時鐘線的控制下將并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成的串行數(shù)據(jù)按位依次送至打印機的移位寄存器中，結(jié)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(qū)動步進電