摘 要：詳細介紹基于USB接口的心電圖機的熱敏打印控制系統(tǒng)，系統(tǒng)采用ARM作為控制芯片，使用USB接口進行數(shù)據(jù)通信。熱敏打印機噪聲低、速度快、可靠性高、打印字符清晰。文中對熱敏打印所涉及到的關(guān)鍵技術(shù)作了詳細說明，并對軟件設計作了介紹。

關(guān)鍵詞：ARM USB接口 心電圖 熱敏打印機

心電圖機是描記心臟組織活動所產(chǎn)生的生物電信號以及現(xiàn)代醫(yī)學科學研究和l臨床診斷中使用非常廣泛的一種精密電子醫(yī)療儀器。由于它診斷可靠，操作簡便，對病人無損傷，故在臨床上得到廣泛的應用，而作為心電圖檢測結(jié)果直觀的輸出方式和手段，心電圖機微型打印機是必不可少的。

目前，醫(yī)院中使用的多為傳統(tǒng)機械式心電打印機，存在著打印效率低、噪聲污染嚴重、心電波形失真等缺點。近年來uSB技術(shù)有了飛速的發(fā)展，很多臺式打印機已經(jīng)應用了該技術(shù)。但是采用USB接口技術(shù)的心電圖機熱敏打印機卻很少。本系統(tǒng)就采用了USB接口與心電圖機相連，同時也可以與PC心電圖機進行連接打印。

1 心電圖熱敏打印機的硬件設計

1.1 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)

硬件系統(tǒng)由控制器、走紙電機、uSB接口、熱敏打印頭及其檢測和保護電路等組成，組成框圖如圖1所示。

1.2 ARM控制器的選擇

由于本系統(tǒng)要求打印最高速度達50 mm／s，所以對于處理器給打印頭傳送數(shù)據(jù)的速度就要求很高。一般熱敏打印頭數(shù)據(jù)通過串行傳送，所以通過SPI口傳送是最佳方式，而普通8位單片機在處理速度上就有缺陷，難以滿足整體要求，因此決定選用Atlnel公司的ARM7內(nèi)核芯片AT91SAM7S64作為控制器。該芯片具有64 KB的片內(nèi)高速Flash存儲器，16 KB的片內(nèi)高速SRAM(可以在最高時鐘速度下進行單時鐘周期訪問操作)；1個USB 2．O全速(12 Mbps)設備端口，片上收發(fā)器，328字節(jié)可編程的FIFO；主／從串行外設接口(SPI)，8～16位可編程的數(shù)據(jù)長度，4個片選線。本設計將用USB口與臺式或PC心電圖機通信，SPI口控制打印頭，同時具有大容量的數(shù)據(jù)存儲及高速數(shù)據(jù)處理能力。所以無論從集成度，還是性價比來看，都是理想的選擇。

1.3 熱敏打印頭的選擇及控制

熱敏打印技術(shù)最早使用在傳真機上，其基本原理是將打印機接收的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成點陣信號控制熱敏單元的加熱．把熱敏紙上熱敏涂層顯影。這種技術(shù)只能使用專用的熱敏紙。熱敏紙上涂有一層遇熱就會產(chǎn)生化學反應而變色的涂層，類似于感光膠片，不過該涂層是遇熱后變色顯影。利用熱敏涂層的這種特性，研究出了熱敏打印技術(shù)。熱敏打印技術(shù)的關(guān)鍵在于加熱元件。熱敏打印機芯上有一排微小的半導體元件。這些元件排得很密，從2·90dpi～600dpi不等。這些元件在通過一定電流時會很快產(chǎn)生高溫，當熱敏紙的涂層遇到這些元件時，在極短的時間內(nèi)溫度會升高，涂層就會發(fā)生化學反應，顯出顏色。

熱敏打印機接收到打印數(shù)據(jù)后，將打印數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為位圖數(shù)據(jù)，然后按照位圖數(shù)據(jù)的點控制打印機芯上的發(fā)熱元件通過電流，這樣就把打印數(shù)據(jù)變成打印紙上的打印內(nèi)容了。

由于本設計要求最多能同時打印12導聯(lián)的心電波形，所以對打印頭的寬度和分辨率要求很高。經(jīng)過認真的性能比較，選用了C216型行式打印頭，其打印寬度可達216 mm，即1728點／行。熱敏打印頭的電路連接如圖2所示。

C216打印頭各信號線加2．2 kΩ上拉電阻，數(shù)據(jù)通過ARM的SPI口串行輸入；SPCK連接ARM芯片SPI口串行時鐘引腳，ARM最多有4個SPI外設片選信號腳，P_LATCHCSl連接其中的NPCSl腳，由于打印機只需單向接收數(shù)據(jù)，所以只連接MOSI腳。THERMISTOR接打印頭內(nèi)置熱敏電阻，外加電路來檢測打印頭的溫度，從而可對打印頭作相應的保護。打印頭工作需要24 V直流電壓。由于每行1728點，且電源電流有限，所以必須進行打印頭的加熱功率控制。C216有4個加熱選通信號(STR()BEl～4)，即1728個點可以分4次加熱，每次最多448個點。根據(jù)打印頭參數(shù)，如每個加熱點電阻為R=700 Ω時，消耗功率為31．0 mA／點；若所有點都加熱時需電流1728點×31．O mA／點=53 568 mA。所以設計中要根據(jù)實際加熱點數(shù)通過軟件進行一定的時序控制。

1.4 USB接口電路

AT9lSAM7S64芯片具有一個USB 2．O全速(12Mbps)設備端口，片上收發(fā)器，328字節(jié)可編程的F。IFO。這就給設計帶來很大的便捷性，也是采用本款ARM芯片較其他控制芯片的獨特優(yōu)勢之一。其外接電路如圖3所示。

AT9ISAM7S64的USB物理收發(fā)器集成在芯片中，USB器件有一條與高級中斷控制器(AIC)連接的中斷線．處理USB器件中斷須在配置UDP前對AIC編程，可自動檢測掛起與恢復，通過出現(xiàn)中斷來停止處理器。雙向差分信號D