基于單片機的心電血壓監(jiān)測儀USB接口設(shè)計方案
發(fā)布時間:2008/9/4 0:00:00 訪問次數(shù):449
引言
家用心電血壓監(jiān)測系統(tǒng)由采集記錄設(shè)備和上位機電子病歷管理系統(tǒng)組成,因此,需要解決數(shù)據(jù)傳輸方式問題。傳統(tǒng)的通信接口采用簡單的rs-232串行uart ,這種方式速度慢且適用性差,而usb轉(zhuǎn)串口芯片的傳輸性能不能得到根本改善。usb總線接口則具有速度快、易于擴展、支持熱插拔、使用靈活方便等優(yōu)勢,尤其適用于家用設(shè)備與計算機的通信連接。
本文重點討論usb通信協(xié)議及其接口芯片的控制方法,針對臨床需求,設(shè)計實現(xiàn)了具有心電、血壓智能監(jiān)測和usb高速數(shù)據(jù)傳輸功能的小型化設(shè)備,提供心電、血壓數(shù)據(jù)電子病歷查詢、打印和網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)裙δ,對于提高家庭健康保健水平具有很重要的意義。
監(jiān)測儀的usb接口電路設(shè)計
系統(tǒng)主控制芯片采用32位高性能嵌入式arm微處理器s3c44b0x,usb專用控制芯片選用usbn9603。usbn9603內(nèi)置7個fifo端口,包括1個雙向的控制端口,3個發(fā)送端口和3個接收端口,各有64字節(jié)。
。酰螅饪刂破髋cs3c44b0x的接口電路如圖1所示。將usb控制器設(shè)計為bank2,即將ngcs2存儲體選擇線作為usbn9603的片選線,則該芯片的片選地址為0x4000000。本文采用并行數(shù)據(jù)接口,兩個芯片的低8位數(shù)據(jù)線d0 ̄d7相連接,并行傳輸通信數(shù)據(jù)。將mode0和mode1引腳都接地,配置usbn9603為非復(fù)用方式,由于此工作模式需要地址線a0作為存。酰螅猓睿梗叮埃称瑑(nèi)寄存器data_in、data_out和addr寄存器的選擇線,需連接32位地址總線中的a18到usb控制器的a0。對usbn9603進行讀寫操作時,分為兩個總線周期:首先,將地址線a0置高,即設(shè)置總線地址為0x4040000,將待訪問寄存器的地址從數(shù)據(jù)線d[0:7]寫入,這樣,就在第一個總線周期將地址送到芯片;然后,在第二個周期,將a0置低,即設(shè)置總線地址為0x4000000,讀寫d[0:7]即可實現(xiàn)對寄存器的讀寫操作。整個usb通信過程主要是處理包括接收、發(fā)送數(shù)據(jù)等各種中斷事件,將usbn9603的int引腳連接到s3c44b0x的外部中斷eint0引腳,設(shè)置usb中斷為向量中斷請求模式。由于未使用dma方式,需將dack置高,dma請求線drq懸空。usb電纜有4條導(dǎo)線,d+和d-是usb差分信號線,另外兩個分別是5v電源線和地線。usbn9603支持低速和全速的usb通信,在d+信號線上連接1.5kω上拉電阻,使其工作在全速模式。
監(jiān)測儀的usb接口固件實現(xiàn)
。酰螅馔ㄐ胚^程的操作是從主機開始的,按照約定的時序先發(fā)出一個令牌包,包含操作類型、方向、外設(shè)地址及端點號等信息,然后在令牌中指定數(shù)據(jù)發(fā)送者發(fā)出一個數(shù)據(jù)包或者指出沒有數(shù)據(jù)傳輸。而usb外設(shè)要以一個確認包作出響應(yīng),表示傳輸成功。
本文采用主從式usb通信結(jié)構(gòu),上位機通過發(fā)送各種事先約定好的協(xié)議命令,來實現(xiàn)對心電、血壓數(shù)據(jù)的采集及對系統(tǒng)設(shè)備的初始化設(shè)置,主要包括以下幾種數(shù)據(jù):心電數(shù)據(jù)以段為單位,每段包括32kb心電數(shù)據(jù)及6b的采集時間信息,每次傳輸若干段,數(shù)據(jù)量大,對傳輸可靠性要求也高;血壓數(shù)據(jù)包括舒張壓和收縮壓及其采集時間,共10b,由于血壓監(jiān)測比較頻繁,每次會傳輸一段時間內(nèi)的血壓監(jiān)測數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)量也比較大;下載升級版的固件等文件信息 。這3種數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)流量都比較大,而且可靠性要求都較高,3種數(shù)據(jù)均選用塊傳輸通道類型,另外,每個usb傳輸都必有控制傳輸通道。因此,需要使用3個通道,即控制通道、bulkin通道和bulkout通道。
。酰螅夤碳䲠(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
本文涉及usb設(shè)備配置枚舉階段上位機在控制傳輸中要求設(shè)備傳輸?shù)模搭惷枋龇,按照層次依次為:設(shè)備描述符、配置描述符、接口描述符和端點描述符,其中,較高階描述符會通知主機任何其它低階的描述符信息。
設(shè)備描述符是在設(shè)備連接時主機第一個讀取的描述符,每個設(shè)備只能有一個設(shè)備描述符,包含整個設(shè)備的信息以及設(shè)備支持的配置號碼,共18個字段。每個usb設(shè)備有一個或多個配置描述符,包含設(shè)備的電源管理以及設(shè)備配置所支持的接口號碼,當設(shè)備收到獲取配置描述符的要求后,傳送該配置描述符及其所有接口、端點和其它附屬描述符給主機,本文設(shè)置一個配置,其描述符共8個字段。接口包含一組端點,本文設(shè)置一個接口,其描述符有9個字段,為上位機提供了設(shè)備使用端點的數(shù)目及其類型等信息。每個接口描述符有零個或多個端點描述符,包含主機與端點通信所需的信息,端點0作為控制端點來通信,端點1和端點2分別為塊傳輸模式,其描述符包含了端點號、傳輸方向、端點傳輸類型、數(shù)據(jù)包最大傳輸字節(jié)等信息。
usb固件通信流程
。酰螅夤碳蚣芰鞒倘鐖D2所示,在進入通信
引言
家用心電血壓監(jiān)測系統(tǒng)由采集記錄設(shè)備和上位機電子病歷管理系統(tǒng)組成,因此,需要解決數(shù)據(jù)傳輸方式問題。傳統(tǒng)的通信接口采用簡單的rs-232串行uart ,這種方式速度慢且適用性差,而usb轉(zhuǎn)串口芯片的傳輸性能不能得到根本改善。usb總線接口則具有速度快、易于擴展、支持熱插拔、使用靈活方便等優(yōu)勢,尤其適用于家用設(shè)備與計算機的通信連接。
本文重點討論usb通信協(xié)議及其接口芯片的控制方法,針對臨床需求,設(shè)計實現(xiàn)了具有心電、血壓智能監(jiān)測和usb高速數(shù)據(jù)傳輸功能的小型化設(shè)備,提供心電、血壓數(shù)據(jù)電子病歷查詢、打印和網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)裙δ,對于提高家庭健康保健水平具有很重要的意義。
監(jiān)測儀的usb接口電路設(shè)計
系統(tǒng)主控制芯片采用32位高性能嵌入式arm微處理器s3c44b0x,usb專用控制芯片選用usbn9603。usbn9603內(nèi)置7個fifo端口,包括1個雙向的控制端口,3個發(fā)送端口和3個接收端口,各有64字節(jié)。
usb控制器與s3c44b0x的接口電路如圖1所示。將usb控制器設(shè)計為bank2,即將ngcs2存儲體選擇線作為usbn9603的片選線,則該芯片的片選地址為0x4000000。本文采用并行數(shù)據(jù)接口,兩個芯片的低8位數(shù)據(jù)線d0 ̄d7相連接,并行傳輸通信數(shù)據(jù)。將mode0和mode1引腳都接地,配置usbn9603為非復(fù)用方式,由于此工作模式需要地址線a0作為存。酰螅猓睿梗叮埃称瑑(nèi)寄存器data_in、data_out和addr寄存器的選擇線,需連接32位地址總線中的a18到usb控制器的a0。對usbn9603進行讀寫操作時,分為兩個總線周期:首先,將地址線a0置高,即設(shè)置總線地址為0x4040000,將待訪問寄存器的地址從數(shù)據(jù)線d[0:7]寫入,這樣,就在第一個總線周期將地址送到芯片;然后,在第二個周期,將a0置低,即設(shè)置總線地址為0x4000000,讀寫d[0:7]即可實現(xiàn)對寄存器的讀寫操作。整個usb通信過程主要是處理包括接收、發(fā)送數(shù)據(jù)等各種中斷事件,將usbn9603的int引腳連接到s3c44b0x的外部中斷eint0引腳,設(shè)置usb中斷為向量中斷請求模式。由于未使用dma方式,需將dack置高,dma請求線drq懸空。usb電纜有4條導(dǎo)線,d+和d-是usb差分信號線,另外兩個分別是5v電源線和地線。usbn9603支持低速和全速的usb通信,在d+信號線上連接1.5kω上拉電阻,使其工作在全速模式。
監(jiān)測儀的usb接口固件實現(xiàn)
。酰螅馔ㄐ胚^程的操作是從主機開始的,按照約定的時序先發(fā)出一個令牌包,包含操作類型、方向、外設(shè)地址及端點號等信息,然后在令牌中指定數(shù)據(jù)發(fā)送者發(fā)出一個數(shù)據(jù)包或者指出沒有數(shù)據(jù)傳輸。而usb外設(shè)要以一個確認包作出響應(yīng),表示傳輸成功。
本文采用主從式usb通信結(jié)構(gòu),上位機通過發(fā)送各種事先約定好的協(xié)議命令,來實現(xiàn)對心電、血壓數(shù)據(jù)的采集及對系統(tǒng)設(shè)備的初始化設(shè)置,主要包括以下幾種數(shù)據(jù):心電數(shù)據(jù)以段為單位,每段包括32kb心電數(shù)據(jù)及6b的采集時間信息,每次傳輸若干段,數(shù)據(jù)量大,對傳輸可靠性要求也高;血壓數(shù)據(jù)包括舒張壓和收縮壓及其采集時間,共10b,由于血壓監(jiān)測比較頻繁,每次會傳輸一段時間內(nèi)的血壓監(jiān)測數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)量也比較大;下載升級版的固件等文件信息 。這3種數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)流量都比較大,而且可靠性要求都較高,3種數(shù)據(jù)均選用塊傳輸通道類型,另外,每個usb傳輸都必有控制傳輸通道。因此,需要使用3個通道,即控制通道、bulkin通道和bulkout通道。
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本文涉及usb設(shè)備配置枚舉階段上位機在控制傳輸中要求設(shè)備傳輸?shù)模搭惷枋龇凑諏哟我来螢椋涸O(shè)備描述符、配置描述符、接口描述符和端點描述符,其中,較高階描述符會通知主機任何其它低階的描述符信息。
設(shè)備描述符是在設(shè)備連接時主機第一個讀取的描述符,每個設(shè)備只能有一個設(shè)備描述符,包含整個設(shè)備的信息以及設(shè)備支持的配置號碼,共18個字段。每個usb設(shè)備有一個或多個配置描述符,包含設(shè)備的電源管理以及設(shè)備配置所支持的接口號碼,當設(shè)備收到獲取配置描述符的要求后,傳送該配置描述符及其所有接口、端點和其它附屬描述符給主機,本文設(shè)置一個配置,其描述符共8個字段。接口包含一組端點,本文設(shè)置一個接口,其描述符有9個字段,為上位機提供了設(shè)備使用端點的數(shù)目及其類型等信息。每個接口描述符有零個或多個端點描述符,包含主機與端點通信所需的信息,端點0作為控制端點來通信,端點1和端點2分別為塊傳輸模式,其描述符包含了端點號、傳輸方向、端點傳輸類型、數(shù)據(jù)包最大傳輸字節(jié)等信息。
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usb固件框架流程如圖2所示,在進入通信
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