基于TMS320F2812可调参数心电信号发生器的设计方案
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基于TMS320F2812的逆变电源系统控制软件的设计
1
华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文
1.1.1 模拟控制的缺点 传统的逆变电源多为模拟控制或者模拟与数字相结合的控制系统，模拟控制经过 多年的发展，己经非常成熟。然而，模拟控制有着固有的缺点[6]： 1）控制电路的分立元器件比较多，元器件间的连接相当复杂，使系统的故障检 测和维修比较困难，系统所占体积较大； 2）制造成本高，系统的可靠性低，产品升级换代困难； 3）灵活性不够，硬件电路设计好了，控制策略就无法改变； 4）由于所采用器件特性的差异，致使电源一致性差，且模拟器件工作点的漂移， 会导致系统参数漂移； 5）器件老化、热漂移等会使得逆变电源输出性能下降，甚至导致输出失败； 6）设计周期长，调试复杂，生产效率低； 7）模拟控制系统难以实现远程信息传输、通讯等先进控制技术。 近年来，随着大规模集成电路（ASIC） 、现场可编程逻辑器件（FPGA）及数字信 号处理器（DSP）技术的发展，数字处理器的运算速度越来越快，集成度越来越高， 功能越来越强大，而成本也随着大规模的生产而下降，数字控制己成为当今逆变电源 发展的方向。 1.1.2 数字控制的特点 数字控制电源与传统模拟控制相比，有如下特点[7]： 1）可以减少元器件的数目、简化硬件电路结构，从而提高系统的可靠性； 2）可以消除模拟控制元器件老化和温度漂移等难以克服的缺点，抗干扰能力也 大大增强； 3）容易实现先进控制，改善电源系统的控制效果； 4）通用性强，可以在几乎不改变硬件的情况下，通过修改程序软件方便地实现 不同的控制算法或提高系统的性能，易于实现产品大批量生产； 5）可以更好地与信息化接轨，使电源系统的操作界面更加人性化，可以给用户 提供更完整的操作和历史数据，还能实现运行数据的自动储存和故障自动诊断，有助 于实现逆变电源运行的智能化。另外，可以通过通讯口，把装置与 PC 机相连，实现 远程监控等功能。 由于数字控制具有优越的性能，因此逆变电源的数字化控制已经成为当代逆变电
基于TMS 320F2812的心电采集系统硬件设计
基于TMS 320F2812的心电采集系统硬件设计洪波盛;陈杭;叶树明【摘要】以DSP芯片TMS 320F2812为核心,设计了一个便携式、速度快以及具有QRS波形检测能力的心电采集系统.利用片上AD模块进行信号采集,通过移植QRS波形检测算法进行数据处理,并用内嵌的ECAN模块进行CAN总线通信,达到了减小系统体积、实时波形分析的目的.【期刊名称】《江南大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2010(009)003【总页数】4页(P262-265)【关键词】心电信号;采集系统;CAN总线【作者】洪波盛;陈杭;叶树明【作者单位】浙江大学,生物医学工程与仪器科学学院,浙江,杭州,310027;浙江大学,生物医学工程与仪器科学学院,浙江,杭州,310027;浙江大学,生物医学工程与仪器科学学院,浙江,杭州,310027【正文语种】中文【中图分类】TP216.3常规的心电采集系统不具备心电分析能力,近年来随着芯片技术的迅速发展,运用C8051F040和TMS 320F2407等芯片[1-4]所设计的心电系统,因其速度快、集成度高和成本低等特点成为了心电采集系统开发的主要趋势[5-6]。
为了得到更好的滤波效果,文中设计了一个快速、精确并且利用小波变换进行数据处理的心电采集系统。
经实验测定,该小波变换在 C8051F040和 TMS 320F2407上的执行速度偏低,没有足够的时间来完成滤波功能。
文中采用速度更高的 TMS 320F2812为核心来完成该心电采集系统。
由 TI公司生产的 DSP芯片TMS 320F2812最高主频为 150 MHz,并且可以在一个周期内完成一次加法和一次乘法[7],凭借该 DSP芯片这种特有的优势,每个周期对本系统所使用的某小波算法执行近20 000次浮点运算,完成对 QRS波的检测。
芯片的AD转换模块的精度达到 12位,满足了本系统对于高精度的要求,同时提高了系统的集成度。
基于TMS320F2812的DSP最小系统设计毕业设计论文
题目：基于TMS320F2812的DSP最小系统设计要求：TMS320F2812的DSP最小系统设计包括两个模块，即硬件设计模块和软件检测模块。
硬件设计模块包括电源设计、复位电路设计、时钟电路设计、存储器设计、JTAC接口设计等。
软件检测模块需要编写测试程序。
用Protel软件绘制原理图和PCB图。
从理论上分析，设计的系统要满足基本的信号处理要求。
DSP主要应用在数字信号处理中，目的是为了能够满足实时信号处理的要求，因此需要将数字信号处理中的常用运算执行的尽可能快。
这就决定了DSP的特点和关键技术。
适合数字信号处理的技术：DSP包涵乘法器，累加器，特殊地址发生器，领开销循环等；提高处理速度的技术：流水线技术，并行处理技术，超常指令等。
DSP对元件值的容限不敏感，受温度、环境等外部参与影响小；容易实现集成；VLSI 可以时分复用，共享处理器；方便调整处理器的系数实现自适应滤波；可实现模拟处理不能实现的功能：线性相位、多抽样率处理、级联、易于存储等；可用于频率非常低的信号。
关键词： TMS320F2812，CCS3.3，Protel99SE软件目录第1章绪论第2章系统设计2.1系统方案介绍2.2 系统结构设计第3章硬件电路设计3.1 TMS320F2812芯片介绍3.2电源及复位电路设计3.3 时钟电路设计3.4 DSP与JTAG接口设计3.5 DSP的串行接口设计3.6 通用扩展口设计3.7 总体电路原理图设计第4章软件设计4.1 程序设计4.2 仿真调试总结参考文献附录1：总体电路图附录2：程序代码第1章绪论数字化已成为电子、通信和信息技术的发展趋势与潮流。
在这种趋势与潮流的推动下，数字信号处理的理论与实现手段获得了快速的发展，已成为当代发展最快的学科之一。
而DSP芯片作为数字信号处理，尤其是实时数字信号处理的主要方法和手段，自20世纪70年代末、80年代初诞生以来，无论在性能上还是在价格上，都取得了突破性的迅猛发展。
基于TMS320F2812的数据采集及FFT设计
基于TMS320F2812的数据采集及FFT设计摘要数据采集与处理是计算机应用的一门关键技术，主要研究信息数据的采集、存储和处理。
数据采集与处理技术在工业控制系统中应用广泛。
离散傅立叶变换是将离散信号分解为幅值分量和频率分量，是数字信号处理领域的工具之一，但是由于其计算量太大，应用受到限制。
快速傅立叶变换的出现，使得DFT在实际应用中得到了广泛的应用。
由于多数DSP芯片都能在一个指令周期内完成一次乘法和一次加法，而且提供专门的指令，使得FFT算法在DSP芯片上实现的速度更快。
本文中主要采用TI的32位定点数字信号处理芯片TMS320F2812作为信号采集和处理的核心，通过片上的12位模数转换模块进行数据采集，对采集到的数据进行信号处理。
本文给出了数据采集系统硬件的外围调理电路。
在介绍了DSP原理，TMS320F2812芯片资源，以及TMS320的软件集成开发环境(CCS)的基础上，对数据采集模块、采样原理及在TMS320F2812上的FFT实现作了细致的描述和分析。
关键词：数据采集；数字信号处理器；模数转换器；FFTDesign of Data Acquisition System and FFTBased on TMS320F2812AbstraetData acquisition and processing become an important technology of computer application, which mainly studys the collection,storage and processing of information data.Technique of data acquisition and processing is widely applied in industry control system. Discrete Fourier Transform is one of the main tools in digital signal processing field. But because of its large computational complexity,its application is limited.Afterward,with the appearance of Fast Fourier Transform,DFT is widely used in practical application.Because most chips of DSP can complete a multiplication and an addition in an instruction period,and they can provide the specialized instruction of FFT,it accelerates the speed of the FFT algotithm working on the chip of DSP.This paper takes the 32 bits fixed-point digital signal processing processor TMS320F2812 of Texa Instrument Company as the core of signal acquisition and processing system.The data acquisition is completed by the 12 bits A/D convertor of TMS320F2812.and then do the signal processing on collected data.This dissertation points out the periphery circuit of data acquisition systemBased on the introductions of DSP principle,chip resources of TMS320F2812 and Code Composer Studio(CCS)of TMS320,the dissertation describes and analyses the acquisition module and sampling theory of data and the achievement of Fast Fourier Transform on TMS320F2812 in great detail.Keywords : data collection；digital signal processor；A/D converter；FFT；目录引言 (1)第1章绪论 (2)1.1研究现状 (2)1.2方案比较 (2)1.3FFT简介 (3)第2章系统总体方案设计 (4)2.1系统框图 (4)2.2系统工作原理 (4)2.3小结 (4)第3章系统硬件设计实现 (5)3.1基于TMS320F2812的数据采集设计 (5)3.2TMS320F2812功能模块应用 (6)3.3DSP硬件平台设计 (8)3.3.1 复位电路设计 (8)3.3.2 时钟电路设计 (9)3.3.3 JTAG接口电路设计 (9)3.3.4系统RAM的外扩设计 (10)3.4TMS320F2812A/D模块概述 (10)3.5调理电路设计 (12)3.6小结 (13)第4章TMS320F2812的FFT研究及仿真 (14)4.1数据采集的程序设计 (14)4.2FFT的基本原理 (15)4.2.1 DFT的基本原理 (15)4.2.2 频率抽取FFT(DIF) (16)4.3FFT在TMS320F2812上的实现 (16)4.4小结 (19)结论与展望 (20)致谢 (21)参考文献 (22)附录A 系统原理图 (24)附录B 引用的外文文献及其译文 (26)附录C 主要参考文献的题录及摘要 (30)附录D 总源程序清单 (32)插图清单图2-1数据采集示意图 (4)图3-1典型结构的数据采集系统框图 (5)图3-2TMS320F2812芯片引脚图 (7)图3-3上电复位电路图 (8)图3-4时钟电路图 (9)图3-5JTAG接口原理图 (9)图3-6SRAM接口图 (10)图3-7ADC模块功能图 (11)图3-8调理电路图 (13)图4-1主程序流程图 (14)图4-2W N的对称性和周期性示意图 (15)图4-3系统软件仿真采集信号波形图 (18)图4-4FFT仿真图 (19)引言随着数字信号处理理论和计算机的不断发展，现代工业生产和科学技术研究都需要借助于数字处理方法。
基于TMS320F2812的信号处理系统的设计
图 １ 系 统 结构 框 图
信 号 电压 的 幅度 调 节 到 ０～３Ｖ范 围 内 ； 外 Ｒ Ｍ 选 片 Ａ 用 ＩＳ ＳＩ公 司 的 Ｉ６Ｌ ５２６ 芯 片 作 数 据 缓 冲 ； Ｓ １Ｖ １１ Ｔ Ｓ ２Ｆ ８２ 输 入 的信 号进 行 采 集 、 理 ， 将 其 Ｍ ３０ ２ １ 对 处 并 处理 结果 通 过 Ｒ ２２总 线 接 口与 Ｐ Ｓ３ ｃ进 行数 据 通 信 ， 通过 串 口调试工具 实 时监 测发 送 和接 收数 据 ； Ｄ Ａ Ｃ模
关 键 词 ： Ｓ ； Ｃ ；采 集 ； 息 处 理 ＤＰ ＳＩ 信
中图法分类号 ： ６ １８ ３ Ｐ ３ ， ＋
文献标识码 ： Ｂ
文章编 号：１０ ．１４２ １ ）６０ ６ ．２ ０４９３ （０ ００ ．０ ９０
０ 引ห้องสมุดไป่ตู้言
随着现代 科学 技 术 的发 展 和 计算 机 技术 的普 及 ，
系统结构框 图。
道值就 会 被保 存 到 相 应 的结 果 寄 存 器 （ ｅｕｔｅ０－ Ｒ ｓｌ ｇ－ Ｒ Ｒ ｓｈ ｅ ｌ） ｅｕ Ｒ ｇ５ 中去 。其 Ａ Ｃ模块框 图如 图 ２所示 ［ｌ Ｄ １ 。 本 系统 采 用这 款 Ｄ Ｐ的 片上 Ａ Ｃ模块 对待 处理 的信 Ｓ Ｄ 号进行 模数转 换 。该模 块有 ｌ ６个通道 ， 单通道 转换 的 最小的转换时间是 ８ ｓ 因此 ， Ｓ ０ｎ ， Ｄ Ｐ的最大采样速率
石 ２１ 年 ００
・
油
仪
器
・６ ・ ９
第 ２卷 ４
第 ６期
ＰＴ Ｅ ＲＯＬＥ ＵＭ ＮＳ ＲＵ Ｉ Ｔ ＭＥＮ Ｓ Ｔ
计算机 与通讯 技术 ・
基于 Ｔ Ｓ２ Ｆ ８２的信号处理 系统的设计 Ｍ ３０ ２ １
信 号 电压 的 幅度 调 节 到 ０～３Ｖ范 围 内 ； 外 Ｒ Ｍ 选 片 Ａ 用 ＩＳ ＳＩ公 司 的 Ｉ６Ｌ ５２６ 芯 片 作 数 据 缓 冲 ； Ｓ １Ｖ １１ Ｔ Ｓ ２Ｆ ８２ 输 入 的信 号进 行 采 集 、 理 ， 将 其 Ｍ ３０ ２ １ 对 处 并 处理 结果 通 过 Ｒ ２２总 线 接 口与 Ｐ Ｓ３ ｃ进 行数 据 通 信 ， 通过 串 口调试工具 实 时监 测发 送 和接 收数 据 ； Ｄ Ａ Ｃ模
关 键 词 ： Ｓ ； Ｃ ；采 集 ； 息 处 理 ＤＰ ＳＩ 信
中图法分类号 ： ６ １８ ３ Ｐ ３ ， ＋
文献标识码 ： Ｂ
文章编 号：１０ ．１４２ １ ）６０ ６ ．２ ０４９３ （０ ００ ．０ ９０
０ 引ห้องสมุดไป่ตู้言
随着现代 科学 技 术 的发 展 和 计算 机 技术 的普 及 ，
系统结构框 图。
道值就 会 被保 存 到 相 应 的结 果 寄 存 器 （ ｅｕｔｅ０－ Ｒ ｓｌ ｇ－ Ｒ Ｒ ｓｈ ｅ ｌ） ｅｕ Ｒ ｇ５ 中去 。其 Ａ Ｃ模块框 图如 图 ２所示 ［ｌ Ｄ １ 。 本 系统 采 用这 款 Ｄ Ｐ的 片上 Ａ Ｃ模块 对待 处理 的信 Ｓ Ｄ 号进行 模数转 换 。该模 块有 ｌ ６个通道 ， 单通道 转换 的 最小的转换时间是 ８ ｓ 因此 ， Ｓ ０ｎ ， Ｄ Ｐ的最大采样速率
石 ２１ 年 ００
・
油
仪
器
・６ ・ ９
第 ２卷 ４
第 ６期
ＰＴ Ｅ ＲＯＬＥ ＵＭ ＮＳ ＲＵ Ｉ Ｔ ＭＥＮ Ｓ Ｔ
计算机 与通讯 技术 ・
基于 Ｔ Ｓ２ Ｆ ８２的信号处理 系统的设计 Ｍ ３０ ２ １
DSP课程设计(基于TMS320F2812的DSP最小系统设计)
物理与信息工程学院DSP技术及应用课程设计报告课题名称：基于TMS320F2812的DSP最小系统设计班级：学号：学生姓名：指导教师：一、系统结构一个典型的DSP 最小系统如图1所示,包括DSP 芯片、电源电路、复位电路、时钟电路及JT AG接口电路。
考虑到与PC 通信的需要, 最小系统一般还需增添串口通信电路。
图1 系统框图二、系统硬件设计（1）电源及复位电路设计DSP 系统一般都采用多电源系统, 电源及复位电路的设计对于系统性能有重要影响。
TMS320F2812是一个较低功耗芯片,核电压为1. 8V, IO电压为3. 3V。
这里采用TI公司的TPS767D318电源芯片。
该芯片属于线性降压型DC/ DC 变换芯片,可以由5V 电源同时产生两种不同的电压( 3. 3V、1. 8V 或2. 5V ) , 其最大输出电流为1000mA, 可以同时满足一片DSP 芯片和少量外围电路的供电需要, 如图2 所示。
该芯片自带电源监控及复位管理功能, 可以方便地实现电源及复位电路设计。
复位电路原理图如图3 所示。
图2 电源电路原理图图3 复位电路原理图（2）时钟电路设计TMS320F2812DSP的时钟可以有两种连接方式, 即外部振荡器方式和谐振器方式。
如果使用内部振荡器, 则必须在X1/ XCLKIN和X2两个引脚之间连接一个石英晶体。
如果采用外部时钟, 可将输入时钟信号直接连到X1/ CLKIN 引脚上, X2 悬空。
这里采用的是外部有源时钟方式, 直接选择一个3. 3V 供电的30MHz 有源晶振实现。
系统工作是通过编程选择5 倍频的PLL 功能, 可实现F2812 的最高工作频率( 150MHz)。
晶振电路如图4 所示。
图4 晶振电路（3）DSP与JT AG接口设计DSP 仿真器通过DSP 芯片上提供的扫描仿真引脚实现仿真功能, 扫描仿真消除了传统电路仿真存在的电缆过长会引起的信号失真及仿真插头的可靠性差等问题。
基于TMS329F2812DSP的课程设计
目录一引言 (2)二设计目的 (3)三设计要求 (3)四总体设计 (4)4、1硬件部分 (4)4.1.1 数模转换操作的应用基础 (4)4.1.2 AD7303简介 (5)4.1.3 应用AD7303的DAC电路设计 (6)4.2 软件部分 (8)4.2.1 程序流程图 (8)4.2.2 在CCS集成开发环境下新建工程 (9)在Simulator环境下观察信号的时域及FFT Magnitude波形 (11)4.2.4 程序清单 (15)4.3 调试部分 (23)4.3.1 硬件调试 (23)4.3.2 软件调试 (24)4.3.3 SCI串行数据传输 (25)五总结 (27)六参考文献 (28)一引言随着运算机技术的飞速进展，对信号发生器波形的要求愈来愈高。
目前，经常使用信号发生器大部份是由模拟电路组成，当这种模拟信号发生器用于低频输出时，由于需要较大的RC值，致使参数准确度难以保证，且造成体积和功耗偏大，而数字式波形发生器，因其输出幅值稳固、输出频率持续可调的优势，已慢慢取代了模拟电路信号发生器。
由于其运算速度高，系统集成度强的优势，能够设计基于DSP 的正弦信号发生器，该发生器实时性强、可扩展性好、波形精度高、可调剂频率和幅度、稳固性好、用途普遍，各方面均优于模拟信号发生器和数字信号发生器。
因此，本文提出了一种基于TMS320F2812的正弦信号发生器的设计方式。
本文提出了一种基于TMS320F2812实现正弦信号发生器的设计原理与方式，介绍了所设计的正弦信号发生器硬件电路结构和软件程序流程图。
在CCS开发环境下，成立了正弦信号发生器的陈或许编写工程。
通过导入加载程序，在PC机上利用软件仿真将正弦波形显示出来。
结合DSP硬件特性，通过D/A转换器取得设定参数的正弦波形输出，达到设计目的。
该信号发生器弥补了通常信号仪发生器模式固定，波形不可编程的缺点，其具有实时性强，波形精度高，可方便调剂频率和幅度、稳固性好等优势。
基于TMS320F2812的任意波形发生器设计
微处理器应用 电 子 测 量 技 术 EL ECTRONIC M EASUREM EN T TEC HNOLO GY 第32卷第4期2009年4月 基于TMS320F2812的任意波形发生器设计张树团1 张 凯1 李 静2(1.海军航空工程学院控制工程系 烟台 264001;2.山东商务职业学院 烟台 264000)摘 要:为了能够方便地产生一些复杂具有特殊要求的、频率稳定的任意波形,本文提出了一种任意波形发生器的设计方法。
完成了基于TI公司高性能DSP芯片—TMS320F2812和BB公司数模转换器———DAC7724的任意波形发生器设计,设计中使用TMS320F2812的外部扩展接口代替通用I/O口完成DAC7724的控制功能,详细叙述了设计方案、接口电路以及软件实现。
实验结果表明,该任意波形发生器能够按照要求输出相应波形,达到了设计要求。
关键词:TMS320F2812;DAC7724;任意波形发生器中图分类号:TN75 文献标识码:ADesign of arbitrary w aveform generator based on TMS320F2812Zhang Shutuan1 Zhang Kai1 Li Jing2(1.Depart ment of Control Engineering,Naval Aeronautical and Astronautical University,Yantai264001;2.Shandong business institute,Yantai264000)Abstract:This paper introduced a way of the arbitrary waveform generator to produce the complex and special waveform with the stable f requency.In this paper,an arbitrary waveform generator is designed and implemented in this article based on TMS320F2812and DAC7724.The control f unction of DAC7724adopt exterior extendable interface based on TMS320F2812to replace the current I/O.The scheme,the interface circuit and the software design are introduced particularly.At last,the results show that the arbitrary waveform generator can export the corresponding output waveform and reach the design requirement.K eyw ords:TMS320F2812;DAC7724;arbitrary waveform generator0 引 言函数发生器是一种常用的信号源,在教学、科研、生产、生物工程、遥控遥测等诸多领域得到广泛应用[123]。
基于TMS320F2812的信号处理系统的设计
基于TMS320F2812的信号处理系统的设计
高利兵
【期刊名称】《石油仪器》
【年(卷),期】2010(024)006
【摘要】根据高分辨感应测井仪井下信息处理的需要,设计了一种基
TMS320F2812的信号处理系统.采用DSP芯片TMS320F2812实现井下信息的实时采集处理,将数据通过串行异步通信接口传到PC机,由PC机的串口调试工具对接收信号进行显示和具体分析并将结果反馈给DSP进行控制.文章对硬件和软件设计及其进行了详细描述,该系统具有很高的可靠性,具有高速数据采集功能.
【总页数】3页(P69-70,73)
【作者】高利兵
【作者单位】中国石油集团测井有限公司吐哈事业部,新疆,鄯善
【正文语种】中文
【中图分类】P631.8+3
【相关文献】
1.基于TMS320F2812的二维PSD信号处理系统的设计 [J], 史狄;孙利群;章恩耀
2.基于TMS320F2812的数字钟系统设计 [J], 杨素珍;林本杰
3.基于TMS320F2812的程控逆变电源设计 [J], 汤代斌
4.基于TMS320F2812的ARINC429总线通信软件设计 [J], 王璇
5.基于DSP(TMS320F2812)的电机微机保护平台设计与开发 [J], 杨磊; 黄金霖
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基于数字信号处理器TMS320F2812的逆变电路设计
基于数字信号处理器TMS320F2812的逆变电路设计摘要：本文简述了单相逆变电路的工作原理,分析其驱动信号生成的两种分立元件控制电路;提出利用数字信号处理器（DSP）实现正弦脉宽调制,并结合德州仪器公司的TMS320LF2412介绍几种方案的具体实现方法。
通过实验验证,逆变电源频率稳定度,谐波失真度.最后给出实验室中实现的逆变电路的实验结果。
关键字：DSP, TMS320F2812, 逆变电路目录1设计要求 (3)2 电源结构 (3)3 方案设计 (4)3.1 系统总体设计 (4)3.2 主电路的设计 (4)3.3 DSP的选取 (7)3.4 驱动电路的设计 (7)3.5 采样电路 (8)3.6 保护电路 (8)4 元件参数计算 (9)4.1 输出滤波电感L f、滤波电容C f的选取 (9)4.2 变压器的设计 (10)4.3 功率开关的选择 (11)5 仿真结果 (11)5.1 驱动波形 (11)5.2 功率开关器件两端的电压波形 (12)5.3 逆变器输出波形 (13)6 结论 (14)参考文献 (15)附录1：DSP的SPWM波实现程序： (16)附录2：系统PCB版图： (18)1设计要求随着电力、通信等事业的飞速发展，交流电源的应用越来越广泛，于是性能稳定、可靠性高的逆变电源的作用越来越突出。
目前，国外特别是美国，数字化交流电源已经发展到很高的水平，DSP 在电源中得到广泛应用。
而国内对于电源的控制以单片机为主，DSP 应用于电源控制正处于发展阶段。
相比单片机而言，DSP 主要优点有：（1）内部集成了A/D 和采样/保持电路，且提供事件管理器模块输出专业性的PWM 信号。
（2）DSP 器件采用改进的哈佛结构，允许同时存取程序和数据，还提供了高度专业化的指令集，优秀的 C 编译器，这都保证了控制的实时性。
（3）数字化的控制策略使控制升级和维护很方便。
算法的改变减少了硬件的改动，极大降低了成本主要内容：基于DSP研究逆变器的调制方式，分析系统的稳定性和外特性，给出系统的硬件结构图，设计系统各个部分的硬件电路，完成数字控制SPWM逆变器的原理试验、仿真。
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基于T M S 320F 2812可调参数心电信号发生器的设计方案袁雪尧(大连理工大学电子与信息工程学院,辽宁大连116023)摘 要:文章介绍了一种基于心电信号动力学模型的全数字信号发生器的设计方案。
给出了一种用DSP 2812器件产生心电信号的硬件实现框图。
该电路主要由DSP ,CPL D 以及DA C 等器件组成,结合A D 620为主的后置放大电路进行信号的采集,可通过外部按键输入,改变程序参数来产生不同情况的心电信号波形显示于上位机,并由M A T L A B 仿真验证波形的正确性。
关键词:心电信号;数字信号处理器;复杂可编程逻辑器件中图分类号:T P3文献标识码:B 文章编号:CN 32-1289(2010)02-0059-04Base on TMS 320F 2812of ECG Generator AdjustableParameter Design ProgramYUA N X ue -y ao(Electro nic and Infor mation Engineer ing Institute of D alian T echno lo gy U niv ersity ,D alian 116023,China )Abstract :Firstly ,a all -dig ital sig nal g enerator desig n w as introduced based on ECG dynam icmodel to generate the ECG sig nal .A DSP 2812device to g ener ated ECG circuit structur e w aspr esented.The circuit is m ainly co mpo sed o f the DSP,CPLD,DAC devices,and acquires signalby the pream plifier circuit with AD620as the main amplifier.T hrough the ex ternal key thepr ogram par ameters g ener ate a variety of ECG w avefo rms .T he sim ulation result sho ws that thew aveform s are co rrect .Key words :ECG;DSP;CPLD心电信号发生器是一种常用的低频信号源,广泛应用于医疗仪器的测试、维修、演示和科学实验等领域。
目前使用的心电信号发生器大部分是进口的,价格昂贵,而国内生产的大都由分立元件组成,其体积大,功能少[1]。
为了医疗工作的需要,我们设计了一种用TM S 320F 2812芯片和数模转换芯片等器件构成的心电信号发生器,是可以很好地为医护人员提供训练的模拟仪器。
1 心电信号算法1.1 心电图 心电信号是一种随时间变化的信号,主要反映引起心脏的纤维收缩并随后放松的离子电流运动。
一个 第31卷第2期 2010年6月军 事 通 信 技 术Jour nal o f M ilita ry Co mmunicatio ns T echno lo gy V ol.31N o.2Jun.2010 收稿日期:2010-02-18;修回日期:2010-05-20作者简介:袁雪尧(1987-),男,硕士生.正常的ECG 循环代表一次心跳连续的心房去极/复极和心室去极/复极的过程。
图1所示是一种正常的ECG 波形图。
其中P 、Q 、R 、S 和T 用于表示ECG波形的波峰和波谷。
图1 正常ECG 波形1.2 心电信号算法M cShar ry PE 和Cliffor d GD 等人提出的心电信号动力学模型[2],可以采用C 语言编程,并以四阶Runge -Kutta 迭代算法为主来实现基于以上微分方程组的心电信号动力学模型。
该算法所涉及的FFT 运算需要进行大量的加法和乘法运算,若以单片机为核心,则其乘法运算的速度较慢,不能满足系统对实时性的要求。
而DSP 则具有专门的乘法器,因此,以DSP 为主构成的系统能满足系统设计的需要。
图2所示是一种心电信号算法的实现流程图。
图2 心电信号算法实现流程图2 总体硬件设计本设计所要实现的是面向医学模拟人的DSP 嵌入式系统,该系统所要产生的心电信号的技术指标是:信号频率为0.05Hz ～200Hz ,相位精度为1/100,频率精度为99.9%,信号峰峰值在100mV 下的D /A 转换幅值精度为0.01mV 。
为了满足各种类型心电信号的实时产生要求,同时为了使结构小巧紧凑,以较好地适应模拟心脏的结构特点,笔者构建了基于DSP 技术的硬件平台。
图3所示是心电信号发生器的整体硬件框图。
图3中,基于动力学模型的心电信号由DSP 处理器产生,其产生的心电信号输出数据是随时间离散的数字信号,可通过数模转换器来完成数模转换,从而实现输出随时间连续变化的模拟信号。
同时利用CPLD 编程灵活,延时可预测等优点实现DSP模块图3 心电信号发生器整体硬件框图的存储器地址译码,以及对键盘与液晶模块的扩展。
扩展的外部按键输入可实现对心电信号参数的调整,从而实现不同心电波形的输出。
液晶部分用于显示调整后的心电信号信息。
3 DSP 模块设计选择DSP 处理器主要考虑其运算速度和性价比。
该处理器需进行实时心电信号的产生和调整,而且在实现心电算法的过程中需进行FFT 运算,该变换需进行大量的加法和乘法运算,同时为了适应对波形的实时调整,根据实际的应用要求,可选用TI 公司TMS320F2812。
该DSP 芯片的工作频率为100MHz ,内部具有128k ×16bit 的片内FLASH ,利用烧写操作可以方便的固化用户程序。
片内内置18k ×16bit 的片内SRAM ,采用先进的哈佛修正结构,在一个机器周期内可完成一次乘法和一次加法运算。
此外,该芯片还具有高度专业化的指令系统,同时具有功耗小、处理速度快等优点[3]。
60军 事 通 信 技 术2010年 3.1 基于DSP 的心电信号实时性与精度分析基于该动力学模型所得到的心电信号算法需进行FFT 运算,一个正常的心电信号周期可用N =130个点来模拟,故需进行130点复数的FFT 运算,其中N 点复数的FFT 运算约做2N ×log N 2次实数乘法运算和3N ×log N 2次实数加法运算,且TMS 320F 2812的指令执行周期为10ns ,若取N =130且不计内存访问和其它时间,则一个心电信号周期中的FFT 运算所需的时间为:10×390×10ns 约0.039ms ,此时的相位精度为1/130。
提高N 值可提高波形的相位精度,但同时会降低信号产生速度。
同时在心电信号算法中,模拟心电信号波形的每个点间的步进时间t 为7.6923×10-3秒,则一个周期为0.999999s ,这样,产生的心电信号频率精度可达99.9999%。
由上述分析可知,该DSP 处理器可以满足硬件系统对产生心电信号精度与实时性的要求。
3.2 D /A 转换数模转换器需要完成的是把DSP 芯片产生的、随时间离散的数字信号转换成随时间连续变换的模拟信号。
心电信号转换精度主要应考虑的是模拟S -T 段异常情况下的波形变换特点,由于心电信号发生器产生的心电信号值为实际体表测值的10倍公认的实际体表S -T 段的电平变化0.05mV ,则模拟产生心电信号的S -T 段的变化值为0.5mV 。
根据美国心脏学会AHA 标准和Nyquist 采样定律,当信号采样频率等于或大于信号最高频率的2倍时,就可以从抽样后的信号中不失真的还原出原信号,因此,本系统中的D /A 转换精度应大于0.25mV 。
基于以上要求,同时考虑到TMS320F2812的输出数据为16位,本设计选用美国AD 公司的AD7846,该数模转换器具有在全温度范围内的16位电压输出,工作温度范围-40°C ～+85°C ,心电信号发生器输出的峰峰值为100mV ,分辨率为100/65536。
3.3 后置放大后置放大是最关键的环节,直接关系到整个系统数据产生的成功与否。
所以,放大电路的设计和调试是最复杂和重要的。
由于心电信号十分微弱,噪声背景强且信号源输入阻抗大,再加上50Hz 工频干扰等因素,通常要求后置放大器具有高输入阻抗、高共模抑制比、低噪声、低漂移等性能,设计时一般采用差模输入。
本电路使用的AD620A 是一款低价格、高精度的仪用放大器,共模抑制比可达130dB ,是生物放大器设计中的经典之作,其增益可调,由公式G =1+49.4(k /kg )来计算。
本电路参考了AD 620A 的技术文档,并加以改进,可以检测0.5mV ～0.05mV 的电平变化,试验表明后置放大10倍左右效果最好。
4 CPLD 模块4.1 键盘和液晶显示 为了能对产生的心电波形进行常识性的观察,本系统采用普通的带背光的蓝屏12864来对心电信号参数进行显示,同时配合按键来控制信号的产生和调整。
在通过CPLD 对键码进行识别后,可采用中断方式访问DSP ,并通过对应的中断子程序来对参数进行修改以达到对心电信号波形的实时调整。
4.2 CPLD 选型系统扩展芯片选择CPLD 的最大优点是其延时可预测。
该CPLD 适合于时序逻辑控制应用,同时具有高集成、高速、高可靠性以及丰富的可编程IO 引脚,可用于实现存储器扩展、DSP 与液晶的接口以及DSP 与键盘的接口等。
61 第2期袁雪尧:基于T M S 320F 2812可调参数心电信号发生器的设计方案 5 实验结果(a )正常心电波形f =60次/分钟图4所示是由DSP 处理器实现心电信号波形图,并在CCS 软件支持下显示的心电信号图形。
本实验有针对性的调整了极值参数,其中图4(a )是正常状态下的心电波形,图4(b )调整了S -T 段的参数,使其比正常值低,用于模拟心肌梗塞时的心电图。
实验表明:该心电信号发生器能实现心电信号的产生,并可通过参数调整产生不同的心电波形。
其中横坐标表示模拟心电信号波形点的步进时间为t =7.6923×10-3s ,130个时间单位约为1s ,纵坐标表示心电信号电压值,单位为V ,该值为实际体表测值的10倍。
(b )心肌梗塞心电波形f =60次/分钟调整了S -T 段的参数图4 心电波形实验结果经过调试,本系统应用放大电路成功的滤除了各种噪声和干扰,使EC G 信号发大了10倍,保证了在微小电平下的波形输出,得到了符合要求的心电信号波形。