心電圖（ECG）是心臟疾病診斷的重要手段。常規心電圖是病人在靜臥情況下由醫院的心電圖儀記錄的短時間心電活動，由于心臟病發作帶有很大的偶然性和突發性，所以在非發作期做常規心電圖檢查獲取疾病信息的幾率很低。

　　因此，將心電監護從病床邊、醫院內擴展到家中，實現實時遠程監護具有重要的現實意義。

　　互聯網尤其是無線網絡的迅速普及促使嵌入式技術應用的條件日趨成熟，此外，心電監護對心臟病診斷的重要性也使得遠程監護也具有現實的可能性。

　　本文主要研究并設計了一套實用的便攜式移動心電監護系統。通過該系統可以隨時隨地將患者的心電信號通過GPRS網絡無線發送到設在醫院的PC機上，或者將心電數據先存儲在本系統中，然后再通過USB實現高速回放。

　　系統的總體設計

　　本文所設計的便攜式移動心電監護系統由心電監護儀、通信網絡和監護中心三部分組成（如圖1所示）。其工作過程如下：

　　圖1：便攜式心電監護系統總體框圖

　　心電監護儀由患者隨身攜帶，通過粘貼式電極可隨時采集用戶的心電數據，并進行放大、濾波、A/D轉換，然后存儲到串行閃存中。當存儲一定時間的心電數據后，可以通過GPRS無線上網，利用無線網絡將數據傳送給位于監護中心的上位機。也可通過USB直接連接到上位機，進行本地高速回放。

　　本文將重點介紹心電監護儀的設計。由于是便攜式設備，所以設計時必須考慮盡量降低功耗、體積和成本。經過反復地分析比較，最終決定采用Z-World公司的工業級控制芯片Rabbit3000微處理器作為心電監護儀的主芯片。

　　盡管Rabbit3000是8位微處理器，但其內存空間可達1M，主頻可達22M。它具有豐富的接口資源，共有40條并行I/O口線（與串行口共用）。此外，該器件的功耗非常低，處理器時鐘可由32.768KHz振蕩器驅動，并將主振蕩器斷電。此時電流約為100μA，而處理器仍能保持每秒10，000條指令的執行速度。

　　系統硬件設計

　　在進行總體硬件設計時，以Rabbit3000高性能微處理器為核心，利用外部接口擴展了512K的并行Flash和512K的SRAM，存儲空間達到1M，并擴展了USB接口。利用串行接口擴展了串行Flash、A/D轉換和無線模塊MC35。以下重點介紹無線模塊和USB模塊的硬件設計。

　　1. 無線模塊MC35硬件設計

　　無線模塊負責完成心電數據的無線傳送。為實現此功能，本系統采用了西門子公司的MC35模塊。這是西門子公司首款支持GPRS的GSM/GPRS模塊，體積小巧，易于集成到便攜式終端中。通過串行口連接，使用AT命令對該模塊進行控制和數據傳送。

　　西門子公司的MC35模塊具有一個40腳的零插入力連接器，該連接器中提供了串行接口、音頻接口、SIM接口、狀態引腳、電源接口等接口，通過這些接口與SIM卡座、天線以及主控制器相連。MC35的串行接口TXD0和RXD0與Rabbit3000的串口B，即引腳TXB和RXB（PC4和PC5）相連，以實現與MC35之間的通信。MC35的IGT引腳為其啟動引腳，需要開漏極驅動器驅動。而Rabbit3000的端口E具有很強的驅動能力，因此選用PE5作為MC35的啟動控制線。在MC35的電源接口中有電源輸入引腳、電源輸出引腳和充電引腳，其中充電引腳可用來給電池充電。本系統采用電池供電或外部充電。如圖2所示。

　　設計時需注意的兩點是：本系統使用電池供電，由于MC35在上行傳輸需提供2A的峰值電流，這會引起電壓突然下降，因此設計電路時要加足夠大的電容，以防電壓突然下降；在SIM卡電路設計時，需要注意電磁兼容性的問題，否則會影響MC35的通信效果，甚至導致MC35無法正常工作。

　　圖2：MC35模塊硬件連接圖

　　2. USB模塊硬件設計

　　USB模塊負責完成心電數據的本地高速回放，它提供了另一種數據傳輸手段。通常的串口RS-232只是利用一條線進行數據傳輸，而USB傳輸是利用D+和D-線上的差分信號，與主機進行數據的傳輸，充分保證了數據傳輸的可靠性。本系統采用恩智浦公司的PDIUSBD12實現USB傳輸。

　　PDIUSBD12（以下簡稱D12）是恩智浦公司的一款性價比很高的USB芯片，完全符合USB1.l版的規范。是在USB1.1協議設備端使用最多的芯片之一，是一種純粹的USB接口芯片，需要外部微處理器控制。

　　本系統利用Rabbit3000微處理器控制USB芯片D12來完成USB傳輸，此時D12就是單片機的一個外設。D12與Rabbit3000之間的數據傳輸是通過8位數據線來實現的，即D12的并口數據線D0-D7與Rabbit3000的數據線D0-D7直接相連。

　　D12的INT_N引腳與Rabbit3000復用引腳INT0A相連，作為Rabbit3000的外部中斷輸入。當D12需要進行操作時，就利用INT_N引腳發出一個中斷請求，Rabbit3000立即響應中斷，對其進行操作。D12的RD_N和WR_N分別與Rabbit3000的IORD和IOWR相連，以控制數據傳輸的方向。D12的RESET_N與Rabbit3000的復用引腳PE4相連，Rabbit3000可以利用這個引腳向D12發出一個低電平，RESET_N被置為低電平后，D12便自動復位了。D12的CS_N與Rabbit3000的復用引腳PE7相連，可以通過這個引腳來控制片選。如圖3所示。

　　圖3：PDIUSBD12模塊硬件連接圖

　　D12有兩種數據總線方式：多路地址/數據總線方式和單地址數據總線方式。本系統采用單地址數據總線方式，將D12的ALE接地，A0與Rabbit3000的地址總線A0相連，在片選信號有效的前提下（即PE7=0），當A0=1時，CPU給D12發命令；當A0=0時，CPU向D12寫數據或從D12讀數據。因此，地址0xE001為發送命令地址，地址0xE000為讀寫數據地址。