[实用新型]基于PCI总线及CPLD远程医疗前端数据采集卡

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种数据采集卡，尤其是基于PCI总线及CPLD远程医疗前端数据采集卡。

背景技术

随着生命科学和通信技术的发展.远程医疗已成为目前国际上发展十分迅速的跨学科。而如何获取远程医疗前端信息是实现远程医疗重要的步骤。远程医疗前端信息包括一些实时的生物电信号(如ECG，EEG)、医疗数据(如血压)及文字病历医院信息系统(HIS0)、医疗影像存储与传输系统(PACS)等。生物医学信号由于受到人体诸多因素的影响，因而有着一般信号所没有的特点：1)信号弱，心电信号仅10～50微伏。脑干听觉诱发响应信号小于1微伏；2)噪声强，由于人体自身信号弱，加之人体又是一个复杂的整体，因此信号易受噪声的干扰；3)频率范围一般较低，除心音信号频谱成份稍高外。其他电生理信号频谱一般较低；4)随机性强，生物医学信号不但是随机的，而且是非平稳的。正是因为生物医学信号的这些特点，使得生物医学信号处理成为当代信号处理技术最可发挥其威力的一个重要领域。而数据采集是远程医疗系统中的重要环节，当交流信号多时，仅仅靠普通MCU资源难以完成，普通数据采集卡不能实现多通道同时采样及瞬态信号、图像处理都要求几MB/S甚至几十MB/S的速度。而目前用于PC机的数据采集卡大部分是基于ISA总线的，其最大缺点是传输速度太低，不能实现实时传输。

实用新型内容

本申请要解决的技术问题是为了克服上述缺陷，提供一种基于PCI总线及CPLD远程医疗前端数据采集卡。

为解决上述技术问题，采用的技术方案是：

基于PCI总线及CPLD远程医疗前端数据采集卡，由多路选择开关、可编程控增益放大器、运算放大器、A/D转换器、外部储存器FIFO、CPLD可编程逻辑控制器与PCI9054接口控制器、PCI总线构成，多路信号经多路选择开关转换后，经可编程控增益放大器放大，进入A/D转换器后存储到外部储存器FIFO，在CPLD可编程逻辑控制器的控制下将信号数据送入PCI9054接口控制器内部的FIFO；A/D芯片为AD9042，CPLD可编程逻辑控制器采用芯片EPM7128，外部储存器FIFO采用芯片IDT72V36110，可编程增益放大器采用PGA202，CPLD可编程逻辑控制器为EPM7l28器件，PGA202的AD0、AD1两引脚接人CPLD的Y0口。

本实用新型的有益效果是：这个采集卡采用PCI+CPLD的模式实现了对高速、大容量传输流的实时处理，可以将患者的生命信息传给远端的专家及时得到治疗和诊治，PCI总线保证了信息可以在足够的带宽下进行传输，CPLD可以保证电路稳定工作，因此。本系统具有使用灵活，电路可靠等特点。

附图说明

图1是高速数据采集卡的系统框图；

图2是外部储存器FIFO IDT72V36110的内部结构图；

图3是CPLD可编程逻辑控制器EPM7128的内部电路结构图。

具体实施方式

高速数据采集卡的系统框图如图1所示：从系统框图中可以看出，本数据采集卡由多路选择开关、可编程控自动增益放大器、信号运算滤波放大、信号采样、数据储存、逻辑控制与PCI接口等部分组成。信号放大是对输入信号进行调理以满足采样的要求。信号滤波是防止信号产生”混叠”现象，信号采样是完成模拟信号的数字化。与主计算机的高速数据传输接口是满足信号检测的实时性，将PCI9054处理的数据传给计算机以进行进一步的处理。采集卡采用DMA+FIFO的高速传输方式，其中多路信号通过多路转换，经过程控放大，调理成ADS认可的模拟信号，进入AD采样后，存储到外部的存储器FIFO。待外部的FIFO半满以后。在逻辑时序控制下实现FIFO边读边写。将数据送入PCI总线控制器PCI9054内部的FIFO。待内部FIFO满以后。由9054采用DMA突发方式传输至内存。这期间数据采集不中断，称为零状态等待，从而实现连续的实时数据采集和实时数据处理。另外在A/D的数字输出，FIFO的输入输出都集中到CPLD的引脚上，节省了锁存器，增强了数据处理的灵活性。本数据采集卡由一A/D芯片AD9042、逻辑控制芯片EPM7128、FIFO芯片IDT72V36110，PCI总线控制器(PCI9054)组成。由于FIF0的储存空间有限。它只能用作数据缓存，不能储存大批量的数据，所以必须保证PCI读取数据的速度稍大于模数转换的速度，最大时钟频率是32MHZ。本系统采用32位的DMA传输，对于12位的转换精度的模数转换芯片，选择了AD9042，既可以交流接入也可直流接入。程控放大器的作用是对模拟输入信号进行调理.以便充分利用A/D转换器的输入电压范围。也就是说，为了能充分利用A/D转换器的分辨率，即转换器输出的数字位数，应把模拟输入信号放大到与A/D转换器满量程电压相应的电平值。一般多路数据采集系统各通道的模拟信号电压可能有较大差异，因此，最好是对各通道采用不同的放大倍数进行放大，即放大器的放大倍数可以实时控制改变。采用精密的可编程增益控制仪表放大器PGA202，具有较高的共模抑制比，单位增益宽为1MHZ，将这AD0、AD1两引脚接人CPLD的Y0口能实现CPLD对PGA202的控制，节省了机板空间。系统采集的数据常常放在数据缓存器中，而数据缓存区要求既要有与AD芯片的接口，又要有与系统PCI接口以提高数据吞吐率，存储模块必须有读和写同时进行的能力。FIFO的数据是依次存入和读出的。为了最大限度的利用PCI接口和达到很高的传输率，此本模块采用大容量高速FIFO芯片IDT72V36110作为数据缓存区，该芯片可以工作在133MHZ的频率下，零延迟传输，可以提供9位、18位、36位输入、输出接口，其存取时间为7.5ns。其具体结构如图2。Altera公司的MAXT00系列是工业界中速度最快的高集成器件系列，本采集卡用MAX7000S中EPM7l28器件作为CPLD。EPM7128在本系统的功能为：产生选通多路模拟开关各通道的信号，实现各通道自动切换，；产生与多个串口信号的逻辑控制功能；产生控制频率信号输出的控制信号。PCI9054是PCI总线接口芯片，低功耗，采用了先进的PLX数据管道结构技术，可以使局部总线快速转换到PCI总线上。