基于USB和便携式医疗设备的数据采集系统实现

引言

　　传统的医疗设备，特别是便携式的监护、心电、血压测量等设备均是采用标准的RS232串行接口进行数据的通信与传输,已越来越不能满足高速据传输，高数据存储以及频繁的数据采集等要求[1,2]。而USB通讯弥补了这些不足，它有着传输速度快、可靠性高、易于连接、可热插拔等许多优点。基于此，本文就介绍了一种基于USB总线接口芯片CH375实现PC机与便携式医疗设备医学信号的实时数据采集和传输的方法，并给出了相应的源程序。经测试，系统工作稳定可靠。

　　1 CH375芯片简介

　　CH375 是一个USB总线的通用接口芯片，支持USB-HOST主机方式和USB-DEVICE/SLAVE 设备方式。在本地端，具有8 位数据总线和读、写、片选控制线以及中断输出，可以方便地挂接到单片/DSP/MCU/MPU等控制器的系统总线上。CH375 芯片内部集成了 PLL 倍频器、主从 USB 接口 SIE、数据缓冲区、被动并行接口、异步串行接口、命令解释器、控制传输的协议处理器、通用的固件程序等。

　　CH375 芯片内部具有 7 个物理端点。端点 0是默认端点，支持上传和下传，上传和下传缓冲区各是8B；端点1包括上传端点和下传端点，上传和下传缓冲区各是 8B，上传端点的端点号是81H，下传端点的端点号是 01H；端点2 包括上传端点和下传端点，上传和下传缓冲区各是 64B，上传端点的端点号是 82H，下传端点的端点号是 02H。主机端点包括输出端点和输入端点，输出和输入缓冲区各是64B，主机端点与端点2合用同一组缓冲区，主机端点的输出缓冲区就是端点2的上传缓冲区，主机端点的输入缓冲区就是端点2 的下传缓冲区。本系统就是利用批量端点2来下传数据到缓冲区，利用主机端点和端点1来上传数据到缓冲区。

　　CH375芯片内置了标准的USB通讯协议，这就免去了开发人员因编写通讯协议而耗费的大量时间，方便了通讯的实现。尤其是其动态链接库提供的文件级接口，更是方便了数据的读写。

　　2 系统硬件结构

　　系统的工作过程是嵌入式医疗设备即下位机(PC104)于DOS状态下采集医疗信号送显示器显示，然后通过USB接口送上位机(PC主机)处理，上位机工作在Windows环境下[3,4]。

　　系统选用带USB接口的PC104工业计算机主板，在开发过程中通过电源接口外接5V直流电源，通过显示器接口外接显示器，多功能接口外接键盘。为方便软件的更新，我们把下位机的工作程序写在优盘，外接于PC104主板的USB接口。

　　基于CH375芯片的系统还设计了PC104-USB转接板，并把其作为PC104主板的扩展模块通过PC104总线接口与主板相连接。转接板上有两个USB接口，任选其中一个通过 USB转接线与上位机相连即可。这样系统的硬件平台便建立起来了，系统硬件连接如图1所示。下面详细介绍系统通讯的软件实现。

　　图1 系统硬件结构图

　　Figure 1 system hardware structure drawing

　　3 下位机中的程序设计

　　USB协议规定任何传输过程都是由主机端发起并控制的，CH375在接收到主机发来的数据时产生中断，为此下位机要做的工作就是等待CH375的中断并作相应的处理。

　　下位机工作在DOS状态，软件程序采用BORLANDC语言。主要工作是初始化CH375、查询中断及中断处理。相关程序代码如下：

　　（1）处理接收数据的中断服务程序

　　void interrupt USB(__CPPARGS)

　　{

　　 unsigned char len,i;

　　 //获取中断状态并取消中断请求

　　CH375WriteCmd(0x22);

　　 d0=CH375ReadData(); //读回状态

　　if((d0==0x02)||(d0==0x01)) //批量端点2接收到PC机发送的数据

　　{//读取数据}

　　 inportb(0x21);

　　 outportb(0x20,0x20); //发EOI命令，

　　 清除中断

　　}

　　（2）写数据子程序

　　void CH375WriteData( unsigned char dat )

　　{

　　 /* 写数据口 */

　　outportb( PortBaseAddr + 0, dat );

　　 DelayuS( 1 );

　　}

　　（3）读数据子程序

　　unsigned char CH375ReadData( void )

　　{

　　 unsigned char d;

　　 DelayuS( 1 );

　　 /* 读数据口 */

　　 d = inportb( PortBaseAddr + 0 );

　　 return( d );

　　}

　　（4）主程序

　　int main(int argc,char *argv[])

　　{

　　 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．

　　 for(;;) //等待

　　 {//软件进入主循环,处理突发事件

　　 while(kbhit()) ch=getch();

　　 if(ch==27) break;

　　 if(ch==59){.//向PC机发送数据}

　　 if(ch==60){//写中断特征数据}

　　 readbufUSB(); //读USB接口缓冲区数据

　　 }

　　 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．

　　}

　　4上位机中的程序设计

　　因为CH375的动态链接库DLL提供了许多API接口函数，所以应用程序只需通过几条简单的文件操作API函数，就可以实现与下位机的通信。