引言

　　随着人们生活水平的不断提高，人们对于自身健康的关注也提升到一个前所未有的高度。在今天，越来越多的高科技手段开始运用到医疗仪器的设计当中。心电图、脑电图等生理参数检测设备，各类型的监护仪器，超声波、X射线成影设备，核磁共振仪器，以及各式各样的物理治疗仪都开始在各地医院广泛使用，并且医学仪器正在向着组合式、多功能、智能化和微型化方向发展。ARM（Advanced RISC Machines）是微处理器行业的一家企业，设计了大量高性能、廉价、耗能低的RISC处理器、相关技术及软件。技术具有性能高、成本低和能耗省的特点。适用于多种领域，比如嵌入控制、消费/教育类多媒体、DSP和移动式应用等。

　　1 ADUC7026的结构与特点

　　ADuC7026是美国ADI公司ADuC70xxARM系列中典型的一种，其特点是具有一路12通道、12bit、速度达1MSPS的ADC；4路12bit的DAC；以及可编程逻辑阵列（PLA）等。ADuC7026的SPI口只有8位，只能与8位外部SPI接口器件通信。如果外设SPI口是16位的，如AD9833（DDS），则只有采用普通I/O方式仿真SPI口进行通信。ADuC7026所有I/O专用置“1”、清“0”寄存器GPxSET/GPxCLR都是“只写”的，不能读！如果读，输入为全“1”（“FF”），不是实际的输出状态。与所有ARM处理器一样，ADuC7026的外部中断也是电平触发，高电平有效。电平触发比边沿触发要可靠些，不易产生误中断（特别在中断信号有毛刺时），但要注意在退出中断处理程序前要撤销中断源的中断请求，否则会连续触发。如果确要使用边沿触发，可使用外部逻辑电路（或ADuC7026内部PLA将外部触发信号的边沿检测出来，产生宽度不小于4.5us的正脉冲送到ADuC7026即可，ADuC7026本身还是电平触发（无法改变的！）。

　　从ARM体系结构上看，嵌入式系统主要由嵌入式处理器、支撑硬件和嵌入式软件组成。处理器通常是单片机或微控制器；支撑硬件主要包括存储介质、通信部件和显示部件等；嵌入式软件则包括支撑硬件的驱动程序、操作系统、支撑软件以及应用中间件等。在得到ARM授权后把自己公司中的高ADC、成熟的脉冲调制、多路分频等融合为一体，使ARM微控制器不仅具备功能强大的32bit RISC微控制器（MCU）内核，同时具备16通道、快速、12bit分辨率的ADC和4个12bit分辨率数模转换器（DAC）的精密数据转换器。因此ADμC7026集成了ARM7TDMI内核，它具有基于闪存的16bit ／32bit RISC（精简指令集计算机）微控制器，其处理能力高达45MIPS（Million Instructions Per Second）。模拟外设包括，多达16通道的快速、12bit分辨率ADC、4个独立12bit分辨率DAC和一个温漂优于10ppm／℃的精密带隙基准电压源、8kB片内SRAM，62kBFLASH，可扩展存储空间为512k，JTAG端口支持代码与调试，一个比较器，可编程逻辑阵列（PLA）和3相脉宽调制（PWM）发生器，40个通用I／O口，1个ART,4个通用定时器，4个外部中断，其它外设包括一个比较器，PLA和3相PWM发生器。其内部框图如图1所示。

　　2 ADμC7026硬件系统设计

　　由于一些实际的医疗仪器的控制部分都是集成在机器内部，很不方便学生完成单个电路的控制操作实验，并且还存在着诸如实验设备昂贵、缺少、很难满足学生的实际需要等客观条件，为此结合医学影像技术的实际情况，以美国ADI公司生产的AUDC7026为开发一款既可以用于学生完成一般的电路硬件实验，又可以用于师生硬件开发的ARM硬件系统，从而研制出适合学生完成医疗设备控制部分的实验系统，以帮助学生从实践中去掌握一些医疗仪器的基本组成、工作原理、接口电路以及硬件连接，并在此基础上拓展软、硬件开发的基本能力，为培养学生的创新能力和今后的实际应用打下良好的基础。所开发的硬件系统组成结构示意图如图2所示。

　　2.1 晶振电路的设计

　　ADμC7026片上集成了一个32.768kHz晶振、一个时钟分频器和一个PLL（锁相环）。内部的PLL能够将晶振频率放大1376倍，即为系统提供一个稳定的45MHz。为了降低系统功耗，可以通过软件设置时钟分频器的控制寄存器PLLCON和POWCON将经过PLL后输出的45MHz降频，可降低至352kHz，由于内部晶振有±3％的误差，因此，用户可以选择外接一个32.768kHz的晶振，通过软件设置PLLCON值使用外部晶振。

　　2.2 电源电路的设计

　　电源是系统可靠工作的保证，整个系统的外部电源输入采用直流9V，系统的供电较为复杂，外接9V直流电源经过以稳压集成块7805为的直流电源转变为5V直流电压，再经高、低压差稳压芯片ADP3333转为3.3V基准电压输出给主电路供电及部分外围电路。

　　2.3 存储器扩展电路的设计

　　ADμC7026片上集成了62kB的Flash存储器，8kB的SRAM，ADμC7026片上Flash存储器能够通过串行编程模式、JTAG编程模式或并行编程模式在系统中编程。为了提高系统的存储能力，这里用两片不同的存储器扩展了32kB×16的外部扩展存储器。CY7C1020CV33是一种高性能、低功耗CMOS静态随机存储器，并且具有自动断电功能。74INTl6373A是一个高性能、16位D型锁存三态总线输出的BiCMOS静态随机存储器，其工作电压为3.3V。

　　2.4 模数转换与数模转换

　　ADμC7026片上集成了16通道12位逐次逼近型ADC，能够在电源电压为2.7～3.6V的范围正常工作，在系统时钟频率为45MHz下的采样率高达1MSPS。该ADC模块提供一个高、低漂移的片上2.5V基准电压VREF，该电压通过片上REFCON寄存器的软件配置也能作为输出，向外提供基准参考源。ADμC7026片上还集成有4通道12位DAC。即数/模转装换器，一种将数字信号转换成模拟信号的装置。 DAC的位数越高，信号失真就越小。声音也更清晰稳定。 　　传统的音频压缩技术，基于人耳听觉模型，这种理论的依据是在一定的频率附近，大声音压过小声音，从而可以删去小声音；如一声巨响会让你听不到其他声音。事实上，人听不到小的声音，但可以分辨出这个小的声音，细听还是有的。所以DAC创造了自己的自然声学模型，保证了所有声音的分辨感觉。DAC格式具有以下特点：支持AC-3、DTS同别的高质量音频压缩算法；支持频率从22K-1M；支持通道数从1-32通道，包括5.1和7.1；支持16位到32位；每通道独立编码，无干扰、串扰问题；每通道位率为75、100、120、150Kbps等等。 计算效率：采用100MHZ的PDA，完够实时解码播放高质量的44KHZ以上音乐，CPU占用50%左右。

　　2.5 RS-232接口电路和JTAG接口电路

　　该ADμC7026（U1）的端口P1.1置和P1.0通过连接线连接到RS-232接口电缆（JB的）。接口电缆另一端可以直接连接到PC串行端口完成所需的电平转换，完成串行编程模式功能。20针的标准JTAG连接器连接到ULINK仿真器以实现Flash和片上调试。如图6所示。

　　2.6 复位、中断、串行电路

　　提供一个复位按钮允许用户手动复位，按下S3时，该ADμC7026 RESET引脚将被拉到DGND实现系统复位操作。当按下IRQ0的按钮开关S4时使ADμC7026的P0.4／IRQ0拉为高电平，用来启动一个外部中断0。进入串行模式，用户必须按住串行按钮S2使P0.0／BM低，同时按下和释放复位按钮。

　　3 ADUC7026系统在医学设备上的应用

　　ADUC7026为的ARM硬件系统上可以拓宽许多实验，特别是对影像设备课程的微观实验非常有益，如利用开发的ARM硬件系统配置ARM核微处理器集成开发工具，在μC／OS-II操作系统上，编写源程序来实现对X线机中的曝光时间、X线机管电压、X线管管电流三大参数及其它辅助电路的控制，其控制框图如图8所示。

　　通过按动控制面板表面的按钮或触摸屏，观察LED或液晶屏的示数来调节曝光所需的管电压、管电流，设定好管电压、管电流数字由ARM控制系统后，按照要求通过数模转换模拟控制电压输送到高压控制器，控制X线管高压与强电流，其操作的便利性、直观性、管电压、管电流的重复性、性均较传统X线机有了质的提高。且ARM控制电路尚可在曝光时对管电压、管电流采样，通过ADC将得到的二进制数字信号通过I／O口输入ARM系统，与预设值进行比对，对差值部分在今后的曝光过程中进行补偿，通过这种负反馈的控制方式。

　　4 结束语

　　从医疗仪器领域发展来看，现在的医疗仪器不仅对其所采集信息的分析、存储和显示等方面提出了更高的要求而且要求其具有更强大的计算、存储能力，更稳定可靠的性能，设备进一步地智能化、化、小型化，同时做到低功耗、零污染。这就为ARM系统在医疗仪器中的应用提供了更广阔的天地，这也必将不断地推动医疗仪器行业的飞速发展。