引言

　　傳統(tǒng)的醫(yī)療設(shè)備，特別是便攜式的監(jiān)護(hù)、心電、血壓測量等設(shè)備均是采用標(biāo)準(zhǔn)的RS232串行接口進(jìn)行數(shù)據(jù)的通信與傳輸,已越來越不能滿足高速據(jù)傳輸，高數(shù)據(jù)存儲以及頻繁的數(shù)據(jù)采集等要求[1,2]。而USB通訊彌補(bǔ)了這些不足，它有著傳輸速度快、可靠性高、易于連接、可熱插拔等許多優(yōu)點?；诖?，本文就介紹了一種基于USB總線接口芯片CH375實現(xiàn)PC機(jī)與便攜式醫(yī)療設(shè)備醫(yī)學(xué)信號的實時數(shù)據(jù)采集和傳輸?shù)姆椒?，并給出了相應(yīng)的源程序。經(jīng)測試，系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠。

　　1 CH375芯片簡介

　　CH375 是一個USB總線的通用接口芯片，支持USB-HOST主機(jī)方式和USB-DEVICE/SLAVE 設(shè)備方式。在本地端，具有8 位數(shù)據(jù)總線和讀、寫、片選控制線以及中斷輸出，可以方便地掛接到單片/DSP/MCU/MPU等控制器的系統(tǒng)總線上。CH375 芯片內(nèi)部集成了 PLL 倍頻器、主從 USB 接口 SIE、數(shù)據(jù)緩沖區(qū)、被動并行接口、異步串行接口、命令解釋器、控制傳輸?shù)膮f(xié)議處理器、通用的固件程序等。

　　CH375 芯片內(nèi)部具有 7 個物理端點。端點 0是默認(rèn)端點，支持上傳和下傳，上傳和下傳緩沖區(qū)各是8B；端點1包括上傳端點和下傳端點，上傳和下傳緩沖區(qū)各是 8B，上傳端點的端點號是81H，下傳端點的端點號是 01H；端點2 包括上傳端點和下傳端點，上傳和下傳緩沖區(qū)各是 64B，上傳端點的端點號是 82H，下傳端點的端點號是 02H。主機(jī)端點包括輸出端點和輸入端點，輸出和輸入緩沖區(qū)各是64B，主機(jī)端點與端點2合用同一組緩沖區(qū)，主機(jī)端點的輸出緩沖區(qū)就是端點2的上傳緩沖區(qū)，主機(jī)端點的輸入緩沖區(qū)就是端點2 的下傳緩沖區(qū)。本系統(tǒng)就是利用批量端點2來下傳數(shù)據(jù)到緩沖區(qū)，利用主機(jī)端點和端點1來上傳數(shù)據(jù)到緩沖區(qū)。

　　CH375芯片內(nèi)置了標(biāo)準(zhǔn)的USB通訊協(xié)議，這就免去了開發(fā)人員因編寫通訊協(xié)議而耗費的大量時間，方便了通訊的實現(xiàn)。尤其是其動態(tài)鏈接庫提供的文件級接口，更是方便了數(shù)據(jù)的讀寫。

　　2 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

　　系統(tǒng)的工作過程是嵌入式醫(yī)療設(shè)備即下位機(jī)(PC104)于DOS狀態(tài)下采集醫(yī)療信號送顯示器顯示，然后通過USB接口送上位機(jī)(PC主機(jī))處理，上位機(jī)工作在Windows環(huán)境下[3,4]。

　　系統(tǒng)選用帶USB接口的PC104工業(yè)計算機(jī)主板，在開發(fā)過程中通過電源接口外接5V直流電源，通過顯示器接口外接顯示器，多功能接口外接鍵盤。為方便軟件的更新，我們把下位機(jī)的工作程序?qū)懺趦?yōu)盤，外接于PC104主板的USB接口。

　　基于CH375芯片的系統(tǒng)還設(shè)計了PC104-USB轉(zhuǎn)接板，并把其作為PC104主板的擴(kuò)展模塊通過PC104總線接口與主板相連接。轉(zhuǎn)接板上有兩個USB接口，任選其中一個通過 USB轉(zhuǎn)接線與上位機(jī)相連即可。這樣系統(tǒng)的硬件平臺便建立起來了，系統(tǒng)硬件連接如圖1所示。下面詳細(xì)介紹系統(tǒng)通訊的軟件實現(xiàn)。

　　圖1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖

　　Figure 1 system hardware structure drawing

　　3 下位機(jī)中的程序設(shè)計

　　USB協(xié)議規(guī)定任何傳輸過程都是由主機(jī)端發(fā)起并控制的，CH375在接收到主機(jī)發(fā)來的數(shù)據(jù)時產(chǎn)生中斷，為此下位機(jī)要做的工作就是等待CH375的中斷并作相應(yīng)的處理。

　　下位機(jī)工作在DOS狀態(tài)，軟件程序采用BORLANDC語言。主要工作是初始化CH375、查詢中斷及中斷處理。相關(guān)程序代碼如下：

　?。?）處理接收數(shù)據(jù)的中斷服務(wù)程序

　　void interrupt  USB(__CPPARGS)

　　{

　　    unsigned char len,i;

　　       //獲取中斷狀態(tài)并取消中斷請求

　　CH375WriteCmd(0x22);

　　       d0=CH375ReadData(); //讀回狀態(tài)

　　if((d0==0x02)||(d0==0x01)) //批量端點2接收到PC機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)

　　{//讀取數(shù)據(jù)}

　　    inportb(0x21);

　　    outportb(0x20,0x20); //發(fā)EOI命令，

　　                     清除中斷

　　}

　　（2）寫數(shù)據(jù)子程序

　　void CH375WriteData( unsigned char dat )

　　{

　　       /* 寫數(shù)據(jù)口 */

　　outportb( PortBaseAddr + 0, dat );

　　       DelayuS( 1 );

　　}

　?。?）讀數(shù)據(jù)子程序

　　unsigned char CH375ReadData( void )

　　{

　　       unsigned char d;

　　       DelayuS( 1 );

　　    /* 讀數(shù)據(jù)口 */

　　       d = inportb( PortBaseAddr + 0 );

　　       return( d );

　　}

　?。?）主程序

　　int main(int argc,char *argv[])

　　{

　　     ．．．．．．．．．．．．．．．．．．  

　　     for(;;)  //等待

　　        {//軟件進(jìn)入主循環(huán),處理突發(fā)事件

　　         while(kbhit()) ch="getch"();

　　      if(ch==27) break;

　　      if(ch==59){.//向PC機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)}

　　      if(ch==60){//寫中斷特征數(shù)據(jù)}

　　  readbufUSB();  //讀USB接口緩沖區(qū)數(shù)據(jù)

　　       }

　　      ．．．．．．．．．．．．．．．．．．

　　 }

　　4上位機(jī)中的程序設(shè)計

　　因為CH375的動態(tài)鏈接庫DLL提供了許多API接口函數(shù)，所以應(yīng)用程序只需通過幾條簡單的文件操作API函數(shù)，就可以實現(xiàn)與下位機(jī)的通信。

　　又因CH375的動態(tài)鏈接庫DLL提供了偽中斷服務(wù)（實際的中斷服務(wù)仍然是在驅(qū)動程序庫完成的，只是在完成后向DLL發(fā)個通知，再由DLL再調(diào)用偽中斷服務(wù)子程序），基于此，系統(tǒng)采用了偽中斷服務(wù)來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的上傳，這不僅縮短了系統(tǒng)的開發(fā)周期，而且很好地滿足了下位機(jī)的實時性要求。上傳數(shù)據(jù)的程序流程圖如圖2所示。

　　數(shù)據(jù)的下傳只需用簡單的下傳API發(fā)送數(shù)據(jù)。由CH375中斷接收即可。

　　上位PC機(jī)工作在Windows環(huán)境下，我們采用Visual C++6.0語言編程。具體程序?qū)崿F(xiàn)如下：

　?。?）初始化PC104-USB卡

　　在這里完成對設(shè)備的初始化，如CH375DLL.DLL文件的加載、設(shè)備的成功打開、緩沖區(qū)的清理、數(shù)據(jù)的上傳模式、設(shè)置偽中斷服務(wù)程序等。

　　圖2 上傳數(shù)據(jù)流程圖

　　Figure 2 procedure flowchart of uploading data

　?。?）void Init_PC104-USB()

　　{

　　       ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．

　　if ( LoadLibrary( "CH375DLL.DLL" ) == NULL )

　　   {　//提示語言  }

　　    // 使用之前必須打開設(shè)備

　　       if ( CH375OpenDevice( mIndex ) ==

　　INVALID_HANDLE_VALUE ) 

　　         { //提示語言}

　　       else{

　　              m_pc104usb_ok=TRUE;             

　　Result=CH375SetTimeout(mIndex, 500, 500 );  // 設(shè)置USB數(shù)據(jù)讀寫的超時,超過500mS未完成讀寫將強(qiáng)制返回,避免一直等待下去

　　      CH375SetBufUpload( mIndex, 1);  //啟用內(nèi)部緩沖上傳模式并清除緩沖區(qū)中的已有數(shù)據(jù)

　　//設(shè)置偽中斷服務(wù)程序

　　  mPCH375_INT_ROUTINE ptr;

　　ptr=InteruptProcess;

　　 Result=CH375SetIntRoutine(mIndex,ptr);

　　     }

　　       }

　　 (2) 接收數(shù)據(jù)子程序

　　Void PC_RecievData();

　　{ ．．．．．．．．．

　　// 查詢內(nèi)部上傳緩沖區(qū)中的已有數(shù)據(jù)包個數(shù),成功返回數(shù)據(jù)包個數(shù),出錯返回-1

　　Long  packnumber=

　　CH375QueryBufUpload( mIndex);

　　     if(packnumber>0)

　　        {

　　CH375ReadData(mIndex,&m_recev_buf, len)

　　        }

　　．．．．．．．．．．．

　　}

　　結(jié)論

　　隨著嵌入式計算機(jī)在醫(yī)療設(shè)備中的廣泛應(yīng)用以及USB通訊技術(shù)的高速發(fā)展，本文通過USB總線接口芯片CH375、PC主機(jī)以偽中斷方式發(fā)起上傳數(shù)據(jù)流，以下傳API發(fā)起下傳數(shù)據(jù)流的通訊方式，并利用一系列的API接口函數(shù)，成功實現(xiàn)了上位機(jī)（PC）與下位機(jī)（PC104）之間的實時數(shù)據(jù)采集和傳輸。經(jīng)測試系統(tǒng)能準(zhǔn)確的收發(fā)數(shù)據(jù)，通訊穩(wěn)定可靠。采用USB通訊，將為傳統(tǒng)醫(yī)療設(shè)備的改造、新一代便攜式醫(yī)療設(shè)備的快速開發(fā)和應(yīng)用提供廣闊的前景。

　　本文創(chuàng)新點:利用USB接口技術(shù)，采用USB模塊CH 375在PC機(jī)與便攜式醫(yī)療設(shè)備之間實現(xiàn)了實時數(shù)據(jù)采集和傳輸，而且無需編寫復(fù)雜的USB驅(qū)動程序，利用其動態(tài)鏈接庫即可實現(xiàn)。可以使數(shù)據(jù)采集和傳輸系統(tǒng)非常方便的從RS232通訊、串行通訊、并行通訊、轉(zhuǎn)向USB通訊，彌補(bǔ)其速度慢的缺點，進(jìn)行系統(tǒng)升級。

　　參 考 文 獻(xiàn)

　　[1] 王剛.劉雅言. USB 接口技術(shù)在便攜式醫(yī)療儀器中的應(yīng)用[J].電子技術(shù).2004,2,10-12.

　　[2] 蘇全.梁凱琦. USB TO RS-232在傳統(tǒng)醫(yī)療設(shè)備中的應(yīng)用[J].醫(yī)療設(shè)備信息.2005,20(6)19-20.

　　[3] 李新龍,翟宏范,狄國偉,王鑫,. USB芯片CH375在電能測量儀系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]. 微計算機(jī)信息,2006-26:318-320.

　　[4] 李建.徐璧華.陳利學(xué).Windows環(huán)境下PC機(jī)與PC104的串行通訊控制[J].西南石油學(xué)院學(xué)報.2001,23(4)68-76

　　[5] 楊曉鵬.宗明.Visual C++ 7.0實用編程技術(shù)[M].北京:中國水利水電出版社,2002.