[发明专利]一种基于串行外设接口传输协议的生物电信号采集方法

说明书

本发明涉及电子电路技术，旨在提供一种基于串行外设接口传输协议的生物电信号采集方法。该方法是利用接口转换模块将SPI通讯协议转换为USB通讯协议，上位机工作在主机模式，生物电信号采集系统中的单片机工作在从机模式；单片机用于生物电信号进行模数转换和数据上传，上位机用于启动数据传输的需求；单片机根据缓冲区中有效数据情况，选择传输有效数据或无效数据；上位机除去无效数据后即获得有效数据。本发明有效地解决了数据采集与通讯的异步问题。上位机不用考虑单片机的工作状态，无需对单片机发出任何控制指令，在任何时刻直接启动数据传输即可获取数据，大大增加了系统的易用性。简化了单片机编程的逻辑，使得整个系统易于维护且稳定可靠。

技术领域

本发明属于电子电路技术，具体涉及一种基于串行外设接口(Serial PeripheralInterface，SPI)传输协议的生物电信号采集方法。

背景技术

生物电是生命活动的基本属性，具有生命的机体在生命过程中都会有生物电的产生。利用生物电的信息可以了解人体各器官的功能，进行临床诊断及治疗。临床上常见的生物电信号主要有：心电、脑电、肌电、胃电、视网膜电等。这些体表生物电信号通常能通过电极拾取，经适当的生物电放大器放大、记录而成为心电图、脑电图、肌电图、胃电图、视网膜电图等。

生物电信号是一种强噪声背景下的低频微弱信号。从被干扰和噪声淹没的观察记录中提取各种生物医学信号中所携带的信息，往往需要非常复杂的电路设计，不仅要求电路本身有非常高的灵敏度、共模抑制比等，也要求选用的元器件有非常高的精度和非常低的噪声，这就使得传统的模拟生物电信号的采集系统往往非常复杂而且价格高昂，同时维护成本很高，不易维修。如果研究对象是人体的生物电信号，加上安全性的考虑，系统复杂度更是成倍增长。

随着数字技术的不断发展以及计算机运算能力的不断增强，如今更多地是采用数字信号处理的方式对生物电信号进行时域和频域上的处理和分析，这使得对传统生物电信号的前置放大电路和滤波电路的要求大大降低，进而将问题转变为如何将连续的模拟信号转换为离散的数字信号，以及将转换后的数字信号高效地传输到计算机以便对信号进行后期的数字处理。

数字信号采集系统与上位机之间需要进行通信以交换信息，由上位机通过调用驱动程序启动与数字信号采集系统的采集数据传输。目前，上位机与数字信号采集系统之间的通讯普遍基于USB通讯协议或TCP/UDP通讯协议，上位机通过指令系统获取和控制数字信号采集系统的工作状态以及数据转换和数据传输的启停。这种方式的弊端是将会导致控制机制变得异常复杂，大大增加了用户在编程调用时的复杂程度，让可靠性大大降低。其原因就在于数据的采集(或者说模数转换)与数据的传输在逻辑上是相互对立的，或者说是异步的。因此许多数字信号采集系统往往会通过增加额外的数据传输硬件来解决这些问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种基于串行外设接口传输协议的生物电信号采集方法。

为解决技术问题，本发明的解决方案是：

提供一种基于串行外设接口传输协议的生物电信号采集方法，是利用接口转换模块将SPI通讯协议转换为USB通讯协议，上位机工作在主机模式，生物电信号采集系统中的单片机工作在从机模式；单片机对采集到的生物电信号进行模数转换，存储至数据缓存区；上位机调用驱动程序启动数据传输的需求，单片机在收到请求后判断数据缓存区是否存在有效数据；若有则将有效数据传送给上位机，若没有则将约定格式的无效数据传送给上位机；数据传输请求结束后，单片机重新继续进行模数转换操作；上位机对读取到的数据进行过滤，除去无效数据后即获得有效数据。

本发明中，所述生物电信号采集系统包括：依次电连接的采样电极、前置放大单元、光耦隔离单元、单片机，以及为各元器件供电的电源模块；所述单片机具有模数转换模块和SPI接口，并通过SPI接口和接口转换模块连接上位机；其中，