lời mở đầu
Hiện nay để chuẩn đoán bệnh cho các bệnh nhân mắc bệnh tim mạch thường sử dụng hệ thống ghi điện tử các giản đồ tín hiệu điện tim (ECG) Đặc
biệt là phương pháp Holter dang được sử dụng rộng rãi, ghi liên tục (khoảng
24 tiếng ) tín hiệu ECG đo từ các điện cực gắn trên khoang ngực của bệnh
nhân nối với một máy đo xách tay Ban đầu các tín hiệu ECG được ghi trên
băng từ, sau đó được cải tiến ghi vào các bộ nhớ RAM
Khi đọc và xử lý tín hiệu ECG ghi được trên bệnh nhân, người ta thấy rằng phần lớn các tín hiệu ghi được là các tín hiệu biểu thị nhịp tim bình thường, các tín hiệu này không phục vụ cho việc chuẩn đoán bệnh, chỉ có một vài chu kỳ biểu thị nhịp tim không bình thường kèm theo sự thay đổi hình
dạng của ECG Như vậy dùng phương pháp Holter tốn rất nhiều bộ nhớ để
ghi các tín hiệu không phục vụ cho chuẩn đoán bệnh trong khi đó bộ nhớ của
máy ghi không đủ để có thể ghi lại các chu kỳ bệnh lý dài hơn
Để tiết kiệm phần lớn bộ nhớ của một máy ghi điện tìm xách tay nhỏ
tôi đã thiết kế cài đặt mạch xử lý tín hiệu trong thời gian thực ghi liên tục và
xử lý tức thời các tín hiệu thu được nhằm giữ lại các tín hiệu có biểu hiện
dạng không bình thường của bệnh nhân Còn các tín hiệu dạng bình thường chiếm một phần lớn bộ nhớ của máy ghi sẽ bị loại bỏ
Trong khuôn khổ nghiên cứu, tôi đã sử dụng Card xử lý số tín hiệu DSP56002EVM của hãng Motorola và dùng phương pháp nhận dạng để phân
loại tín hiệu điện tim
Sau khoảng thời gian làm luận văn, tôi đã hoàn thành nhiệm vụ
được giao Tiến hành thử nghiệm thu được kết quả tốt Tuy nhiên vì thời gian có hạn chắc chắn không tránh khỏi còn nhiều thiếu sót, kính mong các thầy cô góp ý đề thiết bị được hoàn thiện hơn
Cuối cùng, tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong bộ môn Kĩ
Thuận Đo và Tin Học Công Nghiệp-Khoa Điện và các bạn đồng nghiệp
trong và ngoài trường, đặc biệt là giáo viên hướng dẫn Tiến sĩ Phạm Ngọc Yến đã giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tơi hồn thành bản luận văn này
Trang 2PhầnI: Lý thuyết
Chương I: tín hiệu ĐIệN TIM và hệ thống các chuyến
đạo
1 Tế bào và dòng sinh học:
- Dòng sinh học là dòng sinh ra do sự hoạt động của các tế bào sống - Dòng sinh hoá là dòng gây nên bởi sự thay đổi nồng độ iơn trong và ngồi tế bào
Tế bào là đơn vị sống nhỏ nhất của sinh vật Tế bào gồm nhân tế bào,
màng tế bào, chất nguyên sinh Nhân tế bào giữ chức năng sinh sản, màng tế
bào giữ chức năng trao đối với môi trường Nguyên sinh chất giữ chức năng
Trang 3Nếu hai môi trường là chất khác nhau Hình1.2 E=# m GA nF Cyf, F,:hé số hoạt động của các chất C1; f2 hệ số hoạt động của các chất C2 _ RT _u-v, C, =—x In— nF ut+v C, Biếnđổi E
u - hệ số hoạt động về điện áp dong gây nên hai bên màng bán thấm cia cation v— hệ số hoạt động về điện áp dòng gây nên hai bên màng bán thắm của anion Chất H KỶ Na” NH," 1/2Mn* U,v 32.7 6.7 4.5 6.7 4.5 Chất 1/2Ca** OH cr HCO" 1/2SO47 U,v 53 18 6.8 4.6 7.1 Đưa điện cực vào trong và ngoài tế bào xuất hiện điện sức điện động: E=E,+Ey,t+E Ex = RT, K, F |K Ena = Rr in Na, F Na; Ki |_|€: |~20;sọ Kệ Cl, Nay) 1 Na; | 10
Khi tế bào bắt đầu hoạt động (bị kích thích), điện thế mặt ngoài tế bào sẽ
trở thành âm tính tương đối (bị khử mắt cực dương) so với mặt trong: người
ta gọi là hiện tượng khử cực (depolarisation) Sau đó, tế bào lập lại thế thăng
bằng ion nghỉ, điện thế mặt ngoài trở lại đương tính tương đối (tái lập cực dương) người ta gọi đó là hiện tượng tái cực (repolarisation)
Hình vẽ 1.2
2 Các quá trình điện học của tim :
Ngày nay khoa điện sinh lí học hiện đại đã cho ta biết rõ, dòng điện do
tim phát ra vì đâu mà có ? - -
Đó là do sự biên đôi hiệu điện thê giữa mặt trong và mặt ngoài màng tê bào cơ tim Sự biến đối hiệu điện thế này bắt nguồn từ sự đi chuyên của các
Trang 4tim hoạt động, lúc này tính thâm thấu của màng tế bào đối với các loại ion
Ngöài tế bào Na’ Nv:
Tenge io +e — ay —
luôn luôn biên đối
Hình 1.3 :Su di chuyên của các ion Na”,KỶ,Ca””
qua màng tế bào, hình thành đường cong điện thế hoạt động, nguồn gốc của dòng điện tim
Khi tế bào bắt đầu hoạt động (bị kích thích), điện thế mặt ngoài màng
tế bào sẽ trở thành âm tính tương đối (bị khử mắt cực đương) so với mặt trong: người ta gọi đó là hiện tượng khử cực (despolarisation) (Hình1và2)
a
Hình 1.4: Khử cực (b) và tái cực (c) trên một tế bào đơn giản Sau đó, tế bào dần dần lập lại thế thăng bằng ion lúc nghỉ, điện thế mặt
ngoài trở lại dương tính tương đôi (tái lập cực dương): người ta gọi đó là hiện tượng tái cực (repolaisation)
3 Khái niệm về điện tim đồ:
Điện tâm đồ là một đường cong ghi lại các biến thiên của các điện lực do
Trang 5nên rất khó ghi Cho đến năm 1903, Einthoven mới lần đầu ghi được nó bằng
một điện kế có đầy đủ mức nhạy cảm
Phương pháp ghi điện tim đồ cũng giống như cách ghi các đường cong
biến thiên tuần hoàn khác: người ta cho dòng điện tim tác động lên một bút
ghi làm bút này dao động qua lại và vẽ lên một mặt giấy, nó được động cơ chuyên động đều với một tốc độ nào đó Ngày nay, người ta đã sáng chế ra rất
nhiều loại máy ghi điện tim nhạy cảm, tiện lợi Các máy đó có bộ phận khuếch đại bằng đèn điện tử hay bán dẫn và ghi điện tim đồ trực tiếp lên giấy
hay vẽ lên màn huỳnh quang Ngoài ra, chúng còn có thể có một hay nhiều dòng, ghi đồng thời được nhiều chuyên đạo cùng một lúc, ghi điện tim đồ liên tục 24 giờ trên băng của một máy gắn nhỏ gắn vào người (Cardiocassette Type Holter)
4 Cơ chế hình thành tín hiệu điện tim :
Tim là một khối cơ rỗng gồm 4 buồng dày mỏng không đều nhau, co bóp khác nhau Cấu trúc phức tạp đó làm cho dòng điện hoạt động của tim (khử
Trang 6Quy ước mắc điện cực và định nghĩa sóng âm sóng đương
Tim hoạt động được là nhờ một xung động truyền qua hệ thống thần kinh tự động của tim Đầu tiên, xung động đi từ nút xoang toả ra cơ nhĩ làm cho nhĩ khử cực trước; nhĩ bóp trước đây máu xuống thất Sau đó nút nhĩ-thất Tawara tiếp nhận xung động truyền qua bó His xuống thất làm thất khử cực:
lúc này thất đã đầy máu sẽ bóp mạnh đây máu ra ngoài biên Hiện tượng nhĩ và thất khử cực lần lượt trước sau như thế chính là để duy trì quá trình huyết
động bình thường của hệ thống tuần hoàn Đồng thời điều đó cũng làm cho điện tim đồ bao gồm hai phần: một nhĩ đồ, ghi lại dòng điện của nhĩ, đi trước,
và một thất đồ, ghi lại dòng điện của thất đi sau
Để thu được dòng điện tim, người ta đặt những điện cực của máy ghi điện
tim lên cơ thể Tuỳ theo chỗ đặt các điện cực, hình đáng điện tim đồ sẽ khác nhau Nhưng trong mấy ví dụ đưới đây, để cho thống nhất và đơn giản, quy
ước (Hình1.5) đặt điện cực dương (B) ở bên trái quả tim và điện cực 4m (A) ở bên phải quả tim
Như vậy (Hinh1.5):
- Khi tim ở trạng thái nghỉ (tâm trương) không có dòng điện nào qua máy và bút sẽ chỉ ghi lên giấy một đường thắng ngang, ta gọi đó là đường đồng điện
(isoelectric line)
- Khi tim hoat d6éng (tam thu) dién cuc B thu dugc mét dién thé duong tinh tương đối so với điện cực thì bút sẽ vẽ lên giấy một làn sóng đương, nghĩa là
ở mé trên đường đồng điện
Trái lại, điện cực A dương tính tương đối thì bút sẽ vẽ lên một làn sóng
âm, nghĩa là ở mé đưới đường đồng diện
4.1 Nhĩ đồ (ghi dòng điện hoạt động của nhĩ):
Như trên đã nói, xung động đi từ nút xoang (ở nhĩ phải) sẽ toả ra làm khử
cực cơ nhĩ như hình các đợt sóng với hướng chung là từ trên xuống dưới và từ
phải sang trái (Hình1.6) Như vậy, véctơ khử cực nhĩ có hướng từ trên xuống
Trang 7Lúc này, điện cực B sẽ là dương tương đối và ta có thể ghi được một
sóng đương thấp, nhỏ, tầy đầu với thời gian khoảng 0.08s gọi là sóng P Do
đó, trục điện nhĩ gọi là sóng P kí hiệu là AP (P axis) Khi nhĩ tái cực nó phat
ra một sóng âm nhỏ gọi là sóng Ta (auricular T) Nhưng ngay lúc này cũng
xuất hiện khử cực thất với điện thế mạnh hơn nhiều Nên trên điện tâm đồ gần
như ta không thấy sóng T nữa Kết quả nhĩ đồ chỉ thể hiện trên điện tâm đồ một sóng đơn độc là sóng P Hình 1.6: Nhĩ đồ a) Quá trình khử cực ở nhĩ ; trục điện nhĩ; b) Nhĩ đồ bình thường: sóng P;
c) Nhĩ đồ khi chuyển đạo thực quản, chuyển đạo trong buồng tim hay
Trang 84.2 Thất đồ (Ghi lại dòng điện của thất):
a) Khử cực:
Ngay khi nhĩ còn đang khử cực thì xung động đã bắt vào nút nhĩ-thất rồi truyền qua thân và hai nhánh bó His xuống khử cực thất
Việc khử cực bắt đầu từ phần giữa liên thất đi xuyên qua mặt phải vách này,
tạo ra một véctơ khử cực đầu tiên hướng từ trái sang phải: điện cực A sẽ dương tính tương đối và máy ghi được một sóng âm nhỏ nhọn gọi là sóng Q
(Hình1.7a)
Sau đó xung động truyền xuống và tiến hành khử cực đồng thời cả 2 tâm thất theo hướng xuyên qua bề dày cơ tim Lúc này, véctơ khử cực hướng nhiều về bên trái hơn vì thất trái đày hơn và tim nằm nghiêng về bên trái Do đó, véctơ khử cực chung hướng từ phải qua trái và điện cực B lại đương cao
hơn, nhọn gọi là sóng R (Hình1.7b)
Sau cùng khử cực nốt vùng cực đáy thất, lại hướng từ trái sang phải, máy
Trang 10Tóm lại, khử cực thất bao gồm 3 làn sóng cao nhọn Q, R, S biến thiên phức tạp nên được gọi là phức bộ QRS (QRS complex).Vì nó có sức điện động
tương đối lớn lại biến thiên nhanh trong một thời gian ngắn, chỉ khoảng 0,07s nên còn gọi là phức bộ nhanh Trong phức bộ này sóng chính lớn nhất là sóng R
Nếu đem tổng hợp 3 véctơ khử cực lại ta được véctơ khử cực trung bình
hướng từ trên xuống dưới, từ phải qua trái và làm với đường ngang một góc
58° Véctơ này gọi là trục điện trung bình của tim hay trục điện tim
b) Tái cực: „
Thât khử cực xong sẽ qua giai đoạn tái cực chậm, không thê hiện trên điện tâm đô băng một sóng nào hêt mà chỉ là một đoạn thăng đông điện gọi là đoạn
TS Sau đó là thời kì tái cực nhanh (sóng T)
Tái cực có xu hướng đi xuyên qua cơ tim, từ lớp dưới thượng tâm mạc tới lớp dưới nội tâm mạc Sở dĩ tái cực đi ngược chiều với khử cực là vì nó tiến hành đúng vào lúc tim co bóp với cường độ mạnh nhất, làm cho lớp cơ tim
dưới nội tâm mạc bị lớp ngoài nén vào mạnh nên tái cực muộn đi Do đó, tuy tiên hành ngược chiêu với khử cực, nó vân có véctơ tái cực hướng từ trên
Trang 11Sóng T này không đối xứng và còn gọi là sóng chậm vì nó kéo dài 0.2s Sau khi sóng T kêt thúc có thê thây một sóng chậm, nhỏ gọi là sóng
U Đây là giai đoạn muộn của tái cực
Tóm lại, thất đồ chia làm hai đoạn:
- _ Giai đoạn khử cực gồm phức bộ QRS được gọi là pha đầu
-_ Giai đoạn tái cực gồm ST và T (cả U nữa) gọi là pha cuối
4.3 Truyền đạt nhĩ thất :
Như trên đã nói, khi sóng P kết thúc là hết nhĩ đồ, khi bắt đầu sóng Q là
bắt đầu thất đồ Nhưng nhìn vào điện tim đồ, ta thấy P và Q có một khoáng ngắn đồng điện (gọi là khúc PQ) chứng tỏ ràng sau khi nhĩ khử cực xong rồi, xung đột vẫn chưa truyền đạt xuống tới thất Nhung khúc PQ không thế đại
diện cho thời gian truyền đạt từ nhĩ tới thất Vì người ta biết rằng ngay khi nhĩ
còn đang khử cực (nghĩa là còn đang ghi sóng P) thì xung động đã bắt vào nút
nhĩ-thất và bắt đầu truyền đạt xuống phía thất rồi Do đó, để đạt một mức
chính xác cao hơn (tuy rằng không hoàn toàn đúng), người ta thường đo khởi
điểm sóng P đến khởi điểm sóng Q (hay khởi điểm sóng R (nếu không có Q)
Tức khoáng PQ và gọi là thời gian truyền đạt nhị- thất, bình thường dài từ 0,12s dén 0,20s
Hình1.9: Sự tiếp diễn của các sóng, khoảng và thời kì tâm thu và tâm trương
trên điện tim đồ
Tóm lại,điện tim đồ bình thường của mỗi nhát bóp tim (chu chuyên tim)
gồm sáu làn sóng nối tiếp nhau mà người ta dùng sáu chữ cái liên tiếp dé đặt tên là: P,Q,R,S,T,U, trong đó người ta phân ra một nhĩ đề: sóng P; một thất đồ: các sóng Q,R,S,T,U-với thời gian truyền đạt nhĩ-thất: khoảng PQ
Trang 12Với tần số tim binh thuéng (khoang 75 nhip/min), thì sau sóng T (hoặc
sóng U);tim sẽ nghỉ đập khoảng 0,28s thể hiện bằng một khoảng thắng đồng
diện (hình1.9) rồi lại tiếp sang lần bóp sau với một loạt sóng P,Q,R,S,T,U
khác và cứ như thế tiếp diễn Thời gian nghỉ trên gọi là /hời kỳ tâm trương toàn thể của tim
5 Hệ thống các chuyến đạo: - -
Cơ thê con người là một môi trường dân điện, vì thê dòng điện do tim phát
ra được truyền đi khắp cơ thê, biên cơ thê thành điện trường của tim Nêu đặt 2 điện cực lên bât cứ điểm nào đó của điện trường này, ta thu được dòng
điện thê hiện điện thê giữa hai điểm đó gọi là chuyên đạo hay đạo trình (Lead) Nó thê hiện trên máy ghi bắng một đường cong điện tâm đồ có hình
dạng khác nhau tuỳ thuộc vị trí đặt điện cực Do đó cân thiệt phải qui chuân vị trí đặt điện cực đê đạt được hiệu quả cao nhật
Hiện nay người ta đặt điện cực theo 12 cách thu được 12 chuyển đạo thông
dụng gồm 3 chuyển đạo mẫu, 3 chuyến đạo đơn cực các chi va 6 chuyển đạo
trước tim Tại mỗi chuyên đạo ta được một dạng sóng điện tim đồ khác nhau 5.1 Chuyển đạo mẫu :
Còn gọi là các chuyên đạo lưỡng cực các chi hay lưỡng cực ngoại biên Vì
cả hai điện cực cua chung déu 1a những điện cực thăm dò, được đặt như sau:
- Chuyên đạo I: Điện cực âm ở cô tay phải, điện cực dương ở cô tay trái, gọi đó là chuyên đạo I, viết tắt là DI (Hình 1.10)
1| l
Oe D;
Hinh1.10: So dé mac cac chuyén đạo mẫu Điện cực đặt ở chân phải là
Trang 13- Chuyên đạo II: Điện cực âm ở cô tay phải, đương ở cô tay trái, gọi đó là chuyên đạo 2 viết tắt là D2
- Chuyén dao III: Dién cuc am 6 tay trai, dién cuc duong ở chân trái., gọi đó là chuyển đạo 3, viết tắt là D3
5.2 Chuyến đạo đơn cực các chỉ :
Như trên đã thấy các chuyên đạo mẫu đều có hai điện cực thăm đò để ghi hiệu điện thé giữa hai điểm của điện trường tim Nhưng khi muốn nghiên cứu
hiệu điện thế riêng biệt của một điểm thì ta phải biến một cực thành trung tính Muốn vậy người ta nối điện cực đó (điện cực âm) với một điện cực trung
tâm gọi là CT (điện cực dương) thì đem đặt các vùng thăm dò
Khi điện cực thăm dò đặt ở chỉ thì gọi là chuyển đạo đơn cực chỉ, thường hay đặt điện cực thăm dò ở 3 vi trí sau:
- Cổ tay phái: Ta được chuyên đạo VR (Voltage right) thu được điện áp ở mé bên phải và đáy tim Trục chuyển đạo là đường thăng nối tâm điểm (O) ra vai phải (R)
Trang 14
- Cổ tay trái: ta được chuyển đạo VL (voltage left) nó nghgiên cứu điện thế về phía thất trái Trục chuyển đạo ở đây là đường thắng OL
- Cổ chân trái: ta được chuyên đạo VF (voltage foođ) đây là chuyên đạo độc nhất có thể nhìn thấy được thành sau đưới đáy tim Trục chuyên đạo là đường thang OF
Sau nay, cai tién thanh chuyén đạo cực chi tăng thém (ki higu AVL, AVR,
AVF)
Tất cả 6 chuyên đạo I, II, II, AVR, AVL, AVF được gọi là chuyển đạo
ngoại biên vì đều có chuyển đạo thăm đò đặt tại các chi Để xem xét một cách đầy du về các tín hiệu của tim ta phái ghi thêm các chuyền đạo trước tim 5.3 Chuyến đạo trước tim:
Thường ghi đồng loạt cho bệnh nhân 6 chuyển đạo trước tim thông dụng nhất kí hiệu là VI-V6: đó là các chuyển đạo đơn cực có một điện cực trung
tính nối vào cực trung tâm (CT) và một điện cực thăm dò đặt lần lượt trên 6 điểm ở vùng trước tim
VỊ: Khoảng liên sườn 4 bên phải, sát bờ xương ứu V2: Khoảng liên sườn 4 bên trái, sát bờ xương ứu
V3: Điểm giữa đường thắng nối V2 và V4
V4: Giao điểm của đường dọc đi qua điểm giữa xương đòn trái với đường đi qua mỏm tim (hay nếu không xác định được vị trí mỏm tim thì lấy khoảng liên sườn § trái)
V5: Giao điểm của đường giao điểm của đường nách trước với đường ngang đi qua V4
V6: Giao điểm của đường nách giữa với đường V4, V5
Như vậy, trục chuyển đạo của chúng sẽ là những đường thắng hướng từ
tâm của tim đến tới điểm cực tương ứng, các trục đó nằm trên các đường thắng nằm ngang (horixontal plane) hay phần nằm ngang
Trang 15Hình1.12: Vị trí đặt điện cực của các chuyên đạo trước tim
6 Đặc điểm của tín hiệu điện tim:
Về nguồn gốc tín hiệu điện tim đã trình bày ở trên, phần này sẽ trình bày các dặc trưng cơ bản của tín hiệu điện tim:
- Tín hiệu điện tim là tín hiệu có dạng phức tạp với tần số lặp lại khoảng từ 0.05-300Hz Về hình dạng các sóng P, Q, R, S, T, U, V được trình bày ở mục trên Qúa trình tính toán, phân tích, kế cả trường hợp bệnh lí, trường hợp méo tín hiệu, người ta xác định được dải tần tiêu chuẩn báo đảm thể hiện trung
thực tín hiệu điện tim là từ 0.05-100Hz Giới hạn trên để đảm bảo phức bộ QRS không bị méo Giới hạn dưới để đảm bảo trung thực sóng P và T
- ở các máy điện tim hiện đại nghiên cứu trong phòng thí nghiệm tiêu chuẩn
này cao hơn từ 0.01-2000Hz
Xét về đải rộng của tín hiệu thì biên độ các sóng P, Q, R, S, T, U rất khác
nhau Biên độ các sóng ghi được trong các chuyển đạo mẫu là nhỏ nhất (do điện trường tim ở các chỉ là yếu nhất) Biên độ các chuyên đạo ở lồng ngực là
lớn nhất
Trang 16e_ Biên độ các sóng P,Q,S nhỏ nhất cỡ 0.2 - 0.5mV e_ Biên độ lớn nhất là sóng R cỡ 1.5 - 2mV © Quang thoi gian tỒn tại của sóng : P—R: 0.12s đến 0.2s Q-T: 0.35s đến 0.44s S—T: 0.05s đến0.15s QRS : 0.05s dén 0,09s P: 0,05s dén 0,11s PQ: 0,1 1s đến 0,2s
Toàn bộ các sóng điện tim gồm :
- Chuyén đạo trước tim V1,V2,V2,V4,V5,V6 - Chuyén dao mau I II, II
- Chuyển đạo ngoại biên tăng cường aVR, aVL, aVF Pinsde cardiaque Or, Q02x Etalennage mm ~Ì sÝ PQ0I6 — 01056: -P P08 ORSCOB ST
Hình1.12: Điện tâm đồ bình thường và các con số chủ yếu
7 Các tín hiệu bệnh tim và một số ví dụ về dạng tín hiệu không bình
thường :
a) Thấp tim:
Dấu hiệu chủ yếu: PQ dài ra; ngoài ra còn có thể có QT dài ra, T đẹt, ST chênh, P cao hay đẹt, QRS có móc và có các rồi loại nhịp Các đấu hiệu đó
Trang 17có thể chuẩn đoán sớm các ca thấp tim mới phát, tiềm tàng hay không điển hình, nhất là ở trẻ em Hình13: PQ dài ra trong bệnh thấp tim b) Tăng gánh thất trái : Thường gặp trong các bệnh: tăng huyết áp, hở hay hẹp động mạch chủ, hẹp eo động mạch chủ, hở hai lá, ống động mạch, phông động-nh mạch,
thiếu năng vành Với các triệu chứng như:
-_ Biên độ R cao lên nhiều khi vượt quá 25mm
- Sóng Q hơi sâu nhưng không rộng
-_ Sóng S vắng mặt hoặc rất nhỏ -_ Nhánh nội điện muộn tới trên 0.0455
Trang 18+† + Thh1THTE TT | HÌNH: : = 5 { are Halts 4 Hình1.14: Các triệu chứng của bệnh tăng gánh that trai d) Blốc nhánh trái :
Do một bệnh tim thực thể có dày thất trái: bệnh mạch vành, tăng huyết ap, hẹp hay hở động mạch chủ, bệnh cơ tim Vì tiên lượng của nó không tốt
Với các triệu chứng như:
-_ Triệu chứng quan trọng nhất không thê thiếu được là QRS tiêu biểu, giãn rong (>= 0.12s)
-_ Sóng R giãn rộng có móc ở đỉnh Sóng Q và song S bién mat
Trang 19Chuong II: Giới thiệu máy điện tim đã được nghiên cứu
I Những vấn đề chung của máy điện tim 1.1 Đặc điểm của máy điện tim :
Dòng điện hoạt động của tim là tín hiệu một chiều rất nhỏ biến thiên chậm
nên rat dé bị ảnh hưởng của các nguyên nhân tác động của bên ngồi như điện
lưới cơng cộng, các thiết bị điện khác đặt bên cạnh hoặc các nguồn cảm ứng
bên ngoài Mặt khác nó cũng dễ bị tác động của các dòng điện phát sinh từ các cơ quan khác như cơ và da bệnh nhân Nếu việc gắn điện cực lên bệnh nhân không tiếp xúc tốt thì tín hiệu cũng dễ bị sai lệch
Khi có các nguồn nhiễu ở bên ngoài tác động lên các điện cực và sẽ được qua mạch khuyếch đại lên cùng với tín hiệu điện tim Các tín hiệu nhiễu này
như là các tín hiệu đồng pha, vì vậy máy điện tim cần có khả năng chống
nhiễu tốt, đặc biệt là nhiễu đồng pha
Vì tín hiệu điện tim là tín hiệu một chiều biến thiên chậm, nên việc ghép giữa nguồn tín hiệu đầu vào và mạch khuyếch đại, giữa các tầng khuyếch đại sẽ không thể ghép điện dung và ghép điện cảm mà phải đùng ghép trực tiếp Nhưng khi ghép trực tiếp, do không có thành phần cách ly một chiều nên khi có sự thay đối nào đó như thay đổi về chế độ một chiều, sự thay đổi của nhiệt
độ sẽ làm cho tham số của linh kiện thay đổi sự thay đổi này cũng sẽ được đưa đến đầu ra của máy
Sự thay đối một cách ngẫu nhiên của tín hiệu khi tín hiệu vào không thay đổi gọi là hiện tượng trôi, hiện tượng trôi do nhiều nguyên nhân gây ra như
nhiệt độ nguồn bức xạ bên ngoài tác động vào các linh kiện Từ các đặc điểm trên máy điện tim phải có các khả năng sau: -_ Vì tín hiệu nhỏ nên máy phải có hệ số khuyếch đại lớn
- Trở kháng vào lớn để việc phối hợp trở kháng giữa đầu vào mạch
khuyếch đại với nguồn tín hiệu để lấy ra điện áp đủ lớn cấp cho bộ khuyếch đại làm việcvà thu tín hiệu mà không bị ảnh hưởng của sự thay đổi bên ngoài như do các bệnh nhân khác nhau, do tiếp xúc của các điện
cực
- Độ méo của các thiết bị phải nhỏ, dé tin hiệu thu được chính xác phục vụ
Trang 20- C6 d6 én dinh cao va loc nhiéu tốt để phan anh trung thuc tin hiéu dién
tim
- _ Có độ cách điện tốt để đâm bảo an toàn điện cho cả người và máy
1.2 Các thông số kỹ thuật cơ bản của máy :
1) Dái thông tần của máy ghi được giới hạn trên và giới hạn dưới, giới hạn dưới đảm bảo cho đường ghi cơ bản (vì loại được các tần số quá thấp) Chỉ
tiêu kỹ thuật này cũng có thể biểu diễn bằng hằng số thời gian của mạch ghép
tầng Hằng số thời gian càng lớn thì độ méo tín hiệu càng giảm trong khu vực
tần số thấp Hạn chế trên là giảm độ méo tín hiệu ở khu vực tần số cao Đôi
khi để tránh can nhiễu do nguồn điện gây ra người ta bố trí các bộ lọc phụ cắt
các tần số 40/50/60Hz
Để đảm bảo trung thực, các bộ khuyếch đại tín hiệu điện tim cho qua tin
hiệu có tần số 0.05- 100Hz Giới hạn dưới của đái tần tương ứng với hằng số
thời gian của mạch ghép RC Nếu hằng số thời gian càng lớn càng tốt (xét về độ trung thực của tín hiệu) song nếu quá lớn thì thời gian phục hồi của bộ khuyếch đại sẽ quá lâu và nó sẽ rơi vào trạng thái bão hoà
2) Hệ số méo phi tuyến :
Độ méo cho phép là 5% Tham số này thể hiện độ chính xác của thiết bị
trong quá trình khuyếch đại tín hiệu đối với tần số khác nhau
3) Độ nhậy :
Được xác định trên giấy ghi tín hiệu điện tim bằng chỉ số mm/mV Là khả
năng làm lệch đường ghi tính ra mm theo điện áp vào là 1 mV Thuong các
máy điện tim có một số độ nhậy nhất định và có thể chuyên từ độ nhậy này sang độ nhậy khác(Smm/mV, 10mm/mV )
4) Hệ số khử nhiễu đồng pha (CMMR):
Hệ số khử nhiễu đồng pha lớn hơn 60(CMMR > 60đB)
5) Trở kháng vào :
- Dé tai tao trung thực tín hiệu thì trở kháng vào bộ khuyếch đại lớn hon rat nhiều so với trở kháng nguồn tín hiệu
Trang 21Cùng với sự phát triển của kỹ thuật điện tử, các thiết bị điện tử y tế nói chung và thiết bị ghi điện tim nói riêng ngày càng có thêm nhiều tính năng Việc xử dụng kỹ thuật vi xử lý và ghép nối thiết bị ghi điện tim với mạch điện
toán đã nâng cao tính năng và chất lượng của thiết bị ở mức độ bình thường
chúng có thé lưu trữ số liệu, so sánh cập nhật và in các số liệu về điện tim cùng tên tuổi bệnh nhân một cách tự động ở mức độ cao hơn nữa là chuẩn
đoán bệnh (kết hợp với các khám nghiệm khác) Đồng thời tính an toàn của
thiết bị cũng được nâng lên như báo động mat nguon, dong do tăng, điện cực
tiếp xúc xấu.Với kích thước gọn nhẹ, giá thành ngày càng hạ, chắc chắn
chúng sẽ thâm nhập ngày càng sâu hơn vào các bệnh viện và phòng khám bệnh, không chỉ ở các bệnh viện, trung tâm y tế lớn mà còn ở các tuyến dưới,
tương lai có thể đến tận các tuyến cơ sở
Hình 2.1 trình bày sơ đồ khối của một thiết bị ghi điện tim sở dụng vi xử lý Thiết bị ghi điện tim ghép nối với máy điện toán cũng có sơ đồ như vậy
Trong máy điện toán cũng dùng vi xử lý
uP là bộ vi xử lý thực hiện các lệnh toán học, logic và chuyển đữ
liệu.RAM là bộ nhớ tạm thời, ROM là bộ nhớ chỉ đọc `+⁄ OOng ng ho CPU ROM (uP) Lay mau RAM A/D va Vo x x vo Bang dia diéu tir Hin th[l bàn phớm, mỏy in VO
Honh 2.1: SO 00 khili ca thi[It bO
Trang 22Vi xử lý và máy điện toán chỉ làm việc với các đại lượng số (đếm được) khác với khái niệm điện tim mà chúng ta đang xét ở trên là đại lượng liên tục
(tương tự) Vì thế tín hiệu điện tim trước khi đưa vào vi xử lý hay máy điện toán phải chuyển đổi sang dạng số Thông tin này là đữ liệu về điện tim Cũng
không thể lấy quá nhiều đữ liệu Cứ cách một khoảng thời gian nào đó người ta mới lay tín hiệu điện tim đưa vào bộ chuyên déi ra dang số Bộ chuyên đôi
này gọi là bộ chuyên đối tương tự số (A/D) Khoảng thời gian lặp lại đó gọi là chu kỳ lấy mẫu Tần số lấy mẫu bằng nghịch đảo của chu kỳ lấy mẫu
Ta đã biết rằng phức bộ của sóng điện tim bao gồm sóng P, Q, R, S, T
Khoảng cách QRS là hẹp nhất khoáng 0.06 — 0.12 giây, nếu chu kỳ lấy mẫu là 0.005 giây thì trong khoảng QRS lấy được từ 12 đến 24 mẫu đủ để phản ánh
nhóm sóng này
Phần trên ta đã trình bày phổ của điện tim là từ 0.05 đến 100 hz, đo đó tần số lấy mẫu tối thiểu là 200 hz Độ chính xác của đữ liệu điện tim còn phụ
thuộc vào mức số hoá (mức lượng tử) Với yêu cầu cao người ta có thé chia
thành 1000 mức từ 0 đến 999 và dé biéu diễn có thể dùng 3 chữ số thập phân
Vi xu ly hay máy điện toán chỉ dùng hai trạng thái có điện (1) hay không có
điện (0) trong các phần tử Cách biếu diễn này là biểu diễn nhị phân Mười chữ số có thể biểu diễn từ 0 đến 1023 Tuy nhiên trong một số thiết bị người ta chỉ cần đến 8 bit dé biéu diễn tín hiệu điện tim (0 —255)
Khoảng thời gian giữa hai lần lấy mẫu là 5ms, trong khi vi xử lý thực hiện
một lệnh cở ts Điều đó cho thấy giữa hai lần lấy mẫu vi xử lý có thể thực
hiện được vài nghìn lệnh, số lệnh này đủ đề vi xử lý thực hiện một số lệnh như lưu trữ, hiển thị, quản lý, phím bam, bao động, nhận dạng, lọc SỐ Nhưng chưa đủ để phân tích phổ kế cả phân tích phổ nhanh FFT
Thiết bị hiển thị ở đây có thể là màn hình chấm điểm (Bit map) hay màn hình x,y (Vector), là các LED Thiết bị lưu trữ như băng đĩa từ.Thiết bị ghi
như máy in kim, lazer, may in nhiét hay but ghi nhiệt Trong trường hợp
dùng màn hình x, y dé hiển thị và bút ghi nhiệt để ghi thì phải có bộ chuyên đổi tương tự số (A/D)
Việc thiết kế hệ điện tim dùng vi xử lý hay máy điện tốn ngồi thiết kế
phần cứng như mạch điện,còn phải thiết kế phần mềm để vi xử lý thực hiện các chức năng đề ra
Ghép nói thiết bị điện tim với máy điện toán đơn giản hơn xây dựng từ vi xử lý Công việc phần cứng là thiết kế chế tạo phần điện tim và ghép nối
Trang 24ChươngIII: phương pháp nhận dạng hình dáng tín Hiệu điện tim
Sau khi phân tích đường cong điện tim đồ, tim ra các dấu hiệu bệnh lý,
các bác sĩ chuyên khoa về tim mạch đã tập hợp chúng lại thành những hội
chứng điện tim đồ, rồi dựa vào đó mà chuẩn đoán bệnh Có hai loại hội chứng được xét đến là:
- Các hội chứng về hình dạng sóng: Các bệnh lý làm thay đối hình dạng
điện tim đồ chuẩn
- Các hội chứng về rối loạn nhịp: Các bệnh lý làm thay đổi tần số điện
tìm đồ chuẩn
Đề tài của luận văn mới chỉ xét tới các bệnh lý làm thay đổi hình đáng của điện tim đồ chuẩn và đề giải quyết van dé nay là bài toán về nhận dạng 1 Giới thiệu phương pháp nhận dạng:
Phương pháp nhận dạng tín hiệu được sử dụng để xử lý các thông tin đa
chiều khi các thông tin này không thể biếu diễn được dưới dạng biểu thức
logic đơn giản hoặc không thế định nghĩa trước Có hai phương pháp nhận dạng tín hiệu :
Phương pháp nhận dạng thống kê: sử dụng lý thuyết quyết định
Phương pháp nhận dạng cú pháp hay “ cấu trúc”: nghĩa là chia tín hiệu thành nhiều phần dễ nhận dạng, các phần này liên quan với nhau
theo một nguyên tắc cấu trúc định trước
Hai phương pháp trên không tách rời mà bổ trợ cho nhau Trong đồ án này, ứng dụng đồng thời hai phương pháp để phân tích nhận dạng tín hiệu điện tim
1 Nguyên tắc nhận dạng cú pháp tín hiệu :
Nhận dạng cú pháp tín hiệu dựa trên cơ sở các hệ thống toán học trong đó
có hính đạng của một tập được biểu diễn bằng các phần tử của ngôn ngữ hình
Trang 25thức Quy tắc điều khiến sắp xếp các nguyên hàm tạo thành dạng tín hiệu tuân theo ngữ pháp sau :
G =(Vr, Vn, P, S) Trong đó :
'Vr— là từ vựng hoặc biểu diễn câu của ngôn ngữ, thường được biểu
diễn bằng các chữ cái thường (từ: a Z)
Vy — là từ vựng hay chữ cái không tận cùng, thường được biểu diễn bằng chữ cái in hoa
P - là tập hợp các quy tắc cấu tạo cho phép xây dựng đầy đủ một câu từ các chữ cái
S - là định lý của ngữ pháp hay kí hiệu cấu tạo liên quan tới Vụ Khi các nguyên hàm của một dạng cho trước được xác định, quá trình
nhận dạng tín hiệu được tiến hành phân tích cú pháp của ““ câu “ xem cú pháp
này có được viết đúng theo quy tắc đã được định nghĩa bằng ngữ pháp của quá trình hay không
2 áp dụng phương pháp nhận dạng cú pháp vào tín hiệu điện tim : Khi phân tích tín hiệu ECG, ta nhận thấy rằng đoạn thắng T - P biểu diễn đường cách điện giữa hai chu kỳ nhịp và cho chúng ta những thông tin
quan trọng như đoạn PQRST Vì vậy, ta chọn của số phân tích tín hiệu bao trùm tất cả chu kỳ nhịp của tín hiệu ECG, nghĩa là giữa hai đỉnh R-R
Cửa số quan sát của một chu kỳ điện tim được chia thành 40 đoạn, cũng có thể ít hoặc nhiều hơn Nếu ít hơn thì khoảng cách của đoạn cong tín hiệu được lấy để lấy để tuyến tính hoá lớn lên do đó độ chính xác xẽ nhỏ đi Còn
nếu nhiều hơn thì ngược lại nhưng thời gian thực để xử lý tín hiệu đài ra có thể sẽ ảnh hưởng đến việc lấy được đầy đủ một chu kỳ của tín hiệu Trong
thực tế của số quan sát trên được chia thành 40 đoạn là hợp lý Quá trình nhận dang tín hiệu điện tim sẽ được thực hiện trên các từ chia thành 40 ký tự ở
đây, ta chọn trường hợp đơn giản nhất để làm ví dụ mô tả ý nghĩa của các chữ cái như sau :
Vr= (a, b, c)
Trong do :
Trang 26Từ các giá trị thu thập được ta tạo được ngôn ngữ cấu thành bao gồm các
từ có dạng ví dụ như:bcacbcbabca vv
Như vây, bước đầu tiên của quá trình nhận dạng, trước khi áp dụng phương pháp nhận dạng cú pháp, ta phải nhận dạng từng đoạn tín hiệu trong cửa số quan sát và gán cho nó các chữ cái tương ứng như định nghĩa ở phần 1 11714 5 6 1 8 9 101111131415 16 l7 l8 1920/21 22 23 34 25 26 27 24 29 20 31 32 33 34 35 3 trên ol Hình3.1: Minh hoạ ngôn ngữ hình thức của tín hiệu điện tim chuẩn Phương pháp xứ lý thống kê :
Sử dụng pháp xử lý thống kê đề xác định góc của mỗi đoạn thắng nằm
trong cửa sô quan sát
Giả sử có một đoạn gồm N điểm (X,, Y;) Đoạn thắng bình phương
nhỏ nhất phù hợp nhất với tập điểm trên được mô tả bằng phương trình : Y=As;+AiX
Theo phương pháp bình phương nhỏ nhất, ta có :
Y¡— Ao—AiXi=ei, vớii= 1,2 n là các sai số tại X: và :
S = D(yi— Ao — Aixi)’ 1a tong cdc bình phương của các sai số
Trong đó, xị¡, y¡ đã biết còn S phụ thuộc vào Ao và Ai
Mục đích của phương pháp bình phương nhỏ nhất là xác định Ao và A¡
sao cho S là bé nhất Dùng phương pháp bình phương nhỏ nhất để xác định góc nghiêng A¡ của đoạn thắng, đem so sánh nhận được với giá trị
Trang 27ngưỡng ^ cho trước Từ đó ta có thé phân loại các giá trị góc của đoạn
thăng phân tích theo sơ đô sau :
-À< Ai< nr >a A, > xX >b A, <- Xc
Ta cần chú ý rằng giá trị ngưỡng chọn sao cho không quá nhạy khi có nhiễu tác động, nhưng phải đủ lớn để phát hiện những thay đổi của tín hiệu cần phân tích Quá trình xử lý cú pháp được tiến hành sau khi chuyến các tín
hiệu thành ký tự của bộ chữ cái Vị
Quá trình nhận dạng tín hiệu điện tim có thê tóm tắt như sau:
Từ hình dáng điện tim chuyến thành các đoạn thắng Để thực hiện, tuyến
Trang 28PHAN II THIẾT Ké CHé TaO THIET Bi
ChươngI Giới thiệu Bộ VI Xử Lý DSP 56002
và card evm 56002 I Giới THIệU CHUNG Về DSP 56002
Vi xu ly DSP 56002 là một trong những bộ vi xử lý thuộc họ DSP 56K
của hãng Motorola được chế tạo theo công nghệ HCMOS Đặc trưng của bộ vi xử lý này là làm việc với các số liệu 24 bit và có một cấu trúc đặc biệt thuận tiện cho việc thu thập và xử lý tín hiệu Sơ đồ khối thế hiện chức năng chính của DSP 56002 được trình bày ở hình 2-1 gồm có:
- _ Khối thực hiện kệnh độc lập Bộ nhớ chương trình lọc số
Khối ghép nói với các thiết bị ngoại vi (I/O)
Các bus truyền thông tin
Ba khối chức năng đầu tiên liên hệ với nhau thông qua các đường dây để
truyền tín hiệu gọi chung là bus hệ thống Bus hệ thống bao gồm 3 bus thành
phần ứng với các tín hiệu địa chỉ, dữ liệu và điều khiển Ta có Bus địa chỉ,
Bus đữ liệu và Bus điều khiển
Khối điều khiển chương trình PCU đóng vai trò chủ đạo trong bộ vi xử lý
Đây là một mạch vi điện tử có độ tích hợp cao Khi hoạt động nó đọc mã lệnh dưới dạng các bit 0 và I từ bộ nhớ, sau đó giải mã lệnh thành các xung điều khiển ứng với các thao tác trong lệnh điều khiển Các khối khác thực hiện từng bước các thao tác đó Khối số học và logic ALU thực hiện mọi phép toán học và logic trên các dữ kiện Khối địa chỉ AGU thực hiện mọi phép toán hạng và lưu trữ trên các địa chỉ toán hạng Bộ nhớ bán dẫn là một bộ phận khác rất quan trọng của bộ vi xử lý Nó
bao gồm bộ nhớ ROM (Read only memory) có thể chứa chương trình điều
khiển hoạt động của toàn hệ Bộ nhớ RAM (Random access memory) để
Trang 296 1
Giao Giao Giao Bñ nhũ BO nh sO BO nhl sO
din diñn chñững trốnh || Hữu X liu Y
SSI SCI diln chủ || 512*24 RAM || 256*24RAM || 256*24RA (Hn 64*'24ROM_ || 256*24ROM || M OOi ni bus [Ha chũ BO phot sinh Ha chữ [Hi nHï bus Oa chữ [i nữi bus sO lidu [iu khin bus PAG AUU sÏl iu 24?24+56 bit MAC 56 3 IRQ Honh 2-1: SO 00 cfu tryc cla DSP 56002 oo ch II sO liữu 24 hit ñinu khih 10 chứa dữ liệu cùng các kết quả của chương trình DSP 56002 có 2 bộ nhớ ROM và 3 bộ nhớ RAM
Khối phối ghép vào ra (I/O) tạo ra khả năng giao tiếp giữa bộ vi xử lý với các thiết bị ngoại vi Bộ phận phối ghép cụ thể giữa BUS hệ thống với các thiết bị ngoại vi thường gọi là cổng Vi xử lý DSP có cổng A để mở rộng bộ nhớ, cổng B để giao diện truyền tin song song và cổng C để giao diện truyền
tin nối tiếp
BUS địa chỉ có 3 đường 16 bit: XAB, YAB, PAB có khả năng truyền
thông tin của các bit địa chỉ theo một chiều Chỉ có PCU mới có khă năng đưa
ra địa chỉ trên BUS địa chỉ
BUS dữ liệu có 4 đường 24 bit: XDB, YDB, PDB và GDB là loại bus hai chiều; nghĩa là dữ liệu có thể được truyền đi từ PCU hoặc truyền đến PCU
Trang 30BUS diéu khiến có tính một chiều Khi hoạt động PCU đưa tín hiệu điều khiển tới các khối khác trong hệ đồng thời cũng nhận các tín hiệu điều khiển từ các khối đó để phối hợp hoạt động của toàn hệ
Các đặc trưng chính của DSP 56002 là :
- Co kha nang thực hiện 20 triệu lệnh trong một giây
- _ Thực hiện lệnh song song theo kiểu pipe line
- _ Thực hiện song song nhân và cộng 24*24 bit trong một chu kỳ lệnh - _ Cho phép tạo ra các vòng lặp DO lồng nhau
1 Công C: ` , „
Sau đây giới thiệu về chức năng và hoạt động của công C-công có vai trò rat quan trọng,vì trong card DSP5600EVM sử dụng công C(SS1, SC]) đê kêt nôi với máy tinh (PC) và các thiệt bị bên ngoài khác
Cổng C là một cổng vào ra có 9 chân, trong đó 3 chân dùng để vào ra cho mục đích chung hoặc giao địch thông tin nội tiếp (SCI), còn 6 chân khác dùng cho việc vào ra mục đích chung hoặc giao dịch nội tiếp đồng bộ (SSI) Cổng C có thể được sử dụng đề điều khiển các thiết bị bên ngoài và có thê nối tới
các DSP, các bộ xử lý, các bộ CODEC, các bộ biến đổi ADC và DAC
1.1 Chức năng vào/ra mục đích chung của công C:
Với chức năng vào/ra mục đích chung, 9 chân vào/ra được điều khiển bởi 3 thanh ghi: thanh ghi điều khiển (PCC), thanh ghi hướng dữ liệu (PCDDR),
thanh ghi dữ liệu (PCD) Cá 9 chân đều là các đầu vào, mỗi chân có thể được lập trình riêng biệt như điều khiển của phần mềm Để lựa chọn giữa vào/ra
mục đích chung và SCI hay SSI người ta tạo ra các bit của thanh ghi điều
khiển một cách thích hợp: giá trị 0 cho vào/ra mục đích chung hoặc gia tri 1 cho giao diện nối tiếp Thanh ghi PCDDR sẽ quy định mỗi chân tương ứng với | bit trong thanh ghi PCD sẽ là một đầu vào
(Hình2-2) mô tả 3 thanh ghi của công C: thanh ghi (PCC) đặt tại X:$FFEI, thanh ghi (PCDDR) đặt tại X: $FFE3 và thanh ghi (PCD) đặt tại X: $FFES
Trang 321.2 Giao diện thông tin ndi tiép (SCI)
SCI là một công song song đề truyền thông tin nối tiếp đến các DSP khác,
các bộ vi xử lý hoặc các ngoại vi như bộ modem Thông tin có thể là các tín
hiệu mức TT hoặc với RS 232C, RS422
Giao điện này sử dụng 3 chân: chân truyền số liệu(TXD), nhận số
liệu(RXD) và chân xung nhịp nối tiếp (SCLK)
SCI bao gồm các phần truyền và nhận số liệu riêng biệt không đồng bộ với
nhau
a) Các chân vào ra của SCI
SCI Có 3 chân có thể thực hiện vào /ra mục đích chung hoặc như một chân SCI riêng biệt Mỗi chân độc lập với 2 chân kia:
- Chân nhận số liệu (RXD) - Chân truyền số liệu (TXD)
- Chân xung nhịp nối tiếp (SCLK)
b) Các thanh ghi của SCI
+) Thanh ghi điều khiến của SCI (SCR)Thanh ghi SCR gồm 16 bit có thể điều khiển giao diện số liệu Các bit 0,1 và 2 của SCR gọi là các bit lựa
chọn kiểu của số liệu 'WDS0, 'WDSI ,WDS2 Còn các bít khác có các chức năng như qui định chiêu truyền sô liệu,đánh thức,lựa chọn kiêu truyén;cho
phép nhan,truyén,cac ngat duong day,ngat nhan,ngat truyén va qui định các mức ngắt của timer
+) Thanh ghi trạng thái củaSCI (SSR) SSR là một thanh ghi 8 bit chi doc, được sử dụng bởi CPU cua DSP dé xem xét trang thai của SCL Khi SSRduge doc vao bus sô liệu bên trong, nội dung của nó chiêm giữ byte
thâp của bus sô liệu còn tât cả các phân cao hơn của bus đêu băng 0 +) Thanh ghi điều khiển xung nhịp của SCI (SCCR)
SCCR là một thanh ghi 16 bit mà điều khiển việc lựa chọn các chế độ xung nhịp và tốc độ truyền hay nhận của giao diện SCI SCCR bị xoá bởi việc
reset phần cứng
+) Các thanh ghi số liệu của SCI: Các thanh ghi số liệu của SCI được chia
thành 2 nhóm: truyền và nhận Có 2 thanh ghi nhận: một thanh ghi số liệu nhận được (SRX) và một thanh ghi dịch nhận; cũng có 2 thanh ghi truyền:
một thanh ghi số liệu truyền (gọi là STX) và một thanh ghi dịch song song nối
tiếp Các từ số liệu được nhận trên chân RXD được dịch vào thanh ghi dịch
nhận số liệu Khi một từ trọn vẹn được nhận, phần số liệu của từ đó được
Trang 33chuến vào thanh ghi SRX Việc xử lí này biến đổi số liệu nối tiếp thành số
liệu song song
Để truyền đi một từ số liệu người lập trình gửi từ số liệu đó vào trong thanh ghi số liệu truyền STX Số liệu sẽ được truyền tự động từ thanh ghi STX vào thanh ghi dịch truyền, sau đó từng bit được chuyển đi qua chân truyền số liệu TXD
1.3.Giao diện nối tiếp đồng bộ SSI
Giao diện nối tiếp đồng bộ (SSI) là một cổng nối tiếp song công
(fulldupdex) dùng để trao đổi nối tiếp với nhiều thiết bị, bao gồm 1 hay nhiều
bộ CODEC tiêu chuẩn công nghiệp, các DSP khác, các bộ vi xử lí, và các ngoại VI
Người sử dụng có thể định nghĩa một cách độc lập đặc tinh sau của SSI: số
bit trong một từ, giao thức (protocol), xung nhịp, và việc đồng bộ hoá truyền/nhận
a) Các chân số liệu và chân điều khiển SSI :
SSI có 3 chân được sử dụng cho việc truyền số liệu (STD), nhận số liệu (SRD) và xung nhịp nối tiếp (SCK), ở đây SCK có thể được sử dụng bởi cá 2 bộ truyền và bộ nhận khi truyền số liệu đồng bộ hoặc chỉ bởi bộ truyền khi truyền số liệu không đồng bộ Ba chân khác có thể cũng được sử dụng, phụ thuộc vào mode được lựa chọn, chúng là các chân điều khiển nối tiếp SCO, SC1,SC2 Chung cé thé duoc lập trình như các chân điều khiển SSI trong thanh ghi điều khiển cổng C
+) Chân truyền số liệu nói tiếp(STD)
STD được sử dụng cho việc truyền số liệu từ thanh ghi dịch truyền nối tiếp STD là một đầu ra khi số liệu đang được truyền Số liệu thay đổi trên
sườn đương của xung nhịp STD sẽ rơi vào trạng thái tổng trở cao trên sườn
âm của xung nhịp tương ứng với bit số liệu cuối cùng của từ nếu xung nhịp
Trang 34SRD nhận số liệu nối tiếp và truyền số liệu đó tới thanh ghi dịch nhận số liệu, SRD có thế lập trình như một chân vào ra cho mục đích chung được gọi
là PC7 Số liệu được lấy mẫu trên sườn âm của xung nhịp +) Xung nhịp nói tiếp(SCK)
SCK là một chân hai chiều mà cung cấp xung nhịp cho giao diện SSI SCK là một đầu vào hay đầu ra xung nhịp được sử dụng bởi cả hai bộ truyền và bộ nhận trong các mode đồng bộ hoặc chỉ bởi bộ truyền trong các mode không đồng bộ
+) Chân điều khiển cổng nối tiếp (SC0)
Chức năng của chân này phụ thuộc vào mode đồng bộ hay không bộ Với mode đồng bộ chân này sử dụng cho vào ra cờ nối tiếp Với mode không đồng bộ chân này được sử dụng cho việc vào ra xung nhịp nối tiếp Hướng của
chân này được quyết định bởi bit SCOD trong thanh ghi điều khiển CRB +)Chân điều khiến nối tiếp SCI
Chức năng của chân này phụ thuộc vào mode là đồng bộ hay không đồng
bộ Với mode đồng bộ chân này là cờ nối tiếp SCI và hoạt động giống như
SC0 đã được mô ta ở trên.Với mode không đồng bộ ,chân này là chân vào ra
đồng bộ hoá bộ nhận Hướng của chân này được quyết định bởi bit SCDI
trong thanh ghi CRB
+)Chân điều khiển nối tiếp SC2
Chân này được sử dụng cho việc đồng bộ hoá vào /ra.SC2 là chân đồng bộ hoá cho cả hai bộ truyền và bộ nhận trong mode đồng bộ và chỉ đồng bộ hoá cho bộ phận truyền trong mode không đồng bộ Hướng của chân này được quyết định bởi bit SCD2 trong thanh ghi CRB
b) Các thanh ghi của SSI
+) Thanh ghi điều khién A (CRA)
CRA là một trong 2 thanh ghi 16 bit cua SSI được dùng đề điều khiển hoạt động của SSI CRA điều khiển bộ phát xung nhịp, độ dài của từ số liệu, số từ
trong một khung số liệu nối tiếp của SSI
+) Thanh ghi điều khiển B (CRB)
CRB điều khiến các chân chức nang SC2, SC1, SCO cua SSI, lam cho các
chân này có thể được sử dụng như các đầu vào hay đầu ra xung nhịp, như các chân đồng bộ khoá khung số liệu hoặc như các chân cờ vào ra ni tiếp
Trang 35SSISR là một thanh ghi trang thai 8 bit nay chi được đọc, được sử dụng
bởi DSP để thăm dò trạng thái và các cờ vào nối tiếp của SSI +) Thanh ghi dịch nhận của SSI
Thanh ghi dịch nhận 24 bit này nhận số liệu từ chân nhận số liệu nói tiếp Số liệu được dịch vào theo hướng các bit có trọng số lớn nhất trước nếu như
SHFD bằng 0 hay theo hướng các bit có trọng số nhỏ nếu SHFD bằng 1 số liệu chứa trong thanh ghi này được truyền tới thanh ghi số liệu nhận sau khi 8,
12, 16, 24 bit vừa được dịch vào, phụ thuộc vào các bit điều khiển độ dài
trong thanh ghi CRA
+) Thanh ghi số liệu nhận của SSI (RX)
RX là một thanh ghi 24 bit chi được đọc Nó nhận số liệu từ thanh ghi
dịch nhận DSP sẽ bị ngắt bất cứ khi nào RD đầy nếu như các ngắt tương ứng được cho phép
+) Thanh ghi dịch truyền của SSI
Thanh ghi dịch truyền 24 bit này chứa số liệu đang được truyền đi Số liệu
được địch ra ngoài tới chân truyền số liệu nói tiếp Số liệu các bit được dịch ra
ngoài có thé là 8, 12, 16, 24 bit Số liệu được địch ra theo hướng các bit có trong số lớn trước nếu như SHFD bằng 0 haycác bit có trọng số nhỏ trước nếu SHFD bằng I
+) Thanh ghi số liệu truyền của SSI (TX)
Tx là một thanh ghi 24 bit chỉ viết Khi cần truyền số liệu thì người lập
trình viết số liệu vào trong thanh ghi này sau đó số liệu tự động truyền tới thanh ghi dịch truyền DSP bị ngắt bất cứ khi nào thanh ghi TX trống rỗng
nếu như ngắt tương ứng được cho phép
2 Bộ timer và đếm sự kiện của DSP56002
Kế từ Version thứ hai các bộ phận DSP56002 có thêm bộ timer và bộ đếm
sự kiện Bộ timer có thể sử dụng xung nhịp bên trong hay bên ngoài và có thể
làm ngắt bộ xử lý sau khi có một số lượng nhất định các sự kiện bên ngoài hay có thể gửi tín hiệu tới một thiết bị bên ngoài sau khi đếm các sự kiện bên trong
Bộ timer nối tới các thiết bị bên ngoài qua hai chân hai chiều đo TIO Khi TIO là một đầu vào thì chức năng đếm các sự kiện bên ngoài được sử dụng
Trang 36khoảng thời gian nhất định Khi không được sử dụng cho bộ timer thì TIO có
thể được sứ dụng như một chân vào/ra mục đích chung +) Cấu trúc bộ timer và đếm sự kiện
Hình (2-3) là sơ đồ khối của timer và đếm sự kiện Nó bao gồm một thanh ghi điều khién/ trạng thái 24 bit có thể đọc/viết (TDSR), một thanh ghi đếm (TCR) 24 bit đọc/viết, một bộ đếm 24 bit và một mạch lôgic cho việc phát sinh ngắt và lựa chọn xung nhịp
+) Thanh ghi đếm (TCR) của timer
Thanh ghi TSR chứa giá trị (được xác định bởi chương trình của người sử
dụng) được nạp vào bộ đếm khi bộ timer được phép hoạt động (TE=1) hoặc khi bộ đếm vừa giảm đến 0 và một sự kiện mới xuất hiện Nếu TCR được nạp với giá trị n bộ đếm sẽ được nạp lại sau (n+1) sự kiện Nếu bộ timer bị cắm hoạt động (TE=0) và chương trình viết lên TCR thì giá trị viết lên TCR vẫn được giữ ở đó nhưng không xuất hiện được nạp vào bộ đệm cho đến khi bộ timer được phép hoạt động
+) Thanh thái (TCSR) của timer
Thanh ghi TCSR dùng đề điều khiển bộ timer đồng thời ghi lại trạng thái
của nó Sau đây mô tả từng bit cụ thế của thanh ghi này 24 24 24
Thanh ghi [iu Thanh ghi [Im
khiin/ trũng thỏi 24 bit (TCSR
24 bit (TCSR) it (TCSR)
24 3
BO Om 24 bit
L]a chLn xung nh[Ip
TIO BÏ ngĩt thi gian
CLK/2
Honh 2-3 SO 00 khi b0 Timer va 00m sO kiln
Trang 37Bit 0 (TE) cua TCSR goi 1a bit cho phép timer hoat dong Khi ta dat TE=1
thì bộ timer được phép hoạt động và được nạp với giá trị chứa trong thanh
ghi Khi xoá bit TE thì bộ timer không hoạt động Việc reset phần cứng hay phần mềm sẽ xoá bit TE
Bit 1 (TIE) của TCSR gọi là cho phép ngắt timer Khi TIE=1 thì các ngắt
timer sẽ xuất hiện sau khi bộ đếm giảm xuống tới 0 và một sự kiện mới xuất
hiện Khi TIE =0 thì ngắt timer bị cắm Việc reset phần cứng hay phần mềm sẽ xoá TIE
3 Giới thiệu về tập lệnh và các trạng thái cúa bộ vi xử lý DSP 56002 3.1 Quá trình thực hiện:
Quá trình thực hiện thông tin của DSP 56002qua 3 giai đoạn pipeline
cho phép thực hiện trong một chu kỳ lệnh Được thực hiện bằng ngôn ngữ
assembler hoặc các ngôn ngữ bậc cao khác nhưng yêu cầu phải có chương trình dịch Chu kỳ lệnh Hoạt động | 1 2 3 4 5 6 7 Tìm lệnh FI F2 F3 F3e F4 F5 F6 Giai ma DI D2 D3 D3e D4 D5 Thuc hién El E2 E3 E3e E4 Bảng 2 - 4
Quá trình thực hiện của cấu trúc pipeline như bảng trên Đầu tiên là tìm
lệnh sau đó là giải mã lệnh và cuối cùng là thực hiện lệnh Quá trình thực hiện
lần lượt gối đầu lên nhau
Chế độ chương trình chỉ ra ở hình 2 - 4 của bộ VXL DSP 56002 bao gồm
Trang 38
O0n vo logic va sO hOc (Data ALU)
coc thanh ghi dQ liu vào 47 xX 0 47 Y 0 23 0 23 0 23 0 23 0 cóc thanh chữa accummulator A B 55 0 55 0 23 87023 023 0 23 87023 023 Khii phỏt Hữa chữ chững trốnh (AGU) 23 1615 0 23 16 15 0 23 16 15 0 * R7 * N7 * M7 * R6 * N6 * M6 * R5 * N5 * M5 * R4 * N4 * M4 * R3 * N3 * M3 * R2 * N2 * M2 * RI * NI * MI
Coc thanh ghi Coc thanh ghi Coc thanh ghi
Ha chữ con chữ Ha chữ offset modifer
Khi [IiHu khiOn chOOng trốnh(PCU)
Trang 39- Ct phap lénh ctia DSP dugc chia thanh 4 phan
Lệnh phải được thực hiện từ trái sang phải trong cùng một chu kỳ lệnh Một số đặc điểm của DSP là cho phép thực hiện các dịch chuyên song song nhưng phải theo nguyên tắc dịch chuyển song song là có thể chung nguồn nhưng không chung điểm tới - _ Tập lệnh của DSP gồm 62 lệnh chia thành 6 nhóm : + Nhóm lệnh số học: ADD,ABS,ADC + Nhóm lệnh dịch chuyến: MOVE,MOVEP,LUA + Nhom lệnh logic :ANDI,EOR,NOT + Nhóm lệnh vòng lặp: DO,REPEAT + Nhóm tác động đến từng bit :BSET,BCLEAR + Nhóm lệnh điều khiển chương trình: DEBUG,JMP
H Giới thiệu cấu trúc phần cứng của Card DSP 56002EVM :
Cấu trúc phần cứng bao gồm: Card DSP 56002EVM được ghép nối với máy tính thông qua công RS232
Tín hiệu tương tự được đưa vào qua hai bộ biến đổi A/D để biến tín hiệu ở
dạng số, sau đó đưa vào DSP nhờ cổng truyền tin nối tiếp SSI để xử lý Sau
khi xử lý tín hiệu, bộ vi xử lý DSP56002 sẽ đưa tín hiệu ra công SSI đến bộ biến đổi D/A để biến thành tín hiệu tương tự ở đầu ra hệ thống 2.1 Card DSP 56002EVM Card DSP56002EVM là một hệ thống xử lý tín hiệu hoàn chỉnh.(Hình 2-5) 2.2.1 Cấu tạo gồm: - Một bộ vi xử lý DSP56002 - Một bộ nhớ Ram mở rộng
- Một bộ mã hoá và giải tín hiệu CS4215 (codec) có chứa hai bộ biến đổi tương tự số (D/A) và hai bộ biến đổi tuơng tự (D/A)
- Trên card có một vị trí dành cho bộ nhớ EFPROM của người sử dụng
- Việc ghép nói giữa máy tính và card DSP56002EVM được thực hiện thông
Trang 40- Trong đó ta thay các bus địa chỉ và dữ liệu công A của DSP56002 được nói thông qua J2 và J4 để mở rộng bộ nhớ với bộ nhớ RAM bên ngoài
(FSRAM 32*8)
Tín hiệu để chọn một bộ nhớ hay cả ba là được quyết định bởi tô hợp tín hiệu
WR, RD va DABIS Ngoai ra trên card cũng có vị trí cho EFPROM của người sử đụng để nạp chương trình từ bộ nhớ EFPROM nếu muốn
- Các chân NMI, IRQA, IRQB của DSP được nối thông qua bộ chuyên mạch 74HC157AD để điều khiển các ngắt từ bên ngoài tác động vào hay thiết lập
các quá trình đợi của DSP
- Các bus điều khiển của cổng A được nối thông qua JI1 (Bus-control) để đối
thoại với các thiết bị bên ngoài
- 15 chân của cổng B được nối thông qua J7 để cho phép thiết bị ngoại vi đối thoại với DSP
- 9 chân của công C được nói thông qua J10 (Port C) cho phép sử dụng cho vào ra mục đích chung hoặc giao dịch nối tiếp đồng bộ hay không đồng bộ
Các chân này được sử dụng để điều khiến thiết bị bên ngoài như
Codec, các bộ biến đổi ADC và DAC Các chân TX, RX của SCI được nối
với bộ biến đổi điện áp MAX232CSE để biến đổi tín hiệu tương tự từ 5V đến
12V cung cấp cho RS232 thông qua J§ (DCE/DTE) tới OnCE và Terminal - Nguồn cung cấp cho card EVM56002 được lấy từ nguồn điện 220V AC qua
J1 (Power connector) tới cuộn biến áp thành 7-9V AC hoặc DC và được đưa qua bộ chỉnh lưu cầu đưa tới bộ biến đổi điện áp MC7805 để biến đổi thành
điện áp 5V cung cấp cho DSP56002 và CS4215
2.2.2 Vi mạch mã hoá và giải mã 4215
CS4215 là một chíp đơn, CMOS có hai kênh biến đổi A/D 16 bit và hai
kênh biến đối D/A 16 bit CS4215 có các đặc tinh sau đây: