Е. А. Ходаковский
сопряжение микропроцессора с
«медленными» устройствами ввода-
вывода информации
При конструировании контроллеров
на базе микропроцессора (МП)
КР580ВМ80А возникает задача сопря-
жения центрального процессора
(ЦП) с объектом управления (ОУ)
по быстродействию. Если ОУ имеет
достаточное быстродействие, то в та-
ком сопряжении нет необходимости.
В практике часто приходится иметь
дело с инерционными ОУ (электро-
магнитными приводами, реле, КМОП-
микросхемами и др.), не успевающими
отреагировать на сигналы ЦП (1/OW,
I/OR, MW, MlR), имеющие при такто-
вой частоте 2,5 МГц длительность
400 не. В этом случае необходима
организация обратной связи с ОУ на
мп-
В схеме (рис. 1) при обращении ЦП
к порту с низким быстродействием
активизируется соответствующий вход
CS В ответ на это ОУ устанавлива-
ет «Лог. 0» на входе READY ЦП и
выдерживает время, достаточное для
обеспечения приема (передачи) дан-
ных.
Устройство, обеспечивающее орга-
низацию сигнала «Подтверждение пе-
редачи данных» (ППД),— аналоговый
одновибратор. В примере организа-
ции интерфейса (рис. 2) сигнал ППД
формируется при взаимодействии ЦП
с двумя портами, имеющими различ-
ное быстродействие. При обращении
ЦП к первому порту активизируется
линия CS1, сигнал которой совместно
с сигналом SYNC и Ф1 запускает
одновибратор DD3.1. При этом эле-
мент DD5.1 формирует «Лог. 0», обес-
лпз.г
лпз.г
Рис. 2, Интерфейс сопряжения ЦП с
«медленными» портами на основе
аналоговых одновибраторов
Рис. 1. Функциональная схема взаи-
модействия ЦП с портами ввода-вы-
вода
Рис. 1. Функциональная схема взаи-
модействия ЦП с портами ввода-вы-
вода
Рис. 2, Интерфейс сопряжения ЦП с
«медленными» портами на основе
аналоговых одновибраторов
печивающий временный останов ЦП.
При обращении ЦП ко второму пор-
ту активизируется линия CS2 и ана-
логично запускается одновибратор
DD3.2. Сигналы ППД через инверто-
ры DD5.1 и DD5.2 (с открытым кол-
лектором) «собираются» в точке А,
реализующей функцию «Монтажное
ИЛИ».
Длительность задержки сигнала
ППД при обращении к первому пор-
ту обеспечивается цепочкой R1C1, а
при обращении ко второму порту —
цепочкой R2C2. Очевидно, что такое
построение схемы не обеспечивает
должную временную точность выпол-
нения программы из-за нестабильности
аналоговых одновибраторов. Кроме
этого, из-за технологического раз-
броса RC-цепочек время выполнения
МОДУЛИ СИСТЕМЫ ЦИФРОВЫХ ЗВУКОВЫХ
ПРОЦЕССОРОВ И СРЕДСТВА ОТЛАДКИ
(К ст. Ю. Н. Барышненкова и др.).
В лаборатории электроакустики НИКФИ
разработан ряд аппаратных и программных
модулей цифровой обработки звуковых
сигналов в реальном масштабе времени,
Объединение двух основных модулей: спе-
циализируемого процессора и двухканаль-
ного модуля АЦП/ЦАП, представленных на
рис. 1, и ряда вспомогательных модулей
образует минимальную конфигурацию ап-
паратных средств, необходимых для по-
строения автономных приборов.
Модуль АЦП/ЦАП монтируется на печат-
ной плате, а для изготовления процессора
используется технология монтажа накрут-
кой. Последняя не только ускоряет пере-
ход от схемы к реальной nnaie, но и поз-
воляет минимизировать длину соединитель-
ных линий, улучшить охлаждение микро-
схем.
Один из таких приборов — аналого-циф-
ровой лимитер, предназначенный для
ограничения динамического диапазона зву-
ковых сигналов, показан на рис. 2. Прибор
смонтирован в 19-дюймовом конструктиве
высотой 3U (U = 44,45 мм) в соответствии
с ГОСТ 26.204-83.
Программа ограничения мгновенных зна-
чений звукового сигнала записана в ПЗУ.
Применение лимитера дает возможность
сформировать звуковой сигнал, в котором
отсутствуют выбросы, превышающие ус-
тановленный порог срабатывания. При этом
время срабатывания равно нулю.
Частотный диапазон, Гц . . 20 . . .16000
Коэффициент полных гар-
монических искажений, % • 0,1
Входной динамический диа-
пазон, дБ..............90
Время восстановления, с . 10~3. . . 103
Частота дискретизации, кГц 40
Габариты, мм, не более . . 482X132,5X450
Масса, кг, не более ... 10
Комплекс средств разработки и отладки
(рис. 3) предназначен для отладки звуко-
вых процессоров, построенных на основе
разрядно-модульных микропроцессорных
секций. Работа на комплексе может про-
ходить в режимах программирования и
исполнения микропрограмм. Предусмотре-
на также возможность оперативного конт-
роля данных на основных шинах отлаживае-
мого процессора и флаговой логики.
ОПЕРАТИВНЫЙ КОНТРОЛЬ СОСТОЯНИЯ КРОВООБРАЩЕНИЯ
С ПОМОЩЬЮ МИКРОЭВМ „ЭЛЕКТРОНИКА 60"
(А. П. Воробьев, Л. Н. Лаханько, Л. 3. Полонецкий, А. В. Фролов)
Созданный в Белорусском НИИ кардиологии комплекс «АРМ-кар-
дио», базируемый на реоплетизмографе РПГ-02 и микроЭВМ «Электро-
ника 60», дает возможность длительно нетравматично контролировать
состояние системы кровообращения.
Рис. 2. Типичная форма дифференци-
рованного реоплетизмографического
сигнала с основными опорными точ-
ками:
NPPV — начало фазы изгнания; MSV —
максимум систолической волны; KPPV —
конец положительной полуволны; KPI —
конец периода изгнания; KOPV — конец
отрицательной полуволны; MDV — мак-
симум диастолической волны; Тц — время
сердечного цикла; Asv — амплитуда си-
столической волны; Е — период изгнания
Современное профилактическое ле-
чение больных сердечно-сосудисты-
ми заболеваниями остро нуждает-
ся в автоматических комплексах для
динамического контроля за рядом
жизненно-важных показателей кро-
вообращения. Однако не каждый
согласится подвергнуться травмирую-
щей процедуре катетеризации сосудов
ради получения информации о сос-
тоянии насосной функции своего
сердца и гидравлическом сопротивле-
нии сосудистого русла. Поэтому кар-
диомониторные системы, базируемые
на инвазивпых (кровавых) методиках
[1], ориентированы на очень ограни-
ченный контингент обследуемых.
Более широкий спектр приложения
в кардиологии имеет метод цент-
ральной реоплетизмографии [2]. В
основе этого метода лежит зондиро-
вание грудной клетки переменным то-
ком (i = 5 мА и f = 40 кГц) посред-
ством токовых электродов 1 (рис. 1).
ТМ-1, АЦП 15КА-60/8—010, ЦАП
15КА-60/4—009,— серийно выпускае-
мые модули для указанной микро-
Рис. 1. Структурная схема комплекса
«АРМ-кардио» для автоматизирован-
ной оценки показателей гемодинамики
Рис. 1. Структурная схема комплекса
«АРМ-кардио» для автоматизирован-
ной оценки показателей гемодинамики
С помощью пары измерительных
электродов 2 регистрируется импе-
данс участка тела, который модули-
руется выбросом крови из левого
желудочка сердца. На выходе рео-
плетизмографа (прибора, работаю-
щего по данному принципу) фиксиру-
ется дифференцированный реосигнал
(рис. 2). Неинвазивность, нетравма-
тичность, возможность длительного
наблюдения и наличие серийной ме-
дицинской аппаратуры обусловлива-
ют актуальность автоматизации рео-
плетизмаррафмческой методики.
Созданный в Белорусском НИИ кардиологии комплекс «АРМ-кар-
дио», базируемый на реоплетизмографе РПГ-02 и микроЭВМ «Электро-
ника 60», дает возможность длительно нетравматично контролировать
состояние системы кровообращения.
ЭЗМ. Для отображения оператив-
ной символьной и графической ин-
формации используется цветной раст-
ровый дисплей (266X256 точек^ с
четырьмя возможными цветами [3|.
ь качестве видеоконтрольного уст-
ройства применен малогабаритный
цветной телевизор «Электроника Ц
432». Графическая информация также
регистрируется медицинским само-
писцем 6NEK.
Для уменьшения габаритных раз-
меров и упрощения приемов эксплу-
атации комплекса медперсонал не ис-
пользует устройства внешней памяти
на магнитных носителях. Конструк-
тивно комплекс реализован на пере-
движной тележке с габаритными раз-
мерами 920X540X1100 мм.
Амплитуда, форма и периодичность
анализируемого реосигнала (0...
...60 Гц) весьма вариабельны к раз-
личным типам нарушений системы
кровообращения. Ряд опорных точек
на кривой необходимо программно
идентифицировать для оценки пока-
зателей гемодинамики (см. рис. 2).
Каждая из опорных точек характери-
зует определенную фазу сердечного
цикла. Например, для оценки ударно-
го объема (УО)—объема крови, выб-
расываемого сердцем за одно сокраще-
ние, необходимо измерить амплитуду
систолической волны, период изгна-
ния, а также ввести ряд констант па-
циента: УО = pl2ASvE (dQ/dt) k/Z02Ak,
Комплекс «АРМ-кардио» разрабо-
тан на базе реоплетизмографа
РПГ2-02 и микроЭВМ «Электрони
ка 60». В комплект вычислительного
оборудования входят процессор М2,
ОЗУ (8К слов), ППЗУ МС-3404
(16К слов), плата УПО, дисплей
«Электроника 15 ИЭ-00-013», таймер
Рис. 2. Типичная форма дифференци-
рованного реоплетизмографического
сигнала с основными опорными точ-
ками:
NPPV — начало фазы изгнания; MSV —
максимум систолической волны; KPPV —
конец положительной полуволны; KPI —
конец периода изгнания; KOPV — конец
отрицательной полуволны; MDV — мак-
симум диастолической волны; Тц — время
сердечного цикла; Asv — амплитуда си-
столической волны; Е — период изгнания
ТМ-1, АЦП 15КА-60/8—010, ЦАП
15КА-60/4—009,— серийно выпускае-
мые модули для указанной микро-
на снимке с экрана дисплея виден
программно-анализируемый реосиг-
нал и полученные в результате ана-
лиза показатели гемодинамики.
мл, где p = 153 — удельное сопротив-
ление крови, Ом-см; 1 — расстояние
между измерительными электродами,
см; Z0 — базовый импеданс, Ом; ASv—
амплитуда систолической волны, В;
Ак—амплитуда калибровочного сиг-
нала, в; Е— период изгнания, с;
(dQ/dt)k — аппаратурное значение ка-
либровочного сигнала, Ом/с.
Другие показатели; минутный объ-
ем крови, сердечный индекс, гидрав-
лическое сопротивление сосудистого
русла, давление наполнения левого
желудочка, частота сердечных сокра-
щений,— также могут быть измере-
ны по результатам автоматизирован-
ного анализа дифференцированного
реосигнала.
Основная проблема — идентифика-
ция опорных точек на реосигнале (с
учетом вариабельности формы сиг-
нала), а также присутствия сетевых
и двигательных помех. Найден опти-
мальный для реосигнала (с точки
зрения подавления сетевой наводки и
устранения шумов АЦП) параболи-
ческий цифровой фильтр с окрестно-
стью вычислений 9 точек [4]. Для
идентификации опорных точек приме-
нялись первая и вторая производ-
ные исходного сигнала [5]. Для каж-
дой опорной точки разработан фор-
мализованный алгоритм, однозначно
описывающий ее местоположение на
кривой. Основой формализации слу-
жат анализ производных и физиоло-
гическая интерпретация соответству-
ющих фаз работы сердца.
Для обеспечения устойчивости из-
мерительных алгоритмов по отноше-
нию к артефактам, двигательным по-
мехам пациента и исключения из
анализа неполных кардиокомплексов,
попадающих, как правило, в буфер
данных, применен интерактивный ре-
жим обучения. При этом врач, про-
смотрев на экране дисплея записан-
ный в буфер, ОЗУ отрезок реосигнала
длительностью 8 с, выбирает репре-
зентативный реокомплекс и подвиж-
ными метками указывает его начало
и окончание. Далее методом контур-
ного ограничения автоматически ис-
ключаются из анализа реокомплексы,
иг удовлетворяющиг условию подо-
бия [6]. Как показали медицинские
испытания, данная процедура суще-
ственно повышает надежность
работы комплекса, упрощает требо-
вания к программному обеспечению
(ПО) и активно использует врачеб-
ный опыт.
В системе реализуются следующие
функции: ввод констант пациента в
режиме диалога; ввод, фильтрация и
измерение амплитуды синусоидаль-
ного калибровочного сигнала; ввод в
ОЗУ и фильтрация реосигнала; ин-
терактивное «обучение» системы;
идентификация опорных точек, изме-
рение амплитудно-временных харак-
теристик в каждом анализируемом
реокомплексе и их усреднение; оцен-
ка показателей гемодинамики и вы-
вод результатов. Идентифицирован-
ные опорные точки автоматически вы-
деляются цветными метками на
кривой, выведенной на экран дисплея.
При программных или аппаратурных
сбоях врач может повторить цикл
ввода нового участка сигнала.
Графическое изображение реосиг-
нала с размеченными опорными точ-
ками и блок гемодинамических рас-
четных показателей в общепринятых
в медицине размерностях отобража-
ются на экране цветного дисплея
(рис. 3).
При многократных наблюдениях за
состоянием пациента для удобства
врача применяется машинная графи-
ка. В данной системе на дисплее де-
монстрируется фазовая траектория
динамики состояния сердца в коор-
динатной плоскости «сердечный ин-
декс— давление наполнения левого
желудочка». Время анализа реосиг-
нала (включая установку электро-
на снимке с экрана дисплея виден
программно-анализируемый реосиг-
нал и полученные в результате ана-
лиза показатели гемодинамики.
дов) меньше 3 мин. В режиме дина-
мического наблюдения периодичность
контроля — 1 мин.
Программное обеспечение (5К слов
в ОЗУ и 4К слов в ППЗУ) разра-
ботано по модульному принципу.
Язык программирования — макроас-
семблер.
Медицинские испытания проведены
в условиях клиники кардиотерапевти-
ческого профиля. У 60-ти пациентов с
разнообразными формами сердечно-
сосудистой патологии в 96 % получе-
ны достоверные оценки показателей
гемодинамики. Накапливаемые дан-
ные дают объективные основания
дальнейшего совершенствования ПО.
Комплекс прост в эксплуатации. Для
овладения практическими навыками
пользования врачу или медсестре до-
статочно одного рабочего дня.
Вследствие нетравматичности ба-
зовой медицинской методики приме-
нения комплекс «АРМ-кардио» хо-
рош для тиражирования. Кроме мик-
роЭВМ «Электроника 60», можно
применить микроЭВМ ряда ДВК. С
помощью комплекса ведется диспан-
серизация, диагностируются типы
кровообращения, обеспечивается опе-
ративная коррекция тактики лечения.
За справками обращаться: 220036,
г. Минск, ул. Р. Люксембург, 110,
Белорусский НИИ кардиологии, тел.
тел. 56-72-67.
ЛИТЕРАТУРА
1. Бураков Е. А. Микропроцессорный кардиомони-
тор//Микропроцессорные средства и системы.—
1985,—№ 1,— С. 68—69.
2. Kubicek W., Petterson R„ Wit sol D. New
Impedance Plethysmography Method for Monitoring
Cardiac Output. Disclosure MSC-1144F. NASA, 1968.
3. К у п e p Э. П., Нифонтов В. И., Писку-
нов Г. С. Цветной графический дисплей // Препринт
ИЯФ СО АН СССР,—№ 79—38,— Новосибирск, 1980.
4. Микрокомпьютерные медицинские системы / Под ред.
У. Томпкинса и Дж. Уэбстера.— М.: Мир, 1983.—
544 с.
5. Usui S., Amidror I. Digital Low-Pass Differentia-
tion for Biological Signal Processing.— IEEE Trans-
actions on Biomedical Engineering, 1982, vol. BME-29,
N 10, p. 686—693.
6. Van den A k k e r T. et al. An Оп-Line Method for
Reliable Detection of Waveforms and Subsequent Es-
timation of Events in Physiological Signals// — Com-
puters and Biomedical Research, 1982, vol. 15, N 5,
p. 405—417.
Статья поступила 8 декабря 1986 г.
МИКРОКОМПЬЮТЕРНАЯ СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОЙ
ОБРАБОТКИ БИОСИШАЛОВ ГЛАЗА
|к ст. П. А. Семенова, С. Н. Федорова, Э. М. Мироновой, Э. В. Егорсвой)
Микрокомпьютерная система, предназначен-
ная для полностью автоматической обработки
электроокулографических биосигналов глаза,
используемых в офтальмологии для диагно-
стики ранних стадий заболеваний сетчатки
глаза, разработана и применяется в Москов-
ском научно-исследовательском институте
микрохирургии глаза.
mi< rt't ompuior fOG «уъГфт
'('-.>'< v.
<Ш IB-' u
i Hilt"
|к ст. С. Л. Чернина, Е. М. Береговской]
УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ЭХООФТАЛЬМОМЕТР НА БАЗЕ
ОДНОКРИСТАЛЬНОЙ МИКРОЭВМ KPI8I6BE48
|к ст. С. Л. Чернина, Е. М. Береговской]
«Эхоофтальмометр ЭОМ-24», созданный во Всесоюз-
ном научно-исследовательском институте медицинского
приборостроения, автоматически определяет линейные
размеры, диагностирует травмы и заболевания глаз.
На эхограммах двух глаз видны посторонние сигналы
(от катаракт).
Рис. 3. Схема сопряжения ЦП с пор-
тами на основе сдвигового регистра
DD3 с использованием одного такти-
рующего сигнала (а) и двух такти-
рующих сигналов различных час-
тот (б)
Рис. 3. Схема сопряжения ЦП с пор-
тами на основе сдвигового регистра
DD3 с использованием одного такти-
рующего сигнала (а) и двух такти-
рующих сигналов различных час-
тот (б)
программы может значительно отли-
чаться у различных образцов конт-
роллеров, что в некоторых приложе-
ниях может быть неприемлемо.
От временных неприятностей мож-
но избавиться, если использовать в
качестве элемента сопряжения по бы-
стродействию цифровые одновибрато-
ры. На рис. 3 представлена схема
интерфейса. В исходном состоянии
(инициализация обеспечивается сис-
темным сигналом RESET) на выходе
Q1 регистра «Лог.СЬ, который через
инвертор DD4 разрешает работу
ЦП. При обращении ЦП к порту
сигналом CS открывается вентиль
DD1.1, и тактовой частотой i (стаби-
лизированной кварцевым резонато-
ром) совместно с сигналом SYNC в
первый разряд регистра записывает-
ся «Лог. 1», которая через инвертор
DD4 выводит процессор в режим
ожидания. Затем с частотой f после-
довательно заполняется регистр до
ячейки, соединенной с вентилем
DDI.2, сигнал которого, воздействуя
на R-вход регистра, установит его в
исходное состояние.
В приведенной схеме длительность
сигнала ППД кратна длительности
тактирующего регистр сигнала f.
Необходимое условие функционирова-
ния данной схемы — синхронизация
частоты f с тактовой частотой Ф1 и*
сигналом SYNC ЦП: первый импульс
частотой f должен появиться сразу
же после выборки кристалла синхрон-
но с импульсами Ф1 и SYNC, что в
свою очередь несколько усложняет
генератор частоты f. Как правило,
в качестве частоты f используют час-
тоту Ф1. Длительность сигнала ППД
выбирают перемычками соединяющи-
ми контакты XI и Х2.
Схема интерфейса (рис. 3,6) обес-
печивает более точное формирова-
ние сигнала ППД, что достигается
за счет использования сигналов с
двумя частотами f и Ф1, тактирую-
щих регистр DD2. Причем f < Ф1
При выборке порта через мультиплек
сор DDI на вход С регистра посту
пает сигнал частотой Ф1. После за
полнения регистра «Лог. 1» до выхо
да Q4 сигнал с Q4 переключит муль
типлексор, пропуская сигнал частотой
f. Поскольку частоты f и Ф1 различ-
ны, то одна из них будет определять
«грубую» выдержку импульса ППД,
а другая — точную.
В некоторых приложениях микро-
ЭВМ (например, в программаторах
ПЗУ) удобно использовать длитель-
ное «зависание» процессора. Приве-
денные же схемы обеспечивают до-
статочно узкий диапазон регулировки
длительности задержки сигнала ППД.
Это обусловлено ограниченной раз-
рядностью сдвиговых регистров. Схе-
ма, изображенная на рис. 4, лишена
этого недостатка.
Рис. 4 Сопряжение ЦП с портами
на основе двоичного счетчика
тора адреса появится «Лог. 1», кото-
рая совместно с сигналами SYNC и
Ф1 через элемент DD3 загрузит счет-
чик информацией, находящейся на его
информационных входах. После чего
сигнал с выхода ^15 счетчика от-
кроет элемент DD2, а на выходе ин-
вертора DD5 установится низкий уро-
вень. В этот промежуток времени ЦП
будет находиться в состоянии ожи-
дания, фиксируя активный уровень
сигнала I/OR или I/OW. Как только
счетчик досчитает до FH, на его вы-
ходе ^15 установится «Лог. О», ко-
торый закроет вентиль DD2 и через
инвертор DD5 разрешит процессору
дальнейшую обработку информации.
Длительность выдержки процессо-
ра в режиме «ожидание» кратна дли-
тельности тактовой частоты Ф1 и за-
висит от информации, загружаемой в
счетчик, которая устанавливается на
выводах микросхемы перемычками
Задержка сигнала ГШД, генерируе
мая счетчиком, рассчитывается зара
нее и определяется разностью FH—
ХН—1Н, где X — информация, уста
новленная на входах счетчика. Даль
нейшее расширение диапазона дли
телыюсти задержки производят пос
ледовательным включением счетчиков
Устройство, изображенное на рис
5, работает аналогично предыдущему.
Однако длительность задержки здесь
Рис. 4 Сопряжение ЦП с портами
на основе двоичного счетчика
Основой интерфейса служит ревер-
сивный счетчик К155ИЕ7 DD4. При
нажатии на кнопку RESET микро-
процессорной системы сигнал высоко-
го уровня поступает на вход эле-
мента DDL который открывает вен-
тиль DD2, пропуская тактовые им-
пульсы Ф1 на вход +1 счетчика.
Сче1чик увеличивает свое содержи-
мое до состояния FH, при котором
на его выходе устанавливается
«Лог. О». Этот сигнал закроет вен-
тиль DD2 и установит высокий уро-
вень на выходе инвертора DD5, раз-
решающий процессору выполнять про-
грамму. В таком состоянии схема
будет находиться до тех пор, пока
процессор не обратится к порту, в
результате чего на выходе дешифра-
К регистру
т^п-состоя- cpfsV/YC
ния
Рис. 5. Интерфейс сопряжения ЦП с
несколькими портами ввода-вывода
К регистру
т^п-состоя- cpfsV/YC
ния
Рис. 5. Интерфейс сопряжения ЦП с
несколькими портами ввода-вывода
определяется информацией, записан-
ной в ПЗУ DD3, а загружается счет-
чик с использованием сигналов Ввод
(D6), Вывод (D4) регистра состоя-
ния центрального процессора.
Приведенные выше схемы можно
применить не только при работе с
«медленными» портами ввода-вывода,
но и с «медленными» ЗУПВ. При
этом необходимо вместо сигналов
Г/OR и I/OW использовать сигналы
MR и MW ЦП соответственно.
Статья поступила 11 февраля 1986 г.
Домашний адрес: 252208 Киев,
Пр-т Парковый, 4а, кв. 41. Тел.:
434-93-56 д.; 444-88-28 сл.
