Cơ sở lý thuyết chung về máy điện tim

Đặc biệt là phơng pháp Holter đang đợc 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.. Để

lời mở đầu

Hiện nay để chuẩn đoán bệnh cho các bệnh nhân mắc bệnh tim mạch ờng sử dụng hệ thống ghi điện tử các giản đồ tín hiệu điện tim (ECG) Đặc biệt là phơng pháp Holter đang đợc 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 đợc ghi trên băng từ, sau đó đợc cải tiến ghi vào các bộ nhớ RAM

th-Khi đọc và xử lý tín hiệu ECG ghi đợc trên bệnh nhân, ngời ta thấy rằngphần lớn các tín hiệu ghi đợc là các tín hiệu biểu thị nhịp tim bình thờng, cáctín hiệu này không phục vụ cho việc chuẩn đoán bệnh, chỉ có một vài chu kỳbiểu thị nhịp tim không bình thờng kèm theo sự thay đổi hình dạng của ECG

Nh vậy dùng phơng pháp Holter tốn rất nhiều bộ nhớ để ghi các tín hiệukhông 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 tim xách tay nhỏtôi 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 đợc nhằm giữ lại các tín hiệu có biểu hiện dạngkhông bình thờng của bệnh nhân Còn các tín hiệu dạng bình thờng chiếm mộtphần lớn bộ nhớ của máy ghi sẽ bị loại bỏ

Trong khuôn khổ nghiên cứu, tôi đã sử dụng Card xử lý số tín hiệuDSP56002EVM của hãng Motorola và dùng phơng pháp nhận dạng để phânloại tín hiệu điện tim

Sau khoảng thời gian làm luận văn, tôi đã hoàn thành nhiệm vụ đợcgiao Tiến hành thử nghiệm thu đợc kết quả tốt Tuy nhiên vì thời gian cóhạn chắc chắn không tránh khỏi còn nhiều thiếu sót, kính mong các thầycô góp ý để thiết bị đợc hoàn thiện hơn

Cuối cùng, tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong bộ môn KĩThuận Đo và Tin Học Công Nghiệp-Khoa Điện và các bạn đồng nghiệptrong và ngoài trờng, đặc biệt là giáo viên hớng dẫn Tiến sĩ Phạm NgọcYến đã giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi hoàn thành bảnluận văn này

Hà nội, ngày 10 tháng 12 năm 2002

Phần I: Lý thuyết

Chơng I: tín hiệu ĐIệN TIM và hệ thống các

chuyển 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 iôn trong vàngoài 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 tếbào giữ chức năng trao đổi với môi trờng Nguyên sinh chất giữ chức năngmang tải các chất dinh dỡng và các chất đào thải Màng tế bào có tính bánthẩm thấu do đó duy trì những nồng độ khác nhau của các vật trong và ngoài

ở 18oC E = 0.058.log

2

1

C C

Nếu hai môi trờng là chất khác nhau Hình1.2

E =

2 2

1 1

ln

f C

f C nF

v u x nF

RT





u – hệ số hoạt động về điện áp dòng gây nên hai bên màng bán thấm của cation

v – hệ số hoạt động về điện áp dòng gây nên hai bên màng bán thấm của anion

Time, ms

+60 +30 0 -30 -60 -90

Cl

Cl K

Khi tế bào bắt đầu hoạt động (bị kích thích), điện thế mặt ngoài tế bào sẽtrở thành âm tính tơng đối (bị khử mất cực dơng) so với mặt trong: ngời ta gọi

là hiện tợng khử cực (depolarisation) Sau đó, tế bào lập lại thế thăng bằng ionnghỉ, điện thế mặt ngoài trở lại dơng tính tơng đối (tái lập cực dơng) ngời tagọi đó là hiện tợng 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 dotim phát ra vì đâu mà có ?

Đó là do sự biến đổi hiệu điện thế giữa mặt trong và mặt ngoài màng tếbào cơ tim Sự biến đổi hiệu điện thế này bắt nguồn từ sự di chuyển của các

ion (K+, Na+ ) từ ngoài vào trong tế bào và từ trong ra ngoài khi tế bào cơ timhoạt động, lúc này tính thẩm thấu của màng tế bào đối với các loại ion luônluôn biến đổi

Hình 1.3 :Sự di chuyển của các ion Na+,K+,Ca++

qua màng tế bào, hình thành đờng cong điện thế hoạt

động, nguồn gốc của dòng điện timKhi tế bào bắt đầu hoạt động (bị kích thích), điện thế mặt ngoài màng tếbào sẽ trở thành âm tính tơng đối (bị khử mất cực dơng) so với mặt trong:ngời ta gọi đó là hiện tợng khử cực (despolarisation) (Hình1và2)

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 mặtngoài trở lại dơng tính tơng đối (tái lập cực dơng): ngời ta gọi đó là hiện tợngtái cực (repolaisation)

3 Khái niệm về điện tim đồ:

Điện tâm đồ là một đờng cong ghi lại các biến thiên của các điện lực dotim phát ra trong hoạt động co bóp Điện lực đó rất nhỏ, chỉ tính bằng milivônnên rất khó ghi Cho đến năm 1903, Einthoven mới lần đầu ghi đợc nó bằngmột điện kế có đầy đủ mức nhạy cảm

Phơng pháp ghi điện tim đồ cũng giống nh cách ghi các đờng cong biếnthiên tuần hoàn khác: ngời ta cho dòng điện tim tác động lên một bút ghi làmbút này dao động qua lại và vẽ lên một mặt giấy, nó đợc động cơ chuyển động

đều với một tốc độ nào đó Ngày nay, ngời ta đã sáng chế ra rất nhiều loạimáy 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 mànhuỳnh quang Ngoài ra, chúng còn có thể có một hay nhiều dòng, ghi đồngthời đợc nhiều chuyển đạo cùng một lúc, ghi điện tim đồ liên tục 24 giờ trênbăng của một máy gắn nhỏ gắn vào ngời (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 bópkhác nhau Cấu trúc phức tạp đó làm cho dòng điện hoạt động của tim (khửcực và tái cực) cũng biến thiên phức tạp hơn ở tế bào đơn giản nh đã nói ởtrên

Hình1.5: Tim với hệ thần kinh tự động của nó

Quy ớc mắc điện cực và định nghĩa sóng âm sóng dơng

Tim hoạt động đợc 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 nhĩkhử cực trớc; nhĩ bóp trớc đẩy máu xuống thất Sau đó nút nhĩ-thất Tawaratiếp nhận xung động truyền qua bó His xuống thất làm thất khử cực: lúc nàythất đã đầy máu sẽ bóp mạnh đẩy máu ra ngoài biên Hiện tợng nhĩ và thấtkhử cực lần lợt trớc sau nh thế chính là để duy trì quá trình huyết động bìnhthờng của hệ thống tuần hoàn Đồng thời điều đó cũng làm cho điện tim đồbao gồm hai phần: một nhĩ đồ, ghi lại dòng điện của nhĩ, đi trớc, và một thất

đồ, ghi lại dòng điện của thất đi sau

Để thu đợc dòng điện tim, ngời ta đặt những điện cực của máy ghi điện timlên cơ thể Tuỳ theo chỗ đặt các điện cực, hình dáng điện tim đồ sẽ khác nhau.Nhng trong mấy ví dụ dới đây, để cho thống nhất và đơn giản, quy ớc

(Hình1.5) đặt điện cực dơng (B) ở bên trái quả tim và điện cực âm (A) ở bênphải quả tim

Nh vậy (Hình1.5):

- Khi tim ở trạng thái nghỉ (tâm trơng) không có dòng điện nào qua máy vàbút sẽ chỉ ghi lên giấy một đờng thẳng ngang, ta gọi đó là đờng đồng điện(isoelectric line)

- Khi tim hoạt động (tâm thu) điện cực B thu đợc một điện thế dơng tính

t-ơng đối so với điện cực thì bút sẽ vẽ lên giấy một làn sóng dt-ơng, nghĩa là ở métrên đờng đồng điện

Trái lại, điện cực A dơng tính tơng đối thì bút sẽ vẽ lên một làn sóng âm,nghĩa là ở mé dới đờng đồng diện

4.1 Nhĩ đồ (ghi dòng điện hoạt động của nhĩ):

Nh trên đã nói, xung động đi từ nút xoang (ở nhĩ phải) sẽ toả ra làm khửcực cơ nhĩ nh hình các đợt sóng với hớng chung là từ trên xuống dới và từ phảisang trái (Hình1.6) Nh vậy, véctơ khử cực nhĩ có hớng từ trên xuống dới và từphải sang trái, làm với đờng ngang một góc 49o (Hình1.6), đờng thẳng nằmtrùng với véctơ này gọi là trục điện nhĩ

Lúc này, điện cực B sẽ là dơng tơng đối và ta có thể ghi đợc một sóngdơng 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 ÂP (P axis) Khi nhĩ tái cực nó phát ra một

sóng âm nhỏ gọi là sóng Ta (auricular T) Nhng ngay lúc này cũng xuất hiệnkhử cực thất với điện thế mạnh hơn nhiều Nên trên điện tâm đồ gần nh takhông 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 thờng: sóng P;

c) Nhĩ đồ khi chuyển đạo thực quản, chuyển đạo trong buồng tim hay

đặt điện cực trực tiếp lên nhĩ (mổ tim, thực nghiệm)

4.2 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 hớng từ trái sang phải: điện cực A sẽ dơngtính tơng đối và máy ghi đợc 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 tâmthất theo hớng xuyên qua bề dày cơ tim Lúc này, véctơ khử cực hớng nhiều

về bên trái hơn vì thất trái dày hơn và tim nằm nghiêng về bên trái Do đó,véctơ khử cực chung hớng từ phải qua trái và điện cực B lại dơng cao hơn,nhọn gọi là sóng R (Hình1.7b)

Sau cùng khử cực nốt vùng cực đáy thất, lại hớng từ trái sang phải, máy ghi

đợc sóng âm nhỏ gọi là sóng S (Hình1.7c)

Hình 1.7: Quá trình khử cực thất và sự hình thành phức bộ QRS.

Tóm lại, khử cực thất bao gồm 3 làn sóng cao nhọn Q, R, S biến thiên phứctạp nên đợc gọi là phức bộ QRS (QRS complex).Vì nó có sức điện động tơng

đối lớn lại biến thiên nhanh trong một thời gian ngắn, chỉ khoảng 0,07s nêncòn 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 đợc véctơ khử cực trung bình hớng

từ trên xuống dới, từ phải qua trái và làm với đờng ngang một góc 58o Véctơnày gọi là trục điện trung bình của tim hay trục điện tim

b) Tái cực:

Thất khử cực xong sẽ qua giai đoạn tái cực chậm, không thể hiện trên điệntâm đồ bằng một sóng nào hết mà chỉ là một đoạn thẳng đồng điện gọi là đoạnT_S Sau đó là thời kì tái cực nhanh (sóng T)

Tái cực có xu hớng đi xuyên qua cơ tim, từ lớp dới thợng tâm mạc tới lớp

d-ới nội tâm mạc Sở dĩ tái cực đi ngợc chiều vd-ới khử cực là vì nó tiến hành đúngvào lúc tim co bóp với cờng độ mạnh nhất, làm cho lớp cơ tim dới nội tâmmạc bị lớp ngoài nén vào mạnh nên tái cực muộn đi Do đó, tuy tiến hành ng-

ợc chiều với khử cực, nó vẫn có véctơ tái cực hớng từ trên xuống dớivà từ phảiqua trái làm phát sinh làn sóng dơng thấp, tầy đầu gọi là sóng T (Hình1.8)

Hình1.8: Quá trình tái cực và sự hình thành sóng T

Sóng T này không đối xứng và còn gọi là sóng chậm vì nó kéo dài 0.2s.Sau khi sóng T kết thúc có thể thấy 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 đợc 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 :

Nh trên đã nói, khi sóng P kết thúc là hết nhĩ đồ, khi bắt đầu sóng Q là bắt

đầu thất đồ Nhng nhìn vào điện tim đồ, ta thấy P và Q có một khoảng ngắn

đồng điện (gọi là khúc PQ) chứng tỏ ràng sau khi nhĩ khử cực xong rồi, xung

đột vẫn cha truyền đạt xuống tới thất Nhung khúc PQ không thể đại diện chothời gian truyền đạt từ nhĩ tới thất Vì ngời ta biết rằng ngay khi nhĩ còn đangkhử 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 xáccao hơn (tuy rằng không hoàn toàn đúng), ngời ta thờng đo khởi điểm sóng P

đến khởi điểm sóng Q (hay khởi điểm sóng R (nếu không có Q) Tức khoảng

PQ và gọi là thời gian truyền đạt nhị- thất, bình thờng dài từ 0,12s đến 0,20s

Hình1.9: Sự tiếp diễn của các sóng, khoảng và thời kì tâm thu và tâm trơng

trên điện tim đồ

Tóm lại,điện tim đồ bình thờng của mỗi nhát bóp tim (chu chuyển tim) gồmsáu làn sóng nối tiếp nhau mà ngời ta dùng sáu chữ cái liên tiếp để đặt tên là:P,Q,R,S,T,U, trong đó ngời ta phân ra một nhĩ đồ: sóng P; một thất đồ: cácsóng Q,R,S,T,U-với thời gian truyền đạt nhĩ-thất: khoảng PQ

Với tần số tim bình thờng (khoảng 75 nhịp/min), thì sau sóng T (hoặc sóngU);tim sẽ nghỉ đập khoảng 0,28s thể hiện bằng một khoảng thẳng đồng diện(hình1.9) rồi lại tiếp sang lần bóp sau với một loạt sóng P,Q,R,S,T,U khác và

cứ nh thế tiếp diễn Thời gian nghỉ trên gọi là thời kỳ tâm trơng toàn thể của

tim

5 Hệ thống các chuyển đạo:

Cơ thể con ngời là một môi trờng dẫn điện, vì thế dòng điện do tim phát ra

đợc truyền đi khắp cơ thể, biến cơ thể thành điện trờng của tim Nếu đặt 2

điện cực lên bất cứ điểm nào đó của điện trờng này, ta thu đợc dòng điện thểhiện điện thế giữa hai điểm đó gọi là chuyển đạo hay đạo trình (Lead) Nó thểhiện trên máy ghi bằng một đờng cong điện tâm đồ có hình dạng khác nhautuỳ thuộc vị trí đặt điện cực Do đó cần thiết phải qui chuẩn vị trí đặt điệncực để đạt đợc hiệu quả cao nhất

Hiện nay ngời ta đặt điện cực theo 12 cách thu đợc 12 chuyển đạo thôngdụng gồm 3 chuyển đạo mẫu, 3 chuyển đạo đơn cực các chi và 6 chuyển đạotrớc tim Tại mỗi chuyển đạo ta đợc một dạng sóng điện tim đồ khác nhau

5.1 Chuyển đạo mẫu :

Còn gọi là các chuyển đạo lỡng cực các chi hay lỡng cực ngoại biên.Vì cảhai điện cực của chúng đều là những điện cực thăm dò, đợc đặt nh sau:

- Chuyển đạo I: Điện cực âm ở cổ tay phải, điện cực dơng ở cổ tay trái, gọi

đó là chuyển đạo I, viết tắt là D1 (Hình 1.10)

Hình1.10: Sơ đồ mắc các chuyển đạo mẫu Điện cực đặt ở chân phải là

dây nối đất để chống ảnh hởng tạp

- Chuyển đạo II: Điện cực âm ở cổ tay phải, dơng ở cổ tay trái, gọi đó làchuyển đạo 2 viết tắt là D2

- Chuyển đạo III: Điện cực âm ở tay trái, điện cực dơng ở chân trái., gọi đó

là chuyển đạo 3, viết tắt là D3

5 2 Chuyển đạo đơn cực các chi :

Nh trên đã thấy các chuyển đạo mẫu đều có hai điện cực thăm dò để ghihiệu điện thế giữa hai điểm của điện trờng tim Nhng khi muốn nghiên cứuhiệu điện thế riêng biệt của một điểm thì ta phải biến một cực thành trungtính Muốn vậy ngời ta nối điện cực đó (điện cực âm) với một điện cực trungtâm gọi là CT (điện cực dơng) thì đem đặt các vùng thăm dò.

Khi điện cực thăm dò đặt ở chi thì gọi là chuyển đạo đơn cực chi, thờng hay

đặt điện cực thăm dò ở 3 vi trí sau:

- Cổ tay phải: Ta đợc chuyển đạo VR (Voltage right) thu đợc điện áp ở mébên phải và đáy tim Trục chuyển đạo là đờng thẳng nối tâm điểm (O) ra vaiphải (R)

Hình1.11: Cách dấu cực trung tâm CT và mắc một chuyển

đạo đơn cực chi (ở đây là VR)

- Cổ tay trái: ta đợc chuyển đạo VL (voltage left) nó nghgiên cứu điện thế

về phía thất trái Trục chuyển đạo ở đây là đờng thẳng OL

- Cổ chân trái: ta đợc chuyển đạo VF (voltage food) đây là chuyển đạo độcnhất có thể nhìn thấy đợc thành sau dới đáy tim Trục chuyển đạo là đờngthẳng OF

Sau này, cải tiến thành chuyển đạo cực chi tăng thêm (kí hiệu AVL, AVR,AVF)

Tất cả 6 chuyển đạo I, II, III, AVR, AVL, AVF đợc gọi là chuyển đạongoại biên vì đều có chuyển đạo thăm dò đặt tại các chi Để xem xét một cách

đầy đủ về các tín hiệu của tim ta phải ghi thêm các chuyển đạo trớc tim

5.3 Chuyển đạo trớc tim:

Thờng ghi đồng loạt cho bệnh nhân 6 chuyển đạo trớc tim thông dụng nhất

kí hiệu là V1-V6: đó là các chuyển đạo đơn cực có một điện cực trung tính nốivào cực trung tâm (CT) và một điện cực thăm dò đặt lần lợt trên 6 điểm ở vùngtrớc tim

V1: Khoảng liên sờn 4 bên phải, sát bờ xơng ứu

V2: Khoảng liên sờn 4 bên trái, sát bờ xơng ứu

V3: Điểm giữa đờng thẳng nối V2 và V4

V4: Giao điểm của đờng dọc đi qua điểm giữa xơng đòn trái với đờng

đi qua mỏm tim (hay nếu không xác định đợc vị trí mỏm tim thì lấy khoảngliên sờn 5 trái)

V5: Giao điểm của đờng giao điểm của đờng nách trớc với đờngngang đi qua V4

V6: Giao điểm của đờng nách giữa với đờng V4, V5

Nh vậy, trục chuyển đạo của chúng sẽ là những đờng thẳng hớng từ tâmcủa tim đến tới điểm cực tơng ứng, các trục đó nằm trên các đờng thẳng nằmngang (horixontal plane) hay phần nằm ngang

Hình1.12: Vị trí đặt điện cực của các chuyển đạo trớc 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 bàycác dặc trng cơ bản của tín hiệu điện tim:

- Tín hiệu điện tim là tín hiệu có dạng phức tạp với tần số lặp lại khoảng từ0.05-300Hz Về hình dạng các sóng P, Q, R, S, T, U, V đợc trình bày ở mụctrên Qúa trình tính toán, phân tích, kể cả trờng hợp bệnh lí, trờng hợp méo tínhiệu, ngời ta xác định đợc dải tần tiêu chuẩn bảo đảm thể hiện trung thực tínhiệu điện tim là từ 0.05-100Hz Giới hạn trên để đảm bảo phức bộ QRS không

bị méo Giới hạn dới để đảm bảo trung thực sóng P và T

- ở các máy điện tim hiện đại nghiên cứu trong phòng thí nghiệm tiêu chuẩnnày cao hơn từ 0.01-2000Hz

Xét về dải rộng của tín hiệu thì biên độ các sóng P, Q, R, S, T, U rất khácnhau Biên độ các sóng ghi đợc trong các chuyển đạo mẫu là nhỏ nhất (do

điện trờng tim ở các chi là yếu nhất) Biên độ các chuyển đạo ở lồng ngực làlớn nhất

Toàn bộ các sóng điện tim gồm :

- Chuyển đạo trớc tim V1,V2,V2,V4,V5,V6

- Chuyển đạo mẫu I ,II, III

- Chuyển đạo ngoại biên tăng cờng aVR, aVL, aVF

Hình1.12: Điện tâm đồ bình thờng và các con số chủ yếu

7 Các tín hiệu bệnh tim và một số ví dụ về dạng tín hiệu không bình th ờng :

Hình13: PQ dài ra trong bệnh thấp tim.

b) Tăng gánh thất trái :

Thờng gặp trong các bệnh: tăng huyết áp, hở hay hẹp động mạch chủ, hẹp

eo động mạch chủ, hở hai lá, ống động mạch, phồng động-tĩnh mạch, thiếunăng vành Với các triệu chứng nh:

- Biên độ R cao lên nhiều khi vợt quá 25mm

- Sóng Q hơi sâu nhng không rộng

- Sóng S vắng mặt hoặc rất nhỏ

- Nhánh nội điện muộn tới trên 0.045s

Hình1.14: Các triệu chứng của bệnh tăng gánh thất trái.

d) Blốc nhánh trái :

Do một bệnh tim thực thể có dày thất trái: bệnh mạch vành, tăng huyết áp,hẹp hay hở động mạch chủ, bệnh cơ tim…Vì tiên lVì tiên lợng của nó không tốt.Với các triệu chứng nh:

- Triệu chứng quan trọng nhất không thể thiếu đợc là QRS tiêu biểu, giãnrộng (>= 0.12s)

- Sóng R giãn rộng có móc ở đỉnh Sóng Q và sóng S biến mất

- Nhánh nội điện muộn quá 0.055s

Hình1.15: Các triệu chứng của bệnh Bloc nhánh trái hoàn toàn

Chơng II: Giới thiệu máy điện tim đã đợc 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 chậmnên rất dễ bị ảnh hởng của các nguyên nhân tác động của bên ngoài nh điện l-

ới công cộng, các thiết bị điện khác đặt bên cạnh hoặc các nguồn cảm ứng bênngoài Mặt khác nó cũng dễ bị tác động của các dòng điện phát sinh từ các cơquan khác nh cơ và da bệnh nhân Nếu việc gắn điện cực lên bệnh nhân khôngtiếp 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 đợcqua mạch khuyếch đại lên cùng với tín hiệu điện tim Các tín hiệu nhiễu này

nh là các tín hiệu đồng pha, vì vậy máy điện tim cần có khả năng chống nhiễutốt, đặc biệt là nhiễu đồng pha.

Vì tín hiệu điện tim là tín hiệu một chiều biến thiên chậm, nên việc ghépgiữa 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 dùng ghép trực tiếp.Nhng khi ghép trực tiếp, do không có thành phần cách ly một chiều nên khi có

sự thay đổi nào đó nh 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 đợc đa

đến đầu ra của máy

Sự thay đổi một cách ngẫu nhiên của tín hiệu khi tín hiệu vào không thay

đổi gọi là hiện tợng trôi, hiện tợng trôi do nhiều nguyên nhân gây ra nh 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 làmviệcvà thu tín hiệu mà không bị ảnh hởng của sự thay đổi bên ngoài nh docác bệnh nhân khác nhau, do tiếp xúc của các điện cực

- Độ méo của các thiết bị phải nhỏ, để tín hiệu thu đợc chính xác phục vụcho việc chuẩn đoán bệnh

- Khả năng chống nhiễu tốt ,đặc biệt là nhiễu đồng pha

- Có độ ổn định cao và lọc nhiễu tốt để phản ánh trung thực tín hiệu điệntim

- Có độ cách điện tốt để đẩm bảo an toàn điện cho cả ngời và máy

1.2 Các thông số kỹ thuật cơ bản của máy :

1) Dải thông tần của máy ghi đợc giới hạn trên và giới hạn dới, giới hạn dới

đảm bảo cho đờng ghi cơ bản (vì loại đợc các tần số quá thấp) Chỉ tiêu kỹthuật 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 ngời ta bố trí các bộ lọc phụ cắt cáctần số 40/50/60Hz

Để đảm bảo trung thực, các bộ khuyếch đại tín hiệu điện tim cho qua tínhiệu có tần số 0.05- 100Hz Giới hạn dới của dải tần tơng ứng với hằng sốthời 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 bộkhuyếch 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 bịtrong quá trình khuyếch đại tín hiệu đối với tần số khác nhau

II Thiết bị ghi điện tim hiện đại :

Cùng với sự phát triển của kỹ thuật điện tử, các thiết bị điện tử y tế nóichung 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 điệntoán đã nâng cao tính năng và chất lợng của thiết bị ở mức độ bình thờngchúng có thể lu trữ số liệu, so sánh cập nhật và in các số liệu về điện tim cùngtên tuổi bệnh nhân một cách tự động ở mức độ cao hơn nữa là chuẩn đoánbệnh (kết hợp với các khám nghiệm khác) Đồng thời tính an toàn của thiết bịcũng đợc nâng lên nh báo động mất nguồn, dòng dò tăng, điện cực tiếp xúcxấu.Với kích thớc gọn nhẹ, giá thành ngày càng hạ, chắc chắn chúng sẽ thâmnhập ngày càng sâu hơn vào các bệnh viện và phòng khám bệnh, không chỉ ởcác bệnh viện, trung tâm y tế lớn mà còn ở các tuyến dới, tơng lai có thể đếntận 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 nh vậy.Trong máy điện toán cũng dùng vi xử lý

P là bộ vi xử lý thực hiện các lệnh toán học, logic và chuyển dữliệu.RAM là bộ nhớ tạm thời, ROM là bộ nhớ chỉ đọc

Vi xử lý và máy điện toán chỉ làm việc với các đại lợng số (đếm đợc)khác với khái niệm điện tim mà chúng ta đang xét ở trên là đại lợng liên tục(tơng tự) Vì thế tín hiệu điện tim trớc khi đa vào vi xử lý hay máy điện toánphải chuyển đổi sang dạng số Thông tin này là dữ liệu về điện tim Cũngkhông thể lấy quá nhiều dữ liệu Cứ cách một khoảng thời gian nào đó ngời tamới lấy tín hiệu điện tim đa vào bộ chuyển đổi ra dạng số Bộ chuyển đổi nàygọi là bộ chuyển đổi tơng 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 khoảng 0.06 – 0.12 giây, nếu chu kỳ lấy mẫu

là 0.005 giây thì trong khoảng QRS lấy đợc từ 12 đến 24 mẫu đủ để phản ánhnhóm sóng này

CPU

(P))

Đồng hồ

Lấy mẫuA/D và I/

điều

khiển

Hình 2.1: Sơ đồ khối của thiết bị

ghi điện tim dùng vi xử lý (P)

Phần trên ta đã trình bày phổ của điện tim là từ 0.05 đến 100 hz, do đó tần

số lấy mẫu tối thiểu là 200 hz Độ chính xác của dữ liệu điện tim còn phụthuộc vào mức số hoá (mức lợng tử) Với yêu cầu cao ngời ta có thể chiathành 1000 mức từ 0 đến 999 và để biểu diễn có thể dùng 3 chữ số thập phân

Vi xử lý hay máy điện toán chỉ dùng hai trạng thái có điện (1) hay không có

điện (0) trong các phần tử Cách biểu diễn này là biểu diễn nhị phân Mời chữ

số có thể biểu diễn từ 0 đến 1023 Tuy nhiên trong một số thiết bị ngời ta chỉcần đến 8 bit để biểu diễn tín hiệu điện tim (0 –255)

Khoảng thời gian giữa hai lần lấy mẫu là 5ms, trong khi vi xử lý thực hiệnmột lệnh cở s Điều đó cho thấy giữa hai lần lấy mẫu vi xử lý có thể thựchiện đợc vài nghìn lệnh, số lệnh này đủ để vi xử lý thực hiện một số lệnh nh lutrữ, hiển thị, quản lý, phím bấm, báo động, nhận dạng, lọc số Nhng cha đủ đểphân tích phổ kể cả phân tích phổ nhanh FFT

Thiết bị hiển thị ở đây có thể là màn hình chấm điểm (Bit map) hay mànhình x,y (Vector), là các LED Thiết bị lu trữ nh băng đĩa từ.Thiết bị ghi nhmáy in kim, lazer, máy in nhiệt hay bút ghi nhiệt Trong trờng hợp dùng mànhình x, y để hiển thị và bút ghi nhiệt để ghi thì phải có bộ chuyển đổi tơng tự

số (A/D)

Việc thiết kế hệ điện tim dùng vi xử lý hay máy điện toán ngoài thiết kếphần cứng nh mạch điện,còn phải thiết kế phần mềm để vi xử lý thực hiện cácchức năng đề ra

Ghép nối 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 Phầnghép nối bao gồm mạch vào/ra, mạch chuyển đổi A/D, D/A (nếu cần) Phầnmềm có thể đợc viết phần lớn bằng ngôn ngữ bậc cao, phần còn lại đợc viếtbằng ngôn ngữ máy

ChơngIII: phơng pháp nhận dạng hình dáng tín

Hiệu điện tim

Sau khi phân tích đờng cong điện tim đồ, tim ra các dấu hiệu bệnh lý, cácbác 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 đợc xét đến là:

- Các hội chứng về hình dạng sóng: Các bệnh lý làm thay đổi hình dạng

điện tim đồ chuẩn

- Các hội chứng về rối loạn nhịp: Các bệnh lý làm thay đổi tần số điệntim đồ chuẩn

Đề tài của luận văn mới chỉ xét tới các bệnh lý làm thay đổi hình dáng của

điện tim đồ chuẩn và để giải quyết vấn đề này là bài toán về nhận dạng

1 Phơng pháp nhận dạng thống kê: sử dụng lý thuyết quyết định

2 Phơng pháp nhận dạng cú pháp hay “ cấu trúc”: nghĩa là chia tínhiệu thành nhiều phần dễ nhận dạng, các phần này liên quan vớinhau theo một nguyên tắc cấu trúc định trớc

Hai phơng pháp trên không tách rời mà bổ trợ cho nhau Trong đồ án này, ứngdụng đồng thời hai phơng 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 dạng của một tập đợc biểu diễn bằng các phần tử của ngôn ngữ hìnhthức Quy tắc điều khiển sắp xếp các nguyên hàm tạo thành dạng tín hiệu tuântheo ngữ pháp sau :

G = (VT, VN, P, S)

Trong đó :

VT – là từ vựng hoặc …Vì tiên l biểu diễn câu của ngôn ngữ, thờng đợc biểudiễn bằng các chữ cái thờng (từ: a…Vì tiên l z)

VN – là từ vựng hay chữ cái không tận cùng, thờng đợc biểu diễnbằng chữ cái in hoa

P - là tập hợp các quy tắc cấu tạo cho phép xây dựng đầy đủ mộtcâu từ các chữ cái

S - là định lý của ngữ pháp hay kí hiệu cấu tạo liên quan tới VN Khi các nguyên hàm của một dạng cho trớc đợc xác định, quá trình nhậndạng tín hiệu đợc tiến hành phân tích cú pháp của “ câu “ xem cú pháp này có

đợc viết đúng theo quy tắc đã đợc định nghĩa bằng ngữ pháp của quá trình haykhông

2 áp dụng phơng pháp nhận dạng cú pháp vào tín hiệu điện tim :

Khi phân tích tín hiệu ECG, ta nhận thấy rằng đoạn thẳng T – P biểudiễn đờng cách điện giữa hai chu kỳ nhịp và cho chúng ta những thông tinquan trọng nh đoạn PQRST Vì vậy, ta chọn của sổ phân tích tín hiệu baotrùm tất cả chu kỳ nhịp của tín hiệu ECG, nghĩa là giữa hai đỉnh R-R

Cửa sổ quan sát của một chu kỳ điện tim đợc chia thành 40 đoạn, cũng cóthể ít hoặc nhiều hơn Nếu ít hơn thì khoảng cách của đoạn cong tín hiệu đ ợclấy để lấy để tuyến tính hoá lớn lên do đó độ chính xác xẽ nhỏ đi Còn nếunhiều hơn thì ngợc lại nhng thời gian thực để xử lý tín hiệu dài ra có thể sẽ

ảnh hởng đến việc lấy đợc đầy đủ một chu kỳ của tín hiệu Trong thực tế của

sổ quan sát trên đợc chia thành 40 đoạn là hợp lý Quá trình nhận dạng tínhiệu điện tim sẽ đợc thực hiện trên các từ chia thành 40 ký tự ở đây, ta chọntrờng hợp đơn giản nhất để làm ví dụ mô tả ý nghĩa của các chữ cái nh sau :

VT = (a, b, c)

Trong đó :

a – biểu diễn đoạn thẳng nằm ngang:

b – biểu diễn đoạn thẳng có góc dơng:

c – biểu diễn đoạn thẳng có góc âm:

Từ các giá trị thu thập đợc ta tạo đợc ngôn ngữ cấu thành bao gồm các từ

có dạng ví dụ nh: b c a c b c b a b c a …Vì tiên l vv…Vì tiên l

Nh vâỵ, bớc đầu tiên của quá trình nhận dạng, trớc khi áp dụng phơngpháp nhận dạng cú pháp, ta phải nhận dạng từng đoạn tín hiệu trong cửa sổquan sát và gán cho nó các chữ cái tơng ứng nh định nghĩa ở phần trên

Hình3.1: Minh hoạ ngôn ngữ hình thức của tín hiệu điện tim chuẩn

Yi – A0 – A1Xi = i, với i = 1, 2 …Vì tiên ln là các sai số tại Xi và :

S = (yi – A0 – A1xi)2 là tổng các bình phơng của các sai số

Trong đó, xi, yi đã biết còn S phụ thuộc vào A0 và A1

Mục đích của phơng pháp bình phơng nhỏ nhất là xác định A0 và A1

sao cho S là bé nhất Dùng phơng pháp bình phơng nhỏ nhất để xác địnhgóc nghiêng A1 của đoạn thẳng, đem so sánh nhận đợc với giá trị ngỡng cho trớc Từ đó ta có thể phân loại các giá trị góc của đoạn thẳng phân tíchtheo sơ đồ sau :

Quá trình nhận dạng tín hiệu điện tim có thể tóm tắt nh sau:

Từ hình dáng điện tim chuyển thành các đoạn thẳng Để thực hiện, tuyếntính hoá từng đoạn thẳng bằng phơng pháp bình phơng tối thiểu (chia nhỏ

đoạn thẳng, càng nhỏ càng giống) Đợc các đoạn thẳng với góc nghiêng khácnhau so với nằm ngang, dựa vào nhận dạng cú pháp ta có đợc dãy chữ phù hợpvới sự thay đổi đó

P)HầN II THIếT Kế CHế TạO THIếT Bị

Chơng I Giới thiệu Bộ VI Xử Lý DSP 56002

và card evm 56002

I GIớI THIệU CHUNG Về DSP 56002

Vi xử lý DSP 56002 là một trong những bộ vi xử lý thuộc họ DSP 56K củahãng Motorola đợc chế tạo theo công nghệ HCMOS Đặc trng của bộ vi xử lýnày là làm việc với các số liệu 24 bit và có một cấu trúc đặc biệt thuận tiệncho việc thu thập và xử lý tín hiệu Sơ đồ khối thể hiện chức năng chính củaDSP 56002 đợc trình bày ở hình 2-1 gồm có:

- Khối thực hiện kệnh độc lập

- Bộ nhớ chơng trình lọc số

- Khối ghép nối 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 đờng dây đểtruyền tín hiệu gọi chung là bus hệ thống Bus hệ thống bao gồm 3 bus thànhphần ứng với các tín hiệu địa chỉ, dữ liệu và điều khiển Ta có Bus địa chỉ, Busdữ liệu và Bus điều khiển

Khối điều khiển chơng 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 lệnhdới dạng các bit 0 và 1 từ bộ nhớ, sau đó giải mã lệnh thành các xung điềukhiển ứng với các thao tác trong lệnh điều khiển Các khối khác thực hiệntừng bớc các thao tác đó

Khối số học và logic ALU thực hiện mọi phép toán học và logic trên các dữkiện

Khối địa chỉ AGU thực hiện mọi phép toán hạng và lu trữ trên các địa chỉtoán hạng

Bộ nhớ bán dẫn là một bộ phận khác rất quan trọng của bộ vi xử lý Nóbao gồm bộ nhớ ROM (Read only memory) có thể chứa chơng trình điềukhiển hoạt động của toàn hệ Bộ nhớ RAM (Random access memory) để

Bộ nhớ số liệu Y

256*24 RA M

Bộ nhớ

ch ơng trình

512*24 RAM 64*24 ROM

Bộ nhớ số liệu X

256*24 RAM 256*24 ROM

Bộ phát sinh địa chỉ

Đổi nối bus địa chỉ

Đổi nối bus số liệu

Điều khiển bus

PCU

ALU số liệu

24*24+56 56 bit MAC

P I C

P D C

16 bit

số liệu 24 bit

điều khiể n

10 chân

5

chứa dữ liệu cùng các kết quả của chơng trình DSP 56002 có 2 bộ nhớ ROM

BUS địa chỉ có 3 đờng 16 bit: XAB, YAB, PAB có khả năng truyềnthông tin của các bit địa chỉ theo một chiều Chỉ có PCU mới có khă năng đa

ra địa chỉ trên BUS địa chỉ

BUS dữ liệu có 4 đờng 24 bit: XDB, YDB, PDB và GDB là loại bus haichiều; nghĩa là dữ liệu có thể đợc truyền đi từ PCU hoặc truyền đến PCU.BUS điều khiển có tính một chiều Khi hoạt động PCU đa tín hiệu điềukhiển 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 trng chính của DSP 56002 là :

- Có khả năng 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 Cổng C :

Sau đây giới thiệu về chức năng và hoạt động của cổng C-cổng có vai tròrất quan trọng,vì trong card DSP5600EVM sử dụng cổng C(SSI, SCI) để kếtnối với máy tinh (PC) và các thiết bị bên ngoài khác

Cổng C là một cổng vào ra có 9 chân, trong đó 3 chân dùng để vào ra chomục đích chung hoặc giao dịch thông tin nội tiếp (SCI), còn 6 chân khác dùngcho việc vào ra mục đích chung hoặc giao dịch nội tiếp đồng bộ (SSI) Cổng C

có thể đợc sử dụng để điều khiển các thiết bị bên ngoài và có thể nối tới cácDSP, các bộ xử lý, các bộ CODEC, các bộ biến đổi ADC và DAC

1.1 Chức năng vào/ra mục đích chung của cổng C:

Với chức năng vào/ra mục đích chung, 9 chân vào/ra đợc điều khiển bởi 3thanh ghi: thanh ghi điều khiển (PCC), thanh ghi hớng dữ liệu (PCDDR),thanh ghi dữ liệu (PCD) Cả 9 chân đều là các đầu vào, mỗi chân có thể đợclập trình riêng biệt nh điều khiển của phần mềm Để lựa chọn giữa vào/ra mục

đích chung và SCI hay SSI ngời ta tạo ra các bit của thanh ghi điều khiển mộtcách thích hợp: giá trị 0 cho vào/ra mục đích chung hoặc giá trị 1 cho giaodiện nối tiếp Thanh ghi PCDDR sẽ quy định mỗi chân tơng ứng với 1 bittrong thanh ghi PCD sẽ là một đầu vào

(Hình2-2) mô tả 3 thanh ghi của cổng C: thanh ghi (PCC) đặt tại X:$FFE1,thanh ghi (PCDDR) đặt tại X: $FFE3 và thanh ghi (PCD) đặt tại X: $FFE5

0 … CC

8

CC 7

CC 6

CC 5

CC 4

CC 3

CC 2

CC 1

CC 0 STD

0 Vào/ra mục đích chung

1 Giao diện nối tiếp

X:$FFE3-Thanh ghi PCDDR

8

CD 7

CD 6

CD 5

CD 4

CD 3

CD 2

CD 1

CD 0

CD 6

CD 5

CD 4

DC 3

CD 2

CD 1

CD 0

Hình 2 – 2

1.2 Giao diện thông tin nối tiếp (SCI).

SCI là một cổng song song để truyền thông tin nối tiếp đến các DSP khác,các bộ vi xử lý hoặc các ngoại vi nh bộ modem Thông tin có thể là các tínhiệu mức TTL hoặc với RS 232C, RS422…Vì tiên l

Giao diện này sử dụng 3 chân: chân truyền số liệu(TXD), nhận sốliệu(RXD) và chân xung nhịp nối tiếp (SCLK)

SCI bao gồm các phần truyền và nhận số liệu riêng biệt không đồng bộ vớinhau

a) Các chân vào ra của SCI

SCI Có 3 chân có thể thực hiện vào /ra mục đích chung hoặc nh một chânSCI 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 khiển 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 lựachọn kiểu của số liệu WDS0,WDS1 ,WDS2 Còn các bít khác có các chứcnăng nh qui định chiều truyền số liệu,đánh thức,lựa chọn kiểu truyền;chophép nhận,truyền,các ngắt đờng dây,ngắt nhận,ngắt truyền và qui định cácmức ngắt của timer

+) Thanh ghi trạng thái củaSCI (SSR) SSR là một thanh ghi 8 bit chỉ đọc,

đợc sử dụng bởi CPU của DSP để xem xét trạng thái của SCI Khi SSRđợc

đọc vào bus số liệu bên trong, nội dung của nó chiếm giữ byte thấp củabus số liệu còn tất cả các phần cao hơn của bus đều bằng 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 xungnhịp và tốc độ truyền hay nhận của giao diện SCI SCCR bị xoá bởi việc resetphần cứng

+) Các thanh ghi số liệu của SCI: Các thanh ghi số liệu của SCI đợc chiathành 2 nhóm: truyền và nhận Có 2 thanh ghi nhận: một thanh ghi số liệunhận đợc (SRX) và một thanh ghi dịch nhận; cũng có 2 thanh ghi truyền: mộtthanh ghi số liệu truyền (gọi là STX) và một thanh ghi dịch song song nối tiếp.Các từ số liệu đợc nhận trên chân RXD đợc dịch vào thanh ghi dịch nhận sốliệu Khi một từ trọn vẹn đợc nhận, phần số liệu của từ đó đợc chuển vàothanh ghi SRX Việc xử lí này biến đổi số liệu nối tiếp thành số liệu songsong

Để truyền đi một từ số liệu ngời lập trình gửi từ số liệu đó vào trong thanhghi số liệu truyền STX Số liệu sẽ đợc truyền tự động từ thanh ghi STX vàothanh ghi dịch truyền, sau đó từng bit đợc chuyển đi qua chân truyền số liệuTXD.

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 cácngoại vi

Ngời sử dụng có thể định nghĩa một cách độc lập đặc tính sau của SSI: sốbit trong một từ, giao thức (protocol), xung nhịp, và việc đồng bộ hoátruyền/nhận

a) Các chân số liệu và chân điều khiển SSI :

SSI có 3 chân đợc sử dụng cho việc truyền số liệu (STD), nhận số liệu

(SRD) và xung nhịp nối tiếp (SCK), ở đây SCK có thể đợc sử dụng bởi cả 2 bộtruyền và bộ nhận khi truyền số liệu đồng bộ hoặc chỉ bởi bộ truyền khitruyền số liệu không đồng bộ Ba chân khác có thể cũng đợc sử dụng, phụthuộc vào mode đợc lựa chọn, chúng là các chân điều khiển nối tiếp SC0,SC1,SC2 Chúng có thể đợc lập trình nh các chân điều khiển SSI trong thanhghi điều khiển cổng C

+) Chân truyền số liệu nối tiếp(STD)

STD đợc sử dụng cho việc truyền số liệu từ thanh ghi dịch truyền nối tiếp.STD là một đầu ra khi số liệu đang đợc truyền Số liệu thay đổi trên sờn dơngcủa xung nhịp STD sẽ rơi vào trạng thái tổng trở cao trên sờn âm của xungnhịp tơng ứng với bit số liệu cuối cùng của từ nếu xung nhịp lấy từ bên ngoài.Với một xung nhịp đợc sinh ra ở bên trong, chân STD sẽ ở trạng thái tổng trởcao sau khi bit số liệu cuối cùng vừa đợc truyền trong trờng hợp không còn từ

số liệu nào tiếp theo ngay sau đó Nếu có một từ số liệu tiếp theo ngay sau từ

số liệu vừa truyền thì sẽ không có trạng thái tổng trở cao của STD

+) Chân nhận số liệu nối tiếp(SRD)

SRD nhận số liệu nối tiếp và truyền số liệu đó tới thanh ghi dịch nhận sốliệu, SRD có thể lập trình nh một chân vào ra cho mục đích chung đợc gọi làPC7 Số liệu đợc lấy mẫu trên sờn âm của xung nhịp

+) Xung nhịp nối 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 đợc sử dụng bởi cả hai bộ truyền và bộnhận 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 Vớimode đồng bộ chân này sử dụng cho vào ra cờ nối tiếp.Với mode không đồng

bộ chân này đợc sử dụng cho việc vào ra xung nhịp nối tiếp Hớng của chânnày đợc quyết định bởi bit SCOD trong thanh ghi điều khiển CRB

+)Chân điều khiển 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 nh SC0

đã đợc mô tả ở trên.Với mode không đồng bộ ,chân này là chân vào ra đồng

bộ hoá bộ nhận Hớng của chân này đợc quyết định bởi bit SCD1 trong thanhghi CRB

+)Chân điều khiển nối tiếp SC2

Chân này đợc sử dụng cho việc đồng bộ hoá vào /ra.SC2 là chân đồng bộhoá cho cả hai bộ truyền và bộ nhận trong mode đồng bộ và chỉ đồng bộ hoácho bộ phận truyền trong mode không đồng bộ Hớng của chân này đợc quyết

định bởi bit SCD2 trong thanh ghi CRB

b) Các thanh ghi của SSI.

+) Thanh ghi điều khiển A (CRA)

CRA là một trong 2 thanh ghi 16 bit của SSI đợc dùng để điều khiển hoạt

động của SSI CRA điều khiển bộ phát xung nhịp, độ dài của từ số liệu, số từtrong một khung số liệu nối tiếp của SSI

+) Thanh ghi điều khiển B (CRB)

CRB điều khiển các chân chức năng SC2, SC1, SC0 của SSI, làm cho cácchân này có thể đợc sử dụng nh các đầu vào hay đầu ra xung nhịp, nh cácchân đồng bộ khoá khung số liệu hoặc nh các chân cờ vào ra nối tiếp

+) Thanh ghi trạng thái của SSI (SSISR)

SSISR là một thanh ghi trạng thái 8 bit này chỉ đợc đọc, đợc sử dụng bởiDSP 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 nối tiếp.

Số liệu đợc dịch vào theo hớng các bit có trọng số lớn nhất trớc nếu nh SHFDbằng 0 hay theo hớng các bit có trọng số nhỏ nếu SHFD bằng 1 số liệu chứatrong thanh ghi này đợc truyền tới thanh ghi số liệu nhận sau khi 8, 12, 16, 24bit vừa đợc dịch vào, phụ thuộc vào các bit điều khiển độ dài trong thanh ghiCRA

+) Thanh ghi số liệu nhận của SSI (RX)

RX là một thanh ghi 24 bit chỉ đợc đọc Nó nhận số liệu từ thanh ghi dịchnhận DSP sẽ bị ngắt bất cứ khi nào RD đầy nếu nh các ngắt tơng ứng đợc chophép

+) Thanh ghi dịch truyền của SSI

Thanh ghi dịch truyền 24 bit này chứa số liệu đang đợc truyền đi Số liệu

đợc dịch ra ngoài tới chân truyền số liệu nối tiếp Số liệu các bit đợc dịch rangoài có thể là 8, 12, 16, 24 bit Số liệu đợc dịch ra theo hớng các bit có trọng

số lớn trớc nếu nh SHFD bằng 0 haycác bit có trọng số nhỏ trớc nếu SHFDbằng 1

+) Thanh ghi số liệu truyền của SSI (TX)

Tx là một thanh ghi 24 bit chỉ viết Khi cần truyền số liệu thì ngời lậptrình viết số liệu vào trong thanh ghi này sau đó số liệu tự động truyền tớithanh ghi dịch truyền DSP bị ngắt bất cứ khi nào thanh ghi TX trống rỗng nếu

nh ngắt tơng ứng đợc cho phép

2 Bộ timer và đếm sự kiện của DSP56002

Kể 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 thểlàm ngắt bộ xử lý sau khi có một số lợng 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 bêntrong

Bộ timer nối tới các thiết bị bên ngoài qua hai chân hai chiều do TIO KhiTIO là một đầu vào thì chức năng đếm các sự kiện bên ngoài đợc sử dụng KhiTIO là một đầu ra thì nó có tác dụng đa tín hiệu ra bên ngoài sau nhữngkhoảng thời gian nhất định Khi không đợc sử dụng cho bộ timer thì TIO cóthể đợc sử dụng nh 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 thanhghi điều khiển/ 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 phátsinh ngắt và lựa chọn xung nhịp.

+) Thanh ghi đếm (TCR) của timer

Thanh ghi TSR chứa giá trị (đợc xác định bởi chơng trình của ngời sửdụng) đợc nạp vào bộ đếm khi bộ timer đợc phép hoạt động (TE=1) hoặc khi

bộ đếm vừa giảm đến 0 và một sự kiện mới xuất hiện Nếu TCR đợc nạp vớigiá trị n bộ đếm sẽ đợc nạp lại sau (n+1) sự kiện Nếu bộ timer bị cấm hoạt

động (TE=0) và chơng trình viết lên TCR thì giá trị viết lên TCR vẫn đợc giữ

ở đó nhng không xuất hiện đợc nạp vào bộ đệm cho đến khi bộ timer đợc phéphoạt động

+) Thanh thái (TCSR) của timer

Thanh ghi TCSR dùng để điều khiển bộ timer đồng thời ghi lại trạng tháicủa nó Sau đây mô tả từng bit cụ thể của thanh ghi này

Bit 0 (TE) của TCSR gọi là bit cho phép timer hoạt động Khi ta đặt TE=1thì bộ timer đợc phép hoạt động và đợc nạp với giá trị chứa trong thanh ghi

Khi xoá bit TE thì bộ timer không hoạt động Việc reset phần cứng hay phầnmềm sẽ xoá bit TE.

Bit 1 (TIE) của TCSR gọi là cho phép ngắt timer Khi TIE=1 thì các ngắttimer sẽ xuất hiện sau khi bộ đếm giảm xuống tới 0 và một sự kiện mới xuấthiện Khi TIE =0 thì ngắt timer bị cấm Việc reset phần cứng hay phần mềm

A B

55 0 55 0

Khối điều khiển ch ơng trình(PCU)

Thanh ghi lặp địa chỉ(LA) Thanh ghi đếm lặp(LC)

Hệ thống stack

Một số đặc điểm của DSP là cho phép thực hiện các dịch chuyển song songnhng phải theo nguyên tắc dịch chuyển song song là có thể chung nguồn nhngkhông chung điểm tới

+ Nhóm lệnh điều khiển chơng trình: DEBUG,JMP

II Giới thiệu cấu trúc phần cứng của Card DSP 56002EVM :

Cấu trúc phần cứng bao gồm: Card DSP 56002EVM đợc ghép nối với máytính thông qua cổng RS232

Tín hiệu tơng tự đợc đa vào qua hai bộ biến đổi A/D để biến tín hiệu ở dạng

số, sau đó đa vào DSP nhờ cổng truyền tin nối tiếp SSI để xử lý Sau khi xử lýtín hiệu, bộ vi xử lý DSP56002 sẽ đa tín hiệu ra cổng SSI đến bộ biến đổi D/A

để biến thành tín hiệu tơng tự ở đầu ra hệ thống

- Một bộ mã hoá và giải tín hiệu CS4215 (codec) có chứa hai bộ biến đổi tơng

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 ngời sử dụng

- Việc ghép nối giữa máy tính và card DSP56002EVM đợc thực hiện thôngqua cổng RS232

- Trong đó ta thấy các bus địa chỉ và dữ liệu cổng A của DSP56002 đợc nốithông 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 đợc quyết định bởi tổ hợp tín hiệu

WR, RD và DAB15 Ngoài ra trên card cũng có vị trí cho EFPROM của ngời

sử dụng để nạp chơng trình từ bộ nhớ EFPROM nếu muốn

- Các chân NMI, IRQA, IRQB của DSP đợc nối thông qua bộ chuyển mạch74HC157AD để điều khiển các ngắt từ bên ngoài tác động vào hay thiết lậpcác quá trình đợi của DSP

- Các bus điều khiển của cổng A đợc nối thông qua J11 (Bus-control) để đốithoại với các thiết bị bên ngoài

- 15 chân của cổng B đợc nối thông qua J7 để cho phép thiết bị ngoại vi đốithoại với DSP

- 9 chân của cổng C đợc nối 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 đợc sử dụng để đIều khiển thiết bị bên ngoài nh Codec,các bộ biến đổi ADC và DAC Các chân TX, RX của SCI đợc nối với bộ biến

đổi đIện áp MAX232CSE để biến đổi tín hiệu tơng tự từ 5V đến 12V cung cấpcho RS232 thông qua J8 (DCE/DTE) tới OnCE và Terminal

- Nguồn cung cấp cho card EVM56002 đợc lấy từ nguồn điện 220V AC quaJ1 (Power connector) tới cuộn biến áp thành 7-9V AC hoặc DC và đợc đa qua

bộ chỉnh lu cầu đa tới bộ biến đổi điện áp MC7805 để biến đổi thành điện áp5V 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 haikênh biến đổi D/A 16 bit CS4215 có các đặc tính sau đây:

IN HDPHNE OUT

CS4215

J17

DSP56002

J13

J11J10

HOST OnCE

MUSIC

source

HEADPHONES

LINE LEVEl

OUTP)

Hình 2-5 Sơ đồ cấu trúc card DSP

Đợc nối với cổng nối tiếp của PC

- Tần số lấy mẫu từ 4khz đến 50khz –Mã hoá tín hiệu 16 bit hay 8 bit

- Có hệ số khuếch đại cho tín hiệu vào tơng tự có thể lập trình đợc

- Có các bộ tạo xung nhịp ở trên chíp

- Nguồn cung cấp 5V

- Có các bộ lọc trên chíp

- Giao diện số nối tiếp

Cổng SSI của DSP 56002 đợc sử dụng để truyền số liệu từ hai bộ biến đổiA/D tới DSP 56002 và từ DSP 56002 tới hai bộ biến đổi D/A Hình 1 dới đâymô tả cách nối CS4215 với cổng C của DSP 56002

2.2.3 Chế độ điều khiển của CS4215

1 Chế độ điều khiển:

Đợc sử dụng để chọn các chức năng của CS4215 bằng cách nạp vào cácthanh ghi điều khiển của CS4215 c ác giá trị thích hợp Để cho CS4215làm việc ở chế độ điều khiển ta cần đặt chân D/C ở mức thấp, khi đóthông tin trên các chân SDIN và SDOUT của CS4215 là thông tin dùng

để điều khiển CS4215 Có 8 thanh ghi điều khiển trong đó có hai thanhghi cha dùng đến ,còn lại 6 thanh ghi là: Thanh ghi trạng thái ,thanh ghi

định dạng số liệu ,thanh ghi điều khiển cổng nối tiếp ,thanh ghi kiểmtra ,thanh ghi điều khiển cổng song song và thanh ghi version củaCS4215

Trong phần này em không đi sâu giới thiệu từng bit của từng thanh ghicủa CS4215 mà em chỉ muốn giới thiệu về từng thanh ghi và chức năngcủa chúng

- Thanh ghi trạng thái :

Đây là thanh ghi 8 bit có chức năng nắm giữ quyền điều khiển chuyển

đổi giữa chế độ điều khiển và chế độ truyền số liệu Cho phép hoặckhông cho phép khuyếch đại và qui định mức tín hiệu đầu ra headphone

và speaker

SRD/PC7 SCI/PC4 STD/PC8 SC2/PC5

SCK/PC6SCLK/PC2

SDOUTRESETSDINFSYNCTSINSCLKD/C

Hình 2 - 6 Nối giữa cổng C của DSP 56002 với CS4215