Конспект содержит материалы, излагаемые в лекционном курсе, с необходимыми рисунками и схемами

Выбор интерфейса для сопряжения с ПЭВМ

Основными параметрами интерфейса, в соответствии с которыми производится выбор, являются его разрядность и скорость обмены данными. Выбор осуществляется по следующему алгоритму:

1) в соответствии с заданной точностью определяется разрядность аналого-цифрового преобразования, погрешность преобразования равна половине дискреты, то есть при опорном напряжении 5 В для 8-разрядного АЦП δ = 5/2(2⁸ – 1) = 9,8 мВ (0,2% при максимальном входном сигнале), для 12-разрядного δ = 0,6 мВ (0,012%), для 16-разрядного δ = 38 мкВ (0,0008%), для 24-разрядного δ = 0,15 мкВ (0,000003 %). Следует учитывать, что указанные значения погрешностей являются только одной из составляющих общей погрешности;
2) в соответствии с верхней границей спектра аналогового сигнала выбирается минимально допустимая частота дискретизации. По теореме Котельникова f_д = 2f_max, на практике обычно выбирают f_д = 10f_max. Для некоторых медико-биологических сигналов максимальные частоты спектра приведены в табл. 9 [21];

Табл. 9. Характеристики медико-биологических сигналов

Наименование

Полоса частот, Гц

Электрокардиограмма Электроэнцефалограмма Электромиограмма Электрогастрограмма Электроретинограмма Электроокулограмма Кожные потенциалы Электропроводность кожи Реокардиограмма Реопневмограмма Температура тела Пневмограмма грудной клетки Спирограмма Частота дыхания Сфигмограмма Артериальная тахоосциллография Скорость пульсовой волны Артериальное давление Частота сердечных сокращений Плетизмограмма Скорость кровотока Фонокардиограмма Кинетокардиограмма Сейсмокардиограмма рН тканей Оксигемограмма Время сенсорно-моторной реакции Голос и речь исследуемого Актограмма Тремограмма Углы сгибания в суставах Мышечные усилия Линейные ускорения

0,3…100 1…100 10…500 0,05…0,2 0,3…100 0,5…15 0…0,5 0…0,5 0,1…100 0…50 0…1 0…50 0…100 0,1…2 0,1…20 0,1…20 10…500 0…100 0,5…5 0…5 0…100 16…500 5…50 15…20 0…0,1 0…1 0,1…500 50…3000 0…20 2…100 0…100 0…100 0…500

3) требуемая скорость обмена определяется как произведение разрядности и частоты дискретизации: C_О = Nf_д.

По полученным данным выбирается интерфейс. Следует учитывать, что если разрядность интерфейса меньше разрядности АЦП, данные передаются в два или более этапов, что во столько же раз снижает частоту дискретизации.
Пример. Разрабатываемым устройством сопряжения является прибор для снятия ЭКГ, для чего используется 16-разрядный АЦП. Верхняя граница спектра сигнала f_max = 100 Гц. Частота дискретизации f_д = 10f_max = 1000 Гц. Требуемая скорость обмена C_О = 16∙1000 = 16000 бит/с. В данном случае подойдет практически любой интерфейс, однако с точки зрения простоты подключения может быть выбран RS-232C. Учитывая, что на 8 бит данных приходится 4 служебных бита (стартовый, два стоповых и бит четности), требуемая скорость обмена возрастает в полтора раза и составляет 24000 бит/с. RS-232C обеспечивает скорость обмена 115200 бит/с и, следовательно, пригоден для разрабатываемого УС.