引言
傳統的醫療設備，特別是便攜式的監護、心電、血壓測量等設備均是采用標準的RS232串行接口進行數據的通信與傳輸,已越來越不能滿足高速據傳輸，高數據存儲以及頻繁的數據采集等要求[1,2]。而USB通訊彌補了這些不足，它有著傳輸速度快、可靠性高、易于連接、可熱插拔等許多優點。基于此，本文就介紹了一種基于USB總線接口芯片CH375實現PC機與便攜式醫療設備醫學信號的實時數據采集和傳輸的方法，并給出了相應的源程序。經測試，系統工作穩定可靠。
1 CH375芯片簡介
CH375 是一個USB總線的通用接口芯片，支持USB-HOST主機方式和USB-DEVICE/SLAVE 設備方式。在本地端，具有8 位數據總線和讀、寫、片選控制線以及中斷輸出，可以方便地掛接到單片/DSP/MCU/MPU等控制器的系統總線上。CH375 芯片內部集成了 PLL 倍頻器、主從 USB 接口 SIE、數據緩沖區、被動并行接口、異步串行接口、命令解釋器、控制傳輸的協議處理器、通用的固件程序等。
CH375 芯片內部具有 7 個物理端點。端點 0是默認端點，支持上傳和下傳，上傳和下傳緩沖區各是8B；端點1包括上傳端點和下傳端點，上傳和下傳緩沖區各是 8B，上傳端點的端點號是81H，下傳端點的端點號是 01H；端點2 包括上傳端點和下傳端點，上傳和下傳緩沖區各是 64B，上傳端點的端點號是 82H，下傳端點的端點號是 02H。主機端點包括輸出端點和輸入端點，輸出和輸入緩沖區各是64B，主機端點與端點2合用同一組緩沖區，主機端點的輸出緩沖區就是端點2的上傳緩沖區，主機端點的輸入緩沖區就是端點2 的下傳緩沖區。本系統就是利用批量端點2來下傳數據到緩沖區，利用主機端點和端點1來上傳數據到緩沖區。
CH375芯片內置了標準的USB通訊協議，這就免去了開發人員因編寫通訊協議而耗費的大量時間，方便了通訊的實現。尤其是其動態鏈接庫提供的文件級接口，更是方便了數據的讀寫。
2 系統硬件結構
系統的工作過程是嵌入式醫療設備即下位機(PC104)于DOS狀態下采集醫療信號送顯示器顯示，然后通過USB接口送上位機(PC主機)處理，上位機工作在Windows環境下[3,4]。
系統選用帶USB接口的PC104工業計算機主板，在開發過程中通過電源接口外接5V直流電源，通過顯示器接口外接顯示器，多功能接口外接鍵盤。為方便軟件的更新，我們把下位機的工作程序寫在優盤，外接于PC104主板的USB接口。
基于CH375芯片的系統還設計了PC104-USB轉接板，并把其作為PC104主板的擴展模塊通過PC104總線接口與主板相連接。轉接板上有兩個USB接口，任選其中一個通過 USB轉接線與上位機相連即可。這樣系統的硬件平臺便建立起來了，系統硬件連接如圖1所示。下面詳細介紹系統通訊的軟件實現。
圖1 系統硬件結構圖
Figure 1 system hardware structure drawing
3 下位機中的程序設計
USB協議規定任何傳輸過程都是由主機端發起并控制的，CH375在接收到主機發來的數據時產生中斷，為此下位機要做的工作就是等待CH375的中斷并作相應的處理。
下位機工作在DOS狀態，軟件程序采用BORLANDC語言。主要工作是初始化CH375、查詢中斷及中斷處理。相關程序代碼如下：
（1）處理接收數據的中斷服務程序
void interrupt USB(__CPPARGS)
{
unsigned char len,i;
//獲取中斷狀態并取消中斷請求
CH375WriteCmd(0x22);
d0=CH375ReadData(); //讀回狀態
if((d0==0x02)||(d0==0x01)) //批量端點2接收到PC機發送的數據
{//讀取數據}
inportb(0x21);
outportb(0x20,0x20); //發EOI命令，
清除中斷
}
（2）寫數據子程序
void CH375WriteData( unsigned char dat )
{
/* 寫數據口 */
outportb( PortBaseAddr + 0, dat );
DelayuS( 1 );
}
（3）讀數據子程序
unsigned char CH375ReadData( void )
{
unsigned char d;
DelayuS( 1 );
/* 讀數據口 */
d = inportb( PortBaseAddr + 0 );
return( d );
}
（4）主程序
int main(int argc,char *argv[])
{
．．．．．．．．．．．．．．．．．．
for(;;) //等待
{//軟件進入主循環,處理突發事件
while(kbhit()) ch="getch"();
if(ch==27) break;
if(ch==59){.//向PC機發送數據}
if(ch==60){//寫中斷特征數據}
readbufUSB(); //讀USB接口緩沖區數據
}
．．．．．．．．．．．．．．．．．．
}
4上位機中的程序設計
因為CH375的動態鏈接庫DLL提供了許多API接口函數，所以應用程序只需通過幾條簡單的文件操作API函數，就可以實現與下位機的通信。
又因CH375的動態鏈接庫DLL提供了偽中斷服務（實際的中斷服務仍然是在驅動程序庫完成的，只是在完成后向DLL發個通知，再由DLL再調用偽中斷服務子程序），基于此，系統采用了偽中斷服務來實現數據的上傳，這不僅縮短了系統的開發周期，而且很好地滿足了下位機的實時性要求。上傳數據的程序流程圖如圖2所示。
數據的下傳只需用簡單的下傳API發送數據。由CH375中斷接收即可。
上位PC機工作在Windows環境下，我們采用Visual C++6.0語言編程。具體程序實現如下：
（1）初始化PC104-USB卡
在這里完成對設備的初始化，如CH375DLL.DLL文件的加載、設備的成功打開、緩沖區的清理、數據的上傳模式、設置偽中斷服務程序等。
圖2 上傳數據流程圖
Figure 2 procedure flowchart of uploading data
（1）void Init_PC104-USB()
{
．．．．．．．．．．．．．．．．．．．
if ( LoadLibrary( "CH375DLL.DLL" ) == NULL )
{ //提示語言 }
// 使用之前必須打開設備
if ( CH375OpenDevice( mIndex ) ==
INVALID_HANDLE_VALUE )
{ //提示語言}
else{
m_pc104usb_ok=TRUE;
Result=CH375SetTimeout(mIndex, 500, 500 ); // 設置USB數據讀寫的超時,超過500mS未完成讀寫將強制返回,避免一直等待下去
CH375SetBufUpload( mIndex, 1); //啟用內部緩沖上傳模式并清除緩沖區中的已有數據
//設置偽中斷服務程序
mPCH375_INT_ROUTINE ptr;
ptr=InteruptProcess;
Result=CH375SetIntRoutine(mIndex,ptr);
}
}
(2) 接收數據子程序
Void PC_RecievData();
{ ．．．．．．．．．
// 查詢內部上傳緩沖區中的已有數據包個數,成功返回數據包個數,出錯返回-1
Long packnumber=
CH375QueryBufUpload( mIndex);
if(packnumber>0)
{
CH375ReadData(mIndex,&m_recev_buf, len)
}
．．．．．．．．．．．
}
結論
隨著嵌入式計算機在醫療設備中的廣泛應用以及USB通訊技術的高速發展，本文通過USB總線接口芯片CH375、PC主機以偽中斷方式發起上傳數據流，以下傳API發起下傳數據流的通訊方式，并利用一系列的API接口函數，成功實現了上位機（PC）與下位機（PC104）之間的實時數據采集和傳輸。經測試系統能準確的收發數據，通訊穩定可靠。采用USB通訊，將為傳統醫療設備的改造、新一代便攜式醫療設備的快速開發和應用提供廣闊的前景。
本文創新點:利用USB接口技術，采用USB模塊CH 375在PC機與便攜式醫療設備之間實現了實時數據采集和傳輸，而且無需編寫復雜的USB驅動程序，利用其動態鏈接庫即可實現。可以使數據采集和傳輸系統非常方便的從RS232通訊、串行通訊、并行通訊、轉向USB通訊，彌補其速度慢的缺點，進行系統升級。
參 考 文 獻
[1] 王剛.劉雅言. USB 接口技術在便攜式醫療儀器中的應用[J].電子技術.2004,2,10-12.
[2] 蘇全.梁凱琦. USB TO RS-232在傳統醫療設備中的應用[J].醫療設備信息.2005,20(6)19-20.
[3] 李新龍,翟宏范,狄國偉,王鑫,. USB芯片CH375在電能測量儀系統中的應用[J]. 微計算機信息,2006-26:318-320.
[4] 李建.徐璧華.陳利學.Windows環境下PC機與PC104的串行通訊控制[J].西南石油學院學報.2001,23(4)68-76
[5] 楊曉鵬.宗明.Visual C++ 7.0實用編程技術[M].北京:中國水利水電出版社,2002.