基于DSP的脑电信号处理系统设计

本文介绍了脑电信号处理的两种基本方法及其优缺点, 分析了DSP 尤其是
TMS320LF2407 的主要特点,阐述了基于TMS320LF2407DSP 的16 通道脑电信号处理系统的
硬件和软件的实现方法。
关键词:脑电; 数字信号处理; 微处理器
脑电信号处理分为模拟和数字两种方式。早期的数字脑电图机主要采用模拟信号处理方
式,处理好的信号利用AD 采集卡或单片机把数据传送到上位机系统显示及打印,其优点是实时性好,易于实现,缺点是电路体积大、精度低、易受环境温度影响及抗干扰性能差。脑电信号的数字处理以往多采用通用PC 机或单片机实现,但存在实时性差的缺点。这样,实时性好的DSP 在脑电信号数字处理中应运而生。
DSP,即数字信号处理器,是美国TI 公司20 世纪80 年代划时代的产品。相比于一般的单
片机,DSP 采用改进的哈佛结构,其指令系统是流水线操作,采用了专用的硬件乘法器,具有特殊的DSP 指令,这些特点大大提高了DSP 处理大量数据的能力[1]。
国内新型的脑电放大器虽然也开始采用 DSP 芯片,但一般采用TI 公司的5000 系列DSP,
这种DSP 芯片速度虽然极高,信号处理的实时性很好,但一般都要配合CPLD 或FPGA 以控制外设芯片的选通。现在普遍的看法是2000 系列的DSP 适合应用于电机的数字化控制而不是处理,因为其时钟频率远低于5000 系列DSP 且没有专门的滤波器指令,但以脑电信号的数字处理而言,脑电信号频率不超过100Hz,属于低频信号,需要处理的数据量有限,对于16 通道的脑电信号的数据运算,按每通道采样频率1000Hz 计,系统需要每个采样点在62.5us 完成采样、运算及数据传输。实验中我们试用了TMS320LF2407DSP。从效果来看,它可以满足速度上的要求,而从系统的性价比及功能的可扩展性来看,TMS320LF2407DSP 体现了其独特的优势。
TMS320LF2407DSP 是TI 公司在TMS320C2000TM 平台下的一种定点通用DSP 芯片。
内部采用高性能CMOS 技术,供电电压降为3.3V,降低了控制器的功耗;执行速度最高可达
40MIPS,具有较好的数字信号实时控制及处理能力;其片内有高达32K 字的FLASH 程序存储器,保证了程序代码烧写的方便;有高达40 个可单独编程或复用的通用输入/输出引脚,可扩展多个并行外设。TMS320LF2407DSP 集微控制器与微处理器于一体,能可靠地应用于多通道生物电信号的数字处理系统中[2]。