摘要：基于DSP處理器TMS320F2812與SD卡的接口，設計了一種便攜式的生理信號數據采集系統，用于大容量多參數人體生理參數的采集。采用TMS320F2812作為主控芯片，以SD卡作為主要存儲介質實現了數據的實時采集與存儲。按照FAT32文件系統規范設計了一種優化的文件系統，可以快速地把實時采集的數據以文本的形式保存在SD卡中。實驗表明，該系統在實際測量中操作簡單、攜帶方便，可用于人體生理參數的實時監測。
關鍵詞：DSP處理器；SD卡；FAT32文件系統；生理信號

0 引言
生理信號是表征人體生命特征的基本參數，如血壓、脈率、體溫等都是人體重要的生理信號，這些信號中都包含著有用的病理信息。通過分析這些信號可以診斷體內各部位的疾病。多參數生理信號數據采集要求數據存儲量大，使用無線、USB與上位機通信存儲數據可以解決這一需求。但是，這些方案都需要上位機來存儲數據不利于便攜式操作。
SD卡(Secure Digital Card)具有體積小、重量輕、容量大、數據傳輸率快、極大的移動靈活性以及很好的安全性等優點，非常適合應用在長時間存儲大量數據的測量系統中。因此采用SD卡作為生理信號數據采集系統的存儲介質是很好的解決方案。
本文設計了一種便攜式的生理信號數據采集系統。硬件上設計了電源管理模塊，解決了系統中各個模塊不同電壓的需求。同時采用處理速度很快的DSP處理器TMS320F2812作為主控芯片，使采集數據和處理數據的性能更加優越。軟件上設計了優化的FAT32文件系統，使大容量SD卡的寫入數據速度更快。

1 總體設計
本文設計的采集系統主要由電源管理模塊、SD卡、TMS320F2812等部分組成，充分體現了便攜化設計。系統設計框圖如圖1所示。系統采用干電池作為電源，并通過電源管理模塊分別給系統各個模塊供電。TMS320F2812利用片內的12位A／D對傳感器采集的模擬信號進行采樣和變換處理，結果保存在SD卡中。大容量的SD卡中嵌有FAT32文件系統可以把數據保存為文本格式，便于在上位機上進行數據處理和波形分析。

2 DSP與SD卡的接口電路設計
根據SD卡的通信協議，主控制器和SD卡有兩種通信模式：SD模式和SPI模式。前者速度快(4位并行數據總線)，使用所有的信號線；后者速度慢(數據以單線傳輸)，但是簡單易用、兼容性好、便于和主控制器連接通信。SPI模式的傳輸速度可以滿足本文設計的系統要求，因此，本設計采用SPI模式。表1是SD卡在SPI模式下的各引腳定義。
SD卡與DSP的4個I／O口相連。SD卡的CS管腳連接到DSP的SPISTEA管腳，用作普通I／O功能，其高低電平控制SD卡的使能與否；DI管腳連接到SPISIMOA管腳，DSP通過這個管腳向SD卡發送數據和命令；DO管腳連接到SPISOMIA管腳，DSP通過這個管腳讀取SD卡內的數據；SCLK管腳連接到SPICLKA管腳，DSP通過這個管腳向SD卡發送時鐘信號。具體連接電路如圖2所示。

3 SD卡的軟件設計
SD卡工作在SPI模式下，主控制器向SD卡發送命令、數據并接收SD卡的響應。被使能的SD卡總是對來自主控制器的命令有所響應，當SD卡出現錯誤時，會返回一個出錯響應來代替期望的數據。
3．1 SD卡的初始化
對SD卡進行讀寫操作之前，首先應該初始化SD卡。SD卡初始化流程如圖3所示。為了保持SD卡的兼容性，設置SPI的時鐘頻率在100～400 kHz范圍內。SD卡上電后，主機必須先向SD卡發送至少74個時鐘周期，同時CS處于低電平，以完成SD卡上電過程。SD卡上電后默認進入SD模式，在此模式下向SD卡發送復位命令(CMD0)并保持CS為低電平，如果收到應答信號為01H，則SD卡進入SPI模式。

SD卡進入SPI模式后，主機即可不斷地向SD卡發送命令(CMD55+ACMD41)并讀取應答信號，如果應答信號為00H，則表明SD卡完成初始化。初始化完成后，需要把SPI時鐘頻率設置為高速模式，在這種模式下才能保證SD卡的高速讀寫。