一种均分等待时隙的生物电势信号同步采集系统及采集电路控制方法与流程

本发明属于生物电势信号采集的，涉及一种均分等待时隙的生物电势信号同步采集系统及采集电路控制方法。

背景技术：

1、人体细胞或组织产生的电生理信号是神经系统沟通的主要途径，其中蕴含着丰富的生理、疾病和精神状态等信息，对生物电信号的记录可以被用来有效地监测人体状态，也是构建人机交互高速公路的基础。常见的生物电势信号的记录包括在大脑皮层中直接记录神经元的动作电位；从大脑中或者大脑血管中记录的局部场电位信号(lfp)；从大脑皮层表面测量的脑电图(ecog)；从头皮测量的脑电(eeg)；从肌肉内或附近测量的肌电信号(emg)以及从心脏上或者心脏附近测量的心电图(ecg)。

2、生物电势信号采集系统通常包括生物电势信号采集器以及运行在计算机上的专用软件等。而生物电势信号采集器一般包括电极、电极接口、信号放大器、模数转换器(adc)、微控制器、数据通信接口等。在脑科学相关研究中，往往还需要对大脑皮层施加电刺激以获取诱发脑电信号，因此出现了具有电刺激功能的脑电信号采集系统。为了更加全面的获得多个脑区的脑电信号，或者能更精细的分辨大脑皮层活动的区域，需要增加脑电采集系统的电极通道数，通道数可多达1000以上。增加通道数会成倍增加脑电信号放大器和模数转换器数量，成比例增大系统体积。随着集成电路技术的进步，已经可以将多通道的脑电信号放大器、模数转换器等部分集成为一个脑电采集专用电路，也可以将多通道的脑电信号放大器、模数转换器、电刺激电路集成为一个带电刺激功能的脑电采集专用电路。多通道脑电采集电路的应用，极大提高了多通道脑电采集系统的集成度。

3、不同接口时序的生物电势信号采集电路一般采用的接口时钟频率不同、通信时序不同、采集通道数不同、单通道采样时间不同、附加功能不同，而现有的生物电势信号采集器里只使用了同种生物电势信号采集电路，例如具有多个仅有采集功能的生物电势信号采集电路与微控制器等一起组成的生物电势信号采集器。这种生物电势信号采集器通道数可多达1000个以上，但不能进行电刺激。此外，也有具有多个含有电刺激功能的生物电势信号采集电路与微控制器等电路一起组成的有电刺激功能的生物电势信号采集器，但这种生物电势信号采集器通道数少，一般只有100多个。为了满足既能进行电刺激，又有足够多的采集通道的应用需求，可以将具有电刺激功能的生物电势信号采集电路和只有采集功能的生物电势信号采集电路集成在一个生物电势信号采集系统中。然而，具有电刺激功能的生物电势信号采集电路和只有采集功能的生物电势信号采集电路的接口时序一般不同，不同接口时序的生物电势信号采集电路接口不同、命令不同、外部时钟频率不同，如何让不同接口时序的生物电势信号采集电路以相同的采样频率进行同步采样，并兼顾电刺激功能，成为亟需解决的技术问题。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提供了一种均分等待时隙的生物电势信号同步采集系统及采集电路控制方法。

2、本发明采用的技术方案为：

3、一种均分等待时隙的生物电势信号同步采集系统，所述的采集系统包括触发脉冲发生器、第一时序控制逻辑、第二时序控制逻辑、n个第一生物电势信号采集电路、m个第二生物电势信号采集电路，n、m为自然数。

4、所述第一生物电势信号采集电路和所述第二生物电势信号采集电路具有不同的接口时序；所述第一生物电势信号采集电路通过第一接口连接在第一时序控制逻辑上，第一生物电势信号采集电路完成其上所有通道的一次采集并完成一次第一附加功能称为一次第一动作；所述第二生物电势信号采集电路通过第二接口连接在第二时序控制逻辑上，第二生物电势信号采集电路完成其上所有通道的一次采集并完成一次第二附加功能称为一次第二动作。不同接口时序生物电势信号采集电路终保持同步采集。

5、所述触发脉冲发生器用于产生第一采样触发脉冲和第二采样触发脉冲，第一时序控制逻辑用于在所述第一采样触发脉冲的触发下，向所述第一生物电势信号采集电路发送第一接口命令执行第一动作。第二时序控制逻辑在所述第二采样触发脉冲的触发下，向所述第二生物电势信号采集电路发送第二接口命令执行第二动作。

6、所述均分等待时隙的生物电势信号同步采集系统通过所述第一生物电势信号采集电路连续完成第一动作来完成连续采集、通过所述第二生物电势信号采集电路连续完成第二动作来完成连续采集。

7、进一步的，所述不同接口时序生物电势信号采集电路终保持同步采集基于以下方式实现：所述n个第一生物电势信号采集电路每次执行所述第一动作，和所述m个第二生物电势信号采集电路每次执行所述第二动作的开始时刻完全相同，所述每次动作的结束时刻在下一次动作的开始时刻之前，即结束时刻在下一次动作第一个触发脉冲之前。一次所述动作的开始时刻和下一次所述动作的开始时刻之间的时间间隔ts始终固定，且为所需采样频率fs的倒数。每次所述动作得到的生物电势信号采样数据在该次动作的开始时刻后到下一次动作的开始时刻之前输出完毕。

8、一种均分等待时隙的生物电势信号采集电路的同步控制方法，基于上述均分等待时隙的生物电势信号同步采集系统实现，包括以下步骤：

9、(1)根据所需采样频率设定各生物电势信号采集电路的一次动作的周期ts(ts是所需采样频率fs的倒数，即ts＝1/fs)。根据所需功能设定第一生物电势信号采集电路完成一次第一动作所需的第一接口命令数为x、第二生物电势信号采集电路完成所述一次第二动作所需的第二接口命令数为y。

10、(2)触发脉冲发生器连续地、时间间隔相同地产生第一采样触发脉冲和第二采样触发脉冲，所述第一采样触发脉冲的时间间隔ts1满足ts1＝ts/x,所述第二采样触发脉冲的时间间隔ts2满足ts2＝ts/y。

11、(3)所述第一采样触发脉冲触发第一时序控制逻辑向n个第一生物电势信号采集电路并行发送x条第一接口命令，所述第一时序控制逻辑在每个第一采样触发脉冲发送一条第一接口命令；所述第二采样触发脉冲触发第二时序控制逻辑向m个第二生物电势信号采集电路并行发送y条第二接口命令，所述第二时序控制逻辑在每个第二采样触发脉冲发送一条第二接口命令。

12、(4)所述n个第一生物电势信号采集电路在所述第一接口命令的控制下连续完成所述一次第一动作；所述m个第二生物电势信号采集电路在所述第二接口命令的控制下连续完成所述一次第二动作。

13、进一步的，步骤(1)中所述第一附加功能包括电刺激功能。

14、进一步的，步骤(1)中所述第一接口命令包括控制所述第一生物电势信号采集电路的每个通道的第一采样命令，所述第二接口命令包括控制第二生物电势信号采集电路的每个通道的第二采样命令。

15、进一步的，步骤(1)中所述第一接口命令还包括控制所述第一生物电势信号采集电路完成第一附加功能的第一附加命令，所述第二接口命令还包括控制第二生物电势信号采集电路完成第二附加功能的第二附加命令。

16、进一步的，步骤(1)中所述第一附加命令包括控制所述第一生物电势信号采集电路产生通道电刺激的命令。

17、进一步的，步骤(3)中所述第一时序控制逻辑发送每条所述第一接口命令的时间均相同且为t1，所述第二时序控制逻辑发送每条所述第二接口命令的时间均相同且为t2，且满足ts1>t1,ts2>t2。即对于所述均分等待时隙的生物电势信号同步采集系统中的任一个生物电势信号采集电路，其顺序接收的各条接口命令为等间隔的。即向各生物电势信号采集电路发送接口命令时各接口命令之间存在等待时隙，且所述等待时隙根据所需采样周期(采样频率的倒数)和接口命令数进行均分。

18、进一步的，步骤(4)中所述n个第一生物电势信号采集电路完成每个所述一次第一动作和所述m个第二生物电势信号采集电路完成每个所述第二动作的每个一次动作的开始时刻完全相同、结束时刻在每次动作的最后一个触发脉冲的周期之内，即所述每次动作的结束时刻在下一次动作的开始时刻之前。且对于所述n个第一生物电势信号采集电路完成每个所述第一动作对应的一串第一采样触发脉冲和所述m个第二生物电势信号采集电路完成每个所述第二动作对应的一串第二采样触发脉冲，两串采样触发脉冲的第一个脉冲完全同步。即第一生物电势信号采集电路与第二生物电势信号采集电路始终保持相同的采样频率同步采样。

19、本发明提供的技术方案的有益效果是：

20、本发明实现了对需要外部时钟的不同接口时钟频率、不同接口命令格式、不同采集通道数、不同单通道采样时间、不同附加功能的生物电势信号采集电路的同步控制。