運動性肌疲勞是體育界和運動醫學界十分關注的課題。目前，許多研究致力于尋找*定和預防肌肉疲勞產生的方法，大多數研究是從全身的生理、生化狀況來推斷肌肉的功能狀況，直接進行局部肌肉的研究還很少。表面肌電信號(sEMG信號)是從皮膚表面通過電極引導、放大、顯示和記錄下來的神經肌肉系統活動時的生物電信號，信號形態具有較大的隨機性和不穩定性。它與肌肉的活動狀態和功能狀態之間存在著不同程度的關聯性，因而能在一定的程度上反映神經肌肉的活動，在康復醫學領域的肌肉功能*價以及在體育科學中的疲勞判定、運動技術合理性分析等方面均有重要的實用價值。表面肌電信號采集屬無創性，操作簡單，病人易接受，有著廣泛的應用前景。

這里涉及到的便攜式肌電采集儀小巧方便，結構簡單，性能穩定，可以隨身攜帶，可由電池供電，一般用于運動員的訓練中。本文主要介紹表面肌電信號采集儀的軟硬件設計與實現。

1 硬件系統總體設計

該系統的控制核心選擇Atmel公司的AT91SAM7SE512處理器。AT91SAM7SE512是一款32位嵌入式微處理器，可針對交互式終端類和工業控制類等多種嵌入式應用。AT91SAM7SE512提供了豐富的外圍設備接口，包括USB，UART，SPI，TWI(I2C)和系統高速并行BUS等總線接口，從而減小了添加、配置附加外圍接口的困難與開銷，為用戶開發簡化了硬件和軟件設計，節省了系統成本。系統的整體結構如圖1所示。

基于AT91SAM7SE512核心板的底板上配備了8 MB的SDRAM，l GB的NANFLASH等存儲芯片，對外提供SPI，UART，TWI(I2C)，USB及高速并行BUS等通信接口，并對其余外部模塊(表面肌電信號采集模塊、人機接口模塊、Xbee無線通信模塊等)進行統一調度。

整個系統的工作流程如下：兩個通道的表面肌電信號被表面電極拾取，首先通過硬件放大和模擬濾波后送入多通道16 b ADC中進行2 500 Hz采樣與A/D轉換;轉換好的雙通道數據通過SPI總線接口送入AT91SAM7SE512中進行處理。處理分兩種情況：在沒有連接使用PC端時，本地進行實時濾波、簡單分析、顯示、存儲;在連接使用PC端時，通過USB接口或者Xbee無線通信模塊將數據實時傳輸給PC端處理。另外，在已有存儲數據的情況下，可以進行表面肌電波形的回放。以上所有人機交換操作是通過采用帶觸摸功能的液晶顯示屏(320×240彩色分辨率)實現的。

2 軟件系統總體設計

隨著嵌入式系統的廣泛應用，傳統的前/后臺程序開發機制已經不能滿足日益復雜的需求，因而現在常采用嵌入式實時操作系統RTOS開發實時多任務系統。

嵌入式實時操作系統一般可以提供多任務的任務調度、時間管理、任務間通信和同步以及內存管理等重要服務，使得嵌入式應用程序易于設計和擴展。采用RTOS可以使嵌入式產品更可靠，開發周期更短。μC/OS-Ⅱ以其本身所具有的源碼開放，代碼規模極小，運行穩定，執行效率高，實時性好等優點在諸多RT0S中擁有自己的一席之地。代碼采用ANSIC編寫，具有很強的可移植性和較好的可裁剪性，在移植過程中只需對與處理器相關的一些代碼進行修改。

同時為了進一步增強軟件的可操作性，該系統在μC/OS-Ⅱ的基礎上移植了μC/GUI，用作用戶圖形界面設計。μC/GUI是由Micrium公司專門針對嵌入式系統開發的一款圖形開發系統。它用于為任何使用LCD圖形顯示的應用提供高效的獨立于處理器及LCD控制器的圖形用戶接口，適用于單任務或者多任務系統環境，并適用于任意LCD控制器和CPU下任何尺寸的真實顯示或虛擬顯示。

另外，為了方便對于用戶資料和肌電數據的存儲與操作，在SD卡存儲機制上，移植了FATFS文件系統。FATFS是一種完全免費開源的FAT文件系統模塊，是專門為小型嵌入式系統而設計的。它完全用標準C語言編寫，所以具有良好的硬件平臺獨立性，可以移植到多種平臺而只需做簡單的修改。需要使用者編寫移植代碼的是FATFS提供的底層接口，包括存儲介質讀/寫接口DiskIO和供給文件創建修改時間的實時時鐘。

2.1 系統軟件架構

軟件系統的整體架構圍繞表面肌電采集儀的幾個基本功能來設計，結構如圖2所示。主要分成下面幾個部分：

(1)肌電采集顯示，用于控制對肌電信號的實時采集、分析處理、顯示和存儲;

(2)本地肌電回放，用于對已存儲在SD卡中的肌電數據進行回放顯示，并支持對無用肌電數據文件的刪除操作;

(3)肌電采集傳輸，選擇傳輸模式向PC端實時發送采集的肌電數據;

(4)用戶設置，用于設置用戶ID及實時時鐘初始值等參數。以上各功能均在μC/GUI用戶圖形界面上實現人機交互。

如圖2所示，依據表面肌電采集儀的功能要求，在μC/OS-Ⅱ下設計了肌電采集任務;液晶屏顯示任務;觸摸屏輸入任務;肌電回放任務。其他所需功能均做成模塊，集成在上述某一任務中。

μC/OS-Ⅱ是基于優先級搶占式調度的操作系統，優先權的設置非常重要。該系統根據整個系統運行的時序，將對系統安全運行較重要和對實時性要求較嚴格的任務設成較高的優先級。以下分別介紹這幾個任務和功能模塊。