一種探頭插拔動作檢測裝置及檢測方法

2023-07-04 21:09:31

專利名稱：一種探頭插拔動作檢測裝置及檢測方法
技術領域：
本發明涉及一種探頭插拔動作檢測裝置及檢測方法。
背景技術：
在一些需要檢測探頭拔插動作的系統(例如超聲診斷系統)中，要求 前端處理系統將探頭的插拔動作通知給上位機，上位機根據探頭插拔的消 息採取相應的動作。如圖1所示，當前，大多數超聲系統探頭插拔動作的 上報都是通過複製探頭在位信號給上位機實現的。其中，探頭在位信號的
實現方式一般如圖2所示。如果不插入探頭，則探頭在位信號為高電平， 如果插入探頭，探頭在位信號為低電平。超聲前端系統直接將探頭在位信 號複製給上位機，上位機就知道哪個探頭插座上有探頭，哪個探頭插座上 沒有探頭。如果探頭有插拔動作，則探頭在位信號會有變化，該變化複製 給上位機，上位機就知道有探頭插拔的動作了。由圖l可知，現有的探頭 插拔動作上報機制中有幾個探頭便需要幾根信號線與之對應，比如原有兩 個探頭插座的超聲系統要升級為有四個插座的超聲系統，就需新增兩根信 號線，而且，上位機系統、前端系統與兩系統之間的接口都需要為增加這 幾個信號而更改，這樣不利於上位機與前端系統接口信號的兼容設計。

發明內容
本發明所要解決的技術問題在於提供一種探頭插拔動作檢測裝置及檢 測方法，有利於前端系統與上位機系統接口信號的兼容設計。
為實現上述目的，本發明採用以下技術方案
一種探頭插拔動作檢測裝置，包括上位機和採集處理系統，所述採集 處理系統的輸入端耦合到至少一個探頭的位置信號採集端，其輸出端耦合 到所述上位機；所述採集處理系統包括中斷產生邏輯單元，用於當任一 探頭有插拔動作後，產生中斷信號，向所述上位機發送中斷信號；位置査 詢邏輯單元，其用於存儲每一探頭的位置信號。所述上位機包括查詢指 令輸出單元，用於當收到所述採集處理系統發送的中斷信號後，回複查詢 指令，要求獲得與所述採集處理系統連接的各個探頭的位置信號；判斷單
元，用於當收到所述採集處理系統發送的與其連接的各個探頭的位置信號 後，確定發生插拔動作的探頭。
為實現上述目的，本發明還同時提供一種探頭插拔動作檢測方法，包 括如下步驟
Al、當發生探頭插拔動作時，採集處理系統產生中斷信號，將所述中 斷信號向上位機發送；
Bl、上位機收到所述中斷信號，向採集處理系統發出査詢各探頭當前 位置信號的査詢指令；
Cl.上位機讀取預先存儲的探頭位置信號；
Dl.上位機根據查詢結果判斷探頭插拔動作。
其中，所述步驟C1中所述的探頭位置信號是在所述步驟B1中的査詢 指令發出後，採集處理系統利用通信總線時鐘寫入寄存器的。
在系統啟動進行初始化時和在接收中斷信號之後還包括清中斷步驟， 所述清中斷步驟優選包括以下子步驟
A01.上位機將讀取的探頭位置信號輸入與各探頭相對應的可置數寄存 器中。
本發明還同時提供一種上位機，用於探頭插拔動作檢測，其與採集處 理系統連接，所述採集處理系統與至少一個探頭連接，其中所述上位機包 括查詢指令輸出單元，用於當收到所述採集處理系統發送的中斷信號後， 回複查詢指令，要求獲得與所述採集處理系統連接的各個探頭的位置信號； 判斷單元，用於當收到所述採集處理系統發送的與其連接的各個探頭的位 置信號後，確定發生插拔動作的探頭。
本發明還同時提供一種採集處理系統，用於探頭插拔動作檢測，其一 端與至少一個探頭連接，另一端與上位機連接，其中所述採集處理系統包 括中斷產生邏輯單元，用於當所述探頭中任一探頭有插拔動作後，產生 中斷信號，向所述上位機發送中斷信號；位置査詢邏輯單元，用於存儲所 述探頭中每一探頭的位置信號，當接收到所述上位機的查詢指令時向上位 機輸出各個探頭的位置信號。
本發明的有益技術效果是
1)本發明中，採集處理系統的中斷產生邏輯單元根據任一探頭的插拔動作產生中斷信號，並通過所述中斷信號線輸出至上位機，上位機響應 該中斷，通過通信總線査詢和讀取存儲在位置查詢邏輯單元中探頭位置信 號。因此，配合通信總線與中斷信號線，採集處理系統在中斷過程中僅用 一個總線輸出信號就可以完成探頭插拔動作向上位機的上報，減少多探頭 插座超聲系統上位機與採集處理系統之間信號傳輸線的數量，並且使得檢 測不同探頭插座數的採集處理系統與上位機系統的接口得到兼容。
2)優選的方式下，採集處理系統中的邏輯器件不帶時鐘，中斷產生 邏輯單元和位置査詢邏輯單元藉助與上位機系統通信時的通信總線時鐘來
完成時序的操作，這樣可以抑制因時鐘信號引發的噪聲。


圖l是現有的探頭插拔動作檢測裝置示意圖2是探頭位置信號採集示意圖3是本發明探頭插拔檢測裝置示意圖4是本發明實施例一探頭插拔的中斷產生邏輯單元電路圖5是本發明實施例一探頭的位置査詢邏輯單元電路圖6是本發明實施例一探頭插拔動作檢測的流程圖7是本發明實施例二探頭插拔的中斷產生邏輯單元電路圖8是本發明實施例三探頭插拔的中斷產生邏輯單元電路圖。
具體實施例方式
以下通過具體實施例並結合附圖對本發明作進一步詳細的描述。 實施例一
如圖2所示，探頭在位即插入插座時，探頭位置採集端接地，位置採
集端輸出P為低電平信號0;探頭不在位即拔出插座時，探頭位置採集端
與地的連接斷開，位置採集端輸出P為高電平信號1。如圖3所示，本實 施例的探頭插拔動作檢測裝置用於檢測一組探頭即探頭1 探頭N的插拔 動作情況，包括上位機1和採集處理系統2，採集處理系統2的輸入端連 接各探頭位置信號採集端，其輸出端通過一中斷信號線INT和通信總線 BUS連接上位機1。該通信總線BUS採用串行外圍設備接口 (serial peripheral interface,簡稱SPI)總線。採集處理系統2又包括中斷產生邏輯 單元和位置査詢邏輯單元。如圖4所示，該中斷產生邏輯單元為組合邏輯電路，包括一或邏輯電路OR、同探頭1 探頭N—一對應的N個異或邏 輯電路XOR與N個可置數寄存器REG1 REGN。可置數寄存器REG1 REGN的輸入端接通信總線BUS，各可置數寄存器的輸出端接與其相對應 的異或邏輯電路XOR的一輸入端；各異或邏輯電路XOR的另一輸入端接 其所對應的探頭位置信號採集端，每個異或邏輯電路XOR的輸出端接至 或邏輯電路OR的一輸入端，或邏輯電路OR的輸出端接中斷信號線INT。 如圖5所示，該位置査詢邏輯單元包括同探頭1 探頭N —一對應的N個 位置信號寄存器，該位置信號寄存器可採用D觸發器或鎖存器，各D觸發 器的輸入端接其所對應的探頭位置信號採集端，時鐘輸入端接通信總線時 鍾BUSCLK，輸出端同接至SPI通信總線。上位機可以包括査詢指令輸出 單元和判斷單元，查詢指令輸出單元用於當收到所述採集處理系統發送的 中斷信號後，回復査詢指令，要求獲得與所述採集處理系統連接的各個探 頭的位置信號；判斷單元用於當收到所述採集處理系統發送的與其連接的 各個探頭的位置信號後，確定發生插拔動作的探頭。
下面結合圖3 圖6說明探頭插拔動作檢測裝置的工作原理。 本檢測裝置對每個探頭的插和拔的動作都通過一個探頭插拔中斷信號 Pint進行上報，中斷信號由採集處理系統2中的中斷產生邏輯單元生成， 高電平有效。上位機l收到該中斷信號時獲知發生了探頭插拔事件，但還 不知道具體是哪個探頭，也不知道到底是插還是拔。接下來，上位機1的 査詢指令輸出單元通過SPI總線與採集處理系統2通信，完成對具體的探 頭插拔事件的查詢。具體的探頭插拔事件存儲在採集處理系統2的邏輯器 件中，供上位機l讀取，上位機l查詢結束後再進行清中斷。
圖6展示了本實施例探頭插拔動作檢測流程，其各步驟的實現說明如
下
系統起動後首先對探頭插拔中斷進行初始化。上位機先對探頭插拔中 斷信號進行屏蔽，然後上位機1通過SPI總線與採集處理系統2通信，向 採集處理系統2發出查詢指令，査詢各探頭位置情況。根據査詢結果，上 位機1將中斷產生邏輯單元中的各個可置數寄存器REG1 REGN置為相 應的數值1或0，使得或邏輯電路OR輸出的中斷信號Pint為低電平0。置 數寄存器REG1 REGN的置數過程即清中斷的過程。參見圖5，各探頭位 置情況存儲於各位置信號寄存器(例如各D觸發器)中，D觸發器的時鐘 為通信總線時鐘，上位機1的査詢指令輸出單元査詢探頭1 探頭N在位
情況時，當前各探頭在位的情況P1 PN先通過通信總線時鐘將寫入各D 觸發器，再由上位機1通過SPI總線讀取各D觸發器輸出數據 nPROBEPRESENTl nPROBEPRESENTN。上位機在讀出具體的各探頭位 置信號之後，對中斷產生邏輯單元中的各可置數寄存器REG1 REGN進 行置數。置數的原則是使得圖4中的各異或邏輯電路XOR的輸出均為0， 通過或邏輯電路OR相或後輸出的中斷信號Pint也為零，即清除了中斷。 本實施例對探頭在位的可置數寄存器置0，對探頭不在位的可置數寄存器 置l。可置數寄存器置完數後，上位機l解除中斷屏蔽。
由圖2可知，探頭的插拔動作必然引探頭位置信號P的變化。當第n 個探頭發生插入動作時，位置信號Pn由高電平1變為低電平0，而此時可 置數寄存器REGn中仍保持為1。由圖4可知，位置信號Pn與可置數寄 存器REGn的輸出通過異或邏輯電路XOR後輸出為1,再與其它路的異或 邏輯電路XOR輸出的0通過或邏輯電路OR，則輸出中斷信號Pint為高電 平l，即產生了探頭插中斷。當第n個探頭發生拔出動作，位置信號Pn由 低電平0變為高電平1，而此時可置數寄存器REGn中仍保持為O。由圖4 可知，位置信號Pn與可置數寄存器REGn的輸出通過異或邏輯電路XOR 後輸出為l，再與其它路異或邏輯電路XOR輸出的O通過或邏輯電路OR， 則輸出中斷信號Pint為高電平1，即產生了探頭拔中斷。可見無論是探頭 插入還是探頭拔出，通過圖4的組合邏輯都會產生探頭插拔中斷信號。中 斷產生後，中斷信號Pint通過中斷信號線INT傳送至上位機l,上位機l 響應該中斷。上位機先將中斷作屏蔽，然後，發出具體插拔動作的査詢指 令，採集處理系統2接收該指令並執行讀操作。該查詢過程與系統起動初 始化清中斷過程中的探頭位置情況查詢相同。其中，採集處理系統2的位 置査詢邏輯單元利用總線時鐘切換狀態，即查詢過程中通過通信總線時鐘 將當前探頭位置情況P1 PN寫入各位置信號寄存器即各D觸發器。然後， 由上位機通過SPI總線讀取各D觸發器輸出數據nPROBEPRESENT1 nPROBEPRESENTN。上位機的判斷單元根據此査詢結果判斷出探頭位置 變化即探頭的插拔動作情況，例如將查詢結果與之前的探頭位置情況相比 判斷出探頭插拔情況，並籍此執行相應操作，如在顯示器上彈出對話框等。 中斷響應過程結束之後，上位機清除中斷，此即為可置數寄存器置數的過 程，置數的方式同初始化中的清中斷。完成清中斷後上位機打開中斷屏蔽， 等待下一個探頭插拔動作的發生。
本實施例中探頭插拔上報相關的邏輯電路可採用CPLD實現。需要說 明的是，當本發明用在超聲診斷系統中時，採集處理系統2中的邏輯器件 一般位於噪聲較為敏感的超聲前端，如探頭板上。因此，為了抑制時鐘噪 聲，本實施例中邏輯器件不帶時鐘，其時鐘輸入端接入總線時鐘信號，時 序的操作在與上位機通信時藉助於系統的通信總線時鐘來完成。
實施例二
本實施例的與實施例一的探頭插拔動作檢測裝置相比，不同部分在於 中斷產生邏輯單元。
如圖7所示，本實施例的中斷產生邏輯單元包括一或邏輯電路OR、 分別同探頭1 探頭N相對應的N個異或邏輯電路XOR與N個D觸發器， 每個D觸發器的輸入端和與其對應的異或邏輯電路XOR的一輸入端同接 一探頭的位置信號採集端，各D觸發器的時鐘輸入端接通信總線時鐘信號 BUSCLK，各D觸發器的輸出端接至與其對應的異或邏輯電路XOR的另 一輸入端，每個異或邏輯電路的輸出端接該或邏輯電路OR的一輸入端， 或邏輯電路OR的輸出端接所述中斷信號線INT。其中，這裡D觸發器起 到了本實施例一中的可置數寄存器的作用，D觸發器的輸入為探頭位置信 號，時鐘用通信總線時鐘，這樣每次當上位機1通過SPI總線對採集處理 系統2進行査詢操作時，都會利用通信總線時鐘將探頭位置信號複製到D 觸發器的輸出端，起到了置數的作用。本實施例的其它工作原理與實施例 一相同。
實施例三
與實施例二相比，本實施例的區別在於採集處理系統2還包括時鐘發 生模塊。因此，本實施例用於採集處理系統2中的邏輯器件對時鐘噪聲不 敏感的情況，此時邏輯器件不需要利用總線時鐘產生中斷。如圖8所示的 中斷產生邏輯單元中，各D觸發器的時鐘輸入端接由時鐘發生模塊提供的 時鐘信號CLK。根據圖8所示時序邏輯電路，只要各D觸發器所接入的探 頭位置信號P1 PN中任何一個發生變化(即有探頭插撥的動作)，都將會 在或邏輯電路OR的輸出端產生一個時鐘周期的正脈衝中斷信號Pint。同 樣地，在圖5所示的位置査詢邏輯單元中，各位置信號寄存器(例如D觸 發器)也可改接時鐘發生模塊提供的時鐘信號，位置信號寄存器利用該時 鍾完成狀態切換，更新所存儲的信息。在抑制噪聲要求不高的情況下，中 斷產生也可以用帶時鐘的時序邏輯來完成，實現起來更加方便靈活。
以上內容是結合具體的優選實施方式對本發明所作的進一步詳細說 明，不能認定本發明的具體實施只局限於這些說明。對於本發明所屬技術 領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若 幹簡單推演或替換，都應當視為屬於本發明的保護範圍。
權利要求
1. 一種探頭插拔動作檢測裝置，包括上位機和採集處理系統，所述採集處理系統的輸入端耦合到至少一個探頭的位置信號採集端，其輸出端耦合到所述上位機，其特徵在於所述採集處理系統包括中斷產生邏輯單元，用於當任一探頭有插拔動作後，產生中斷信號，向所述上位機發送中斷信號；位置查詢邏輯單元，其用於存儲每一探頭的位置信號；所述上位機包括查詢指令輸出單元，用於當收到所述採集處理系統發送的中斷信號後，回複查詢指令，要求獲得與所述採集處理系統連接的各個探頭的位置信號；判斷單元，用於當收到所述採集處理系統發送的與其連接的各個探頭的位置信號後，確定發生插拔動作的探頭。
2 . 根據權利要求1所述的探頭插拔動作檢測裝置，其特徵在於，所述 中斷產生邏輯單元包括或邏輯電路、同所述至少一個探頭一一對應的至 少一個異或邏輯電路、與同所述至少一個異或邏輯電路一一對應的至少一 個可置數寄存器，所述每個可翼數寄存器的輸入端耦合到上位機，其輸出 端耦合到與其對應的所述異或邏輯電路的一輸入端，所述異或邏輯電路的 另一輸入端耦合到對應探頭的位置信號採集端，所述每個異或邏輯電路的 輸出端都耦合到所述或邏輯電路的一個輸入端，所述或邏輯電路的輸出端 耦合到所述上位機。
3. 根據權利要求l所述的探頭插拔動作檢測裝置，其特徵在於，所述 中斷產生邏輯單元包括或邏輯電路、同所述至少一個探頭一一對應的至 少一個異或邏輯電路、與同所述至少一個異或邏輯電路一一對應的至少一 個D觸發器，所述每個D觸發器的輸入端和與其相對應的所述異或邏輯電 路的一輸入端都耦合到一探頭的位置信號採集端，所述D觸發器的輸出端 耦合到相對應的所述異或邏輯電路的另一輸入端，所述異或邏輯電路的輸 出端耦合到所述或邏輯電路的一輸入端，所述或邏輯電路的輸出端耦合到 所述上位機。
4. 根據權利要求3所述的探頭插拔動作檢測裝置，其特徵在於，所述 D觸發器的時鐘輸入端通過所述採集處理系統和上位機之間的通信總線輸入時鐘。
5. 根據權利要求3所述的探頭插拔動作檢測裝置，其特徵在於，所述 採集處理系統還包括時鐘發生模塊，所述D觸發器的時鐘輸入端接所述時 鍾發生模塊的時鐘信號輸出端。 ..
6. 根據權利要求1至5中任一項所述的探頭插拔動作檢測裝置，其特 徵在於，所述位置査詢邏輯單元包括同所述至少一個探頭一一對應的至少 一個位置信號寄存器，所述位置信號寄存器的輸入端耦合到其對應探頭的 位置信號採集端，其輸出端耦合到所述上位機。
7. 根據權利要求6所述的探頭插拔動作檢測裝置，其特徵在於，所述 位置信號寄存器為D觸發器。
8. 根據權利要求7所述的探頭插拔動作檢測裝置，其特徵在於，所述 D觸發器的時鐘輸入端通過所述採集處理系統和上位機之間的通信總線輸 入時鐘。
9. 根據權利要求7所述的探頭插拔動作檢測裝置，其特徵在於，所述 採集處理系統還包括時鐘發生模塊，所述D觸發器的時鐘輸入端接所述時 鍾發生模塊的時鐘信號輸出端。
10. —種探頭插拔動作檢測方法，其特徵在於包括如下步驟Al、當發生探頭插拔動作時，採集處理系統產生中斷信號，將所述中 斷信號向上位機發送；Bl、上位機收到所述中斷信號，向採集處理系統發出查詢各探頭當前 位置信號的査詢指令；Cl.上位機讀取預先存儲的探頭位置信號；Dl.上位機根據査詢結果判斷探頭插拔動作。
11. 根據權利要求10所述的探頭插拔動作檢測方法，其特徵在於，所 述步驟C1中所述的探頭位置信號是在所述步驟B1中的査詢指令發出後， 採集處理系統利用通過所述採集處理系統和上位機之間的通信總線的時鐘 寫入寄存器的。
12. 根據權利要求10或11所述的探頭插拔動作檢測方法，其特徵在 於，在系統啟動進行初始化時和在收到中斷信號之後還包括清中斷步驟。
13. 根據權利要求12所述的探頭插拔動作檢測方法，其特徵在於，所 述清中斷步驟包括以下子步驟A01.上位機將讀取的當前探頭位置信號輸入與各探頭相對應的可置數寄存器。
14. 根據權利要求13所述的探頭插拔動作檢測方法，其特徵在於，在 所述步驟A01之前，上位機屏蔽探頭插拔中斷信號；在所述步驟A01之後 上位機解除屏蔽。
15. —種上位機，用於探頭插拔動作檢測，其與採集處理系統連接，所述採集處理系統與至少一個探頭連接，其特徵在於，所述上位機包括查詢指令輸出單元，用於當收到所述採集處理系統發送的中斷信號後，回複查詢指令，要求獲得與所述採集處理系統連接的各個探頭的位置信號； 判斷單元，用於當收到所述採集處理系統發送的與其連接的各個探頭 的位置信號後，確定發生插拔動作的探頭。
16. —種採集處理系統，用於探頭插拔動作檢測，其一端與至少一個探 頭連接，另一端與上位機連接，其特徵在於，所述採集處理系統包括-中斷產生邏輯單元，用於當所述探頭中任一探頭有插拔動作後，產生 中斷信號，向所述上位機發送中斷信號；位置查詢邏輯單元，用於存儲所述探頭中每一探頭的位置信號，當接 收到所述上位機的査詢指令時向上位機輸出各個探頭的位置信號。
全文摘要
本發明公開了一種探頭插拔動作檢測裝置及方法，包括上位機和採集處理系統，採集處理系統的輸入端接至少一探頭的位置信號採集端，輸出端接上位機，各探頭的插拔動作信號通過採集處理系統提供給上位機，採集處理系統包括中斷產生邏輯單元，當任一探頭有插拔動作後，產生中斷信號，向所述上位機發送中斷信號；位置查詢邏輯單元，存儲每一探頭的位置信號；上位機包括查詢指令輸出單元當收到所述採集處理系統發送的中斷信號後，回複查詢指令，要求獲得與所述採集處理系統連接的各個探頭的位置信號；判斷單元，當收到採集處理系統發送的與其連接的各個探頭的位置信號後，確定發生插拔動作的探頭。本發明使採集處理系統與上位機系統的接口得到兼容。
文檔編號G01N29/00GK101375801SQ200710076830
公開日2009年3月4日 申請日期2007年8月31日 優先權日2007年8月31日
發明者張立國, 程東彪 申請人:深圳邁瑞生物醫療電子股份有限公司