基于單片機(jī)的心電圖儀系統(tǒng)設(shè)計(jì)-文庫吧
2025-07-03 01:19 本頁面
【正文】 直流偏壓經(jīng)過放大后,造成后級的電飽和,在這里我們采用了低功耗,高精度的儀表放大器AD620, AD620輸入端采用超β處理技術(shù)，具有低輸入偏置電流、低噪音、高精度、較高建立時間、低功耗等特性，共模抑制比可達(dá)130dB，非常適合作為醫(yī)療儀器前置放大器使用。其增益可調(diào)（范圍約１～１０００倍），并可由公式Ｇ＝1+（51+51）/15=來確定。為防止前置放大器工作于飽區(qū)和或截止區(qū)，其增益不能過大。試驗(yàn)表明：１０倍左右效果較好。因此,我們采用了此方案。 方案三：,共模抑制比大于120DB,而且只需外接一個電阻就可調(diào)節(jié)增益..INA128對直流電源的要求低,靜態(tài)電流只有700uA,功耗低,但I(xiàn)NA128的價(jià)格昂貴,因此我們不采用此方案。（3）心電信號處理部分心電信號屬于低頻小信號,易受干擾,因此必須對所采集的信號進(jìn)行高通,低通,。濾波部分如圖３所示，帶通濾波由雙運(yùn)放集成電路LM324構(gòu)成。LM324具有高精度、低偏置、低功耗等特性，片內(nèi)集成了兩個運(yùn)放，可靈活組成各類放大和濾波電路。由于心電信號頻帶主要集中在０．０５～１００Ｈｚ左右，頻帶較寬，為此，采用LM324的兩個運(yùn)放分別設(shè)計(jì)二階壓控有源高通和低通濾波器并組合成帶通濾波。其中，Ｕ６Ａ、Ｃ６、Ｃ７、Ｒ８、Ｒ９構(gòu)成高通濾波器，為不損失心電信號的低頻成分，其截止頻率設(shè)計(jì)為ｆ＝１／２π＝０．０5Ｈｚ。Ｕ６Ｂ、Ｒ１０、Ｒ１１、Ｃ８、Ｃ９構(gòu)成低通濾波器，同樣，為不損失其高頻成分，截止頻率設(shè)計(jì)為ｆ＝１／２π＝500Hz放大電路由LM32Ｒ１２、Ｒ１３構(gòu)成?？紤]到心電信號幅度約為０～４ｍＶ，而Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換輸入信號要求１Ｖ左右，因此，整個信號電路的放大倍數(shù)需１０００倍左右。而前置放大約１０倍左右，因此本級放大倍數(shù)設(shè)計(jì)為１００倍左右，即Ｇ＝１＋Ｒ１２／Ｒ１３≈１００。其中低通濾波又分有源濾波和數(shù)字濾波。圖三為低通濾波的幅頻特性. 圖三有源濾波方案：① 一階濾波。其結(jié)構(gòu)相對簡單，且采用了集成運(yùn)算放大器，它具有高輸入阻抗和低輸出阻抗，同時由于具有緩沖作用效果比無源濾波器好，幅頻特性曲線可達(dá)到20db/10倍頻，但要想實(shí)現(xiàn)更明顯的濾波效果。此方案仍未滿足要求。② 二級濾波采有類似的結(jié)構(gòu)，但幅頻特性曲線能達(dá)到40db/10倍頻程，濾波效果比一階明顯。③ 二級以上的濾波。它是由多個一階和二階濾波器組成的，效果自然要比上述兩種濾波好，但其電路比一階和二階復(fù)雜，所需電阻電容較多，而電阻電容的實(shí)際值很難與設(shè)計(jì)要求精確匹配，有時為了匹配需要好幾個電阻的串并聯(lián)，同時由于不能避免環(huán)境因素對電阻電容的影響，因此用的電阻電容越多，誤差就越大，導(dǎo)致實(shí)際的濾波效果與設(shè)計(jì)時所期望的存在一定的差距。本設(shè)計(jì)只對截止頻率的精確度有要求，而對系的統(tǒng)的頻域衰減率未做特別的要求，因此可以不必選擇高階濾波方案。數(shù)字濾波方案：數(shù)字濾波的優(yōu)點(diǎn)是參數(shù)可調(diào)節(jié)性好，可以通過更改程序中的參數(shù)對截止頻率進(jìn)行精確的調(diào)節(jié)，由于參數(shù)不會隨溫度等環(huán)境因素改變，從而精確度得到保證。因此我們選擇了此方案。 圖四 陷波處理部分工頻干擾是心電信號的主要干擾，雖然前置放大電路對共模干擾具有較強(qiáng)的抑制作用，但有部分工頻干擾是以差模信號方式進(jìn)入電路的，且頻率處于心電信號的頻帶之內(nèi)，加上電極和輸入回路不穩(wěn)定等因素，前級電路輸出的心電信號仍存在較強(qiáng)的工頻干擾，所以必須專門濾除。方案一：采用自適應(yīng)相關(guān)模板法。利用工頻干擾的相關(guān)特性，從原始輸入信號中得到工頻干擾的模板，進(jìn)而原始輸入信號中減去工頻干擾的模板，達(dá)到濾波干擾的目的。但這種方法算法雖然簡單但程序設(shè)計(jì)比較復(fù)雜，所以不采用此方案。方案二：采用模擬雙T陷波。 通過圖五幅頻特性可知,對于W=W0的其他頻率信號,通過雙T網(wǎng)絡(luò)具有較強(qiáng)的負(fù)反饋,因?yàn)殡pT網(wǎng)絡(luò)具有良好的濾波特性，在儀表的電源噪聲濾波電路中獲得了較為廣泛的應(yīng)用，又因?yàn)殡pT網(wǎng)絡(luò)具有比RC串、并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)更好的選頻特性，故我們選用了此方案。 圖五電平移位電路經(jīng)過一系列信號調(diào)理后，陷波輸出的心電信號為交變信號，而本設(shè)計(jì)中ＡＤＣ0809轉(zhuǎn)換輸入電壓范圍為０～5Ｖ，因此，在送入ＡＤＣ之前還需進(jìn)行電平抬升，在圖四中，電平抬升部分由Ｕ１１、Ｒ４２、Ｒ４３、Ｒ４４構(gòu)成。 圖六 通過調(diào)節(jié)100K的電位器，從而可以調(diào)節(jié)輸出電壓的范圍。（四）、單片機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 由ADC0809與89C51構(gòu)成的數(shù)據(jù)采集存儲系統(tǒng)信號采集部分: 前級經(jīng)過處理放大的模擬信號通過ADC0809處理后轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號, ADC0809的轉(zhuǎn)換時鐘脈沖為200us, 為了有效的轉(zhuǎn)換,ADC0809的start啟動信號設(shè)置為100us的時鐘脈沖，啟動方式采用定時器溢出和軟件寫ＡＤＢＵＳＹ位啟動相結(jié)合的方式，輸
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