基于單片機(jī)的心電圖儀系統(tǒng)設(shè)計(jì)doc(已修改)
2025-07-30 01:19 本頁面
【正文】 簡易心電圖儀的設(shè)計(jì)方案 設(shè)計(jì)者：汪仨 王彪 魯成華 譚桂仁 謝華超 劉柱康摘 要 心電圖是臨床疾病診斷中常用的輔助手段。心電數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是心電圖檢查儀的關(guān)鍵部件。~100Hz，幅度約為0~4mV，信號十分微弱。由于心電信號中通?；祀s有其它生物電信號，加之體外以50Hz工頻干擾為主的電磁場的干擾，使得心電噪聲背景較強(qiáng)，測量條件比較復(fù)雜。為了不失真地檢出有臨床價值的干凈心電信號，往往要求心電數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)具有高精度、高穩(wěn)定性、高輸入阻抗、高共模抑制比、低噪聲及強(qiáng)抗干擾能力等性能。本設(shè)計(jì)利用89C51和A/D轉(zhuǎn)換以及多路模擬開關(guān)設(shè)計(jì)了一種符合上述要求的多路心電數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。 一、方案的提出與比較方案的提出圖１所示是一個心電數(shù)據(jù)系統(tǒng)的組成框圖，其中心電信號由專用電極拾取后送入前置放大器初步放大，并在對各干擾信號進(jìn)行一定抑制后送入帶通濾波器，以濾除心電頻率范圍以外的干擾信號。主放大器可將濾波后的信號進(jìn)一步放大到合適范圍后，再經(jīng)50Hz陷波器濾除工頻和肌電干擾，然后將符合要求的心電模擬信號由模擬輸入端送入高速ADC，以進(jìn)行高精度A/D轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)的采集存儲。 方案一：采用模擬分立元件，可以產(chǎn)生心電波，但采用模擬元件太大，即使使用單片機(jī)電路參數(shù)也與外部元件有關(guān)，外接的電阻電容對參數(shù)影響很大，在濾波過程中會出現(xiàn)很大的干擾，使得輸出不精確，即此電路抗干擾能力低，成本也高；而且靈活性差，不能實(shí)現(xiàn)各種輸出的智能化。， 方案二：采用以89C51為核心，采用INA128芯片作為前置放大，運(yùn)用多級運(yùn)放電路來提取信號。它在一定的程度上可以達(dá)到題目要求。但是，共模抑制比很難達(dá)到發(fā)揮80db以上，而且精確度不高，在以后的輸出中會出現(xiàn)很多的毛刺。由于這些原因，我們不采用這種方法。 方案三： 以89C51為中心、采用性能優(yōu)良的AD620管作為前置放大，既可以提高放大倍數(shù)，也可以提高共模抵制比、電路結(jié)構(gòu)簡單。然后通過A/D和D/A轉(zhuǎn)換，輸出給示波器，若合理的選擇器件參數(shù)，可使其輸出波形失真小。所以采用此方案。
二、系統(tǒng)原理圖以及各模塊的說明系統(tǒng)原理圖 圖一模塊說明： ①導(dǎo)聯(lián)選擇：采用CD4051來完成，用單片機(jī)來控制。 ② 前置放大：采用AD620來完成，前置放大是心電數(shù)據(jù)采集的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，用來把取樣的信號進(jìn)行放大，具有很高的共模抑制比和1～1000倍信號放大。③ 高/低通濾波電路：采用LM324作為核心，用大小相當(dāng)?shù)碾娮桦娙輼?gòu)成濾波電路。④50Hz陷波電路：采用LM324作為核心，用大小相當(dāng)?shù)碾娮桦娙輼?gòu)成陷波電路，電路簡單，容易實(shí)現(xiàn)。⑤波形A/D采集存儲模塊：以單片機(jī)為核心，利用ADC0809。由于89C51內(nèi)的存儲空間不夠，我們擴(kuò)展了兩片RAM，使存儲深度達(dá)到了16KB，即每一個通道存儲8KB。⑥單片機(jī)控制模塊：系統(tǒng)的主控制器，控制其他協(xié)調(diào)工作。三、系統(tǒng)電路與理論數(shù)據(jù)（1）導(dǎo)聯(lián)通道的選擇 方案一：兩個導(dǎo)聯(lián)均采用兩個相同的通道，即采用兩個儀表放大器INA12兩個濾波通道、兩個50Hz陷波通道以及兩個主放大電路、兩個電平移位電路，然后通89C51來控制ADC0809來選擇通道來進(jìn)行處理。由于這種方法的思路非常清晰，各通道之間干擾小，但總體來說由于采用了兩個通道，耗資大，所以本設(shè)計(jì)不采用此方案。 方案二：采用模擬開關(guān)4051，在兩個導(dǎo)聯(lián)通道均通過儀表放大器以后再通過4051進(jìn)行通道的選擇，然后送到后級進(jìn)行處理。在這里為了保證每切換一次89C51能夠采集存儲完一次心電信號，我們用89C51來同時控制切換率和采樣率，這樣就切保了同步，同時也保證了心電信號不會被漏存少存。 方案三：在前置放大前級采用類比多工器ADG609，考慮到一般生理信號都屬于差動式的，而ADG609的類比信號的輸入范圍介于Vss與Vdd之間，且有四個切換對，可以很輕易地經(jīng)由89C51的設(shè)定來更改切換的頻率，除此之外還具有快速切頎時間（Ton75ns max*Toff45ns max）、低啟動阻抗、低消耗功率，以上這些特性都符合此設(shè)計(jì)的要求。ADG609的真值表如下： A1A0EN通道選擇XX0NONE0011011210131114（2）前置放大部分 方案一：采用LM324與NE5534等低噪聲,具有一定精度的普通運(yùn)算放大器要構(gòu)建放大電路,但從體表采集到的信號除了人體的心臟產(chǎn)生的電信號以外,還包含肌電,工頻干擾收起的共模信號可能遠(yuǎn)大于心電信號,從而影響系統(tǒng)對心電信號的分析采樣,因此,但有這樣的單個運(yùn)放構(gòu)成的電路難以達(dá)到較高的共模抑制比,故不采取此方案。方案二：心電信號為一差動式信號并且小于4mV,通常信號會先經(jīng)過第一級的適當(dāng)放大后,再經(jīng)過高低通濾波器,采用分級放大的原因是為了避免
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