【正文】 impedance, high mon mode rejection ratio, low noise performance and strong antiinterference ability. This design uses AVR chip design and A / D conversion and multichannel analog switches designed to meet the above requirements, a multichannel ECG data acquisition system. Key words: ECG； signal acquisition； signal processing； ATmega128 microcontroller； 25 學位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的學位論文，是本人在導師的指導下進行的研究工作所取得的成果。 學位論文作者（本人簽名）： 年 月 日 學位論文出版授權書 本 人及導師完全同意《中國博士學位論文全文數(shù)據(jù)庫出版章程》、《中國優(yōu)秀 碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫出版章程》 (以下簡稱“章程” )，愿意將本人的學位論文提交“中國學術期刊（光盤版）電子雜志社”在《中國博士學位論文全文數(shù)據(jù)庫》、《中國優(yōu)秀碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫》中全文發(fā)表和以電子、網(wǎng)絡形式公開出版，并同意編入 CNKI《中國知識資源總庫》，在《中國博碩士學位論文評價數(shù)據(jù)庫》中使用和在互聯(lián)網(wǎng)上傳播，同意按“章程”規(guī)定享受相關權益。 本聲明的法律后果由本人承擔。 首先非常感謝學校開設這個課題，為本人日后從事計算機方面的工作提供了經(jīng)驗，奠定了基礎。這期間凝聚了很 多人的心血，在此我表示由衷的感謝。從他身上，我學到了許多能受益終生的東西。 最后，我要感謝我的父母對我的關系和理解，如果沒有他們在我的學習生涯中的無私奉獻和默默支持，我將無法順利完成今天的學業(yè)。 其次，我要感謝大學四年中所有的任課老師和輔導員在學習期間對我的嚴格要求，感謝他們對我學習上和生活上的幫助，使我了解了許多專 業(yè)知識和為人的道理，能夠在今后的生活道路上有繼續(xù)奮斗的力量。 首先，我要特別感謝我的知道郭謙功老師對我的悉心指導，在我的論文書寫及設計過程中給了我大量的幫助和指導，為我理清了設計思路和操作方法，并對我所做的課題提出了有效的改進方案。本次畢業(yè)設計是對我大學四年學習下來最好的檢驗。 本人愿意按照學校要求提交學位論文的印刷本和電子版，同意學校保存學位論文的印刷本和電子版，或采用影印、數(shù)字化或其它復制手段保存設計（論文）；同意學校在不以營利為目的的前提下，建立目錄檢索與閱覽服務系統(tǒng)，公布設計（論文）的部分或全部內(nèi)容，允許他人依法合理使用。盡我所知，除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本設計（論文）不含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式注明并表示感謝。 參考文獻 [1]秦龍 .MSP430單片機常 用模塊與綜合系統(tǒng)實例精講 [M]1北京 :電子工業(yè)出版社 , 20xx171 [2]黃智偉 .全國大學生電子設計競賽訓練教程 [J]1北京 :電子工業(yè)出版社 , 20xx111 [3]那文鵬 .王昊 1通用集成電路的選擇與使用 [M]1北京 :人民郵電出版社 , 20xx151 [4]謝自美 .電子線路綜合設計 [M]1武漢 : 華中科技大學出版社 , 20xx161 [5]黃智偉 .全國大學生電子設計競賽技能訓練 [M]1北京 :北京航空航天大學出版社 , 20xx121 [6]楊剛，周群 .電子系統(tǒng)設計與實踐 [M].電子工業(yè)出版社 ,20xx(1). [7]謝自美 .電子線路設計 (4)在設計硬件濾波器的同時，為降低成本、減少體積，采取軟件濾波的方法來濾除工頻干擾，利用 MATLAB 仿真工具對不同濾波算法進行模擬和仿真，信號來源是MITBIH 標準數(shù)據(jù)庫，并最終確定了用簡單整系數(shù)的方法作為對心電信號的數(shù)字濾 波算法。成功實現(xiàn)了 從人體上提取出心電信號。amp； (sel_prev == 1)) key=key_sel； } sel_prev=pkey_sel； ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． .......... 其他按鍵掃描原理一樣，省略 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． return key； } 5. 結束語 本設計實現(xiàn)的是便攜式的小型化的心電監(jiān)護系統(tǒng) ,針對目前市場上的便攜式心電圖儀器價格昂 貴、功能復雜，儲存容量小，且大多不能與計算機進行交互的局限性，本文設計了一種基于 ATmega128 芯片能夠?qū)崟r監(jiān)控并且價格低廉的便攜式心電信號采集儀。amp。中斷方式反映迅速，但在實際應用中發(fā)現(xiàn)在波形顯示時如果按下按鍵波形會有微小的抖動，原因是按按鍵的時候有可能 連擊或則是按鍵按下時間過長。下面是實現(xiàn)顯示 32*32 漢字的子程序 : Void LCD_Drawword(u8,Xpos,u16 Ypos,uc8 *c) { ?????????????????????? 省略一些變量聲明 ............................................ Xaddress = Xpos； LCD_SetCursor(Xaddress, Ypos)； for(index=0； index32。amp； USART_InitStructure)； /* Enable the USARTx */ USART_Cmd (USART1, ENABLE)； 信號采集程序設計 心電信號的精確采集對于后面的進一步處理至關重要。 主程序流程 主程序流程 圖主要完成心電信號的采集、信號濾波、 RTC 模塊、液晶顯示、 SD 卡文 ATmega128 VCC GND SD1 CLK A0 /RES /CS Mzl0512864 20 件系統(tǒng)存儲與分析和串口通信等。 LED背光，美觀大方。 鍵盤硬件電路如圖 3－ 10所示。同時通過控制 ,決定對存儲器是進行讀操作還是寫操作 , 兩引腳電平不能同時有效。 處理電路方案 心電數(shù)據(jù)處理電路主要完成信號的模數(shù)轉換、濾波、串行通信、液晶顯示、 SD 卡存儲、鍵盤控制等。圖 37 是其典型應用。如果電源不穩(wěn)定可能造成系統(tǒng)不能正常工作，嚴重的甚至燒壞芯片引發(fā)事故。陷波處理電路如 3－ 5所示： 16 OP07LF353ALF353B+5V5VR18R17C6C5R14R135V+5VR15 R16 C7 C8 圖 3－ 5 陷波電路 電平抬升電路 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，而本設計中 ADC0809 轉換輸入電壓范圍為 0～ 5V，因此，在送入 ADC 之前還需進行電平抬升，放大后的心電信號電壓大概為 ～ ，而 A/D 的輸入范圍為 0~，因此需要把信號抬升，保證能采集到全部的心電信號。 為了防止 50Hz 的工頻對電路的干擾。后級的 OP07用來解決前面得陷波電路與后級電路之間的阻抗變換問題通過電壓跟隨把濾波后信號傳遞給下一級電路 【 11】 。雙 T電路結構基本是雙對稱型的，取 R13=R14=R15=R16=10kΩ， C5=C6=C7=C8=330nF，最大衰減頻率為：f0=50Hz。二階低通濾波電路采用塞爾低通濾波器如圖 5,濾除高頻干擾信號。第一級放大倍數(shù)為： G1=1+R6/R7，第二級放大倍數(shù)為： G2=1+R8/R9，后級放大倍數(shù)為 G=G1*G2。因此 ,我們采用了此方案。 前置放大電路 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直流偏壓經(jīng)過放大后 ,造成后級的電飽和 ,而使放大后的信號產(chǎn)生失真 .因此為了避免放大器飽和 ,在這一級的放大增益應該小于 30, 一般說來作為前級放大單元必須具有高輸入阻抗 .高共模斥拒比等基本特性 ,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，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 130dB，非常適合作為醫(yī)療儀器前置放大器使用。 (5) 低噪聲、低漂移 在心電放大器中，還有兩個較重要的參數(shù)即噪聲和漂移。 (3) 共模抑制比電極不對稱、電氣設備運行時的干擾都易產(chǎn)生極化電壓， 然后通過放大電路其值極有可能遠比心電信號大得多，從而將微弱的信號淹沒。一般為了抑制零點漂移，提高共模抑制比 ,應該分多級實現(xiàn)放大。 導聯(lián)通道的選擇 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 【 9】 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 ATmega128 的設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計的要求。在上電復位時保持 PEN 為低電平將使器件進 11 入 SPI 串行下載模式。 (13)AVCC； AVCC 為端口 F以及 ADC 轉換器的電源，需要與 VCC相連接，即使沒有使用 ADC也應該如此。門限時間在P47Table19說明。復位發(fā)生時端口 G為三態(tài)。復位發(fā)生時端口 F 為三態(tài)。 (8)端口 F(PF7..PF0)，端口 F為 ADC 的模擬輸入引腳。 (7)端口 E(PE7..PE0)，端口 E為 8位雙向 I/O 口，并具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。 (6)端口 D(PD7..PD0)，端口 D為 8位雙向 I/O 口，并具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。 (5)端口 C(PC7..PC0)，端口 C為 8位雙向 I/O 口，并具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。 (4)端口 B(PB7..PB0)，端口 B為 8位雙向 I/O 口，并具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。 (2)GND 接地 (3)端口 A(PA7..PA0)，端口 A為 8 位雙向 I/O 口，并具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。 （ 3）快速的存取寄存器組、單周期指令系統(tǒng)，大大優(yōu)化了目標代碼的大小、執(zhí)行效率，部分型號 FLASH 非常大，特別適用于使用高級語言進行開發(fā)。 (4)從控制系統(tǒng)生產(chǎn)成本的角度考慮：在本系統(tǒng)中，由于多試家庭使用及外環(huán)境的不確定性因素較多，萬一出現(xiàn)設備損壞，希望替換成本越低越好，其 MCU 的成本占了整個系統(tǒng)的一部分，能夠降低 MCU 的成本也就能降低系統(tǒng)成本。 微處理器的選型 MCU 的選擇主要從以下四個方面來考慮： (1)MCU 在整個系統(tǒng)中的所承擔的 任務復雜程度：在本設計中， MCU 要負責信號的采集、信號的濾波處理、心電波形的顯示、數(shù)據(jù)存儲以及通信。上位機是一個數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)，能夠完成信號的接收、分析、顯示及其他處理。 8 圖 3－ 1 系統(tǒng)總體原理框圖 該系統(tǒng)總體可分為模擬和數(shù)字兩部分。 （ 2）存儲電路：利用 SD 卡完成心電數(shù)據(jù)的大容量存儲，并建立文件系統(tǒng)。所以采用此方案。但是，共模抑制比很難達到發(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。主放大器可將濾波后的信號進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，以進行高精度 A/D 轉換和數(shù)據(jù)的采集存儲?？紤]到常規(guī) A/D轉換功耗較大 ,系統(tǒng)采用 ATmega128單片機 ,ATmega128單片機的 A/D采樣精度可達 12位 ,最高采樣速率可達 200Ksps,具有采樣 /保持功能的 ADC,完全能夠滿足心電信號檢測要 7 求。從功率譜上可以看出，心電信號的能量大部分集中在 QRS【 7】 期間，該期間的頻率峰值一般是在 10~20Hz 之間，在信號的中、高頻率區(qū)，由于這個特征在整個心電信號圖中非常明顯，因此對 QRS 波形的檢測變得非常容易識別。 (5)隨機性：人體周圍的環(huán)境非常復雜，在檢測時不可避免的會受到各種各樣的外界干擾而使心電信號發(fā)生變化，從而造成心電信號的隨機性。 (2)低頻特性：人體心電信號頻率比較低，有價值的頻率范圍一般為 ~100Hz，能量大部分集中在 ~40Hz。 心電信號是一個近似周期信號，它的特點是突變性很強，屬于一種非常典型的具明顯時心電信號 前置放大 后級