【正文】 22 源少， RAM 資源有限，所以工程師在編程的時(shí)候?qū)?RAM 的應(yīng)用要十分小心，因此造成這類的設(shè)計(jì)開發(fā)工程師更加偏向于直接用匯編語言來控制硬件 的工作。處理是指利用 PC 機(jī)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能對(duì)上傳來的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并分析的結(jié)果。主程序是個(gè)無限循環(huán)，通過調(diào)用各個(gè)子程序來完成系統(tǒng)的功能。下面具體介紹各個(gè)模塊的實(shí)現(xiàn) 。 3. 編譯應(yīng)用程序。 ? 代碼窗口：用于查看和編輯源文件。 如圖 12 所示， 是它的 一個(gè)典型的調(diào)試 窗口 ， 它主要包括 以下幾個(gè)窗口： 圖 12 Keil MDK開發(fā)環(huán)境 ? 工程區(qū)：用于訪問文件組和文件，調(diào)試是可以查看 CPU寄存器。 Keil提供了包括 C 編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過一個(gè)集成開發(fā)環(huán)境（ uVision）將這些功能組合在一起。 圖 11 AMS1117穩(wěn)壓電路 4 便攜式心電圖儀 的 軟件 設(shè)計(jì) 該系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)沿用經(jīng)典 的是模塊化的編程思想，首先 根據(jù)要求 設(shè)計(jì)好系統(tǒng) 的總 軟件流程，然后 再 分 別實(shí)現(xiàn)系統(tǒng) 各模塊 的功能。電源電路設(shè)計(jì)主要考慮用哪種類型的電源器件，輸入輸出電壓，輸出電流以及控制狀態(tài) [15]。 基于 STM32 的便攜式心電圖儀設(shè)計(jì) 18 圖 9 50Hz 陷波電路 電源電路的設(shè)計(jì) 電源電路是整個(gè)系統(tǒng)中十分重要的一環(huán)，隨著便攜式產(chǎn)品的普及，如何降低功耗成為工程師面臨的急需解決的問題。高通濾波器的設(shè)計(jì)與低通濾波器相似，這里不再敘述。具有理想幅頻特性的濾波器是很難實(shí)現(xiàn)的。無源低通 濾波器是由無源器件（電阻，電容，電感）組成。采用右腿驅(qū)動(dòng)電路，對(duì) 50Hz干擾的抑制并不以損失心電信號(hào)的頻率成分為代價(jià)。綜上所述該方案選用具有上述 基于 STM32 的便攜式心電圖儀設(shè)計(jì) 16 優(yōu)點(diǎn)的 AD620， 具體 設(shè)計(jì)電路圖如圖 6 所示 。 (5) 低噪聲、低漂移 在心電放大器中，還有兩個(gè)較重要的參數(shù)即噪聲和漂移。 (3) 共模抑制比 電極不對(duì)稱、電氣設(shè)備運(yùn)行時(shí)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(yuǎn)比心電信號(hào)大得多，從而將微弱的信號(hào)淹沒。一般為了抑制零點(diǎn)漂移，提高共模抑制比，應(yīng)該分多級(jí)實(shí)現(xiàn)放大。具體電路實(shí)現(xiàn)如圖 5 所示。正如上面所提到的，性價(jià)比高是本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一個(gè)目標(biāo)，因此要可能的用符合設(shè)計(jì)要求價(jià)格低廉的產(chǎn)品。 (3) 功耗。比如波形、漢字、數(shù)字最好顏色不同。 顯示界面設(shè)計(jì) 首先，針對(duì)要完成一款便攜式心電儀的設(shè)計(jì)，那么在 LCD的選擇上，就要符合實(shí)際的需要，必須要考慮功耗和成本。 表 1 啟動(dòng)模式說明 (4) 模塊有 4 個(gè)數(shù)字電源供電引腳， 1 個(gè)模擬電源供電引腳以及相應(yīng)的接地引腳。 圖 3 最小核心系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖 基于 STM32 的便攜式心電圖儀設(shè)計(jì) 12 由圖 3 中可以看出，在設(shè)計(jì) STM32 最小系統(tǒng)時(shí)要注意一下幾個(gè)部分： (1) 復(fù)位電路：利用 RC 電路的延時(shí)特性，設(shè)計(jì)了簡(jiǎn)單的復(fù)位電路，有此可簡(jiǎn)單計(jì)算出延時(shí)時(shí)間，這里用一個(gè) 10 k 電阻和 181。在更廣的應(yīng)用領(lǐng)域中， USB 功能的實(shí)現(xiàn)將變得越來越方便，因?yàn)?USB 開發(fā)工具集提供了完整的，經(jīng)過驗(yàn)證的固件包，使得用戶可以順利地開發(fā)各個(gè)類的 USB 固件。它采取與以往不同設(shè)計(jì)方法，通過把各個(gè)外設(shè)封裝成標(biāo)準(zhǔn)庫函數(shù) 的方式，屏蔽了底層硬件細(xì)節(jié)，能夠使開發(fā)人員很輕松地完成產(chǎn)品的開發(fā)，縮短系統(tǒng)開發(fā)時(shí)間。 (4) STM32 有優(yōu)秀的功耗控制 。 (3) STM32 的內(nèi)部 FLASH 是在線可編程的。這樣在我們所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中就去掉了以往很多嵌入式項(xiàng)目設(shè)計(jì)中所需要的用于外部程序存儲(chǔ)器的 Flash 芯片和用于外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的 SRAM 芯片，大大節(jié)約了系統(tǒng)成本，提高了系統(tǒng)可靠性及穩(wěn)定性 [10]。工作電壓為 。 (5) 盡可能底的功耗：便攜式設(shè)備對(duì)低功耗的要求都較高，必須最低限度的減少功耗，手持式設(shè)備的續(xù)航能力也是眾多參數(shù)比較受關(guān)注的一點(diǎn)，如何能有長時(shí)間的續(xù)航能力也是我們需要注意的一點(diǎn)。 (2) 處理器在完成任務(wù)的復(fù)雜程度：在本設(shè)計(jì)中，處理器要負(fù)責(zé)信號(hào)的采集、信號(hào)的濾波處理、心電波形的顯示、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)以及通信。對(duì)于這些功能，即需要相對(duì)獨(dú)立的模塊化設(shè)計(jì)，又需要良好的協(xié)調(diào)。 (4) 必須考慮芯片的驅(qū)動(dòng)能力，有必要的可靠性及抗干擾設(shè)計(jì)它包括去耦濾波、印刷電路板布線、通道隔離等 [8]。因此，在開發(fā)過程 基于 STM32 的便攜式心電圖儀設(shè)計(jì) 7 中，硬件設(shè)備的選擇需要考慮這些特定的需求，有針對(duì)性的進(jìn)行器件的選擇和設(shè)計(jì)。 （ 6）電源電路：設(shè)計(jì)穩(wěn)定可靠的電源電路，為整個(gè)系統(tǒng)提供電源，降低系統(tǒng)功耗。 （ 2）處理電路：主要完成對(duì)心電數(shù)據(jù)的 濾波、 陷波、放大、分析、顯示 和傳輸控制。為了更好地抑制干擾信號(hào)，在電路中還引入了右腿驅(qū)動(dòng)電路。 主要功能 本文的目的是通過先進(jìn)微處理器的應(yīng)用研究的主要內(nèi)容是通過將嵌入式技術(shù)、數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)和信號(hào)采集技術(shù)的結(jié)合，設(shè)計(jì)一個(gè)能夠完成信號(hào)提取和分析功能的嵌入式心電圖監(jiān)測(cè)系 基于 STM32 的便攜式心電圖儀設(shè)計(jì) 5 統(tǒng)。因此在設(shè)計(jì)前端硬件電路時(shí)，要根據(jù)信號(hào)的特征，選擇最佳的器件。同時(shí)對(duì)心臟病的診斷和治療也提供了確切的理論依據(jù) 。 （ 4）自動(dòng)化 自動(dòng)測(cè)量和分析是醫(yī)療儀器的發(fā)展方向，使醫(yī)療器械智能化是目前醫(yī)療器械設(shè)計(jì)的目標(biāo)之一。 而實(shí)時(shí)心電數(shù)據(jù)將在該系統(tǒng)中有著重要的作用 。 隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，特別是計(jì)算機(jī)、微電子、機(jī)械電子在醫(yī)療領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，極大的促進(jìn)了心電設(shè)備的發(fā)展。 1924 年 Einthoven 教授獲得了諾貝爾生理學(xué)和醫(yī) 基于 STM32 的便攜式心電圖儀設(shè)計(jì) 3 學(xué)獎(jiǎng) [5]。 1903 年他成功的設(shè)計(jì)了弦線式電流計(jì)，通過反射鏡記錄心動(dòng)電流，解決了以前測(cè)量設(shè)備的惰性大，記錄誤差大以及需要繁瑣的數(shù)學(xué)計(jì)算等缺點(diǎn)。這樣 不僅可以節(jié)省時(shí)間，還可以 得到實(shí)時(shí)的監(jiān)護(hù)，所以研發(fā)便攜式心電監(jiān)護(hù)產(chǎn)品具有重要意義。我們可以用它 在 家庭或則其他地方很方便的進(jìn)行心電圖信號(hào)的測(cè)量，并根據(jù)進(jìn)一步 的處理，做基本的診斷， 也 可以 把這些數(shù)據(jù) 提交到專業(yè)機(jī)構(gòu)做進(jìn)一步的 詳盡的 診斷。這是我們對(duì)心臟基本功能及其病理研究，具有重要的參考價(jià)值 [2]。 心電圖儀在醫(yī)學(xué) 領(lǐng)域中的應(yīng)用 人類的心臟有規(guī)律性的膨脹和收縮，從而使血液的循環(huán)。根據(jù)相關(guān)部門的調(diào)查顯示，我國每年大約有近一半的死亡病例為冠心病，而且死亡率還在逐年遞增。相關(guān)數(shù)據(jù)表明，我國因心腦血管疾病死亡的人數(shù)將近占總死亡人數(shù)的一半 [1]。預(yù)防率是有效防治心腦血管疾病的關(guān)鍵因素，而且有效的方便的心電監(jiān)測(cè)儀器是完成這一任務(wù)的有力工具 。通過捕捉這個(gè)現(xiàn)象，將心電圖顯示出來的心電檢測(cè)儀器，根據(jù)這些人體生物電信號(hào)，我們可以從不同角度觀察心臟的活動(dòng)情況。 常規(guī)心電監(jiān)護(hù)設(shè)備體積笨重、價(jià)格昂貴和不便于攜帶 ， 但是隨著社會(huì)生活水平的提高，醫(yī)療器械 家庭化開始逐漸進(jìn)入我 們的 基于 STM32 的便攜式心電圖儀設(shè)計(jì) 2 日常生活，家庭化的心電圖儀器功能沒有專業(yè)的大型的醫(yī)療設(shè)備齊全 ，但是它具有 體積小、 操作簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn) ， 同時(shí)可以在 一定程度上滿足了人們的基 本應(yīng)用。而便攜式監(jiān)護(hù)裝置可以在隨時(shí)隨地的進(jìn)行 實(shí)時(shí)監(jiān)護(hù)，并把數(shù)據(jù)存儲(chǔ)起來。 1895 年他開始了對(duì)心臟動(dòng)作電流的進(jìn)一步研究，并通過對(duì)德?阿森瓦爾氏的鏡影電流計(jì)的設(shè)計(jì)改進(jìn)，提高了心電圖的質(zhì)量。 1912 年在他深入研究了正常心電圖的波動(dòng)范圍后，提出了著名的“愛因托芬三角”理論。 隨著社會(huì)的發(fā)展，心電圖檢測(cè)理論越來越成熟與完善，另外機(jī)械、電子、計(jì)算機(jī)等技術(shù)的迅猛發(fā)展，帶動(dòng) 了醫(yī)療器械發(fā)生了革命性變化，極大的增強(qiáng)了心電圖機(jī)的功能。電子病歷是信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域的必然產(chǎn)物， 我國 衛(wèi) 生部先后在 2020， 2020 發(fā)布了關(guān)于電子病歷系統(tǒng)的規(guī)范和通知文件。同時(shí)，能減輕病人的心里緊張程度，實(shí)現(xiàn)心電檢測(cè)的方便性。 總之，科技不斷進(jìn)步，人們的需求也在變化， 心電圖是記錄心臟電活動(dòng)狀態(tài)的記錄，包括心臟節(jié)律和頻率以及電壓的高低等信息，可用于診斷各種心律失常、心肌病變、心肌梗塞及心肌缺血等心血管疾病。另外受到 50Hz 及其倍頻干擾和極化電壓的影響，對(duì)前置放大器和信號(hào)濾波電路的設(shè)計(jì)提出了更高的要求。采取軟件濾波即設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器，數(shù)字濾波器有多種，這樣就必須尋找一種行之有效的濾波算法。心電信號(hào)由電極獲取，送人心電采集電路，經(jīng)前置放大、主放大、高低通濾波，得到符合要求的心電信號(hào)，并送入到 STM32 的 ADC 進(jìn)行 AD 轉(zhuǎn)換。 基于 STM32 的便攜式心電圖儀設(shè)計(jì) 6 信 號(hào) 采集 電 路信 號(hào) 調(diào)理 電 路處 理 器按 鍵 調(diào)節(jié) 電 路顯 示 電路 模 塊P C 通 信 圖 1 系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)圖 整個(gè)系統(tǒng)有以下幾個(gè)部分組成： （ 1）采集電路：主要有前置放大電路、帶通濾波電路和主放大電路 組成，心電信號(hào)由電極獲取后送入心電采集電路， 經(jīng)處理后得到符合要求的心電信息。 （ 5）上位機(jī)設(shè)計(jì)：在 PC 機(jī)上處理和顯示心電波形。對(duì)于這些功能，即需要相對(duì)獨(dú)立的模塊化設(shè)計(jì)，又需要良好的協(xié)調(diào)。 (3) 注重軟硬件結(jié)合， 軟件能實(shí)現(xiàn)的功能盡可能由軟件實(shí)現(xiàn)，以簡(jiǎn)化硬件結(jié)構(gòu)，降低能耗和設(shè)備成本。集信號(hào)采集 — 處理 — 傳輸 三大功能于一體。經(jīng)過綜合考慮本設(shè)計(jì)對(duì)處理器的選擇主要從以下五個(gè)方面來考慮： (1) 處理器的處理速度：在本設(shè)計(jì)中，處理器不僅要進(jìn)行濾波處理，同時(shí)還要實(shí)時(shí)顯示出心電波形，在通信的情況下還要與 基于 STM32 的便攜式心電圖儀設(shè)計(jì) 8 PC 機(jī)進(jìn)行通信，因此