【正文】 針就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)液晶的讀寫訪問。 Cur_val，數(shù)組 Buff_bp[4]全為 0，數(shù)組 Buff_x[20]里面存放了前 20 個(gè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，那 么 該 點(diǎn) 濾 波 后 的 數(shù) 值 這 里 讓 濾 波 后 的 數(shù) 值 存 放 到 變 量 Fil_val ，則Fil_val=Buff_bp[0]+Cur_val－ Buff_x[0]；然后讓數(shù)組 Buff_bp[4]右移，把數(shù)據(jù) Buff_bp[0]移除，把 Fil_val 的值存入到數(shù)據(jù) Buff_bp[4]中，同理讓數(shù)組 Buff_x[20]右移，移除數(shù)據(jù)Buff_x[0]，在把 Cur_val 存入到 Buff_bp[20]中，這樣就完成了一個(gè)點(diǎn)的濾波。 數(shù)字濾波程序 設(shè)計(jì) 數(shù)字濾波算法的實(shí)現(xiàn)是軟件部分關(guān)鍵的問題，它的運(yùn)算時(shí)間和精度直接決定了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。 基于 STM32 的便攜式心電圖儀設(shè)計(jì) 18 開 始系 統(tǒng) 初 始 化A / D 數(shù) 據(jù) 采 集L C D 顯 示是 否 有 按 鍵 按 下按 鍵 功 能程 序NYU S A R T 發(fā) 送 圖 13 系統(tǒng)總體流程圖 信號(hào)采集程序設(shè)計(jì) 心電信號(hào)的 精確采集對(duì)于后面的進(jìn)一步處理至關(guān)重要。 ADC_RegularChannelConfig(ADC1,ADC_Channel_14,1,ADC_SampleTime_13Cycles5)。 = ADC_DataAlign_Right。一個(gè)簡單的實(shí)例如下： /* ADC1 configuration */ = ADC_Mode_Independent。這是 STM32 軟件開發(fā)十分顯著的優(yōu)點(diǎn)。其次， STM32 方便的庫文件開發(fā)方式本身就屏蔽了硬件的細(xì)節(jié)，處于以上考慮在本次開發(fā)中沒用移植操作系統(tǒng)，而采用庫文件的方式來開發(fā)設(shè)計(jì)。隨著科學(xué)的發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)的復(fù)雜度的提高和 EDA 技術(shù)的發(fā)展，各種高級(jí)的 EDA 工具不斷推出，比如 Keil、 IAR、 ADS 等工具，這些工具不僅極大的方便了工程師的開發(fā)，同時(shí)也為用 C 語言這種高級(jí)語言來編寫程序提供了有利的條件。顯示功能完成數(shù)據(jù)到波形的轉(zhuǎn)換，能夠動(dòng)態(tài)顯示出心電波形。該 部分總體開發(fā)思路是，首先完成 STM32 片上資源的初始化，其次是完成各個(gè)子程序的編寫，最后主程序通過調(diào)用主程序完成所要實(shí)現(xiàn)的功能。 軟件 總體 分析 從整體上看，該系統(tǒng)軟件分為兩個(gè)大的部分： (1) 下位機(jī)軟件即 STM32 應(yīng)用程序。 4. 修改源程序中 的錯(cuò)誤。 ? 外設(shè)對(duì)話框：檢查微控制的片上外設(shè)的狀態(tài)。 ? 輸出窗 口 ： 顯示編譯結(jié)果，以便快速查找錯(cuò)誤的地方，同時(shí)還是調(diào)試命令輸入輸出窗口，也可以用于顯示查找結(jié)果。 uVision 當(dāng)前最高版本是 uVision3,它的界面和常用 基于 STM32 的便攜式心電圖儀設(shè)計(jì) 15 的微軟 VC++的界面相似，界面友好，易學(xué)易用，在調(diào)試程序，軟件仿真方面也有很強(qiáng)大的功能。 在完成硬件電路設(shè)計(jì)和電路 制作后，再進(jìn)行整體 的統(tǒng)一 調(diào)試。 心電采集電路需要土 5V 電源， STM32 工作電壓為 ， 本設(shè)計(jì) 用 電池供電， 基于 STM32 的便攜式心電圖儀設(shè)計(jì) 14 中正負(fù) 5V電壓可以采用 7805 和 7905 來產(chǎn)生，它 通過外圍的電感電容的組合提供升 滿足運(yùn)放使用的 正電壓和負(fù)電壓， 圖 10 是其典型應(yīng)用。如果電源不穩(wěn)定可能造成系統(tǒng)不能正常工作，嚴(yán)重的甚至燒壞芯片引發(fā)事故。 帶通濾波器用高低通濾波器來構(gòu)成，如圖 8 所示。只能用實(shí)際的濾波器的幅頻特性去逼近理想的特性。其帶負(fù)載后，通帶放大倍數(shù)的數(shù)值減小，通帶截止頻率升高，這個(gè)缺點(diǎn)不符合信號(hào)處理的要求 [12]。但由于右腿驅(qū)動(dòng)存在交流干擾電壓的反饋電路，而交流電流經(jīng)人體，成為不安全因素，限流電阻通常在 1MΩ以上。 圖 6 前置信號(hào)采集電路 由于人類受到大量的外部干擾， 心電電極和電力線之問由于存在電容耦合會(huì)產(chǎn)生位移電流 Id， 降低位移電流干擾的一種有效辦法是采用右腿驅(qū)動(dòng)法，圖 7為右腿驅(qū)動(dòng)的具體連接電路。在設(shè)計(jì)心電放大器時(shí)應(yīng)盡 基于 STM32 的便攜式心電圖儀設(shè)計(jì) 12 量選用低噪聲元件，提高輸入阻抗。因此要求放大器有很高的共模抑制比。 (2) 頻率響應(yīng) 所謂頻率響應(yīng)是指放大器對(duì)不同信號(hào)頻率的反應(yīng)，心電信號(hào)的范圍低于 100Hz，所以要求放大器要對(duì)此頻率范圍的信號(hào)盡可能不失真的放大出來。 基于 STM32 的便攜式心電圖儀設(shè)計(jì) 11 圖 5 按鍵接口電路 前置放大電路以及右腿驅(qū)動(dòng)電路 前置放大電路要完成的功能是實(shí)現(xiàn)信號(hào)的差分放大，該部分電路在整個(gè)采集電路中至關(guān)重要，因?yàn)楹罄m(xù)信號(hào)的處理都是以此為基礎(chǔ)的。 因此，根據(jù)上述幾點(diǎn)本設(shè)計(jì)選用了 寸真彩 TFT液晶觸摸屏， 320*240 像素， 26 萬色， 16 位并行接口，可以直接用 AVR、 ARM STM32等 MCU 驅(qū)動(dòng)。 對(duì)于便攜式嵌入式設(shè)備來說，低功耗是一般都作為一項(xiàng)重要的指標(biāo)，在外邊使用時(shí)能夠盡可能地延長電池的工作時(shí)間 (4) 材質(zhì)。所以在液晶的顏色上要達(dá)到一定的數(shù)量。對(duì)于人機(jī)交互部分，顯然采用單色液晶顯然已經(jīng)不能滿足的需要，因此把 LCD 的選擇定位在了彩色液晶上。在電源 端要注意接濾波電容，模擬地和數(shù)字地引腳之間最好通過 0O 電阻隔離。F 的電容，時(shí)間延時(shí)大約為 ，符合STM32 系統(tǒng)芯片的復(fù)位要求。 (6) STM32F103xx 增強(qiáng)型支持三種低功耗模式，可以在要求低功耗、短啟動(dòng)時(shí)間和多 種喚醒事件之間達(dá)到最佳的平衡。 圖 2 STM32F103x 的模塊框圖 STM32 固件庫。高性能并非意味著高功耗。在我們的項(xiàng)目中，設(shè) 備運(yùn)行的配置參數(shù) 會(huì)存儲(chǔ)在 FLASH 中的固定位置，每次啟動(dòng)設(shè)備時(shí)，程序會(huì)讀取這些參數(shù)來進(jìn)行初始化。 (2) STM32 增強(qiáng)型系列擁有內(nèi)置的 ARM 核心，因此它與所有的 ARM 工具和軟件兼容。圖 2 是 STM32F103x 的模塊框圖 [9]。 綜合以上幾 個(gè)方面， 最終選用了意法半導(dǎo)體公司推出的新型 32 位 ARM 內(nèi) 核處理器 芯片 STM32 系列中的 STM32F103ZET6。 (3) 盡可能簡化 外圍電路的復(fù)雜程度 ：一個(gè)系統(tǒng)中所使用的元器件越多、電路結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，則系統(tǒng)的出問題的概率越大，可靠性與穩(wěn)定性越差。 因此，在開發(fā)過程中，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)。 最小核心系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 以應(yīng)用為中心、軟件硬件可裁剪的、適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗等嚴(yán)格 綜合性要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，由硬件和軟件兩部分有機(jī)的結(jié)合在一起，作為一種典型的嵌入式應(yīng)用 [9]。 總體電路要遵循 ： (1) 選擇合適的處理器，盡量選擇片上系統(tǒng)（ System on Chip， SoC）設(shè)計(jì)硬件系統(tǒng)，減少硬件復(fù)雜度并降低成本。 3 便攜式心電圖儀的硬件 設(shè)計(jì) 便攜式心電圖儀要求具有可移動(dòng)性和再開發(fā)性，不僅便于攜帶、功能盡可能的完善 基于 STM32 的便攜式心電圖儀設(shè)計(jì) 5 能夠?qū)崟r(shí)對(duì)心電信號(hào)進(jìn)行處理，而且要求隨著發(fā)展可以進(jìn)一步升級(jí)滿足人們更多的需求。 （ 3）按鍵電路：完成良好的人機(jī)交互。系統(tǒng)控制芯片采用 STM32， TFTLCD 的觸摸功能加上少量按鍵可以建立良好的人機(jī)交互環(huán)境，可以通過 LCD 實(shí)時(shí)顯示和回放，數(shù)據(jù)通過 USB 可靠地傳輸?shù)?PC 機(jī)，以便對(duì)心電數(shù)據(jù)做進(jìn)一步的分析。主要研究工作如下： (1) 心電圖儀的硬件設(shè)計(jì)： ? 采集電路：準(zhǔn)確提取生理信號(hào)，把信號(hào)處理為可供采集分析的有效信號(hào)； ? 處理電路：完成信號(hào)的采集、濾波、顯示、分析和傳輸?shù)取?同時(shí)便攜式設(shè)備必須是低功耗設(shè)備這限制了多數(shù)的微處理器，鋰電池供電對(duì)信號(hào)僅僅用硬件濾波還不能達(dá)到分析信號(hào)的要求，硬件濾波的一個(gè)缺點(diǎn)是，要想獲得更好的濾波效果，必須設(shè)計(jì)更高的階數(shù)，而這無疑會(huì)增加系統(tǒng)的體積。 設(shè)計(jì)符合市場需求的產(chǎn)品是企業(yè)生存的根本，利用高科技帶來的技術(shù)革命去更新醫(yī)療器械更是一個(gè)巨大的市場機(jī)會(huì)，我們相信，在未來幾年里，家庭化的監(jiān)護(hù)設(shè)備必將越來越普及 [6]。 （ 5） 遠(yuǎn)程化 計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的快速發(fā)展，為遠(yuǎn)程醫(yī)療的實(shí)現(xiàn)提供了可能，將心電數(shù)據(jù)通過遠(yuǎn)程傳輸，在遠(yuǎn)端對(duì)心電數(shù)據(jù)加以分析處理并提出診斷結(jié)果，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程醫(yī)療。 （ 2） 數(shù)字化 隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)、機(jī)械電子的迅猛發(fā)展，醫(yī)療器械的數(shù)字化 程度越來越高，比如數(shù)字濾波器的使用，極大的降低了心電干擾，提高了心電判斷的準(zhǔn)確率。目前各大醫(yī)療器械廠 商都投入巨資開發(fā)性能更強(qiáng)、功能更加完善的心電設(shè)備，比如歐姆龍、北京超思、亞新、均在該領(lǐng)域的研究與生產(chǎn)上有所突破?？傊@位被尊稱為“心電圖之父”的生理學(xué)家對(duì)心電圖的創(chuàng)立及發(fā)展有著巨大的的貢獻(xiàn) 。 同時(shí) ，他又制定心電圖的影線在縱坐標(biāo)上波動(dòng) 1cm，代表 1mV 的電位差，在橫坐標(biāo)上移動(dòng) 1cm 為 秒 的標(biāo)準(zhǔn) 。 本文主要研究的 便攜式心電圖儀，即將普通心電圖設(shè)備小型化、家庭化，具有低價(jià)位、體積小、便于攜帶和使用方便等特點(diǎn) 。 這樣也可以避免那些行動(dòng)不便的病人， 利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，把數(shù)據(jù)通過遠(yuǎn)程傳送的方式，提 交到專業(yè)機(jī)構(gòu)或指定的醫(yī)院驚醒專業(yè)診斷和分析 。 心電圖能夠 在一定程度上 反映心律的運(yùn)行狀況， 人的 心肌受損的程度、發(fā)展過程以及心房、心室的功能結(jié)構(gòu)情況 都能通過它表現(xiàn)出來。在心臟肌肉每次收縮之前，都會(huì)產(chǎn)生一股微小的生物電流，加上 人體的體液能夠?qū)щ?，這些微小電流 可以 通過體液的傳遞就 會(huì)反映到人體的表面皮膚上。每年約有 16 萬名患者接受支架植入手術(shù)，手術(shù)施行每年的增長率超過了五分之一。心電處理電路通過 A/D 轉(zhuǎn)換把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)送至微處理器做進(jìn)一步處理，該 部分電路主要包括 STM32 處理器電路、 LCD 接口電路等，選用 ST 公司的低成本、低功耗的CortexM3 核處理器 STM32F103ZE 作為控制核心。 ****大 學(xué) 本科生 畢業(yè)設(shè)計(jì) （ 論文 ） 學(xué)院 （系）： ****** 專 業(yè)： ****** 學(xué) 生： ** 指導(dǎo)教師： *** 完成日期 2020 年 5 月 ****本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 基于 STM32 的便攜式心電圖儀設(shè)計(jì) Design of Portable ECG Device Based on STM32 總 計(jì)： 畢業(yè)設(shè)計(jì)（ 論文 ） 25 頁 表 格 ： 1 個(gè) 插 圖 ： 19 幅 ***本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論文） 基于 STM32 的便攜式心電圖儀設(shè)計(jì) Design of Portable ECG Device Based on STM32 學(xué) 院（系）： ****** 專 業(yè)： ****** 學(xué) 生 姓 名： ** 學(xué) 號(hào)： 069108209 指 導(dǎo) 教 師（職稱）： *** 評(píng) 閱 教 師： 完 成 日 期： ***** *** 基于 STM32 的便攜式心電圖儀設(shè)計(jì) I 基于 STM32 的便攜式心電圖儀設(shè)計(jì) ****** ** [ 摘要 ] 本 系統(tǒng) 完成了基于 STM32 微處理器的心電采