【正文】 再次對周巍老師表示衷心的感謝。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)大概持續(xù)了半年，現(xiàn)在終于到結(jié)尾了。 論文密級： □ 公開 □ 保密 （ ___年 __月至 __年 __月） (保密的 學(xué)位論文在解密后應(yīng)遵守此協(xié)議 ) 作者簽名： _______ 導(dǎo)師簽名： _______ _______年 _____月 _____日 _______年 _____月 _____日 26 獨(dú) 創(chuàng) 聲 明 本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )，是本人在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果，成果不存在知識產(chǎn)權(quán)爭議。我們相信，在未來幾年里，家庭化、便攜式的醫(yī)療監(jiān)護(hù)設(shè)備必將越來越普及。 (2)針對心電信號的特點(diǎn)選用高阻抗、低噪聲的精密儀用放大器 INA118 設(shè)計(jì)前置放大電路，并 INA118 為核心設(shè)計(jì)了的前端心電數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。 if((pkey_sel==0)amp。 液晶顯示程序 本次設(shè)計(jì)采用的液晶內(nèi)部沒有字庫，因此在顯示字符、漢字之前需取模，顯示原理是每一個(gè)點(diǎn)逐次點(diǎn)亮，該點(diǎn)的顏色有一個(gè) 16 位的值表示，根據(jù)液晶的控制原理，控制點(diǎn)亮的方向就可以顯示出字符或漢字。本章主要討論系統(tǒng)軟件在 ATmega128上的編程與實(shí)現(xiàn)。使用按鍵與單片機(jī)的 I/O口線直接連接的方法構(gòu)成 ,采用查詢方式獲得按鍵值。 ICL7660S 典型應(yīng)用電路如 3－ 7 所示： BOOST1CAP+2GND3CAP4Vout5LV6OSC7V+8U21ICL7660S10uFC2210uFC23VCCVCC 圖 3－ 7 ICL7660S 典型應(yīng)用 信號處理電路設(shè)計(jì) 通過心電采集電路處理后的信號符合了采集要求，數(shù)據(jù)處理電路通過 A/D 轉(zhuǎn)換把模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，進(jìn)而通過對數(shù)據(jù)的分析處理完成后續(xù)復(fù)雜的功能。 U6OP0710KR16VCCVCC輸出信號10KR17100KP3VCC 10KR8輸入信號 圖 3－ 6 電平抬升電路 17 電源電路 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。通過圖五幅頻特性可知 ,對于 W=W0 的其他頻率方案二信號 ,通過雙 T 網(wǎng)絡(luò)具有較強(qiáng)的負(fù)反饋，因?yàn)殡p T 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p T 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。 采用有源雙 T結(jié)構(gòu) 50Hz陷波器電路如圖 6，來濾除工頻干擾信號。放大倍數(shù)由反饋電阻 R6和 R7，R8和 R9決定。因此，選用的放大器要特別注意這兩個(gè)參數(shù) 。必要時(shí)還需要設(shè)計(jì) 50Hz 工頻 12 干擾抑制電路 ,通過這樣處理后，得到的信號才可能有診斷價(jià)值。對提高整個(gè)系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性有重要意義。 (12)XTAL2；反向振蕩器放大器的輸出。作為輸入使用時(shí)，若內(nèi)部上拉電阻使能，則端口被外部電 路拉低時(shí)將輸出電流。復(fù)位發(fā)生時(shí)端口 E為三態(tài)。復(fù)位發(fā)生時(shí)端口 C為三態(tài)。復(fù)位發(fā)生時(shí)端口 A 為三態(tài)。 微處理器的特點(diǎn) AVR 單片機(jī)的主要特點(diǎn)如下： （ 1) 哈佛結(jié)構(gòu)，具備 1MIPS/MHz 的高速運(yùn)行處理能力； （ 2）超功能精簡指令集（ RISC） ,具有 32 個(gè)通用工作寄存器，克服了如 8051MCU 采用單一 ACC 進(jìn)行處理造成的瓶頸現(xiàn)象。 LCD液晶顯示器采用點(diǎn)陣式圖形顯示器 , 128 64點(diǎn)陣的液晶顯示器基本能完整地顯示心電圖的波形 ,由于該種類型的 LCD液晶顯示器本身帶有驅(qū)動器 , 因此單片機(jī)可以方便地進(jìn)行。 （ 5）電源電路：設(shè)計(jì)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。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。 心電圖儀的硬件設(shè)計(jì)方案 一個(gè)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。 頻譜特征 據(jù) 等人的研究， 直流成分在心電信號中占的比例很高，濾除直流成分后，頻率主要集中在 ~100Hz，可見心電信號的頻率較低，強(qiáng)度非常微弱，而其中的能量大部分集中在 ~40Hz 范圍內(nèi)。給信號的檢測帶來了困難。當(dāng)今生物醫(yī)學(xué)信號處理已經(jīng)是一個(gè)重要的研究領(lǐng)域，也是近年來迅速發(fā)展的數(shù)字信號處理技術(shù)的一個(gè)重要的應(yīng)用方面。 5 圖 2－ 1 系統(tǒng)框圖 心電信號的產(chǎn)生機(jī)理 心臟的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，可以把心臟看作一個(gè)水泵，能夠不斷地有規(guī)律性的發(fā)生興奮和收縮 【 5】 ，從而推動著整個(gè)血液的循環(huán)。 2. 簡易心電圖儀的原理 心電圖儀的工作原理 簡易心電圖儀系統(tǒng)主要由前置放大、后級放大、濾波電路、電壓抬升電路、單片機(jī)模塊、按鍵模塊和 LCD顯 示模塊構(gòu)成。 研究 心電圖儀的 意義 心電圖是反映心臟興奮的電活動過程 ,它對心臟基本功能及其病理研究方面，具有重要的參考價(jià)值。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。 從此利用心電圖協(xié)助診斷疾病逐漸廣泛應(yīng)用于臨床。 心電圖儀的 研究現(xiàn)狀 英國生理學(xué)家 Einthoven 在 1887 年用毛細(xì)管靜電計(jì)記錄了心動電流圖。為了不失真地檢出有臨床價(jià)值的干凈心電信號 【 1】 ，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。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。 江西科技師范學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 題目（中文 ） ： 基于 AVR 單片機(jī)心電圖儀的設(shè)計(jì) （外文 ） ： ECG based on the design of the AVR 院（系 ） ： 通信與電子學(xué)院 專 業(yè)： 電子信息工程 成 績： 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明 原創(chuàng)性聲明 本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是我個(gè)人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研 究工作及取得的成果。 作者簽名： 日期： 年 月 日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本設(shè)計(jì)利用 AVR 單片計(jì)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)。為了得到更準(zhǔn)確的心電圖信息，從 1895 年開始他展開了對心臟動作電流的研究，并在德? 阿森瓦爾氏的鏡影電流計(jì)基礎(chǔ)上，改進(jìn)了其設(shè)計(jì)方法，提高了心電圖的質(zhì)量。隨著社會的發(fā)展，心電圖檢測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。 綜觀當(dāng)前心電檢測儀器發(fā)展趨勢，主要向以下幾個(gè)方向發(fā)展： (1) 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。心電圖可以分析與鑒別各種心律失常；也可以反映心肌受損的程度和發(fā)展過程和心房、心室的功能結(jié)構(gòu)情況。因?yàn)殡姌O采集的心電信號參雜著共模信號，所以需經(jīng)前置放大，進(jìn)行差模信號放大，去除共模信號。心電信號就是有心肌激動產(chǎn)生的微小電流，該電激動是在心臟機(jī)械收縮之前產(chǎn)生的。心電信號屬于直接信號，信源是心臟，具有周期信號的性質(zhì)，同時(shí)還有非平穩(wěn)的特性，由于干擾因素的存在，心電信號總 是在一定的范圍內(nèi)波動，有時(shí)候也會隨著某種疾病發(fā)生改變，不同的人，其心電圖的波形有差異，這個(gè)差異有時(shí)還很大，但是，一般正常的心電波形都可以劃分為幾個(gè)部分。 (2)低頻特性：人體心電信號頻率比較低，有價(jià)值的頻率范圍一般為 ~100Hz，能量大部分集中在 ~40Hz。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(gè)特征在整個(gè)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。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。所以采用此方案。 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。 微處理器的選型 MCU 的選擇主要從以下四個(gè)方面來考慮： (1)MCU 在整個(gè)系統(tǒng)中的所承擔(dān)的 任務(wù)復(fù)雜程度：在本設(shè)計(jì)中， MCU 要負(fù)責(zé)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。 （ 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(biāo)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(jìn)行開發(fā)。 (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。 (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。 (8)端口 F(PF7..PF0)，端口 F為 ADC 的模擬輸入引腳。復(fù)位發(fā)生時(shí)端口 G為三態(tài)。 (13)AVCC； AVCC 為端口 F以及 ADC 轉(zhuǎn)換器的電源，需要與 VCC相連接，即使沒有使用 ADC也應(yīng)該如此。 導(dǎo)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(gè)切換對，可以很輕易地經(jīng)由 ATmega128 的設(shè)定來更改切換的頻率，除此之外還具有快速切頎時(shí)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。 (3) 共模抑制比電極不對稱、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)比心電信號大得多，從而將微弱的信號淹沒。 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(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(yīng)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(shù)，具有低輸入偏置電流、低噪音、高精度、較高建立時(shí)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。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。雙 T電路結(jié)構(gòu)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。 為了防止 50Hz 的工頻對電路的干擾。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。 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(zhuǎn)換、濾波、串行通信、液晶顯示、 SD 卡存儲、鍵盤控制等。 鍵盤硬件電路如圖 3－ 10所示。 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。下面是實(shí)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(Xaddres