【正文】 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。 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)計的要求。復(fù)位發(fā)生時端口 G為三態(tài)。 (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。 （ 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)。 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。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(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)的采集存儲。 (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。心電信號就是有心肌激動產(chǎn)生的微小電流，該電激動是在心臟機械收縮之前產(chǎn)生的。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。隨著社會的發(fā)展，心電圖檢測理論越 來越成熟與完善，另外機械、電子、計算機等技術(shù)的迅猛發(fā)展，帶動了醫(yī)療器械發(fā)生了革命性變化，極大的增強了心電圖機的功能。本設(shè)計利用 AVR 單片計和 A/D 轉(zhuǎn)換以及多路模擬開關(guān)設(shè)計了一種符合上述要求的多路心電數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。 隨著生活節(jié)奏的加快 , 生活水平和健康意識的提高 , 人們需要隨時對心臟進行健康監(jiān)護 , 并且能在較危急的情況下進行及時的診治。近半世紀以來，動態(tài)監(jiān)護設(shè)備更加智能，功能更加完善，類型也越來越多。心電圖儀是診斷心臟病的重要儀器之一 , 微型家用心電圖儀正是面向廣大用戶而設(shè)計的。同時對心臟病的診斷和治療也提供了確切的理論依據(jù)。不過，這種隨機性并不是毫 無規(guī)律可言，通過對心臟自發(fā)放電的構(gòu)型進行統(tǒng)計并分析，可以發(fā)現(xiàn)放電的內(nèi)在規(guī)律。由于這些原因，我們不采用這種方法。 ATmega128 單片機的介紹 單片機系統(tǒng)用于接收心電圖信號處理電路傳送來的 05V電壓信號 ,把模擬電壓信號變換成數(shù)字信號 ,并對信號進行處理后以圖形的形式在 LCD液晶顯示器上顯示 , 并且把測量的心電圖信號通過自身的串行口傳送出去。其輸 10 出緩沖器具有對稱的驅(qū)動 特性，可以輸出和吸收大電流。其輸出緩沖器具有對稱的驅(qū)動特性，可以輸出和吸收大電流。低于此時間的脈沖不能保證可靠復(fù)位。 (2) 頻率響應(yīng)所謂頻率響應(yīng)是指放大器對不同信號頻率的反應(yīng)，心電信號的范圍低于100Hz,所以要求放大器要對此頻率范圍的信號盡可能不失真的放大出來。 13 U4OP073281674 5AD620R5R3R4R2R1C1保護隔離+5V5VRARLLA 圖 3－ 2 前置放大電路圖 后級放大電路 通過 AD620前置放大后的信號還是很微弱，采用精 度較高的 OP07 對信號進行后級放大。 15 OP07R12+5V5VR11VoutC3C4Vin 圖 3－ 4 濾波電路圖 陷波處理電路 工頻干擾是心電信號的主要干擾，雖然前置放大電路對共模干擾具有較強的抑制作用，但有部分工頻干擾是以差模信號方式進入電路的，且頻率處于心電信號的頻帶之內(nèi)，加上電極和輸入回路不穩(wěn)定等因素，前級電路輸出的心電信號仍存在較強的工頻干擾，所以必須專門濾除。 的電壓采用 AMS1117 產(chǎn)生，其最大的特點是簡單易用，而且性價比高，輸入電壓 5V~12V，直接輸出 。 VCC 圖 3－ 11 LCD顯示電路 4. 基于 AVR心電圖儀的軟件設(shè)計 本系統(tǒng)的軟件設(shè)計采用的是模塊化的編程思想，首先設(shè)計好系統(tǒng)總的軟件流程，然后分別實現(xiàn)系統(tǒng)的各模塊功能。本系統(tǒng)對按鍵的實時性要求不是很強，因此最終采用掃描方式來實現(xiàn)對按鍵的識別。 總之 ,隨著科技的日新月異 ,人們生活水平的不斷提高 ,人們物質(zhì)生活的層次逐步提高，對待健康與保健的重視程度越來越強，這就為醫(yī)療器械的發(fā)展帶來了極大的機遇，利用高科技帶來的技術(shù)革命去更新醫(yī)療器械更是一個巨大的市場機會。 (2)針對心電信號的特點選用高阻抗、低噪聲的精密儀用放大器 INA118 設(shè)計前置放大電路，并 INA118 為核心設(shè)計了的前端心電數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。 液晶顯示程序 本次設(shè)計采用的液晶內(nèi)部沒有字庫，因此在顯示字符、漢字之前需取模，顯示原理是每一個點逐次點亮，該點的顏色有一個 16 位的值表示，根據(jù)液晶的控制原理，控制點亮的方向就可以顯示出字符或漢字。使用按鍵與單片機的 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。 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。 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。因此，選用的放大器要特別注意這兩個參數(shù)。對提高整個系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性有重要意義。作為輸入使用時，若內(nèi)部上拉電阻使能，則端口被外部電 路拉低時將輸出電流。復(fù)位發(fā)生時端口 C 為三態(tài)。 微處理器的特點 AVR 單片機的主要特點如下： （ 1) 哈佛結(jié)構(gòu)，具備 1MIPS/MHz 的高速運行處理能力； （ 2）超功能精簡指令集（ RISC） ,具有 32 個通用工作寄存器，克 服了如 8051MCU 采用單一 ACC 進行處理造成的瓶頸現(xiàn)象。 （ 5）電源電路：設(shè)計可靠的電源電路，為整個系統(tǒng)提供電源，降低系統(tǒng)功耗。 心電圖儀的硬件設(shè)計方案 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。給信號的檢測帶來了困難。 5 圖 2－ 1 系統(tǒng)框圖 心電信號的產(chǎn)生機理 心臟的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，可以把心臟看作一個水泵，能夠不斷地有規(guī)律性的發(fā)生興奮和收縮 【 5】 ，從而推動著整個血液的循環(huán)。 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，具有重要的參考價值。 從此利用心電圖協(xié)助診斷疾病逐漸廣泛應(yīng)用于臨床。為了不失真地檢出有臨床價值的干凈心電信號 【 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、低噪聲及強抗干擾能力等性能。對慢性病患者來說 , 如果長期住在醫(yī)院里接受監(jiān)護和治療 ,不僅花費高而且給醫(yī)院容量帶來壓力，所這種以便攜式心電圖儀 【 2】 正是滿 足以上趨勢和需要而設(shè)計研制的。 心電圖儀的 發(fā)展趨勢 隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，特別是計算機、微電子、機械電子在醫(yī)療領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，極大的促進了心電設(shè)備的發(fā)展。其體積較小，攜帶方便，便于出門在外使用；操作簡單，功 能齊全、價格便宜、功耗低 ,性價比高 ,適于在廣大普通用戶和家庭中推廣應(yīng)用。 心電信號的特征 生物醫(yī)學(xué)信號都具有信號強度較弱、背景噪聲較強、頻率范圍一般較低、隨機性強等特點 【 5】 。所以，在對 ECG 的檢測中，要綜合考慮，既要考慮它的隨機性，更要重視它的規(guī)律性。 方案三：以為 ATmega128 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。單片機應(yīng)具有低電壓、低功耗的特點 ,一般 8位單片機能夠滿足要求。作為輸入使用時，若內(nèi)部上拉電阻使能，則端口被外部電路拉低時將輸出電流。作為輸入使用時，若內(nèi)部上拉電阻使能，則端口被外部電路拉低時將輸出電流。 (11)XTAL1，反向振蕩器放大器及片內(nèi)時鐘操作電路的輸入?？梢栽O(shè)計高通、低通濾波器來壓縮頻帶 ,濾除該頻帶以外的干擾信號。后級放大電路采用二級同相放大電路，如圖 33所示。 本論文采用模擬雙 T陷波。電路如下所示。完成硬件電路設(shè)計和電路板制作后，再進行整體調(diào)試。 按鍵掃描程序需要解決按鍵長按的情況，在程序里面設(shè)置一個變量 sel_prev 來記錄按鍵的上次狀態(tài)，只有按鍵上次狀態(tài)時抬起，當(dāng)前狀態(tài)時按下時才判斷為真實的按鍵，每一次按鍵值讀取后，要清除返回的按鍵值，按鍵掃描的程序代碼如下： u8 keyscan (void) { pkey_sel=GPIO_ReadInputDataBit(GPIOC, GPIO_Pin_0)。目前各大醫(yī)療器械廠商不斷推出新式的醫(yī)療設(shè)備，而便攜式、家庭化的無疑更具有競爭力，也符合人們目前的消費需求與理念。仔細 23 分析了心電信號的產(chǎn)生及特點，根據(jù)心電信號的特點，了解了一般微弱信號的檢測機理。程序流程框圖如 42所示： N Y Y Y 圖 42 信號采集流程圖 轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)存放在 ADC_RegularConvertedValue 變量里，轉(zhuǎn)換狀態(tài)用全局變量dmaflag 來標記