【正文】 .21 按鍵程序 ..................................................................22 5 結(jié)束語 ........................................................................23 參考文獻 ........................................................................24 2 基于 AVR單片機心電圖儀的設計 摘要： 心電圖是臨床疾病診斷中常用的輔助手段。 作者簽名： 日 期： 學位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導師的指導下獨立進行研究所取得的研究成果。作為一個醫(yī)生 ,在門診和查病房時 ,也希望有一個可以 隨身攜帶的心電圖儀器 , 方便疾病的快速診斷。對臨床分析病情、確立診斷、判斷療效有重要參考價值。所以心電圖的檢查必須結(jié)合多種指標和臨床資料，進行全面綜合分析，才能對心臟的功能結(jié)構(gòu)做出正確的判斷。心電圖 是記錄心臟電活動狀態(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。 (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。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。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。 (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。 (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。門限時間在P47Table19說明。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。因此 ,我們采用了此方案。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】 。圖 37 是其典型應用。 LED背光，美觀大方。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。 (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。 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。 最后，我要感謝我的父母對我的關(guān)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)。 本聲明的法律后果由本人承擔。掌握了 ATmega128 微處理器的調(diào)試環(huán)境、編程方法及各個外設的具體應用，增強了嵌入式編程的能力。amp； (1i))==0x00) { LCD_WriteRAM(BackColor)； } Else { LCD_WriteRAM (TextColor)； } } 定時器 時間到 啟動 A/D 轉(zhuǎn)換 等待 dmaflag=1 中斷返回 DMA 中斷？ 22 Xaddress++； LCD_SetCursor(Xaddress,Ypos)； } } 函數(shù) LCD_Drawword(u8 Xpos,u16Ypos,uc8 *c)的前兩個參數(shù)是要寫漢字的坐標，第三個參數(shù)是漢字的字庫，這樣就可以在液晶指定的位置寫入漢字。 圖 3－ 10 鍵盤硬件電路 LCD顯示電路 LCD與 MSP430F149的接口硬件 [6]如圖 311所示。 心電采集電路需要土 5V 電源， ATmega128 工作電壓為 ，負電壓可以采用ICL7660S 來產(chǎn)生，它是電荷泵方式的電壓反轉(zhuǎn)器，外圍只需外接兩只低損耗電容，無需電感，降 低了損耗、面積及電磁干擾。反饋量由 R17和 R18的分壓來決定。 為防止前置放大器工作于飽區(qū)和或截止區(qū)，其增益不能過大。因此要選擇一款合適的差分運放芯片。 (10)RESET；復位輸入引腳。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。 (5)片內(nèi)集成多種頻率的 RC 振蕩器、上電自動復位、看門狗、啟動延時等功能，外圍電路更加簡單，系統(tǒng)更加穩(wěn)定可靠。數(shù)據(jù)處理部分包括 A/D 轉(zhuǎn)換模塊、 ATmega128 處理器模塊電路、存儲器模塊電路、鍵盤模塊、 LCD 接口電路、串口通信、電源管理模塊和上位機管理軟件等。 方案二：采用以 MSP430F149 為核心，采用 INA128 芯片作為前置放大，運用多級運放電路來提取信號。 (4)不穩(wěn)定性：人體內(nèi)部結(jié)構(gòu)復雜，各個器官之間相互協(xié)調(diào)相互影響，又與外部直接接觸，密切聯(lián)系，所以，無論來之于內(nèi)部的 還是外部的影響，都能引起 ECG 的變化，導致心電信號的不穩(wěn)定。從而造成體表不同點之間的電位差不同，通過采集這些電位差就可以繪制出心電圖來。然而，心電圖并非檢查心臟功能狀態(tài)必不可少的指標。國外 80年代已在臨床廣泛應用，國內(nèi)發(fā)展比較晚，近幾年才開始迅猛發(fā)展，該儀器由以前的磁帶式記錄發(fā)展為固態(tài)式記錄、閃光卡記錄，由單導、雙導發(fā)展為 12 導聯(lián)全記錄。 因此 ,人們希望有一種醫(yī)療儀器 ,能夠在家里隨時隨地進行心電圖信號的測量 ,并且把心電圖信號記錄下來 ,做大概的判斷 ,在方便的時候到醫(yī)院讓醫(yī)生作進一步的診斷。對本研究提供過幫助和做出過貢獻的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。人體心電信號的主要頻率范圍為 ~100Hz，幅度約為 0~4mV，信號十分微弱。在 1912 年他深入研究了正常心電圖的波動范圍后，提出了著名的“愛因托芬三角”理論。如目前出現(xiàn)的基于 GPRS 網(wǎng)絡的遠程心電監(jiān)護系統(tǒng)就是這個發(fā)展趨勢的體現(xiàn)。 ATmega128單片 機 對電壓抬升后的電信號進行 AD采樣?？梢钥闯鲂碾娦盘柧哂幸韵绿攸c： (1)微弱性：經(jīng) 過實驗測試得出，心電信號的幅度一般只有 ～ 5mV，均值在 1181。其輸入范圍為 0～ ,設計時選擇 , 放大后的心電信號疊加參 考電壓大小為 177。 （ 3）按鍵電路：完成良好的人機交互。 綜合以上四個方面，單片機的選擇主要考量三個因素，一是低功耗，系統(tǒng)盡可能采用普通電池供電；二是內(nèi)部資源豐富，可簡化電路設計，減少不必要的干擾；三是成本低，作為便攜式醫(yī)療設備，高性價比是其得以推廣的基礎。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。 (9)端口 G(PG4..PG0)，端口 G為 5位雙向 I/O 口，并具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。在正常工作過程中 PEN 引腳沒有其他功能。在設計心電放大器時應盡量選用低噪聲元件，提高輸入阻抗。 其中 R11=R12=150kΩ， C3=C4= F。圖 3－ 6 為差分輸入放大電路，輸入信號反向后與正輸入端的電壓相加，正輸入端的電壓可以通過 P3 滑動變阻器進行調(diào)節(jié)。 ATmega128 SST39VF0 圖 3－ 9 存儲電路 按鍵電路 LCD液晶顯示器采用點陣式圖形顯示器 ,128 64點陣的液晶顯示器基本能完整地顯液晶顯示電路 按鍵電路 SD卡存儲電路 電源電路 上位機 ATmega128 微處理器 P1 P2 P3 D0— D7 A0A7 A8A15 A16A19 CE OE WE 19 示心電圖的波形。 ATmega128 的片內(nèi) ADC 是 12位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，可以在 16 路模擬輸入中任選一路進行采樣，其最高采樣率為 1MHz， AD 轉(zhuǎn)換后心電數(shù)字信號 低通濾波 高通濾波 QRS 檢測 信號分析 LCD 顯示 SD 卡 21 心 電信號的頻率較低，片內(nèi) AD 足以滿足系統(tǒng)采樣定理的要求，這樣可以提高采樣的穩(wěn)定性和降低系統(tǒng)成本。本文所做的工作歸納起來主要有以下幾點： (1)查閱了諸多文獻，并調(diào)查了市場上存在的產(chǎn)品，分析它們的優(yōu)點與不足。本人完全意識到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔。郭謙功老師淵博的知識、嚴謹?shù)淖黠L和誨人不倦的態(tài)度給我留下了深刻的印象。經(jīng)過這次畢業(yè)設計，我的能力有了很大的提高，比如操作能力、分析問題的能力、合作精神、嚴謹?shù)墓ぷ髯黠L等方方面面都有很大的進步。實驗amp； (sel_prev == 1)) //中間按鍵 { sm_delay( )； pkey_sel=GPIO_ReadInputDataBit(GPIOC, GPIO_Pin_0)。主流程圖如 4－ 1所示： 信號數(shù)據(jù)保存 信號波形顯示 分析結(jié)果保存 分析結(jié)果保存 圖 41 主程序流程 圖 串口初始化 心電圖儀采用串口與 PC 通信， ATmega128 的串口也有很豐富的功能，這里只用其中一種簡單的模式，設置起來也很方便，不必考慮寄存器，直接填上相應的參數(shù)即可。電路框圖如圖 3－ 8所示 18 模擬信號 圖 3－ 8 心電數(shù)據(jù)處理電路圖 存儲電路 在本心電圖儀中 ,利用 SST39VF080作為單片機外擴展存儲器 ,存放心電數(shù)據(jù)。對工頻進行陷波提高電路的穩(wěn)定性，利用雙 T二階帶阻濾波電路進行陷波。 OP07OP07R6 R8R9R7+5V +5V5V5V 圖 3－ 3 后級放大電路 14 濾波電路 盡管通過前面放大電路后，共模信號被有效的抑制，但由于電極與人體接觸時，因為不同的人體、導線等因素造成的一些不平衡因素依然存在，這些干擾會對放大器的工作造成嚴重的影響，因此，在放大器電路中濾波是很必 要考慮的問題 【 10】 。因此要求放大器有很高的共模抑制比。使用 ADC 時應該通過一個低通濾波器與 VCC連接。如果不作為 ADC 的模擬輸入，端口 F 可以作為 8位雙向 I/O 口，并具有可編程的內(nèi)部上 拉電阻。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。 帶通濾波電路 主放大電路 電平抬升電路 液晶顯示電路 SD卡存儲電 路 電源電路 前置放大電路 右腿驅(qū)動電路 ATmega128 微處理器 按鍵電路 電極 電極 電極 9 (2)MCU 的處理速度：本設計中， MCU 在進行濾波處理的同時要實顯示出心電波形，在某些情況下還同時要與 PC 機進行通信，因此，處理器要有很高的處理速度。 系統(tǒng)原理框圖可以用圖 31表示。 AVR心電圖儀的硬件設計 本系統(tǒng)利用高精度通用運算放大器 INA128對輸入的心電信號進行放大 ,再進行濾波 ,濾去高頻生物 電 ,同時采用右腿屏蔽驅(qū)動電路 ,消除生物電和其它干擾信號的影響。 時域特征 通過電極對心電信號進行提取，可以畫出心電信號的電壓幅度隨著時間變化的圖形，即是一個典型的正常心電波形。再經(jīng)后級放大將心電信號放大。 (2) 無線化 無線傳感技術(shù)的發(fā)展能夠促使心 電檢測無線化，從而擺脫傳統(tǒng)心臟檢測的繁瑣程序。其在 1903 年設計了弦線式電流計，該弦線式電流計采用了新的設計方法，利用極細的鍍銀石英絲代替動圈，并通過反射鏡記錄心動電流，解決了以前測量設備的惰性大，記錄誤差大以及需要繁瑣的數(shù)學計算等缺點。本人授權(quán) 大學可以將本學位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。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標明。對慢性病