【文章內(nèi)容簡介】 因而可使得集成儀用放大器取得較高的差模增益，從而得到很高的共模抑制比性能。共模取樣驅(qū)動電路由兩個等值電阻和一只由運(yùn)算放大器U2組成跟隨器構(gòu)成。由圖可見，U2的輸入信號取自U1和U3輸出端兩個串聯(lián)電阻的中點電壓，即： 當(dāng)只有差模信號的輸出=時，有=O，則運(yùn)放U2的輸出電壓為0，等同于接地；而當(dāng)兼有共模電壓和差模信號輸入時，U2的總輸出只包含輸入信號的共模部分=。從而使得共模信號不經(jīng)阻容耦合電路的分壓直接加在集成放大器的輸入端，避免了由于阻容耦合電路的不匹配而降低電路整體的共模抑制比。本電路的差動輸出可以由下式計算： 其中是集成儀用放大器U4的差模放大倍數(shù)。該電路的高通截止頻率可以表示為： 整個電路的共模抑制比可以由下式來計算： 其中和分別是放大器第一級和第二級的共模抑制比。由集成儀器放大器的共模抑制比決定。在第二級放大倍數(shù)比較高的情況下，的值可以達(dá)到120dB以上。對的影響可以忽略。的值則可以由下式得到： 其中：、和、3是運(yùn)放UU3的開環(huán)差動增益和共模增益。上式顯示為了得到較高的共模抑制比，第一級的兩個運(yùn)放無論是開環(huán)增益還是CMRR都應(yīng)盡可能地匹配。在實際應(yīng)用中，以廉價常用的精準(zhǔn)儀用放大芯片OP07C為例，其的標(biāo)準(zhǔn)值為400，000倍，CMRR的標(biāo)準(zhǔn)值為120dB，以標(biāo)準(zhǔn)值來計算。如果所選用高精度、匹配較好的運(yùn)放，和的值還可以大幅度提高。 濾波電路由于電磁干擾越來越嚴(yán)重，所以心電信號在采集過程中不僅有50Hz的工頻干擾和低頻、直流分量的干擾，還有高于100Hz高頻諧波的嚴(yán)重干擾，有必要進(jìn)行低通濾波電路的設(shè)計。 低通濾波電路由于心電信號微弱，需要多級放大，而多級直接耦合的直流放大器雖能滿足要求，但多級直接耦合的直流放大器容易引起基線飄移。此外，由于極化電壓存在的緣故，動態(tài)心電圖機(jī)的直流放大器更不能采用多級直接耦合。本裝置中，在兩級放大器之間采用RC耦合電路，即時間常數(shù)電路，在隔離直流信號的同時達(dá)到高通濾波的效果。，這樣可確定電阻、電容值，在兩級之間組成高通濾波器?？傻棉D(zhuǎn)折頻率為： 高通濾波電路 右腿驅(qū)動電路人體接地是造成觸電事故的一個重要原因，因此取消人體接地是最根安全用電措施。人體接地本來就是在沒有高質(zhì)量的放大器情況下采取少共模信號的應(yīng)急措施。測量心電圖時，如果病人右腳不接地，由于雜散分布電容的影響，病人身上將會產(chǎn)生很高的共模電壓。因此，最理想的方法是設(shè)計出一種既能減少共模干擾又能取消人體接地的電路。右腿驅(qū)動的工作原理是將由人體體表獲得的共模電壓通過負(fù)反饋放大的方式輸回人體，從而達(dá)到抵消共模干擾的作用，從根本上抑制共模電壓。 右腿驅(qū)動電路經(jīng)過模擬電路放大濾波后的心電信號是交流信號，而MSP430系列單片機(jī)的轉(zhuǎn)換范圍是正電壓信號，所以有必要將模擬信號抬升至0V以上，在后級設(shè)置一定的可調(diào)放大倍數(shù)，并使用微型電位器，以便根據(jù)實際需要進(jìn)行調(diào)整。 電平提升電路 導(dǎo)聯(lián)脫落檢測報警電路患者在使用心電監(jiān)護(hù)儀時有可能發(fā)生導(dǎo)聯(lián)松動和脫落，這將引入很大的干擾，導(dǎo)致心電波形畸變，使得心電監(jiān)護(hù)終端難以輸出實際波形，從而導(dǎo)致對心電信號的錯誤判斷，影響診斷結(jié)果。正常情況下，正負(fù)電極對人體皮膚形成的極化電壓可以相互抵消，當(dāng)一側(cè)電極脫落時，將有較大的極化電壓輸入，經(jīng)過前置放大后的電壓將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過正常連接時的電壓范圍。因而可通過一個窗口比較器，當(dāng)電壓超出窗口范圍時，認(rèn)為發(fā)生電極脫落，比較器輸出電平由正常時的高電平變?yōu)榈碗娖剑a(chǎn)生報警信號。，當(dāng)導(dǎo)聯(lián)脫落時，紅色指示燈會亮起提示脫落。本章詳細(xì)介紹了心電信號的采集與處理過程，根據(jù)前一章所述的心電信號的特點和噪聲干擾，提出前置放大器的設(shè)計要求，給出了詳細(xì)的設(shè)計方案，對各個模塊電路的功能做了詳盡的闡述。第4章 控制、存儲及接口電路設(shè)計 中央處理器及其外圍模塊本系統(tǒng)的核心器件無疑是負(fù)責(zé)調(diào)配各外圍部件有序工作的微處理器。在電子技術(shù)高速發(fā)展的今天，市場上可供選擇的處理器有很多種，最常見的有單片機(jī)、DSP、PLC、ARM等。處理器的選擇不僅要看其處理能力，還要考慮其他一些因素，比如價格、功耗等。經(jīng)過對幾種嵌入式平臺的比較，本系統(tǒng)病人心電監(jiān)護(hù)終端硬件核心處理器采用美國德州儀器公司生產(chǎn)的低功耗16位單片機(jī)MSP430F149。MSP430具有如下特點：首先，它的突出優(yōu)勢是功耗小。MSP430單片機(jī)之所以有超低的功耗，是因為其在降低芯片的電源電壓及靈活而可控的運(yùn)行時鐘方面都有其獨(dú)到之處。它在1MHz的時鐘條件下運(yùn)行時，芯片的電流會在200~400uA左右。MSP430可通過兩個不同的系統(tǒng)時鐘系統(tǒng)——基本時鐘系統(tǒng)和鎖頻環(huán)(FLL和FLL+)時鐘系統(tǒng)或DCO數(shù)字振蕩器時鐘系統(tǒng)產(chǎn)生CPU和各功能所需的時鐘，并且這些時鐘可以在指令的控制下打開和關(guān)閉，從而實現(xiàn)對總體功耗的控制。系統(tǒng)中共有一種活動模式(AM)和五種低功耗模式．(LPMO、LPM4)。在等待方式下，在節(jié)電方式下。第二，除了低功耗之外，MSP430還具有強(qiáng)大的處理能力，其芯片具有一個16位精簡結(jié)構(gòu)指令CPU，10個16位的寄存器以及常數(shù)發(fā)生器，能夠最大限度的提高代碼的效率。數(shù)字控制的振蕩器(DCO)將CPU從低功耗模式喚醒的時間僅為6微秒。MSP430F449采用RISC精簡指令集，125ns指令周期，大部分的指令在一個指令周期內(nèi)完成，且其片內(nèi)含有硬件乘法器，大大節(jié)省了運(yùn)算的時間。第三，MSP430具有豐富的片內(nèi)外圍電路，它內(nèi)置12位高性能A/D轉(zhuǎn)換器、兩個帶有捕獲計時寄存器的16位定時器、60KB的FLASH ROM、2KB的RAM、48個可復(fù)用I/O引腳和兩個通用同步/異步串行通訊接口等。MSP430系列單片機(jī)的這些片內(nèi)外設(shè)為系統(tǒng)的單片解決方案提供了極大的方便。除此之外，MSP430F149開發(fā)平臺提供了方便高效的開發(fā)環(huán)境。由于它屬于FLASH型器件，相對于OPT型和ROM型的器件，它有JTAG調(diào)試接口，還有可擦寫的FLASH存儲器，可先下載程序到FLASH內(nèi)，再在器件內(nèi)通過軟件控制程序的運(yùn)行。采用這種方式只需要一臺PC機(jī)和一個JTAG調(diào)試器，而不需要仿真器和編程器。： MSP430系列單片機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖MSP430系列由以下部分組成：●基礎(chǔ)時鐘模塊，包括1個數(shù)控振蕩器(DCO)和2個晶體振蕩器?！窨撮T狗定時器Watchdog Timer，可用作通用定時器。●帶有2個捕捉／比較寄存器的16位定時器Timer_A3?！駧в?個捕捉／比較寄存器的16位定時器Timer_B7?！?個具有中斷功能的8位并行端口：P1與P2?！?個8位并行端口：PPP5與P6。●模擬比較器Comparator_A?！?2位A，D轉(zhuǎn)換器ADCl2?！?個串行通信接口：USART0與USART1?！?個硬件乘法器。 ADC采樣模塊根據(jù)系統(tǒng)要求，在考慮所要采集信號范圍、采樣頻率、精度要求、轉(zhuǎn)換速率、環(huán)境條件、計算機(jī)接口特征及成本的前提下，本系統(tǒng)中采用MSP430F149內(nèi)部集成的ADC 12模塊進(jìn)行A／D轉(zhuǎn)換。ADCl2內(nèi)核是一個帶有采樣與保持功能的12位轉(zhuǎn)換器；內(nèi)部參考電壓發(fā)生器，同時有兩種參考電壓值可供選擇；采樣與轉(zhuǎn)換過程中所需要的時鐘信號源可以選擇；采樣及轉(zhuǎn)換所需的時序控制