【正文】 目前各大醫(yī)療器械廠商不斷推出新式的醫(yī)療設備，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。 (3) 對于數(shù)據的傳輸和處理，一是可以考慮用互聯(lián)網傳輸，這樣更加方便快捷。 由于時間和精力等方面的限制， 本系統(tǒng)還有需要 進一步完善 ： (1) 提高前端采集電路的精度。其次是對于芯片的選擇也是非常重要的，本文選用了性價比高的基于 CortexM3 的 STM32 芯片作為微處理器，該 MCU 能夠很好的完成系統(tǒng)所需的功能。 基于 STM32 的便攜式心電圖儀設計 30 圖 17(a) 未經濾波的波形 圖 17(b) 經濾波后的波形 整體測試 和 結果分析 從效果可以看出心電波形顯示正常 ，波形穩(wěn)定，基本沒有工頻干擾，說明硬件與軟件濾波起到了作用。 基于 STM32 的便攜式心電圖儀設計 29 (3)陷波電路測試 測量方法：實際測量中，輸入一定電壓幅度的正弦波，調節(jié)其頻率 使輸出頻率為 50Hz， 調節(jié)滑動變阻器，觀察輸出電壓幅度的變化，當輸出波形幅值最小最佳。 共模抑制比為： CMRR=10/=104dB。 (1)AD620 的性能測試 ? 差模增益 測量方法：差動輸入端，正端接信號源信號，負端接地，輸入信號為 150mV，測量 AD620A 的輸出端對地的電壓，其值為1020mV。在開發(fā)環(huán)境中完成程序編譯之后，通過JLink 工具把程序代碼下載到 STM32 處理器中，然后通過程序的調試功能來進行程序的調試。 當硬件電路正常工作后，我們使用串口調試助手、 JLink 進行在線調試。為了提高精度可以把電壓范圍在程序內部處理時擴大 100 倍，則轉換精度為 P=200/120=5/3，設轉換后的坐標為 xzb，另外液晶的坐標原點在右上角，則把電壓 Cur_val 的范圍 0~200 轉換到坐標 60~180 之間可以用以下公式： xzb=180－ Cur_val*3/5。在顯示波形時需要解決三個問題：一是把采集到的電壓值轉換成液晶上的高度；二是兩點之間要連續(xù)；三是刷新方式，刷新的一種方 法是在波形顯示到屏幕的最右邊時整個波形區(qū)域刷新為空，然后重新從最左邊顯示，另一種方法是邊顯示邊刷新，即在顯示的后邊的一小塊區(qū)域刷新為空，也就是邊顯示邊刪除。 STM32 的 FSMC 模塊是能夠與同步或異步的存儲器和 16 位的 PC 存儲器卡的接口，它的主要作用是： ? 將 AHB 傳輸信號轉換到適當?shù)耐獠吭O備協(xié)議 ? 滿足訪問外部設備的時序要求 通過這樣的方法 就可以把液 晶當作外部存儲設備來使用， 通過配置 讀寫及控制信號 的時序，用 指定指 針就可以實現(xiàn)對液晶的讀寫訪問。Cur_val，數(shù)組 Buff_bp[4]全為 0，數(shù)組 Buff_x[20]里面存放了前20 個點的數(shù)據，那么該點濾波后的數(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 Buff_bp[0]移除，把 Fil_val 的值存入到數(shù)據 Buff_bp[4]中，同理讓數(shù)組 Buff_x[20]右移，移除數(shù)據Buff_x[0]，在把 Cur_val 存入到 Buff_bp[20]中，這樣就完成了一 基于 STM32 的便攜式心電圖儀設計 26 個點的濾波。 數(shù)字濾波程序 設計 數(shù)字濾波算法的實現(xiàn)是軟件部分關鍵的問題，它的運算時間和精度直接決定了系統(tǒng)的實時性和數(shù)據的準確性。 開 始系 統(tǒng) 初 始 化A / D 數(shù) 據 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 信號采集程序設計 心電信號的精確采集對于后面的進一步處理至關重要。 ADC_RegularChannelConfig(ADC1,ADC_Channel_14,1,ADC_SampleTime_13Cycles5)。 = ADC_DataAlign_Right。一個簡單的實例如下： /* ADC1 configuration */ = ADC_Mode_Independent。這是 STM32 軟件開發(fā)十分顯著的優(yōu)點。其次， STM32 方便的庫文件開發(fā)方式本身就屏蔽了硬件的細節(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)設計。隨著科學的發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)的復雜度的提高和 EDA 技術的發(fā)展，各種高級的 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)，同時也為用 C 語言這種高級語言來編寫程序提供了有利的條件。顯示功能完成數(shù)據到波形的轉換，能夠動態(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，其次是完成各個子程序的編寫，最后主程序通過調用主程序完成所要實現(xiàn)的功能。 軟件總體分析 從整體上看，該系統(tǒng)軟件分為兩個大的部分： (1) 下位機軟件即 STM32 應用程序。 4. 修改源程序中的錯誤。 ? 外設對話框：檢查微控制的片上外設的狀態(tài)。 ? 輸出窗口 ： 顯示編譯結果，以便快速查找錯誤的地方，同時還是調試命令輸入輸出窗口，也可以用于顯示查找結果。 uVision 當前最高版本是uVision3,它的界面和常用的微軟 VC++的界面相似，界面友好，易學易用，在調試程序，軟件仿真方面也有很強大的功能。 在完成硬件電路設計和電路 制作后，再進 行整體 的統(tǒng)一 調試。 心電采集電路需要土 5V 電源， STM32 工作電壓為 ， 本設計用 電池供電，中正負 5V 電壓可以采用 7805 和 7905 來產生，它 通過外圍的電感電容的組合提供升滿足運放使用的正電壓和負電壓， 圖 10 是其典型應用。如果電源不穩(wěn)定可能造成系統(tǒng)不能正常工作，嚴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成，如圖 8 所示。只能用實際的濾波器的幅頻特性去逼近理想的特性。其帶負載后，通帶放大倍數(shù)的數(shù)值減小，通帶截止頻率升高，這個缺點不符合信號處理的要求 [12]。但由于右腿驅動存在交流干擾電壓的反饋電路，而交流電流經人體，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產生位移電流 Id， 降低位移電流干擾的一種有效辦法是采用右腿驅動法，圖 7為右腿驅動的具體連接電路。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。因此要求放大器有很高的共模抑制比。 (2) 頻率響應 所謂頻率響應是指放大器對不同信號頻率的反應，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 。 圖 5 按鍵接口電路 基于 STM32 的便攜式心電圖儀設計 15 前置放大電路以及右腿驅動電路 前置放大電路要完成的功能是實現(xiàn)信號的差分放大，該部分電路在整個采集電路中至關重要，因為后續(xù)信號的處理都是以此為基礎的。 因此，根據上 述幾點本設計選用了 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 驅動。對于便攜式嵌入式設備來說，低功耗是一般都作為一項重要的指標，在外邊使用時能夠盡可能地延長電池的工作時間 (4) 材質。所以在液晶的顏色上要達到一定的數(shù)量。對于人機交互部分，顯然采用單色液晶顯然已經不能滿足的需要，因 基于 STM32 的便攜式心電圖儀設計 13 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 0 歐 電阻隔離。F 的電容，時間延時大約為 ，符合 STM32 系統(tǒng)芯片的復位要求。 基于 STM32 的便攜式心電圖儀設計 11 (6) STM32F103xx 增強型支持三種低功耗模式，可以在要求低功耗、短啟動時間和多 種喚醒事件之間達到最佳的平衡。 基于 STM32 的便攜式心電圖儀設計 10 圖 2 STM32F103x 的模塊框圖 STM32 固件庫。高性能并非意味著高功耗。在我們的項目中，設備運行的配置參數(shù) 會存儲在 FLASH 中的固定位置，每次啟動設備時，程序會讀取這些參數(shù)來進行初始化。 (2) STM32 增強型系列擁有內置的 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]。 綜合以上幾個方面，最終選用了意法半導體公司推出的新型32 位 ARM 內核處理器芯片 STM32 系列中的 STM32F103ZET6。 (3) 盡可能簡化外圍電路的復雜程度：一個系統(tǒng)中所使用的元器件越多、電路結構越復雜，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，硬件設備的選擇需要考慮這些特定的需求，有針對性的進行器件的選擇和設計。 最小核心系統(tǒng)的設計 以應用為中心、軟件硬件可裁剪的、適應應用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗等嚴格 綜合性要求的專用計算機系統(tǒng)，由硬件和軟件兩部分有機的結合在一起，作為一種典型的嵌入式應用 [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）設計硬件系統(tǒng)，減少硬件復雜度并降低成本。 3 便攜式心電圖儀的硬件