【正文】 參考文獻(xiàn) [1]秦龍 .MSP430單片機(jī)常用模塊與綜合系統(tǒng)實(shí)例精講 [M]1北京 :電子工業(yè)出版社 , 2020171 [2]黃智偉 .全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽訓(xùn)練教程 [J]1北京 :電子工業(yè)出版社 , 2020201 [3]那文鵬 .王昊 1通用集成電路的選擇與使用 [M]1北京 :人民郵電出版社 , 2020201 [4]謝自美 .電子線路綜合設(shè)計(jì) [M]1武漢 : 華中科技大學(xué)出版社 , 2020201 [5]黃智偉 .全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽技能訓(xùn)練 [M]1北京 :北京航空航天大學(xué)出版社 , 2020201 [6]楊剛，周群 .電子系統(tǒng) 設(shè)計(jì)與實(shí)踐 [M].電子工業(yè)出版社 ,2020(1). [7]謝自美 .電子線路設(shè)計(jì) (4)在設(shè)計(jì)硬件濾波器的同時(shí)，為降低成本、減少體積，采取軟件濾波的方法來(lái)濾除工頻干擾，利用 MATLAB 仿真工具對(duì)不同濾波算法進(jìn)行模擬和仿真，信號(hào)來(lái)源是MITBIH 標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)，并最終 確定了用簡(jiǎn)單整系數(shù)的方法作為對(duì)心電信號(hào)的數(shù)字濾波算法。成功實(shí)現(xiàn)了從人體上提取出心電信號(hào)。amp； (sel_prev == 1)) key=key_sel； } sel_prev=pkey_sel； ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． .......... 其他按鍵掃描原理一樣，省略 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． return key； } 5. 結(jié)束語(yǔ) 本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的是便攜式的小型化的心電監(jiān) 護(hù)系統(tǒng) ,針對(duì)目前市場(chǎng)上的便攜式心電圖儀器價(jià)格昂貴、功能復(fù)雜，儲(chǔ)存容量小，且大多不能與計(jì)算機(jī)進(jìn)行交互的局限性，本文設(shè)計(jì)了一種基于 ATmega128 芯片能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控并且價(jià)格低廉的便攜式心電信號(hào)采集儀。amp。中斷方式反映迅速，但在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)在波形顯示時(shí)如果按下按鍵波形會(huì)有微小的抖動(dòng)，原因是按按鍵的時(shí)候有可能 連擊或則是按鍵按下時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。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(Xaddress, Ypos)； for(index=0； index32。amp； USART_InitStructure)； /* Enable the USARTx */ USART_Cmd (USART1, ENABLE)； 信號(hào)采集程序設(shè)計(jì) 心電信號(hào)的精確采集對(duì)于后面的進(jìn)一步處理至關(guān)重要。 主程序流程 主程序流程 圖主要完成心電信號(hào)的采集、信號(hào)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(chǔ)與分析和串口通信等。 LED背光，美觀大方。 鍵盤硬件電路如圖 3－ 10所示。同時(shí)通過(guò)控制 ,決定對(duì)存儲(chǔ)器是進(jìn)行讀操作還是寫操作 , 兩引腳電平不能同時(shí)有效。 處理電路方案 心電數(shù)據(jù)處理電路主要完成信號(hào)的模數(shù)轉(zhuǎn)換、濾波、串行通信、液晶顯示、 SD 卡存儲(chǔ)、鍵盤控制等。圖 37是其典型應(yīng)用。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。陷波處理電路如 3－ 5所示： 16 OP07LF353ALF353B+5V5VR18R17C6C5R14R135V+5VR15 R16 C7 C8 圖 3－ 5 陷波電路 電平抬升電路 經(jīng)過(guò)一系列信號(hào)調(diào)理后，陷波輸出的心電信號(hào)為交變信號(hào)，而本設(shè)計(jì)中 ADC0809 轉(zhuǎn)換輸入電壓范圍為 0～ 5V，因此，在送入 ADC 之前還需進(jìn)行電平抬升，放大后的心電信號(hào)電壓大概為 ～ ，而 A/D 的輸入范圍為 0~，因此需要把信號(hào)抬升，保證能采集到全部的心電信號(hào)。 為了防止 50Hz 的工頻對(duì)電路的干擾。后級(jí)的 OP07用來(lái)解決前面得陷波電路與后級(jí)電路之間的阻抗變換問(wèn)題通過(guò)電壓跟隨把濾波后信號(hào)傳遞給下一 級(jí)電路 【 11】 。雙 T電路結(jié)構(gòu)基本是雙對(duì)稱型的，取 R13=R14=R15=R16=10kΩ， C5=C6=C7=C8=330nF，最大衰減頻率為：f0=50Hz。二階低通濾波電路采用塞爾低通濾波器如圖 5,濾除高頻干擾信號(hào)。第一級(jí)放大倍數(shù)為： G1=1+R6/R7，第二級(jí)放大倍數(shù)為： G2=1+R8/R9，后級(jí)放大倍數(shù)為 G=G1*G2。因此 ,我們采用了此方案。 前置放大電路 心電信號(hào)為一差動(dòng)式信號(hào)并且小于 4mV,通常信號(hào)會(huì)先經(jīng)過(guò)第一級(jí)的適當(dāng)放大后 ,再經(jīng)過(guò)高低通濾波器 ,采用分級(jí)放大的原因是為了避免直流偏壓經(jīng)過(guò)放大后 ,造成后級(jí)的電飽和 ,而使放大后的信號(hào)產(chǎn)生失真 .因此為了避免放大器飽和 ,在這一級(jí)的放大增益應(yīng)該小于 30, 一般說(shuō)來(lái)作為前級(jí)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。 (5) 低噪聲、低漂移 在心電放大器中，還有兩個(gè)較重要的參數(shù)即噪聲和漂移。 (3) 共模抑制比電極 不對(duì)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(guò)放大電路其值極有可能遠(yuǎn)比心電信號(hào)大得多，從而將微弱的信號(hào)淹沒。一般為了抑制零點(diǎn)漂移，提高共模抑制比 ,應(yīng)該分多級(jí)實(shí)現(xiàn)放大。 導(dǎo)聯(lián)通道的選擇 在前置放大前級(jí)采用類比多工器 ADG609,考慮到一般生理信號(hào)都屬于差動(dòng)式 【 9】 的，而 ADG609 的類比信號(hào)的輸入范圍介于 Vss 與 Vdd 之間，且有四個(gè)切換對(duì)，可以很輕易地經(jīng)由 ATmega128 的設(shè)定來(lái)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(dòng)阻抗、低消耗功率，以上這些特性都符合此設(shè)計(jì)的要求。在上電復(fù)位時(shí)保持 PEN 為低電平將使器件進(jìn) 11 入 SPI串行下載模式。 (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。門限時(shí)間在P47Table19說(shuō)明。復(fù)位發(fā)生時(shí)端口 G為三態(tài)。復(fù)位發(fā)生時(shí)端口 F 為三態(tài)。 (8)端口 F(PF7..PF0)，端口 F為 ADC 的模擬輸入引腳。 (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。 (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。 (5)端口 C(PC7..PC0)，端口 C為 8位雙向 I/O 口，并具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。 (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。 (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。 （ 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(hào) FLASH 非常大，特別適用于使用高級(jí)語(yǔ)言進(jìn)行開發(fā)。 (4)從控制系統(tǒng)生產(chǎn)成本的角度考慮：在本系統(tǒng)中，由于多試家庭使用及外環(huán)境的不確定性因素較多，萬(wàn)一出現(xiàn)設(shè)備損壞，希望替換成本越低越好，其 MCU 的成本占了整個(gè)系統(tǒng)的一部分，能夠降低 MCU 的成本也就能降低系統(tǒng)成本。 微處理器的選型 MCU 的選擇主要從以下四個(gè)方面來(lái)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(hào)的采集、信號(hào)的濾波處理、心電波形的顯示、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)以及通信。上位機(jī)是一個(gè)數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)，能夠完成信號(hào)的接收、分析、顯示及其他處理。 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。 （ 2）存儲(chǔ)電路：利用 SD卡完成心電數(shù)據(jù)的大容量存儲(chǔ)，并建立文件系統(tǒng)。所以采用此方案。但是，共模抑制比很難達(dá)到發(fā)揮 80db 以上，而且精確度不高，在以后的輸出中會(huì)出現(xiàn)很多的毛刺。主放 大器可將濾波后的信號(hào)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(hào)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(chǔ)?？紤]到常規(guī) A/D轉(zhuǎn)換功耗較大 ,系統(tǒng)采用 ATmega128單片機(jī) ,ATmega128單片機(jī)的 A/D采樣精度可達(dá) 12位 ,最高采樣速率可達(dá) 200Ksps,具有采樣 /保持功能的 ADC,完全能夠滿足心電信號(hào)檢測(cè)要 7 求。從功率譜上可以看出，心電信號(hào)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(hào) 的中、高頻率區(qū)，由于這個(gè)特征在整個(gè)心電信號(hào)圖中非常明顯，因此對(duì) QRS 波形的檢測(cè)變得非常容易識(shí)別。 (5)隨機(jī)性：人體周圍的環(huán)境非常復(fù)雜，在檢測(cè)時(shí)不可避免的會(huì)受到各種各樣的外界干擾而使心電信號(hào)發(fā)生變化，從而造成心電信號(hào)的隨機(jī)性。 (2)低頻特性：人體心電信號(hào)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。 心電信號(hào)是一個(gè)近似周期信號(hào)，它的特點(diǎn)是突變性很強(qiáng)，屬于一種非常典型的具明顯時(shí)心電信號(hào) 前置放大 后級(jí)放大 電壓 抬升電路 LCD 顯示 濾波電路 按鍵電路 ATmega128 6 頻特性與時(shí)間 尺度特性的生物醫(yī)學(xué)信號(hào)。心電信號(hào)屬于直接信號(hào)，信源是心臟，具有周期信號(hào)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(hào)總是在一定的范圍內(nèi)波動(dòng)，有時(shí)候也會(huì)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。心電圖是記錄心臟電活動(dòng)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。心電信號(hào)就是有心肌激動(dòng)產(chǎn)生的微小電流，該電激動(dòng)是在心臟機(jī)械收縮之前產(chǎn)生的。經(jīng)濾波后的電信號(hào)為雙極性信號(hào)，需 抬高，才能進(jìn)行 AD采樣。因?yàn)殡姌O采集的心電信號(hào)參雜著共模信號(hào)，所以需經(jīng)前置放大，進(jìn)行差模信號(hào)放大，去除共模信號(hào)。所以心電圖的檢查必須結(jié)合