【正文】 為可能。這類儀器是以心電圖為首位監(jiān)護參數(shù)的，所以也稱為心電監(jiān)護。一個正常人一天24小時心搏數(shù)達10萬次以上，在有限的時間內(nèi)，記錄發(fā)生心率失常的概率相當(dāng)?shù)?，尤其是一些陣發(fā)性心率失常，即使病人有自覺癥狀，但在做常規(guī)心電圖檢查時也往往難以察覺。便攜式心電圖機正好能滿足人們二十四小時動態(tài)監(jiān)測心臟的跳動情況，從而能及時發(fā)現(xiàn)病變并進行及時治療，有效的降低突發(fā)性死亡率。隨著電子技術(shù)﹑微電子技術(shù)的發(fā)展，研制一種既能自動檢測﹑存儲心電信號，能對其進行實時監(jiān)視，又能對其進行回放分析的低成本動態(tài)心電檢測﹑監(jiān)護及回放分析系統(tǒng)成為可能。1957年，他研制成了一個能以60倍帶速的磁帶回放機構(gòu)。1965年，第一臺商業(yè)化動態(tài)心電監(jiān)護系統(tǒng)（Holter）問世。目前，成型的產(chǎn)品技術(shù)上主要有以下特點：記錄裝置與回放系統(tǒng)分開，即便攜式心電儀有的只能存儲數(shù)據(jù)不能回放，回放需要依靠PC機或直接作為數(shù)據(jù)終端通過無線網(wǎng)絡(luò)把數(shù)據(jù)發(fā)送到中心站，有的只能顯示心電波形而缺少大容量存儲功能。除了最新設(shè)計的微型存儲卡技術(shù)的裝置外，大多數(shù)磁帶式記錄儀不具備和PC機連接的功能，或者采用RS232等低速率的連接方式。微型存儲卡的優(yōu)點是靈活，可更換，但需要讀卡器的支持。該設(shè)計為我們提供了一個很好的設(shè)計思路：簡潔﹑方便和人性化。超低功耗微型控制器MSP430FG439實現(xiàn)對系統(tǒng)的總的操控。LCD液晶屏顯示心率、心電波形必要時要對心電信號波形進行PC機顯示分析。具體數(shù)據(jù)流向框圖如下：該設(shè)計為通信PC機提供了可能LCD顯示MSP430FG439心電信號前端RS232PC機 數(shù)據(jù)流向框圖 系統(tǒng)總體設(shè)計要求由于心電信號取自人體表面，其內(nèi)阻比較大且信號微弱，而且背景噪聲強。高共模抑制比，以消除工頻及電極極化電位的干擾。低漂移，以減小基線漂移并避免前置放大器飽和。合適的帶寬以便有效的抑制噪聲。軟件部分：通過對單片機編程，通過算法實現(xiàn)心率的計算。2 心電圖的產(chǎn)生和測量 體表心電圖心臟是人體中血液循環(huán)的動力源泉，依靠心臟有節(jié)律性的搏動，使得血液在體內(nèi)不斷的循環(huán)，維持正常的生命活動。正常的人體心電圖可以反映心臟激動電位的變化，是由一系列重復(fù)出現(xiàn)的下列各波、段和間期組成。傳導(dǎo)系統(tǒng)是指由一系列特殊心臟細胞連接組成的，這些細胞組織既有自動產(chǎn)生興奮的功能，又有較一般心肌細胞快的傳導(dǎo)功能，這樣使興奮有節(jié)律地按一定順序傳播，使心臟保持正常的有節(jié)律的收縮和舒張以維持血液循環(huán)。心臟興奮沿傳導(dǎo)系統(tǒng)的傳導(dǎo)過程需有一定的時間，竇房結(jié)與房室結(jié)之間動作電位傳遞的時間約為40ms，房室交界處的延遲時間為11ms，希氏束很短，希氏束及其束支傳導(dǎo)速度很快從興奮進入希氏束只需30ms就可到達最遠的浦氏纖維，心室肌外層的1/3～1/2由普通心室肌傳導(dǎo)，右心室約需10ms左心室約需30ms ,因此自竇房結(jié)到心室外表面的總傳導(dǎo)時間約為220ms。心臟的激動起源于竇房結(jié)，最先傳到心房，使之激動。正常的 P 波有不同的形態(tài)，波幅從 0mv～，時程0ms～100ms。根據(jù) P 波的形狀、P 波的幅度、P 波持續(xù)時間以及 P～R 間期的比值等，可用于判斷心房擴大，心肌梗塞等癥。這三個波都反映心室的激動過程，所以合稱為QRS復(fù)合波或QRS波群。QRS波的形態(tài)、振幅、時間所包含的心臟信息極為豐富，迄今仍有大量的有用信息尚未被認識，有待進一步探討。T波在 ST段之后發(fā)生，波形比較低而且所占的時間較長，在50ms～250ms。 心電導(dǎo)聯(lián)將兩個電極安放在人體表面的任何兩點，分別同心電圖機的正負極端相連，可用來描記這兩點電位差的變化，這種放置電極的方法及其與心電圖機的連接方式稱為導(dǎo)聯(lián)（lead）。在實用上為了統(tǒng)一標準以便進行對比分析，一般均采用國際上通用的導(dǎo)聯(lián)，即I，II，III標準導(dǎo)聯(lián)、加壓單極肢體導(dǎo)聯(lián)( avR、avL、avF )及單極胸導(dǎo)聯(lián)（v1～v6）。為了充分體現(xiàn)便攜式，所以選擇采用很簡單的方式，其中右腿驅(qū)動電路主要用來消除人體的共模干擾信號，由于采用直流電池供電所以，系統(tǒng)本身就沒有50Hz工頻干擾。主要接法參考前置放大部分 心電圖機電極由于人體的活組織是一個含有多種金屬元素的電介質(zhì)，生物電測量電極提取生物電位變化時，要經(jīng)過復(fù)雜的非線性過程。電極作為心電圖記錄和監(jiān)測中的傳感器，一般使用Ag/Agcl心電電極。心電電極的性能一般可分為電性能和粘貼性能，當(dāng)心電電極在短時間內(nèi)使用時，我們可以只考慮電極的電性能。3 心電信號的檢測電路設(shè)計 心電信號的噪聲來源人體心電信號是一種弱電信號，信噪比低。采集心電信號時會受到各種噪聲的干擾，噪聲來源通常有以下幾種：電極接觸噪聲電極接觸噪聲是瞬時的，來源于電極與皮膚的不良接觸，即病人與檢測系統(tǒng)的連接不好。電極接觸噪聲可抽象為快速﹑隨機變化的階躍信號，它按指數(shù)形式衰減到基線值（對于工頻供電還有工頻成分）。人為運動人為運動是瞬時的基線改變，由電極移動中電極與皮膚阻抗改變所引起，造成的基線干擾形狀可認為類似周期正弦信號，其峰值幅度和持續(xù)時間是變化的，幅值通常為幾十毫伏。EMG基線通常在很小電壓范圍內(nèi)所以一般不明顯?；€漂移和呼吸時ECG幅值的變化基線漂移和呼吸時ECG幅值的變化一般由人體呼吸、電極移動等低頻干擾所引起，頻率小于5Hz。 心電信號放大器設(shè)計要求由于人體的心電信號有微弱、低頻、易受干擾、不穩(wěn)定、隨機等特點，因此對動態(tài)心電圖的心電放大器的設(shè)計有很苛刻的要求。高輸入阻抗心電放大器輸入阻抗的設(shè)計取決于人體的阻抗特性、所使用的電極類型以及與人體的接觸界面。由于心電信號源阻抗具有高阻抗的特性，而心電信號是微弱的，若心電放大器的輸入阻抗不高，那么經(jīng)過分壓后，心電放大器輸入端的信號就非常微弱了。信號源阻抗不僅因人而異，因生理狀態(tài)而異，而且在測量時，與電極的安放位置電極本身的物理狀態(tài)都有密切的關(guān)系。所以只有較高的輸入阻抗，才能確保增益的穩(wěn)定性。電極與皮膚接觸引起的極化電動勢可作為直流共模干擾輸入到心電放大器，其值可能達到數(shù)百毫伏的程度，遠比心電信號大得多。共模抑制比(CMRR)是衡量心電放大器對共模干擾抑制能力的一個重要指標，也是克服溫度漂移的重要因素。低噪聲、低漂移在心電放大器中，由于增益較高，噪聲和漂移是兩個較重要的參數(shù)。為了獲得一定信噪比的輸出信號，對放大器的低噪聲性能有嚴格的要求。而心電信號具有很低的頻率成分，為了能正常的測量，必須采取措施來限制放大器的漂移?？偟膩碚f，動態(tài)心電圖的心電放大器的設(shè)計有如下要求:增益為800~l000左右?！?0MΩ。低噪聲、低漂移。一般設(shè)計中均采用對地對稱的雙電極差動放大器，被測的生理電信號采用差動輸出方式，成為差模信號。因此在生理電信號記錄過程中，要求前置放大器有較強的抑制共模干擾能力。 前置放大電路由于INA321該芯片作為前置放大級，其本身能有5倍的放大能力，又由于其高通濾波部分其放大倍數(shù)為A1=1+=101。大部分心電波形是比較低頻率波段的組成，采用如圖所示的壓控電壓源二階有源巴特沃斯低通濾波電路進行對高頻信號的濾除。運算放大器為同相接法，濾波器的輸入阻抗很高，輸出阻抗很低，濾波器相當(dāng)于一個電壓源。其轉(zhuǎn)移函數(shù)為：其中A為通帶內(nèi)的電壓放大倍數(shù)，Q為品質(zhì)因數(shù)，Wc為濾波器的截止角頻率： 這里我們選定其截止頻率在30Hz。R1約為1k。根據(jù)對該單片機的參考電壓的設(shè)置情況，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)實際需要進行調(diào)整。人體接地本來就是在沒有高質(zhì)量的放大器情況下采取的減少共模信號的應(yīng)急措施。假設(shè)病人左肩離電源最近，可將分布電容看作集中在電源正極和左肩之間。通過分析可知，右腿不接地時，等效共模電壓可以110v。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。該系統(tǒng)可使病人有效地與地隔離，具有很小的泄漏電流，記錄的心電圖也相當(dāng)清晰。考慮到運放需要正負5v供電，所以需要3路不同的電壓變換，另外，模擬電路部分耗電器件僅僅是幾個運放，工作中的負載電流僅十幾個毫安。+5v變換采用步升微功耗DCDC升壓器MAX756. 它所需外圍元件少、體積小、功耗低、調(diào)試方便，典型轉(zhuǎn)換效率為87%。接Vin時輸出+ +5v。續(xù)流二極管應(yīng)選用反向恢復(fù)時問短、正向壓降小、正向電流大于負載電流的肖特基二極管。實際設(shè)計圖如下:圖 MAX756及其連接5v變換采用電壓變換器MAX860。電壓反轉(zhuǎn)器是它最廣泛的應(yīng)用，要求其輸入電壓范圍 ～，LV腳接GND，(見圖)。 MAX860及其連接MAX640有兩種可調(diào)輸出方式，其輸出電流可達500mA，滿足液晶屏的功率要求。當(dāng)輸入電壓小于輸出電壓6mv（最大為20mv）時，其內(nèi)部輸出場效應(yīng)管將被關(guān)閉，因而可以防止電流倒灌，這個特性使該器件非常適合于電池供電系統(tǒng)的使用。它的低功耗實現(xiàn)是依靠兩個不同的時鐘系統(tǒng)，基本時鐘系統(tǒng)和DCO數(shù)字振蕩器時鐘系統(tǒng)的打開和關(guān)閉實現(xiàn)的。只需要一臺PC和一個稱為FET( Flash Emulator Tool)的JTAG控制器即可實現(xiàn)，F(xiàn)ET的JTAG接口與芯片連接只有幾個引腳，就可以在線編程。這種集FLASH技術(shù)、JTAG調(diào)試、集成開發(fā)環(huán)境結(jié)合的開發(fā)方式在單片機中較為少見。本設(shè)計選用的MSP430FG439具有60KB Flash，2KB SRAM，8路外部信號12 bit ADC，硬件乘法器，與低功耗特性集成，適合作為本設(shè)計的處理器。液晶驅(qū)動能力達128段。這給使用上帶來了很大的靈活性。其注意事項如下：由于MSP430FG439 是采用加載信號到電容上充電的采樣， 因此必須要給一定的采樣時間以能到達一定的精度和時間的不溢出，否則會出現(xiàn)時間溢出的中斷。在實驗時是采用的單步才能比較精確的測量，在全速時需要延時才能測量，否則采樣結(jié)果為0 .在采樣結(jié)束和轉(zhuǎn)換的開始需要一個控制過程，這就是將ADC12CTL0的ENC和ADC12SC同時置“1，則表明采樣結(jié)束和轉(zhuǎn)換開始，在我們的測試中，是將ADC12CTL0的控制位重復(fù)了一次以達到開始轉(zhuǎn)換。如果采用外參考電壓，則不能認為懸空為0v，而必須要加一個電壓，即使是0v也必須要加地，否則不能轉(zhuǎn)換。具體接法是：Veref+腳接VCC，Veref腳及Vref+腳均懸空。 MAX242芯片簡介該芯片各管腳介紹如下。SHDN：低功耗控制管腳。C2+、C2：倒置充電電容的正極和負極。T1OUT、T2OUT：RS232驅(qū)動的輸出。R1OUT、R2OUT：TTL/CMOS的輸出。進過對該芯片的介紹，對RS232有了基本的認識，下面介紹硬件電路的具體設(shè)計。在MSP430FG439單片機中有串口模塊，因此MSP430單片機很容易通過片內(nèi)的串口實現(xiàn)與MAX242芯片進行接口，其連接圖如下： 通信接口由上圖可以看出，通過一個上拉電阻將SHDN管腳拉高，使該芯片一直處于工作狀態(tài)。在管腳C1+、CC2+、CV+，以滿足相應(yīng)的充電泵的要求。單片機電路主要是利用串口1（）與MAX242相接。Flash Memory較傳統(tǒng)的EPROM相比較，有明顯的優(yōu)勢：可電擦除和可重復(fù)編程，成本低、密度大，其獨特的性能使其廣泛地運用于各個領(lǐng)域，包括嵌入式系統(tǒng)，如PC、電信交換機、蜂窩電話、儀器儀表，同時還包括新興的語音、圖像、數(shù)據(jù)存儲類產(chǎn)品，如數(shù)字相機、數(shù)字錄音機和個人數(shù)字助理（PDA) ，NOR和NAND是現(xiàn)在市場上兩種主要的非易失閃存技術(shù)。NAND器件執(zhí)行擦除操作是十分簡單的，而NOR則要求在進行擦除前先要將目標塊內(nèi)所有的位都寫為0。NAND flash的單元尺寸是NOR器件的一半左右。NOR flash占據(jù)了容量為1～16MB閃存市場的大部分，而NAND flash 一般用在32～512 MB的產(chǎn)品當(dāng)中。另外NAND技術(shù)的閃存具有以下特點:以頁為單位進行讀和編程操作，每頁為512Byte或更高以塊為單位進行擦除操作，每塊為16KB或32KB。數(shù)據(jù)、地址采用同一總線，實現(xiàn)串行讀取。芯片尺寸小，引腳少，是位成本(bit cost)最低的固態(tài)存儲器。失效塊不會影響有效塊的性能，但設(shè)計者需要將失效塊在地址映射表中屏蔽起來。其代表芯片為K9F1208U0M。存儲芯片容量必須大于這個數(shù)值?！?v，體積小，功耗低，按頁讀寫，每頁528Byte，按塊擦除，每塊16KB。 K9F1208U0M引腳及連接說明K9F1208U0M采用48腳TSOP塑料小封裝。在CE＿N為低電平時，把WE＿N置低，地址、命令、數(shù)據(jù)都可以通過該端口寫入。CLE 和ALE分別用來控制對命令和地址的鎖存。由于MSP430單片機能通過端口的方向寄存器來設(shè)置端口的輸入輸出方向，因此能很好的完成總線的數(shù)據(jù)讀寫功能。 K9F1208U0M引腳功能引腳名稱引腳功能I/O(0～7)數(shù)據(jù)輸入/輸出CLE命令鎖存ALE地址鎖存CE芯片使能RE讀使能WE寫使能WP寫保護R/B準備/忙Vcc電源（+~）Vss地NC無連接 液晶接口電路設(shè)計在便攜式智能儀器或手持設(shè)備等應(yīng)用中，人機界面是系統(tǒng)中一個非常重要的組成部分。液晶顯示器不僅可以顯示字符、數(shù)字，還可以顯示各種圖形、曲線及漢字，并且可以實現(xiàn)屏幕上下左右滾動、動畫、閃爍、文本特征顯示等功能，用途十分廣泛。 驅(qū)動芯片AGM12232G液晶模塊是信利公司的產(chǎn)品，該模塊供電電壓的典型值為3v，很適合工作電壓為3v的低功耗環(huán)境。首先介紹其接口信號。由于液晶驅(qū)動信號與單片機的具體處理無關(guān)，于是簡單介紹其與單片機接口信號。A0：數(shù)據(jù)/指令選擇信號。RES：接口時序類型選擇。RD（CE）：當(dāng)操作時序是Intel8080時序時，該信號為讀，低電平有效；當(dāng)操作時序是M6800時序時，該信號為使能信號。 液晶接口連接。本系統(tǒng)采用MSP430FG439單片機，、R/W、E1和E2管腳連接。 液晶接口電路圖 小結(jié)該小節(jié)設(shè)計了單片機周圍電路設(shè)計，從前端采集完信號進入單片機A/D轉(zhuǎn)換進行處理，并設(shè)