基于單片機(jī)的心電圖儀系統(tǒng)設(shè)計(jì)doc-在線瀏覽
2024-08-28 01:19本頁面
【正文】 Ｒ９構(gòu)成高通濾波器，為不損失心電信號(hào)的低頻成分，其截止頻率設(shè)計(jì)為ｆ＝１／２π＝０．０5Ｈｚ?？紤]到心電信號(hào)幅度約為０～４ｍＶ，而Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換輸入信號(hào)要求１Ｖ左右，因此，整個(gè)信號(hào)電路的放大倍數(shù)需１０００倍左右。其中低通濾波又分有源濾波和數(shù)字濾波。其結(jié)構(gòu)相對簡單，且采用了集成運(yùn)算放大器，它具有高輸入阻抗和低輸出阻抗，同時(shí)由于具有緩沖作用效果比無源濾波器好，幅頻特性曲線可達(dá)到20db/10倍頻，但要想實(shí)現(xiàn)更明顯的濾波效果。② 二級(jí)濾波采有類似的結(jié)構(gòu)，但幅頻特性曲線能達(dá)到40db/10倍頻程，濾波效果比一階明顯。它是由多個(gè)一階和二階濾波器組成的，效果自然要比上述兩種濾波好，但其電路比一階和二階復(fù)雜，所需電阻電容較多，而電阻電容的實(shí)際值很難與設(shè)計(jì)要求精確匹配，有時(shí)為了匹配需要好幾個(gè)電阻的串并聯(lián)，同時(shí)由于不能避免環(huán)境因素對電阻電容的影響，因此用的電阻電容越多，誤差就越大，導(dǎo)致實(shí)際的濾波效果與設(shè)計(jì)時(shí)所期望的存在一定的差距。數(shù)字濾波方案：數(shù)字濾波的優(yōu)點(diǎn)是參數(shù)可調(diào)節(jié)性好，可以通過更改程序中的參數(shù)對截止頻率進(jìn)行精確的調(diào)節(jié)，由于參數(shù)不會(huì)隨溫度等環(huán)境因素改變，從而精確度得到保證。 圖四 陷波處理部分工頻干擾是心電信號(hào)的主要干擾，雖然前置放大電路對共模干擾具有較強(qiáng)的抑制作用，但有部分工頻干擾是以差模信號(hào)方式進(jìn)入電路的，且頻率處于心電信號(hào)的頻帶之內(nèi)，加上電極和輸入回路不穩(wěn)定等因素，前級(jí)電路輸出的心電信號(hào)仍存在較強(qiáng)的工頻干擾，所以必須專門濾除。利用工頻干擾的相關(guān)特性，從原始輸入信號(hào)中得到工頻干擾的模板，進(jìn)而原始輸入信號(hào)中減去工頻干擾的模板，達(dá)到濾波干擾的目的。方案二：采用模擬雙T陷波。 圖五電平移位電路經(jīng)過一系列信號(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，在圖四中，電平抬升部分由Ｕ１１、Ｒ４２、Ｒ４３、Ｒ４４構(gòu)成。（四）、單片機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 由ADC0809與89C51構(gòu)成的數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)系統(tǒng)信號(hào)采集部分: 前級(jí)經(jīng)過處理放大的模擬信號(hào)通過ADC0809處理后轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào), ADC0809的轉(zhuǎn)換時(shí)鐘脈沖為200us, 為了有效的轉(zhuǎn)換,ADC0809的start啟動(dòng)信號(hào)設(shè)置為100us的時(shí)鐘脈沖，啟動(dòng)方式采用定時(shí)器溢出和軟件寫ＡＤＢＵＳＹ位啟動(dòng)相結(jié)合的方式，輸出通道是采用軟件分時(shí)控制其輸出通道。為了回放的時(shí)候能看到比較完整的心電圖形，存儲(chǔ)周期（每一個(gè)通道）設(shè)置為8KB*400us=，因此要占用較大的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間，顯然單片機(jī)內(nèi)部的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間是無法滿足要求的，本系統(tǒng)采用的是外擴(kuò)兩片8KB的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)芯片以達(dá)到設(shè)計(jì)要求。單片機(jī)輸出的信號(hào)送到下一級(jí)數(shù)/摸轉(zhuǎn)換電路還原成模擬信號(hào)，再經(jīng)過倒T網(wǎng)絡(luò)后送到示波器顯示。圖八所示是單片機(jī)與信號(hào)調(diào)理電路連接框圖。方案一：采用CPLD來還原DAC0832送來的兩路信號(hào)，然后通過倒T形網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行電平移位，把兩路心電信號(hào)電平移到不同的電平等級(jí)上，再通過CPLD進(jìn)行二選一切換送往示波器，由于人眼視覺暫留，而CPLD切換的速度非?？欤虼嗽谑静ㄆ魃峡瓷先ゾ褪莾陕沸盘?hào)同時(shí)顯示。所以，在這里我們不采用此方案。當(dāng)?shù)谝宦沸盘?hào)送過來時(shí)，用單片機(jī)來控制4051打開一個(gè)通道進(jìn)行信號(hào)的傳輸，然后送到顯波器顯示；第二路信號(hào)來時(shí)，4051又打開另外一個(gè)通道送往顯示。因此,我們采用了此方案。 根據(jù)KCL原理，利用下列二元一次方程組求出RR2：V1 / R0 = (5 － V1) / R1 － V1 / R2V2 / R2 = (5 － V2) / R0 ＋ (5 － V2) / R1 其中，第一路V1為脈沖序列的低電平，電壓為1V， V2為脈沖序列的高電平，電壓為 V1 ＋ ；第二路V1為脈沖序列的低電平，V2為脈沖序列的高電平，電壓為 V1 ＋ 設(shè)R0 = 51KΩ解此方程組可得RR2 列如下表：一路二路R1/ KΩR2/ KΩV1/VV2/V四、擴(kuò)展電路圖 圖八五、軟硬件電路設(shè)計(jì)：（一）、軟件圖六、電源設(shè)計(jì)(1)+15V電源() 15V電源電路圖如圖所示對于濾波電容的選擇,要考慮：一、整流管的壓降；二、815/7915最小允許壓降；三、電網(wǎng)波10%。（二）、調(diào)試過程及功能實(shí)現(xiàn)調(diào)試過程：心電信號(hào)放大部分的調(diào)試 （1）前置級(jí)調(diào)試 由AD620來完成前置級(jí)，按照題目的要求，在此部分信號(hào)放大倍數(shù)要達(dá)到1000倍，為此，我們利用LM324采用了兩級(jí)放大。（2）高通濾波器的調(diào)試 在高通部分，為了滿足題目的要求，經(jīng)過計(jì)算，, 為了能夠看到高通濾波的效果，我們用信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的三角波作為它的輸入信號(hào)，經(jīng)過仔細(xì)的調(diào)整，,電壓衰減很大,波形
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