脑功能研究数据采集系统的研制与应用

摘要

脑电信号包含了大量的生理病理信息，是一种典型的生物信号，脑电图也是目前对大脑研究的主要途径。但是由于脑电信号的微弱以及头皮采样点的稀少，一直以来，脑电信号都存在时间分辨率高而空间分辨率不足的问题，随着电子工业的不断发展，脑电采集系统也向着多通道高精度方向发展。 为了实现多通道的脑电信号采集，并保证系统导联数的可扩展性，本设计使用每路信号独立ADC采样的结构。通过对脑电信号及其噪声特点的分析，系统使用24位的高精度的ADS1251型ADC芯片，在保证分辨率的前提下，尽可能的将ADC前移靠近输入端，利用计算机数字滤波技术代替模拟滤波等电路。硬件电路中没有了的滤波电路以及多级的脑电放大电路，使得电路结构大为简化，保证电路稳定性；DC耦合的方式在保证系统频率响应的同时有效的减少了电路的响应时间。针对多通道脑电数据采集量庞大的特点，系统选用ARM微处理作为控制平台，合理利用串行数据的输出特点对其进行并行传输及分组式的存储，同时使用USB通信方式，有效减小传输压力。 论文中详细阐述了设计方案的可行性，针对关键的电路作了详尽的分析以及实现方法，包括了前置放大电路、AD转换电路、阻抗检测电路、系统控制电路等硬件电路，软件部分主要针对ARM环境下的系统编程，介绍了系统的各种控制代码以及USB传输固件的编程。 这种多通道的脑电信号采集系统结构简单，稳定性好，具有很强的扩展性，为多通道高精度脑电信号的采集研究以及进一步的数据分析提供了一个很好的实验平台。

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第一章 绪论

1.1 引言

1.2 脑电的基本知识

1.2.1 脑电的产生机理

1.2.2 脑电的分类

1.2.3 脑电的导联

1.3 论文的安排与内容

第二章系统设计方案

2.1 系统的性能要求

2.1.1 脑电采集的特点

2.1.2 系统性能指标

2.2 整体方案的选择

2.2.1 数字脑电采集系统

2.2.2 AC耦合与DC耦合

2.2.3 通讯方式

2.3 系统设计

2.3.1 系统整体构架

2.3.2 采样方式

2.3.3 前置电路设计

2.3.4 阻抗检测方法

2.4 小结

第三章 系统的硬件实现

3.1 主要器件选择

3.1.1 处理器的选择

3.1.2 ADC的选择

3.2 主要硬件电路的实现

3.2.1 缓冲电路

3.2.2 前置放大电路

3.2.3 AD采样电路

3.2.4 阻抗检测电路

3.2.5 光电隔离

3.3 心电及眼电采集电路

3.4 系统控制

3.4.1 数据传输方式

3.4.2 控制电路

3.5 小结

第四章系统控制软件

4.1 ARM编译环境

4.1.1 ADS简介

4.1.2 S304510b概述

4.2 系统软件设计

4.2.1 初始化

4.2.2 系统流程

4.3 AD采样控制

4.3.1 ADS1251采样时序

4.3.2 读取控制

4.4 USB固件编程

4.4.1 USB总线传输

4.4.2 USB枚举过程

4.4.3 PDIUSBD12的固件结构

4.5 系统测试与应用

第五章总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

作者在攻读硕士学位期间公开发表的论文

致 谢