脉象信号数据采集系统中的前期调理电路

摘要

脉诊在中医占很重要的地位，通过脉诊可以了解患者脏腑气血的盛衰，可以探测病因、病位、预测疗效等。传统的脉搏测量采用脉诊方式，中医脉象诊断技术就是脉搏测量在中医上卓有成效的应用，但是受人为的影响因素较大，测量精度不高。现在计算机已使得中医诊脉技术上了一个台阶，计算机可通过将传感器收集的脉搏信号数据采用波型迭加的办法，处理、分析并判断出脉象与波型信号间的对应关系，以根据波型对疾病予以诊断治疗，这在一定程度推广了中医诊脉治疗技术。 本论文本着低功耗的原则，设计了一套数据采集的基本电路。采集6路信号时，采用了单个通道循环采集的方法，即6路脉象信号共用一路放大、滤波和A/D转换电路，用模拟通道选择开关MCl4512B来对脉象信号进行选择，同时利用单片机来控制这个选择开关，实现对6路脉象信号的循环采集。 前置放大电路选用四CMOS低功耗运算放大器CF7641，为了防止前置放大器工作于饱和区或截止区，选择增益为10。为了将传感器提取的mV级的信号放大到V级，需要再设计一个主放大器，本论文选用的是精密仪器放大器AD624，它的显著的低噪声，高增益精度，低增益温度系数和高线性度使得AD624在高要求的数据采集系统中成为理想的首选，我们把该部分放大器的增益设置为100，输出约5V的电压信号，可以直接输入到A/D转换部分。滤波电路选择二阶巴特沃斯滤波器，因为本设计中要求低频信号不被衰减，而对高频要求不高，二阶巴特沃斯滤波器能很好的达到预期的要求。工频干扰是脉搏信号的主要干扰，虽然前置放大电路对共模干扰具有较强的抑制作用，但有部分工频干扰是以差模信号方式进入电路的，所以必须专门滤除。我们选用了BB(Burr2Brown)公司的UAF42通用有源滤波器设置成的双T阻容有源陷波器，对50Hz工频干扰进行了滤除，UAF42内部集成了一个反向放大器和两个积分器，有效的克服了陷波器设计中最困难的得到严格容差、低损耗、匹配的电容的问题。 A/D转换直接采用C8051F005中的12位精度的逐次逼近式A/D转换器，它的转换速率可达到100ksps，可以不失真的还原出六路脉象信号，A/D转换和控制均可以由其来完成。C8051F005包含32k+128字节的FlASH，该存储器以512字节为一个扇区，可以在系统编程，且不需在片外提供编程电压。C8051F005单片机片内调试支持电路允许全速、在系统调试，并且有专门的开发工具支持。我们采用C8051F005中的A/D转换部分实现脉象信号的模数转换，调试方便，而且达到了实验要求。 本论文还对电源部分进行了专门的设计，为了适应整个数据采集系统可以采用电池和直接市电供电的需要，选取了不同的电源稳压器芯片，设计出了专门的电路．在电池供电的情况下，选择了小功率低压降型线性稳压器LP2951，它的输出电压有+5V固定式和+1.24V～+29V可调式，消耗电流比其他的集成稳压器小，可延长电池的使用寿命。在市电供电的情况下，选择了可以直接接入市电的专用集成稳压器Hv2405E，它的输出电压一般为5 V固定输出，但是也可以改变。通过设计不同的稳压器电路，很好的满足了电池供电和直接市电供电的需要。

目录

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声明

第一章绪论

1.1中医脉象研究的意义与特点

1.2数据采集的意义和任务

1.3数据采集系统的基本结构形式

1.4 C8051F0XXX系列单片机的特点

1.5 C8051F005单片机简介

1.6创新之处

1.7主要工作

第二章脉象信号的提取

2.1脉象信号的特点

2.2提取脉象信号的方案

2.3生物信号放大器设计要求

2.4放大电路的设计和选取

2.4.1前置放大器选取

2.4.2主放大电路

2.5模拟滤波器的设计和实现

2.5.1低通滤波器的设计

2.5.2 50 Hz陷波电路

2.6 A/D转换电路的设计

2.6.1 C8051F005ADC简介

2.6.2单片机的编程和调试支持

2.7本章小结

第三章单片机采集系统软件编程

3.1 C8051F005 A/D转换子系统

3.1.1模拟多路开关和PGA

3.1.2 ADC的工作方式

3.2 A/D转换流程图

第四章电源

4.1直流稳压电源概述

4.2电源的选择

4.2.1电池供电系统中的稳压器选择

4.2.2市电供电系统中的稳压器选择

第五章结论

5.1工作的结论

5.2进一步工作的展望

参考文献

致谢