12导联心电信号同步采集系统

摘要

心电信号同步采集系统是心电设备的前端功能模块。本文介绍了一种基于C8051F120微控制器的嵌入式心电信号采集系统的设计与实现，该系统是12导联心电信号准同步采集系统。作为一个通用的心电信号采集器，它可以应用于多种心电设备中。另外，当PC机充当心电信号处理模块的角色时，本系统还可以通过USB接口直接和PC机连接，具有一定的独立工作的能力。该系统体积较小，功耗较低，性能良好，外围设备支持丰富而且可扩展性较高。 针对系统的实际开发过程，论文将从如下几个部分进行阐述： 首先，论文简述了心电图方面的基础知识，包括心电图的产生机理和特征。在心电图的专业术语中，心电图的导联是指记录心电图时电极在人体体表的放置位置和电极与放大器的连接方式。论文给出了由本系统的通道数据获得国际标准12导联数据的换算公式，后端心电数据处理模块通过软件实现这种转换，并据此绘制出心电图。 接下来，论文提出了采集系统的硬件设计目标和微控制器选型。详细介绍了两级放大电路的设计原理。一级放大电路将信号放大10倍左右，输出信号经过“去直流”处理后进入二级放大电路放大50倍左右。取自人体体表的微弱心电信号经两级放大后达到500倍左右的放大增益，便于ADC进行采样。 论文接着介绍软件方面的设计。本系统任务数目不多，但是前后相关性很强，因此，采用可抢占式任务调度的前/后台系统来实现。将上位机控制命令引发的中断赋予最高的优先级，以迅速响应命令并对采集板作出新的采样参数设置。通过改变ADC0的启动方式实现8通道数据的同步采集。在单片机XDATA区开辟环形缓冲区，采集数据经过处理后存入临时缓冲区等待发送。论文中详细介绍了采集系统的串行接口设计，以及串口软件的设计方法，实现了单片机和上位机之间的心电数据传输。 最后，本文详细介绍了适合本系统单片机端实时处理的滤波器设计。基于Hamming窗，采用滤波器级联的方式以简化运算复杂度。根据奈奎斯特定理，首先设计针对200Hz采样频率的工频滤波器，然后对滤波器进行改造以适应本系统的要求。通过反复的研究比较和实验，论文给出了采集系统实时滤波器设计的关键技术和核心算法，并通过仿真验证其可行性。

目录

文摘

英文文摘

声明

致谢

1 综述

1.1选题背景

1.2课题研究现状

1.3本文要实现的目标

2心电图基础知识

2.1心电图产生机理

2.2心电图导联体系

2.2.1 双极肢体导联

2.2.2单极肢体导联

2.2.3加压单极肢体导联

2.2.4单极胸导联

2.3本系统导联体系和标准12导联的换算

3系统硬件设计

3.1本系统的硬件设计目标

3.2微控制器的选型

3.3两级放大电路设计

3.3.1一级放大电路的设计

3.3.2级放大电路及滤波电路设计

3.4右腿驱动电路设计

3.5系统抗干扰措施

3.5.1系统存在的干扰类型

3.5.2抗干扰措施

3.6本章小结

4系统软件设计

4.1系统开发环境KeilμVision2简介

4.2采集板应用程序总体设计

4.3中断资源分配

4.4心电数据采集模块的设计与实现

4.4.1采集板与上位机的采集过程交互

4.4.2 C8051F120的A/D系统概述

4.4.3 A/D系统的应用

4.5单片机端临时存储器设计

5采集系统和上位机的通信

5.1串行通信概述

5.2采集板的串行接口设计

5.3 串口传输模块的实现

5.3.1串口软件的实现方法

5.3.2波特率的设置

5.3.3压缩数据传输时的拼接格式

5.3.4数据传输过程

6系统实时滤波器的设计

6.1滤波器实现方案分析

6.2 FIR滤波器简介

6.3 FIR滤波器系数的计算方法

6.3.1最佳方法

6.3.2频率抽样方法

6.3.3窗函数法

6.4本系统滤波器的实现

6.4.1低通滤波器的设计

6.4.2系统滤波器传递函数推导

6.4.3系统滤波器的实现结构

7总结

参考文献

附录A采集板和上位机的通信协议

作者简历