简易心电图仪设计报告

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1、简易心电图仪设计报告【摘要】本系统前级使用仪表放大芯片INA128作为前置放大电路的核心器件，放大从人体采集的微弱心电信号，中间级采用双T型陷波网络来滤除采集信号时所夹杂的50Hz工频信号。再经高通，低通滤波网络来滤除心电信号中的其他干扰信号，使信号输出不失真，末级由OP07构成第二级放大电路，最后输出检测到的心电信号，并且单片机MSP430F149会控制心电信号在示波器上显示，同时也能控制实现心电波形的存储和回放。，关键词：INA128前级放大滤波网络心电波形存储及回放单片机控制一．系统分析与方案论证人体的心电信号属于强噪声背景下微弱的低频信号，一般人体心电信号幅值为0.02～5mV,频

2、带宽度为0.05～100HZ，心电电极阻抗较大，一般在几百千欧以上。在检测生物电信号的同时存在强大的干扰，主要有电极移动引起基线漂移（一般小于1HZ），电源工频干扰（50HZ），肌电干扰（几百HZ以上）。所以本次系统设计的难点和重点就是心电信号采集与放大、滤波部分，另外要做到心电信号的存储与回放，故通过单片机控制实现。最后通过系统调试，得到放大，无干扰的心电信号。1.1系统框图人体心电信号双T型陷波网络一级前置放大电路传感电极11驱动屏蔽电路高低通滤波网络二级放大电路输出显示在示波器单片机内部A/D数据存储外部D/A转换MSP430F149型单片机显示与回放1.2方案论证（1）信号采集抑制

3、干扰电路在此模块方案中引入右腿驱动，以提高系统的共模抑制比，是系统抑制干扰能力增强。右腿驱动：人体自身通过各种渠道从环境中拾取工频50HZ交流信号，在心电信号采集时形成强工频干扰，并且这种交流干扰常在几伏以上，干扰很大，容易淹没人体心电信号，为了消除这一交流干扰，采用右腿电极经电阻与放大器的接地端相连，以降低人体的共模电压。把通过电阻网络取出的交流共模电压，送入右腿驱动放大器放大，经过一个限流电阻接到右腿电极，即等效为以人体为相加点的共模电压并联负反馈电路。（2）心电微小信号的放大方案一：采用常见的同相放大电路，对信号进行放大（图a）。根据理论公式进行计算可得电路的放大倍数为：Av=Vo/

4、Vi=1+R1/R2。选择不同的阻值可以得到不同的放大倍数，但这个电路不适合小信号的放大。方案二：选用低噪声、高共模抑制比(120ds)、高输入阻抗、低漂移、低功耗、宽供电范围(2.25～18V)的高性能仪表放大器INA128，井具有输入脚电压保护功能(40v)。INAl28的外部电阻设定脚上接入不同阻值的电阻，可以完成1—10000放大倍率的设定，其带宽在增益Av＝100时，达到200kHz，具有高增益带宽积。此方案选用20世纪90年代利用激光校准技术制成的仪表放大器，简化了前置放大器电路，是仪器稳定性大为增加。另外，要求达到题目放大倍数为1000的指标，所以在滤波网络之后又增加了第二级

5、放大，采用低噪声，高性能的OP07作为二级放大芯片。由以上分析，在满足放大倍数、高共模抑制比的前提下，选用方案二（3）滤波网络处理心电信号的频率带在0.05～100HZ,所以本系统采用滤波的方法对心电信号作进一步的降噪处理，抑制外界干扰，是心电波形不失真，更平滑。方案一：用已有的滤波算法实现离散数字滤波。在不提高成本的前提下，用单片机控制时钟频率来改变滤波的截至频率。可以满足题目要求的低高通各自的截止频率，但是数字滤波器要求足够高的阶数，才能取得较好的滤波效果，而单片机性能不足以完成高阶IIR或FIR滤波算法。11方案二：采用多级滤波网络。经过前置放大的心电信号，主要存在工频、肌电等干扰信

6、号，所以从前置放大模块出来的信号经过双T有源陷波器过滤50HZ工频信号，再将其送到0.05HZ高通滤波器和低通滤波器组成的带通滤波网络滤除心电有效频带以外的肌电干扰信号，经过此三级滤波电路组成的滤波网络之后，心电信号变的纯净多，可以得到更加平滑的波形。以上两个方案，考虑到实际可行性以及效果的好坏，所以采用方案二。（4）输出数字信号处理从滤波网络输出的模拟信号进入单片机内部的A／D转换器转换为数字信号，采用美国TI公司的MSPF149。它功能较强、兼容性好、性价比高、超低功耗；较高的数据处理和运算能力，系统最高时钟频率可达10MHz,运行速度快，内部集成12位A／D转换器，不需外加A／D转换

7、器，这样心电图形输出就可实现控制显示的特点，并且可以实现心电信息的存储，液晶显示采用LCD12832现，作为菜单显示，单片机采集和处理的数据，输出给液晶显示，与单片机是串行连接。另外再通过外加一个D／A转换器TLV5616，随时都可以实现数字信号转换模拟信号,再输出到示波器上显示心电波形，这样就在数字信号处理部分实现存储，回放功能。二．系统方案设计2.1前置放大电极采集到的心电信号大约为20uV～20mV,题目要求放大1