心电信号采集与心电波形实时显示模块的设计--114477196

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1、前言本课程设计心电信号采集和心电波形显示，采用AT89C51作为控制器，通过对人体标准三导联信号的采集以及放大滤波等处理，传至控制器实现数据的处理，进而在液晶屏上显示波形以及实现计算心率等功能，设计内容分为硬件部分和软件部分。硬件部分由模拟采集部分和数字处理部分组成。模拟采集部分由前置放大级、二阶高低通滤波器、光耦隔离、一级放大、50Hz陷波电路、增益可调二级放大组成，数字处理部分有AT89C51控制器、A/D转换、LCD160128液晶显示、按键处理模块、阈值报警等构成并且前置级浮地，数字电源和模

2、拟电源分开供电，减少相应的干扰。软件部分需要将单片机与ADC转化部分相连，在8位的ADC进行系统的配置后，进行数据的转化。进行数模的转化。通过建立坐标的方法进行波形的实时显示。另外可以构建心率算法实现其他心率计算等其他功能。设计完成后进行仿真，制作样机，软硬联调后测试预期的性能指标。关键词心电信号，AT89C51，心电波形2目录前言11.基本原理11.1心电信号的特点11.2心电检测的原理12.系统总体设计22.1系统结构框图22.2系统功能描述22.2.1前置放大22.2.2保护电路32.2.3屏

3、蔽驱动32.2.4高通滤波32.2.5一级放大32.2.6光电隔离32.2.7DC-DC转换32.2.8右腿驱动电路42.2.950Hz陷波器42.2.10低通滤波器42.2.11二级放大42.2.12A/D转换42.2.13阈值报警42.2.14LCD显示42.2.15按键控制53.系统模块设计63.1模拟电路设计63.1.1前置放大器设计63.1.2高通和低通滤波器、50Hz陷波器设计73.1.3一级放大和二级放大设计123.1.4光电隔离设计143.1.5DC-DC转换设计153.2数字电路设

4、计163.2.1A/D转换和阈值报警163.2.2LCD模块显示设计173.2.3数字电源设计183.2.4按键电路184.软件部分设计19参考文献19附录1：总原理图2021.基本原理1.1心电信号的特点心电信号频率低，幅值微弱，常常混杂其它的生理信号。心电信号的电压范围为0.5~4mV，频率范围为0.05~100Hz。测量系统有较高的敏感度，易引入干扰。50Hz工频干扰在测量频率范围内。人体是电的良导体，其它电生理信号也会进入测量系统。人体运动伪差带来电极接触的位置改变影响测量系统。1.2心电检

5、测的原理本心电检测装置根据爱氏标准双极性肢体导联（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ）方法，使用三个不锈钢电极，其中一个电极安装在人的右脚，另外两个电极根据爱氏三角形，可连接左手（＋）、右手（－）或右手（－）、左脚（＋）或左手（－）、左脚（＋）。通过后两电极之间的电压差采集心电信号，然后再通过信号的分析处理得到心电波形。231.系统总体设计2.1系统结构框图LCD屏显示Msp430单片机阈值报警低通滤波50Hz陷波器前置放大一级放大高通滤波光电隔离DC-DC转换右腿驱动屏蔽驱动保护电路二级放大AD转换键盘控制图1-系统总体

6、框图2.2系统功能描述1.2.1前置放大用两个集成运放和仪用放大器构成前置级放大，增益为G=10，提高输入阻抗。231.2.1保护电路对于心电信号0.5~4mV，可以使用反向并联的硅二极管，低压情况下工频电压干扰300mV左右，可使电压钳制在300mV。1.2.2屏蔽驱动由于测量电极和测量系统有大于1m距离时，会使共模电压不等量衰减，降低共模抑制能力，将屏蔽层接入共模输入信号的等电位点以消除分布电容的影响。1.2.3高通滤波滤除频率低于0.05Hz的电信号。1.2.4一级放大使用集成运放，使得运放增

7、益为G=20。1.2.5光电隔离对信号采用光电隔离，使或部分的信号处理电路不会因干扰的引入影响前置级信号采集的安全性和准确性。1.2.6DC-DC转换将信号采集电路和信号处理电路的电源进行隔离，保证安全。232.2.8右腿驱动电路降低50Hz的工频干扰电压。2.2.950Hz陷波器去除50Hz工频干扰信号。2.2.10低通滤波器滤除高于100Hz的的电信号。2.2.11二级放大提高信号的电压增益，可调电压增益为G=1~20，获得合适的波形。2.2.12A/D转换将心电模拟信号信号转化成数字信号，送给

8、单片机处理。2.2.13阈值报警当干扰电压过高或电极脱落报警。2.2.14LCD显示显示出心电信号的波形，已检查心脏的情况。232.2.15按键控制调整波形基线的位置和显示屏的显示及保持。231.系统模块设计3.1模拟电路设计3.1.1前置放大器设计前置放大电路的电路图如图2所示,由输入跟随器、仪用放大器、右腿屏蔽驱动和屏蔽层驱动4部分组成。(1)输入跟随器。提供高输入阻抗，获取更强的心电信号,采用高输出驱动运算放大器TLC084,具有最大失调电压1.9mV,超低失调