医学信号数据采集系统

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1、数字化医疗仪器第二章医学信号数据采集系统设计第一章医学信号数据采集系统学习要点一、能力培养要点1、模拟量输入通道的结构与调试能力。2、模拟量输出通道的结构与调试能力。3、数字化医疗仪器医学信号数据采集系统（基于单片机和PC机）软硬件的构成与调试能力。二、主要习题1、A/D转换器的类型、质量评价水平的技术指标和特点是什么？2、ADC0809与8031单片机的接口电路与数据采集过程？3、12位AD574与8031单片机的接口电路特点？4、积分式MC14433A/D转换器与8031单片机接口工作原理？5、并行比较式高速ADC结构有何特点？6、D/A转换

2、器主要技术参数是什么？二、主要习题7、DAC0832与8031单片机单、双缓冲接口电路工作原理？8、DAC0832与8031的输出接口电路应用方式？9、数据采集系统的基本组成和结构工作原理？10、采样定理的基本内容是什么？数据采集系统中为何要使用采样保持器？11、简述基于单片机的数据采集系统的工作原理。12、简述基于PC机的数据采集系统的工作原理。本章内容模拟量输入通道模拟量输出通道医学信号数据采集系统计数据采集系统是医学信号数字化的基础人体的各种物理量，如生物电位、心音、体温、血压、血流、肌电、脑电、神经传导速度等，采用各种传感器将其变成电信号

3、，经由诸如放大、滤波、干扰抑制、多路转换等信号检测及预处理电路，将模拟量的电压或电流送模/数转换器（A/D），变成适合于微处理机使用的数字量供系统处理。同样，微处理器处理后的数据往往又需要使用数/模转换器（D/A）及适应的接口将其变换成模拟量送出，如图2-1所示。模拟量输入/输出通道示意A/D转换器及其接口统称为模拟量输入通道；D/A转换器及相应接口称为模拟量输出通道。D/A转换传感器并行接口A/D转换信号检测预处理微处理机2.1模拟量输入通道2.1.1A/D转换器概述一．概述A/D转换器是将模拟量转换为数字量的器件，这个模拟量泛指电压、电流、时

4、间等参量,但通常情况下，模拟量是指电压参量。在A/D转换的过程中通常要完成采样、量化和编码三个步骤。A/D转换的过程1． 采样待采样的模拟信号是连续的，可看成无限多个瞬时值组成，而A/D转换以及计算机处理需要一定的时间，不可能把每一个瞬时值都转换成数字量，必须在连续变化的模拟量上按周期取样的规律取出某一些瞬时值来代表这个模拟量，这个过程就是采样。tf(t)f(t)fs（t)S（t)采样器输入输出波形tS（t)tfs（t)采样是通过采样保持电路实现的，采样器（电子模拟开关）在控制脉冲s(t)的控制下，周期性地把随时间连续变化的模拟信号f(t)转变为

5、时间上的离散的模拟信号fs(t)。输出信号能否如实反映原始输入信号？采样得到的信号fs(t)的值和原始输入信号f(t)在相应的瞬时值相同，因此采样后的信号在量值上仍然是连续的。可以证明：当采样器的采样频率fS高于或至少等于输入信号最高频率fm的两倍时（即fS≥2fm时），采样输出信号fs(t)（采样器脉冲序列）能代表或恢复成输入模拟信号f(t)，这就是采样定理。如何知道输入信号f(t)的频率，特别是它的最高频率fm？信号“最高频率”指的是输入信号经频谱分析后得到的最高频率分量。“恢复”指的是样品序列fS(t)通过截止频率为fm的理想低通滤波器后，

6、能得到的原始信号f(t)。在应用中，一般取采样频率fS为最高频率fm的4～8倍。简单模拟信号的频谱范围是已知的，如温度低于1Hz，声音为20Hz～20000Hz。复杂信号要用傅立叶变换算出，或用频谱分析仪测得，也可用试验的方法选取最合适的fS。2.量化所谓量化，就是以一定的量化单位把数值上连续的模拟量转变为数值上离散的阶跃量的过程。量化相当于只取近似整数商的除法运算。量化单位用q表示，对于模拟量小于一个q的部分，可以用舍掉的方法使之整量化，通常为了减少误差采用“四舍五入”的方法使之整量化。这种量化方法的输入输出特性如图2-3所示，图中虚线表示量化

7、单位为0时的特性，实线表示实际特性。q/2X(t)5q4q3q2qq0Y(t)q2q3q4q5qX(t)Y(t)量化装置（a）ε+q/2－q/2X(t)（b）（c）量化过程舍入误差为量化误差。以ε=x(t)-y(t)表示量化误差，量化误差有正有负（图2-3(c)）,最大为±q/2，平均误差为0。最大误差随量化单位而改变，q愈小ε也愈小。量化单位用q表示，对于模拟量小于一个q的部分，可以用舍掉的方法使之整量化，通常为了减少误差采用“四舍五入”的方法使之整量化。这种量化方法的输入输出特性如图所示，图中虚线表示量化单位为0时的特性，实线表示实际特性。3

8、．编码编码往往涉及到A/D转换的具体应用，若考虑为双极性信号，可采用补码方式；若强化二进制数据的可靠性，可采用格雷码。二．A/D转换器的