基于pci总线的心电信号数据采集系统的设计new

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1、万方数据基于PCI总线的心电信号数据采集系统的设计·17·李宗君，高延滨(哈尔滨工程大学自动化学院，黑龙江哈尔滨150001)摘要：介绍了基于PCI总线的心电信号数据采集系统的设计，由硬件和软件两部分组成。硬件包括心电信号的放大滤波以及基于PCI总线的采集电路，软件包括E2PROM的配置、FPGA时序设计以及PCI总线驱动程序的设计。关键词：心电信号；PCI总线；E2PROM；FPGA中图分类号：TP391文献标识码：B文章编号：1000—8829(2008)07—0017-03DataAcquisitionSystemDesignofECGBase

2、donPCIBusLIZong-jun，GAOYan—bin(CollegeofAutomation，HarbinE,,sineeringUniversity，Harbin150001，China)Abstract：AkindofdataacquisitionsystemdesignofECGbasedonthePCIbuswhichismadeupofhardwareandsoftwareisin-trodaced．ThehardwareincludestheamplificationandfiltercircuitofECGandtheacqui

3、sitioncircuitbasedonthePCIbus．ThesoftwareincludestheconfigurationofE2PROMandthedevicediverdesignofPCIbus．Keywords：ECG(electrocardiograph)；PCIbus；E2PROM，FPGA人体作为一个复杂的信息系统，其心电、脑电等信号直接反映了人体的健康状况。如对心电信号的实时采集和分析可以监测心脏状况，尽早发现异变，尽早进行治疗，这对于心脏病的防治具有现实意义。早些时候心电信号的传输主要依靠ISA总线，但随着汁算机的发展，IS

4、A总线逐渐被PCI总线替代，而PCI总线凭借其高性能、低成本、开放性等方面的优势，成为微型计算机事实上的总线标准。1硬件设计1．1心电信号的采集如图1所示，心电信号的采集包括心电信号的放大滤波和A／D转换两部分。心电信号是一种低频弱信号，它的频谱范围为0．05—250Hz，并且大部分信号集中在14～75Hz，幅值为10斗V～5mV。而且人体是导电体，体外的电场、磁场感应都会在人体内形成噪声，加上人体本身各器官的功能活动都会影响心电信号的采集。针对心电信号的这些特点，必须对它进行放大、滤波的处理。心电信号放人滤波加转换微机11里￡!系统『V—一FPGA

5、(逻辑控制)PCI9052(总线接口芯片)图1系统结构框图收稿日期：2007—11—23作者简介：李宗君(1982一)，女，辽宁沈阳人，硕士，主要研究方向为数据采集与处理；高延滨(1963一)，男，河北献县人，教授，硕士，主要研究方向为导航及姿态检测技术、数据采集与处理。1．1．1放大电路输入级设计对于心电信号而言，采集的信号属于差模信号，因而选用仪用放大器作为输入级信号放大电路。仪用放大器的特点是：输入阻抗高，偏置电流低，共模抑制比高。图2为仪用放大器的电路原理图。图2仪用放大器仪用放大器的第1级是两个同相放大器，第2级是一差分放大器。图中，u1和

6、u2构成差动输入差动输出，u3为基本型差动输入，单端输出。总的电压增益等于两级增益之积。第1级采用同相输入，平衡对称的电路结构使输入级共模抑制比高，对温度等产生的输出误差电压具有抵消作用。第2级差放电路将双端输入变成单端输出，适应接地负载的需要。两级级联后，取长补短，使组合后的电路具有输入阻抗高、共模抑制比高等一系列优点。1．1．2光电耦合器构成的隔离放大器由于普通放大器的电路的输入与输出以及输入与输出的电源之间有着电流和电阻上的联系，从人身安全的角度考虑，在电万方数据·18·《测控技术}2008年第27卷第7期路中加入了由光电耦合器构成的隔离放大器

7、。如图3所示。图3光电耦合器光电耦合器由发光器件与光敏器件组成，电信号的传递是通过光束进行，所以输出端对输入端无反馈作用，处于隔离状态，从而保证了心电信号采集过程中人体的绝对安全。同时需要注意的是光电耦合的前后电路不能共地。1．1．3滤波电路设计在滤波电路设计中，除了有低通滤波电路和高通滤波电路组合而成的带通滤波电路以外，还有一级重要的滤波电路——50Hz工频陷波器。这是因为50Hz干扰信号足存在丁心电信号的有效频带内，因此通常在信号通道中增加一级工频陷波器，以尽可能地在50Hz单频上抑制干扰。图4就是一个经济的窄带陷波式滤波器，滤波频率可以从50H

8、z调节到60Hz。图4工频陷波器1．1．4A／D转换电路及逻辑控制电路设计采集进来的信号要送入计算机进行处理