基于MSP430FG439的心率和心电图监测仪

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1、www.Microcontrol.cn微控设计网微控技术论坛翻译义工文章基于MSP430FG439的心率和心电图监测仪翻译:吴淑然哈尔滨理工大学整理:DC微控技术论坛版主原文:TexasInstrumentsSLAA280A.pdf此翻译只供参考,一切以原文为准.最后更新日期2008.6.19.摘要这个应用报告说明了如何使用MSP430FG439微控制器来制作一台数字心率监测仪，心脏每秒的跳动通过LCD来实现。另外，心率监测仪输出的数字信号通过RS232串口在PC机上显示心电图。与这个应用相关的PCB，原理图，相关资料，以及软件在压缩文件中。整个应用的运行使

2、用CR20323-V锂电池。1.引言心电图（ECG）,也称EKG，是在心跳期间由心肌产生的电压而形成的图形轨迹。它为心脏的状态提供一个准确的评估。心脏产生一种由心脏传播开来的使人体细胞以一定规律收缩放松的电化学心跳冲击。而且给心脏一个缩的特征。这个序列由一组叫做窦房结的神经细胞点引起的，然后引起心脏细胞的极化和去极化。这是因为电子的本质和身体的通过流体含量导电性，这个电化学行为可以通过人体的体表来测量。在身体两个不同的点的实际电压差大约有1Mv.这个可以通过在人体放置电极触电来测量。四肢和胸壁成为电极应用的标准点。人与人之间或者是一个人的不同时间的情况可以通

3、过规范化的心电图进行比较。正常的心电图的典型的向上和向下偏折反应的心脏的心房（两个相对较高的室）和心室（两个相对比较低的室）交替收缩。一个典型的正常心跳周期信号波形如图1显示。这个电压代表由心肌在一个心跳周期中施加的压力。第一次向上偏折，P，是由于心房收缩而被称为心房复合体波。其它偏折，Q，R，S，和T，全部是由于心室的行为而被成为心室复合波。与正常的心电图有任何偏差的心电图都可能是一种心脏的疾病。Page1of11微控技术论坛:基于MSP430FG439的心率和心电图监测仪www.Microcontrol.cn微控设计网图1.典型的心电图在这个应用报告中，

4、EKG波形用来通过MCU来测得心跳率。心跳的计算主要集中的电极简化为两个连接点。一个是右臂，另一个是左臂。这样类型的设置经常在运动仪器上看到，比如说脚踏车。2电路说明应用的整体的原理图见图92.1前端的放大电路从电极获得的电信号的峰峰值一般为1mV.这个信号大约放大1000倍才可以用于心电的检测。心电信号清晰的获得这么大的增益是不容易的，因为人体像一个巨型天线一样，包含着很多噪声，其中主要的是50HZ/60HZ线性频率噪声。因此放大以后还要经过用高精度的滤波器进行滤波。任何放大器都是把想要的心电信号和噪声一起放大。在一定的情况下，噪声完全淹没心电信号，使得到

5、的放大信号无效。比较有效的方法是通过差分放大。由于在电极上获得统一的同样方式的心电信号，普通的噪声可以用理想匹配的差分放大器自动的消除。应用的前端差分放大的是仪用放大器INA321，该放大器把匹配和平衡的整合在一起的增益寄存器。该放大器工作的最小电压为2.7V。INA321放大器为心电信号提供一个5倍的固定放大倍数。用该电路的共模抑制比98dB扩展到3Hz,INA321可以抑制普通噪声其中包括线性频率及其波形。INA321静止的电流时的40uA,在关闭状态下的电流小于1uA。EKG放大器通过INA321的输出的放大的心电信号经OA0,是MSP430FG439

6、三个内部放大器之一。图2是EKG前端放大的电路图Page2of11微控技术论坛:基于MSP430FG439的心率和心电图监测仪www.Microcontrol.cn微控设计网图2是EKG前端放大的电路图经过OA0放大器，EKG信号总共放大了500倍。忽略电极长度引起的失调和接触点引起共模信号的偏移，在OA0的输出。线性频率的成分可以通过图3中EKG信号的宽轨迹看出。这样的宽度是因为在EKG信号上叠加了线性频率的成分。图3含有60Hz噪声的放大500倍的EKG信号1-M的反馈电阻和4.7-nF电容并联在OA0提供一个高频滤波器的截止在250Hz，是作为一个去假

7、信号的滤波器。由于较大的放大系数，放大器的输出对皮肤接触阻抗在电极上的变化是敏感的。这导致被放大的差分信号的直流成分的变化并且体现差分信号在EKG的基准线的漂移。这称为共模信号的漂移，它经常导致EKG的波形的起伏。处理这个问题是通过用OA1设计一个积分模式。集成的积分器把EKG信号放大5倍并且把它反馈到INA321。不论在皮肤接触阻抗上的怎么变化，反馈允许INA321保持一个恒定的直流输出。这个应用主要是用于EKG的显示和监视，第三个放大器，OA2，可以使用作为在DAC1输出的和第三个电极之间的整体的增益缓冲，经常被连接到监测EKG人的右腿(RL)或右边胸部

8、。DAC1是MSP430FG439的两个集成DAC1