基于 DSP 的生物医学信号检测系统的设计

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1、基于DSP的生物医学信号检测系统的设计胡宝旭宋文爱李墅娜（中北大学信息与通信工程学院山西太原030051）摘要：介绍了一个基于AD和DSP的生物医学信号检测系统，阐述了该系统的软硬件设计和预处理电路，详细论述了TL320AD50C的工作方式以及AD与DSP的接口电路和软件实现,最后通过实验证明该系统可以成功的检测到人体心跳信号并进行显示。关键字：信号采集数字信号处理生物医学信号分类号：TP274+.2文献标识码：AThedesignofBiomedicalsignalsdetectionsyste

2、mbasedonDSPHuBao-xuSongWen-aiLiShu-na(NorthUniversityofChina,SchoolofInformationandCommunicationEngineeringTaiYuan,ShanXi030051)AbstractAbiomedicalsignalsdetectionsystembasedonADandDSPisintroduced,thispaperexpatiatedthehardware、softwareandthepretreate

3、dcircuitryofthesystem，discussedtheworkingprincipleofTL320AD50Candgavetheinterfacecircuitry、softwareimplementationbetweenADandDSP.Theresultsoftheexperimentshowsthattheheartbeatsignalscanbedetectedanddisplayedsuccessfully.KeyWordssignalsamplingDSPBiomed

4、icalsignals0引言生物医学信号的采集和处理是生物医学工程的一个重要领域，也是近年来迅速发展的数字信号处理技术的一个重要应用方面。由于人体的脉象、心跳等信号具有信号微弱（频率范围大约在0.01～100Hz,幅值基本在0～4mV），噪声干扰严重、随机性强等特点，因此对于脉[1]象、心跳等生物医学信号的采集和处理具有十分重要的意义。该系统通过预处理电路对信号进行放大和滤波，放大有用信号、滤除噪声和工频干扰等，然后送入AD进行采集，最后通过DSP进行后续处理。实验证明该系统可以成功检测到脉象和心

5、跳信号，并具有精度高、电路结构简单、系统功耗低等特点。1系统硬件设计系统硬件电路主要包括前端预处理电路和数据采集电路两个部分，预处理电路主要作用是放大脉象、心跳等微弱信号，滤除其它噪声干扰以及工频干扰等，数据采集部分主要功能是实现对信号的采集然后送至DSP完成后续的信号处理。1.1预处理电路的设计前置放大带通滤波主放大带阻滤波图1预处理电路框图[2]预处理电路主要包括前置放大、滤波和主放大等几个部分。如图1所示，由于预处理电路是对脉象、呼吸等微弱低频信号进行放大和滤波，因此，前置放大在系统中有着很

6、重要的作用。由于系统噪声背景强且信号源阻抗较大，因此通常要求前置放大器具有高输入阻抗、高共模抑制比，而且所选运放的输入失调电压要小，这样才能保证信号不失真并具有较高信噪比。为此我们可以选择低漂移、高输入阻抗、高灵敏度的运算放大器OP-27c作为前置放大器，并采用同向放大器的电路形式，同时在放大器前端设置电压跟随器以有效的提高电路的输入阻抗。另外，为防止前置放大器工作于饱和区或截止区，其增益不能过大。实验表明,10倍左右效果比较好。前置放大之后进入带通滤波电路滤除干扰和噪声，带通滤波由双运放OP21

7、77构成。基金项目：本文得到山西省自然科学基金资助（编号：2006011036）OP2177具有高精度、低偏置、低功耗等特性，片内集成了两个运放，可灵活组成各类放大和滤波电路。由于心电信号频带主要集中在0.05～100Hz左右，频带较宽，为此，采用OP2177的两个运放分别设计二阶压控有源高通和低通滤波器合并组成一个带通滤波。为了不损失信号的低频成份和高频成份，低通滤波的截止频率可以设计为0.03Hz,高通滤波的截止频率设为130Hz。主放大是对脉象和呼吸等微弱信号进行放大的主要环节，采用双运算放

8、大器LF353N，这样有利于减小电路体积，因为信号的幅度大约在0～4mV，而A/D要求的输入信号大约在1V左右，因此，整个信号电路的放大倍数需1000倍左右。而前置放大约10倍左右，因此主放大设计为100倍左右。在检测过程中，直流电源、周围环境中的输电线路等，都会对信号产生50Hz的工频干扰，且频率处于信号的频带之内，加上电路不稳定等因素，前级电路输出的信号仍存在较强的工频干扰。虽然前置放大电路对共模干扰具有较强的抑制作用，但有部分工频干扰是以差模信号方式进入电路的，所以必须另外滤