1、 信息科学与技术学院信息科学与技术学院 EDAEDA 课程设计报告课程设计报告 课题名称课题名称： 心电图显示心电图显示 学生姓名学生姓名： 学学 号：号： 学学 院：院： 信息科学与技术学院信息科学与技术学院 专业年级专业年级： 电子信息工程电子信息工程 20112011 级级 指导教师指导教师： 完成日期：完成日期： 20132013 年年 1 1 月月 1 1 日日 摘要摘要：针对心电信号的特点进行心电信号的采集、数据转换模块的设计与开发。 设计一种用于心电信号采集的电路，然后进行 A/D 转换，使得心电信号的频率达 到采样要求。人体的心电信号是一种低频率的微弱信号，由于心电信号直接取自
2、 人体，所以在心电采集的过程中不可避免会混入各种干扰信号。为获得含有较小 噪声的心电信号，需要对采集到的心电信号做降噪处理。目前对心电信号的降噪 有多种方法，本文主要从滤波的方面介绍将噪声从信号中分离。 关键词：关键词：心电信号采集，降噪，A/D 转换放大，电源电路 一、一、 总体设计思路：总体设计思路： 心电信号是一种典型的人体生理信号，具有生物电信号的普遍特征，如幅度 小、频率低并且易受外界环境干扰，为采集和测量带来了难度。由于本系统需要 进行大量的数学运算，所以对处理器的数据处理能力和速度也有很高的要求。如 果选用处理速度很快的处理器，则相应的外设也要有与之相适应的性能指标 16。 综合
3、各个方面因素，电路设计要求： (1)对微弱的心电心电信号进行放大和滤波等必要的信号调理 a)设计合理的导联系统，选择合适的传感器。 b)设计合理的有源滤波器， 能够进行0 05-100Hz的带通滤波， 50Hz陷波。 c)实现1000倍的信号放大。 d)实现信号电压抬高。 (2)进行符合要求的AD转换 根据采样定理，采样频率要是心电频率的2倍以上，所以A/D的采样频率至 少要达到200Hz以上。 (3)设计电源电路 1.1 心电信号采集电路心电信号采集电路 图 1 系统流程图 1.21.2 前置放大级前置放大级 由于心电信号是微弱信号，所以设置前置放大器用来放大心电信号；为了抑 制基线漂移，设
4、置了 0.5Hz 高通滤波；由于心电信号属于低频信号，设置了二阶 低通巴特沃斯滤波器，消除 100 Hz 以上的高频成分；为了消除 50 Hz 工频干扰， 人体心电 前置放大 高通滤波 低通滤波 A/D 转换 显示 设置 50 Hz 双 T 陷波电路；为了心电信号不失真，设计了电平抬升电路；最后设 置了 A/D 转换电路，使信号频率达到采样要求 17。 本系统选用的前置放大器是AD620A，具有很好的性能，非常适合作为心电信 号测量前置放大器，引脚分布如图3.2其具体规格特性如下： (1)电源供应范围：2.3V-18V； (2)高精度：输人最大偏置电流：1mA；输人最大失调电流：O5nA；输入
5、最 大失调电压：50V；最大温度漂移：O6V；输入阻抗：10G。 (3)低杂讯： 输入电压噪声(f=1K Hz)： 9nV H z ： 共模抑制比(增益G=10)： 100dB。AD620的增益可调，范围为11000倍，通过调节AD620A的1和8腿之间的 Rg的值来实现： 49.4 131 g k G R 图2 AD620引脚分布图 本电路所用的集成放大电路为OP07。引脚分布如图3.3。OP07芯片是一种低 噪声的单运算放大器集成电路。 由于OP07具有非常低的输入失调电压 （对于OP07A 最大为75V），所以OP07在很多应用场合不需要额外的调零措施。OP07同时具 有输入偏置电流低（
6、OP07A为2nA）和开环增益高（对于OP07A为300V/mV）的特 点，这种低失调、高开环增益的特性使得OP07特别适用于高增益的测量设备和放 大传感器的微弱信号等方面。其主要规格参数有：电源供应范围：3V-18V；输入 最大失调电压：75V；最大温度漂移：1.3V /。 图3 OP07引脚图 图 4 硬件电路图 1.3 高通滤波电路的设计高通滤波电路的设计 高通滤波器(消除基线漂移)在电路部分加上简单的高通滤波环节，对隔断直流 通路和消除基线漂移将会起到事半功倍的效果， 本部分电路置于预放大与信号放 大电路之间，一个简单的无源高通滤波电路,具体电路如下图所示： 图 5：高通滤波器 其特征频率(转折频率)计算为： 0 93 1 0 .0 3 4 2 fH z RC 经过高通滤波后，可以大大削弱 003 Hz 以下因呼吸等引起的基线漂移程度， 心电信号低频端也就相应地取该频率。 1.1.4 4 低通滤波器设计低通滤波器设计 心电信号频率主要集中在低频段（0.05Hz
