六通道數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)的研制

1 引言

單片計算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)在生物醫(yī)學(xué)微信號的采集及處理方面具有廣闊的應(yīng)用前景。本文介紹我們根據(jù)實際需要研發(fā)的一款六通道數(shù)據(jù)采集及處理的單片計算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，共生產(chǎn)樣機(jī)兩臺，都投入了實際應(yīng)用。該系統(tǒng)分別對六個來自傳感器的微弱電信號進(jìn)行放大，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，在PC機(jī)的控制下，用單片計算機(jī)對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行初步的處理，然后把這些數(shù)據(jù)傳送給PC機(jī)。通過選擇不同的傳感器，系統(tǒng)可用于各種生物醫(yī)學(xué)微信號的采集及處理，具有一定的通用性。

2 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計

圖1 系統(tǒng)組成方框圖

如圖1所示，系統(tǒng)由傳感器、微信號放大、A/D轉(zhuǎn)換、單片計算機(jī)接口、串行通信等部分組成。來自傳感器的微弱電信號經(jīng)信號放大電路放大后送入A/D轉(zhuǎn)換器，此電信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后送入單片計算機(jī)進(jìn)行初步的數(shù)字處理，并經(jīng)串行通信接口傳送給PC機(jī)。同時，PC機(jī)的指令也可通過串行通信接口傳送給單片計算機(jī)。

現(xiàn)將系統(tǒng)各部分分別介紹如下：

2.1 微信號放大電路

微信號放大電路采用美國Burr-Brown公司生產(chǎn)的精密數(shù)據(jù)放大器INA118。該運(yùn)放具有精度高、溫漂低的特點，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示[1]。

INA118有八只腳，第1、8腳間外接一放大倍數(shù)控制電阻Rg，3、2腳分別為正、反向輸入端，7、4腳為+5V、-5V電源輸入端，6腳為輸出端，5腳為參考電壓端，一般與地相接。

圖2 INA118內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

A1、A2、Ra、Rb和Rg組成第一級放大電路，根據(jù)運(yùn)算放大器的“虛短”特性，有VA=VIN-，VB=VIN+。所以流過Rg的電流為

A3、Rc、Rd、Re和Rf組成第二級放大電路，此級為一差分放大電路，由于Rc=Rd，Re=Rf，故其電壓放大倍數(shù)為[2]