便攜式心電信號采集電路設(shè)計
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3．6 主放大電路
為滿足A／D轉(zhuǎn)換器對信號幅度的要求，兩級放大器共放大l 000倍左右，一級放大電路放大倍數(shù)為8倍，所以二級放大倍數(shù)設(shè)計為125倍。從整個電路集成度和器件性價比考慮，這里選用TL064。該器件內(nèi)部集成4個運放，每個放大器的功耗只有6 mW，符合便攜產(chǎn)品的要求，且價格較低，可減少實驗和生產(chǎn)成本。放大電路采用簡單的反饋放大電路，調(diào)節(jié)電阻參數(shù)即可。本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/195229.htm
4 數(shù)字處理部分
4．1 A／D轉(zhuǎn)換
已放大的模擬信號要實現(xiàn)存儲和顯示，需要轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，因此要完成A／D轉(zhuǎn)換。A／D轉(zhuǎn)換首先解決采樣率和A／D轉(zhuǎn)換器的選型。
采樣率，美國心臟學(xué)會推薦的采樣率為500 Hz，但實際中不同應(yīng)用有不同的采樣率，一般在125～1 000 Hz之間，監(jiān)護時多采用200 Hz或250 Hz，輔助分析時多用400～500 Hz，而心電HOLTER一般取125～200 Hz。采樣精度為10 bit或12 bit。
對于A／D轉(zhuǎn)換器的選型，要根據(jù)電路形式、轉(zhuǎn)換速率、通道數(shù)目、采樣精度、功耗大小、供電電壓等因素綜合考慮，選出性價比較高的轉(zhuǎn)換器。在確定器件前，表2給出備選的幾款A(yù)／D轉(zhuǎn)換器的比較結(jié)果。
通過表2和實際項目的要求，最終確定使用MAXl97，其采樣位數(shù)，轉(zhuǎn)換速率，功耗，體積等方面均符合心電A／D轉(zhuǎn)換的要求。另外，該轉(zhuǎn)換器有8個模擬信號輸入端，可采集8路模擬信號，符合心電設(shè)備多導(dǎo)聯(lián)的要求。
控制模塊使用VHDL語言編程實現(xiàn)，根據(jù)MAXl97的時序圖，利用有限狀態(tài)機的方法實現(xiàn)控制模塊。具體內(nèi)容是根據(jù)A／D轉(zhuǎn)換的進程，將轉(zhuǎn)換過程分為5個狀態(tài)：1)為初始化，寫入讀寫信號及通道選擇和轉(zhuǎn)換電壓范圍等控制字；2)為啟動轉(zhuǎn)換，在時鐘控制下，輸出信號使得A／D轉(zhuǎn)換器開始轉(zhuǎn)換；3)為判斷轉(zhuǎn)換是否完成，若未完成繼續(xù)轉(zhuǎn)換，若完成跳入下一個狀態(tài)；4)為讀低8位，給轉(zhuǎn)換結(jié)束標(biāo)志信號hben賦值O，讀出已經(jīng)轉(zhuǎn)換完的低8位；5)為讀高4位，給hben賦值1，讀出高4位。
圖6是根據(jù)上述狀態(tài)機VHDL語言實現(xiàn)后生成的圖元符號及控制模塊的仿真波形。從仿真波形上可以看出，該模塊符合A／D轉(zhuǎn)換器的時序要求，能在功能上實現(xiàn)對A／D轉(zhuǎn)換器的控制，得到所需要的數(shù)字信號。
A／D轉(zhuǎn)換器的控制信號由FPGA提供。基于FPGA平臺搭建一個A／D轉(zhuǎn)換的控制模塊。選擇FPGA做控制平臺，是由于FPGA有著豐富的可編程邏輯資源，利用這些資源可以實現(xiàn)心電設(shè)備中的控制存儲、顯示、按鍵、通信等其他模塊。這些模塊都在FPGA上完成就構(gòu)成了片上系統(tǒng)，使得設(shè)備體積和可靠性都有了很大程度上的提高。選擇FPGA也是出于項目整體方案的考慮。
5 結(jié)束語
在項目的要求下，通過分析心電信號的特點，從幅值，頻率，噪聲等各方面有針對性的設(shè)計了心電采集電路，并對每一環(huán)節(jié)都做了仿真和測試，最大程度上精簡電路，滿足便攜式設(shè)備對體積的要求，同時保持較高的性能，能有效采集到心電信號。對采集到的心電信號，用FP-GA控制A／D轉(zhuǎn)換模塊，得到數(shù)字信號，以便后續(xù)的數(shù)字處理。另外，由于FPGA的豐富可編程資源，可以在這個采集系統(tǒng)基礎(chǔ)上升級為診斷并顯示的系統(tǒng)。
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