畢業(yè)設計心電檢測儀

1、長春工業(yè)大學學士論文摘要本課題主要設計一個基于 Atmega16的家用心電監(jiān)測儀的研究設計。根據(jù)人體心電信號的特征，設計心電信號采集系統(tǒng)，完成實時心電監(jiān)測的功能。本系統(tǒng)通過硬件電路實現(xiàn)了對心電信號實時的采集和處理，并將模擬的心電信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號送入主控單元，從而實現(xiàn)了心電信息的實時顯示、存儲、打印、報警等功能。本設計選用具有低功耗的 16 位單片機 Atmega16作為中央處理系統(tǒng)，通過心電傳感器，從人體連續(xù)取得心電信號，經(jīng)過專門的信號處理電路進行處理后送入中央處理系統(tǒng)，中央處理系統(tǒng)通過分析、處理，檢測出病人的心電信號，并與正常的心電信號比較，對采集的心電信號進行實時分析、檢測及記錄，并選取

2、大容量 Flash 存儲器對采集處理后的心電信號進行存儲。同時，監(jiān)測儀帶有液晶顯示器，能實時顯示所檢測的心電信號。當病人出現(xiàn)緊急的心電癥狀時，其特有的報警功能可以及時的發(fā)出報警，便于及時的對病人進行救治。該系統(tǒng)還可以打印出心電波形供醫(yī)務人員分析病情時參考，及時準確的采取治療措施，制定治療方案。該監(jiān)測儀能長期、連續(xù)、可靠、穩(wěn)定的工作，同時還具有體積小、存儲容量大、功耗低、實時顯示等特點，便于隨身攜帶，使用方便，操作簡單。關鍵詞心電監(jiān)測心電監(jiān)測儀心電傳感器信號處理電路I長春工業(yè)大學學士論文Title: The design of household ECG monitorAbstractThe t

3、opics mainly based Atmega16 household ECG monitor research and design.According to the characteristics of the human ECG, design ECG acquisition system,in real-timeECG monitoring function.This system has realized through the hardware circuit to heart signal real-time gathering and processing, and wil

4、l simulate the heart signal transforms the digital signal to send in the master control unit, thus has realized the function of heart informations real time display, memory, printing, alarming, etc.This design uses a low-power 16-bit microcontroller Atmega16 as the central processing system, through

5、 ECG sensor, from the human body to obtain a continuous ECG signal, by a dedicated signal processing circuit after being fed into the central processing system, the central system analysis, processing to detect the patients ECG signal, by comparison with a normal ECG, to achieve real-time detection,

6、 analysis, selected records,select a high-capacity Flash memory to store the acquisition of the ECG. At the same time, the monitors with a LCD monitor, be able to real-time display ECG signal. When a patient have a emergencyECG symptoms, its unique alarm function can trigger a timely warning and tre

7、atment of patients timely. The system can also print out ECG waveform to provide reference for medical personnel, and timely and accurate implementation of therapeutic measures to establish treatment programs. Not only that ,the key of system design make operation simple and faster.The monitor can l

8、ong-term, continuous,reliable, stable job, and has a small size, large storage capacity, low power consumption, real-time display and other features, easy to carry, easy to use, easy to operate.Keywords ECG monitoring ECG monitorECG sensor Signal processing circuitII長春工業(yè)大學學士論文目錄摘要.IAbstract.II第一章 緒論

9、 .11.1本課題提出的意義和目的 .11.1.1 本課題提出的意義 .11.1.2本課題提出的目的 .21.2心電監(jiān)測儀的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 .31.3人體心電信號的特點 .51.4本課題的設計要求及研究內(nèi)容 .51.4.1 本課題的設計要求 .51.4.2 本課題的研究內(nèi)容 .6第二章 整體方案設計 .72.1系統(tǒng)整體方案的確定 .72.2各模塊方案的確定 .7第三章 硬件電路的設計 .103.1中央處理系統(tǒng)的設計 .103.2信號采集電路的設計 .123.2.1心電傳感器的設計 .123.2.2右腿驅(qū)動電路的設計 .133.3前置放大電路的設計 .143.3.1前置放大電路的要求 .143.

10、3.2前置放大器的設計 .153.4高通濾波電路的設計 .173.5低通濾波電路的設計 .183.650Hz陷波電路的設計 .193.7后置放大電路的設計 .213.8A/D 轉(zhuǎn)換電路的設計 .223.9打印電路的設計 .253.10 存儲器的設計 .273.11 顯示電路的設計 .283.12 鍵盤電路的設計 .293.12.1按鍵開關的抖動問題 .303.12.2鍵盤與單片機的連接 .303.13 報警電路的設計 .323.14 穩(wěn)壓電源電路的設計 .323.14.1穩(wěn)壓電源的組成 .323.14.2電源電路的設計 .33第四章 軟件設計 .354.1軟件設計的要點 .35III長春工業(yè)大

11、學學士論文4.1.1相鄰兩個心電波間隔時間的取得 .354.1.2瞬時心率值的存儲方式 .354.1.3心率值的顯示方式 .354.1.4報警的處理方法 .354.1.5打印的波形和數(shù)據(jù) .364.2 系統(tǒng)部分程序設計 .364.2.1主程序的設計 .364.2.2數(shù)據(jù)采集子程序的設計 .374.2.3數(shù)據(jù)顯示子程序的設計 .384.2.4打印子程序的設計 .394.2.5存儲子程序的設計 .40結(jié)論 .42致謝 .43參考文獻 .44IV長春工業(yè)大學學士論文第一章 緒論1.1 本課題提出的意義和目1.1.1 本課題提出的意義生物電現(xiàn)象是生命活動的基本屬性， 它幾乎在機體的一切生命過程中都伴隨

12、生物電的產(chǎn)生。 人體的各種生物電的研記錄已經(jīng)成為了解人體各器官的功能、臨床診斷、治療的可靠依據(jù)。心臟本身的生物電變化通過心臟周圍的導電組織和體液， 反映到身體表面上來，使身體各部位在每一心動周期中也都發(fā)生有規(guī)律的電變化活動。 將測量電極放置在人體表面的一定部位記錄出來的心電變化曲線， 就是目前臨床上常規(guī)記錄的心電圖 ( 用 ECG表示 ) 。也就是說， 心電圖是從體表記錄的心臟電位隨時間變化而變化的曲線 , 它可以反映出心臟興奮的產(chǎn)生、傳導和恢復過程中的生物電位變化 28 。心血管疾病是一種較為普遍的疾病， 隨著生活節(jié)奏的加快， 生活水平和健康意識的提高，人們需要隨時對心臟進行健康監(jiān)護并且能在

13、比較危急的情況下進行及時的診治； 同時，如果長期住在醫(yī)院里進行監(jiān)護和治療， 那樣花費高而且也給醫(yī)院帶來了不小的門診壓力。 心電監(jiān)測儀是診斷心臟病的重要儀器之一， 目前市場上有多種心電監(jiān)測儀，但是這些心電監(jiān)測儀都不太適合在家庭中使用。為此，一種能夠在家庭中應用、 操作簡單、價格便宜的家用心電監(jiān)測儀的設計方案應運而生。心電監(jiān)測分為心律（節(jié)律）監(jiān)測和心率（速率）監(jiān)測。所謂心律，是指心跳的規(guī)律性，即每一次心跳與下一次心跳的周期間隔是否相等；所謂心率， 是指心臟每分鐘跳動的次數(shù)，心律和心率是兩個完全不同的概念。危重病人 ECG監(jiān)測，是對心臟節(jié)律監(jiān)測最有效的手段。 通過監(jiān)測，可發(fā)現(xiàn)心臟節(jié)律異常， 各種心律

14、紊亂，如房性、室性早搏，心肌供血情況、電解質(zhì)紊亂等 2 。目前，國內(nèi)外的心電檢測產(chǎn)品， 大多是應用于大型醫(yī)院的、 價格昂貴的大型檢測設備。而 Holter 雖然體積小，但價格不菲，并且必須到指定醫(yī)院才能看到心電圖形。甚至一些衛(wèi)生站也無法負擔這些復雜昂貴的醫(yī)療設備。 出于人們對醫(yī)1長春工業(yè)大學學士論文療保健的需求日益提高， 心臟保健也越來越體現(xiàn)出其重要性。 由于心電信號的分析有其經(jīng)驗性的本質(zhì)特點， 一般人群無法對心電信號進行分析， 必須要有有經(jīng)驗的醫(yī)生來診斷。 因此，心電監(jiān)護在臨床診斷和治療上不可或缺， 而家用心電監(jiān)護儀的研究不僅解決了以上的問題， 也使心電監(jiān)護更方便快捷準確， 便于普及，降低突

15、發(fā)性心臟病帶來的危險，也使心臟病人更放心健康的生活。本課題所研究的儀器具有便于攜帶、 低功耗等特點， 可以長時間工作， 非常適合家庭醫(yī)療保健。醫(yī)生可以讀取，并在 PC上顯示心電波形，進一步對患者的病情進行診斷， 使得醫(yī)院之外監(jiān)護成為可能， 解決了大型心電監(jiān)護儀在家庭醫(yī)療保健中存在的價格、缺少實時性分析等問題，緩解了醫(yī)院監(jiān)護的壓力?？傊摫銛y式、低功耗心電信號處理儀可為我國的家庭醫(yī)療保健做出重要貢獻。1.1.2 本課題提出的目的臨床心電監(jiān)測的直接目的是及時發(fā)現(xiàn)、識別和確診各種心律失常，最終的目的是對各種致命性心律失常進行及時有效的處理，減低心律失常猝死率。具體說來，臨床心電監(jiān)測具有以下目的：1

16、、及時發(fā)現(xiàn)和診斷致命性心律失常這是設立心電監(jiān)測的主要目的，也正是因為開始了心電監(jiān)測時代，才使得近年來急性心肌梗死和其他危重心臟病人的心律失常猝死率明顯下降。2、及時發(fā)現(xiàn)和指示致命性心律失常的先兆通過動態(tài)觀察心律失常的發(fā)展趨勢和規(guī)律，可預示致命性心律失常的發(fā)生。例如，當急性器質(zhì)性心臟病人出現(xiàn)進行性增加的高危險性室性早搏時，應警惕和預防隨后可能出現(xiàn)的致命性惡性心律失常。3、指導臨床抗心律失常治療通過心電監(jiān)測可確定心律失常的類型和程度，有助于選擇抗心律失常治療的方法和時機，同時，還能有效評價這些治療措施的療效和副作用。4、指導其他可能影響心電活動的治療當其它非心律失常治療措施有可能影響到病人的心電活

17、動時，可采用心電監(jiān)測方法加以指導。5、協(xié)助涉及臨床心電活動的研究工作包括評價各種心血管疾病和治療對病人心電活動的影響等。2長春工業(yè)大學學士論文1.2 心電監(jiān)測儀的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀經(jīng)過近 50 年的發(fā)展，動態(tài)心電圖儀已經(jīng)成為臨床上一種不可缺少的醫(yī)用電子儀器，它的主要價值是用以發(fā)現(xiàn)并記錄在通常短暫心電檢查是不易發(fā)現(xiàn)的、日?；顒訒r發(fā)生的心電圖異常，為臨床診斷提供依據(jù)。具有可以隨身攜帶，不受檢測距離影響，不受體位變化及活動的限制的特點。目前，國內(nèi)外臨床應用的主要是3 導聯(lián)和12 導聯(lián)心電圖儀。近年來，第 5-6 代 3 導聯(lián)心電儀和第 2-3 代 12 導聯(lián)心電儀，不僅硬件先進，軟件設計合理，而且自動分

18、析功能越來越強大、全面。除具有心率變異性、Q-T間期、Q-T離散度心室晚電位分析外， 還具有 T 波分析、動態(tài)血壓同步檢測、心電監(jiān)護和起搏分析等功能。如 Mortar 公司的 12 導聯(lián)心電圖儀， ST段分析精確達到 V 級，獨有的 ST與 HRV相關分析與動態(tài)血壓同步測定等，美國 DMS公司的第二代高性能 12 聯(lián)心電圖儀，除具有各種心律失常軟件外，獨有 P 波分析功能，12導聯(lián) ST段維彩色超視圖，率先在 Q-T 間期離散度分析上提出具有實用性很高的色譜理論、高性能起搏分析功能，將心率變異性的時域、頻率分析用于阻塞性睡呼吸暫停綜合征的篩選和診斷；美國 Preideal Instrument

19、公司生產(chǎn)的 3 通心電圖儀，能準確地對起搏信號加以識別，并能分析各種心率失常、 ST-T改。率變異性、 Q-Td等 7。近年來 , 心臟病的發(fā)病率和致死率都有不斷增高的趨勢。 由于其具有突發(fā)性、短暫性和危險性的特點 , 要防治心臟病就必須對患者的心電進行長時間實時檢測 , 而遠程醫(yī)療、社區(qū)護理正是解決這一問題的有效辦法。最早出現(xiàn)的是基于 PSTN( 公共電話交換網(wǎng) ) 的遠程心電監(jiān)護系統(tǒng) , 利用 modem進行“點對點”方式的心電數(shù)據(jù)傳輸。這種方式雖然可靠性較高 , 但是對每一個患者需要提供一條電話線 , 在患者較多時就可能無法及時進行監(jiān)護 , 存在著一定的安全隱患。為解決這一問題 , 后來

20、又出現(xiàn)了基于以太網(wǎng)接口 , 利用 Internet 進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)南到y(tǒng)，由于采用了 TCP/IP 協(xié)議 , 實現(xiàn)了監(jiān)護中心對多個患者數(shù)據(jù)的同時接收和監(jiān)護。但是, 由于固定電話終端和互聯(lián)網(wǎng)接口都并非隨處可見 , 為了保證監(jiān)護的效果 , 就必須限制患者的活動范圍 , 給患者的生活帶來很多不便。隨著移動通訊產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展 , 各種無線遠程監(jiān)護系統(tǒng)相繼出現(xiàn) , 終于使患者可以不再受時間、地域的限制 , 隨時隨地得到監(jiān)護。早期出現(xiàn)了利用衛(wèi)星電話傳輸心電信息的系統(tǒng) , 但是價格過于昂貴。 2000年前后, 又出現(xiàn)了使用 GSMmodem或帶紅外接3長春工業(yè)大學學士論文口的手機作為通訊載體的監(jiān)護系統(tǒng)。但由于

21、 GSM方式的最大數(shù)據(jù)傳輸速度只有9600bps,這些系統(tǒng)大都采用壓縮或者選擇性發(fā)送的方式來傳輸心電數(shù)據(jù) , 功能受到一定的限制 , 而且同樣存在著監(jiān)護中心不能同時接收多個患者數(shù)據(jù)的問題。同時 , 由于患者可以隨意移動 , 就要求在危急情況下能夠馬上確定患者的位置 , 而現(xiàn)有的無線監(jiān)護系統(tǒng)都沒有定位功能。此外, 大多數(shù)現(xiàn)有的遠程心電監(jiān)護系統(tǒng)還有一個共同的不足 , 就是沒有獨立的自動判病和報警的功能 , 需要患者在感覺不適時手動記錄或者發(fā)送心電數(shù)據(jù) , 再由醫(yī)生診斷后做出處置。但是 , 有些心律失常并不伴隨明顯的身體不適 , 患者可能因疏忽而貽誤救治的時機?；颊咦钚枰木褪窃诎l(fā)生心律失常時能立刻

22、得到提醒 , 根據(jù)病情采取相應的措施 , 及時控制病情的發(fā)展，因此具有實時報警功能的家用心電監(jiān)測儀的研制將解決現(xiàn)有系統(tǒng)的不足。近年來國內(nèi)醫(yī)療儀器公司也紛紛轉(zhuǎn)向 12 導聯(lián)動態(tài)心電圖儀分為以下幾種類型：1、國產(chǎn)化( 自主研制開發(fā) )12 導聯(lián) AECG儀：西安藍港公司研制出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的第一代 3 導聯(lián)心電圖以后，有心電圖儀，記錄器具有顯示屏，可以觀察心率失常及 ST-T 改變等情況。2、與著名國外廠家共同研制：美高儀公司和美國 DMS導聯(lián)心電圖儀，具有透明視窗裝置，以液晶屏顯示動態(tài)心電警和錄取功能，即把動態(tài)心電圖與監(jiān)護心電圖有機的結(jié)合成顯示 12 個導聯(lián)的心電圖。可分別顯示 3 個導聯(lián)的動

23、態(tài)心電圖。3、經(jīng)銷國外名牌產(chǎn)品：這些產(chǎn)品都結(jié)合我國的國情，改和漢化處理，開發(fā)出中英文雙界面，為基層醫(yī)院提供了方便。4、進口器件改進儀器：長春時代數(shù)碼有限公司，首家推出 SDD系列心電圖儀，使用 windows2003，分析用 1.5V 中央處理器、最新電子 U盤記錄盒、USB2.0三大最新技術(shù)，僅用一節(jié)五號電池就能記錄 48 乃至 72h 心電圖 29 。此外，一些研發(fā)能力雄厚的公司，已經(jīng)研制出功能齊全的第二代 12 導聯(lián)心電圖儀并應用與臨床，成為診斷冠心病、分析心率失常最為實用的無創(chuàng)性檢測方法。基于嵌入式系用了當今的網(wǎng)絡、電話線、GPRS、藍牙等通信技術(shù) , 使醫(yī)院之外的心電監(jiān)護變得更加方便

24、和快捷?？傊?，隨著電子技術(shù)、軟件技術(shù)和通信技術(shù)的飛速發(fā)展，心電圖儀的研發(fā)必定會結(jié)合最新技術(shù)，不斷更新功能和提高自動分析能力，朝著長時間、大容量、高精4長春工業(yè)大學學士論文度、多功能 (HRV、RDV、心電監(jiān)護、動態(tài)血壓同步檢測等 ) 、小型化和低成本的方向發(fā)展。1.3 人體心電信號的特點心電信號屬生物醫(yī)學信號，具有如下特點：(1) 信號具有近場檢測的特點，離開體表微小的距離，就基本上檢測不到信號。(2) 心電信號通常比較微弱，一般只有 5mV。(3) 屬低頻信號，頻譜范圍為 0.05 100Hz，且能量主要集中在 0.5 20Hz。(4) 干擾特別強。干擾既來自生物體內(nèi)，如肌電干擾、呼吸干擾等

25、；也來自生物體外，如工頻干擾、信號拾取時因不良接地等引入的其他外來干擾等 5 。(5) 干擾信號與心電信號本身頻帶重疊 ( 如工頻干擾等 ) 。(6) 不穩(wěn)定性，人體與外界有密切的聯(lián)系，且內(nèi)部各器官間存在相互影響，所以，無論來自外部或內(nèi)部的刺激，都會使人體心電信號發(fā)生相應的變化。(7) 隨機性，人體心電信號是反映人體機能的信號， 它是整個人體系統(tǒng)信息的一部分。由于人體的不均勻性以及可接收多通道輸入，信號易隨外界干擾而變化，從而使心電信號表現(xiàn)出隨機性 6 。1.4 本課題的設計要求及研究內(nèi)容1.4.1 本課題的設計要求為了實現(xiàn)心臟的健康監(jiān)護和家庭門診，家用心電監(jiān)測儀應實現(xiàn)以下基本功能：抗干擾能力

26、強，由于人體的心電信號具有隨機性、不穩(wěn)定性等特點，又有來自各方面的干擾，因此，心電監(jiān)測儀要具有很強的抗干擾能力，能正確的采集到心電信號，完成后續(xù)的處理；操作簡單，體積小，重量輕，攜帶方便；利用外部存儲器將需要存儲的心電信息保存，便于患者在就醫(yī)時回顧病情，作為診斷的參考；利用液晶顯示系統(tǒng)實時顯示心電波形；利用打印機將心電圖打印存檔，心電監(jiān)測儀不僅可以利用外部存儲器對心電信息進行存儲，也可以在數(shù)據(jù)回顧時打印患者的心電波形，便于直觀的了解心電信息；重病報警，當病人發(fā)生心律失常或其他危重病情時，監(jiān)測儀會自動發(fā)出報警，便于及時的對病人采取搶救措施。5長春工業(yè)大學學士論文1.4.2 本課題的研究內(nèi)容信號采

27、集電路的設計，選取心電傳感器提取人體的心電信號；信號處理電路的設計，對采集的心電信號進行放大和濾波等操作；模- 數(shù)轉(zhuǎn)換電路的設計，將模擬的心電信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號送入主控單元；存儲電路的設計，完成對心電信息的存儲及數(shù)據(jù)回顧；打印機的選擇及其驅(qū)動電路的設計，實現(xiàn)對心電波形和信息的打印功能；主控芯片的選擇和設計，主控芯片要對采集的心電信息進行處理和判斷，從而完成實時顯示、存儲、打印和報警等功能；電源驅(qū)動電路的設計，設計穩(wěn)壓電源，提供 15V、12V和 5V電源；重病報警電路的設計，當病人發(fā)生心律失常時能立刻得到提醒。6長春工業(yè)大學學士論文第二章 整體方案設計2.1 系統(tǒng)整體方案的確定家用心電監(jiān)測系統(tǒng)

28、總體上說是一個智能化的信號采集處理系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)上主要由完成人體心電信號采集、濾波放大的前端硬件電路部分和完成數(shù)據(jù)分析和診斷的中央處理系統(tǒng)構(gòu)成，這兩部分協(xié)調(diào)配合工作完成整個系統(tǒng)功能。系統(tǒng)的整體框圖如圖 2.1 所示。存報儲警信前高低陷后A鍵/號置通通波置微處盤D采放濾濾電放理器控轉(zhuǎn)集大波波路大制換顯打示印圖 2.1 系統(tǒng)整體設計框圖由圖可知，該系統(tǒng)的前端硬件電路由信號采集電路、信號處理電路，以及系統(tǒng)電源部分組成。信號采集電路通過心電傳感器采集心電信號；信號處理電路包括前置放大電路、高通濾波電路、低通濾波電路、 50Hz陷波電路和后置放大電路，主要完成心電信號的放大和濾除干擾等功能； 系統(tǒng)電源部分

29、為系統(tǒng)提供 15V、12V和5V直流電源。同時，完成數(shù)據(jù)分析和診斷分析的中央處理系統(tǒng)由單片機實現(xiàn)，單片機對采集到的數(shù)字信號進行壓縮以及顯示、存儲、打印等處理，使整個系統(tǒng)具有智能化的特點，并且，當病人心律發(fā)生異常時具有報警功能。2.2 各模塊方案的確定1. 信號采集電路信號采集電路主要由心電傳感器組成，本設計通過電極片和導聯(lián)線提取人體心電信號，即生物電引導電極。生物電引導電極是完成人體和測量系統(tǒng)之間的界面作用。用電極引導生物電接地 , 與電極直接接觸的是電解質(zhì)溶液 , 如導電膏 , 人體汗液或組織液。因而形成一個金屬 - 電解質(zhì)溶液界面 , 產(chǎn)生一定的電位差。通過取得的電位差提取人體的心電信號。

30、2. 信號處理電路7長春工業(yè)大學學士論文由于人體心電信號十分微弱，常見的心電頻率一般在 0.05 100Hz之間，能量主要集中在 17Hz附近，幅度小于 5mV。同時，在檢測心電信號的同時存在強大的干擾，主要有電極極化電壓引起的基線漂移， 電源工頻干擾 (50Hz)，肌電干擾 ( 幾百赫茲以上) 。電源工頻干擾主要是以共模形式存在， 幅值可達幾伏甚至幾十伏，所以心電放大器必須具有很高的共模抑制比。電極極化電壓引起基線漂移是由于測量電極與生物體之間構(gòu)成化學半電池而產(chǎn)生的直流電壓，最大可達 300mV，因此心電放大器的前級增益不能過大，而且要有去極化電壓的 RC常數(shù)電路。由于信號源內(nèi)阻可達幾十千歐

31、、乃至幾百千歐，所以，心電放大器的輸入阻抗必須在幾兆歐以上，而且CMRR也要在 60dB以上。由此可知，心電前置放大電路應具有高共模抑制比、高輸入阻抗、高輸出阻抗等特點。大部分心電信號都要輸入單片機進行處理，一般要求幅值約為5V，即放大器的放大倍數(shù)約為 1000 倍。因此信號處理電路由前置放大器、 高通濾波電路、低通濾波電路、 50Hz陷波器和后置放大電路組成，實現(xiàn)對心電信號的放大和濾波。3. 模- 數(shù)轉(zhuǎn)換電路本系統(tǒng)中 , 需要將心電信號進行存儲 , 然而微處理器無法對模擬信號進行處理,必須把模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量 , 然后再送到微處理器進行數(shù)據(jù)處理。能夠變模擬量為數(shù)字量的器件稱作模 - 數(shù)轉(zhuǎn)換器

32、 ( 簡稱 A/D 轉(zhuǎn)換器) 。ADC芯片型號很多，在精度、速度和價格方面千差萬別，較為常見的主要是逐次逼近型和雙積分型，還有電壓 - 頻率變換型（ V/F 變換器）。雙積分型 ADC的介紹。雙積分型 ADC，一般精度高，對周期變化的干擾信號積分為零，因而具有抗干擾性好、價格便宜等優(yōu)點，但轉(zhuǎn)換速度慢，速度在幾十毫秒到十幾毫秒之間。15逐次逼近型 ADC的介紹。逐次逼近型 ADC，轉(zhuǎn)換速度高，精度較高，價格較高。變化的干擾信號有很好的抑制作用，所以雙積分型 ADC是一個很好的選擇，但是心電信號的頻率范圍在 0.05Hz 到 100Hz之間，根據(jù)采樣定理，采樣頻率至少在 250Hz 以上才能保證信

33、號的不失真，即采樣的時間間隔不得大于 5ms，然而雙積分型 ADC 的采樣間隔最短也只能在十幾毫秒的數(shù)量級，所以無法滿足要求。逐次逼近型 ADC 的轉(zhuǎn)換速度最高能達到幾十微妙的數(shù)量級，所以完全能夠滿足要求。因此本設計采用了逐次逼近型 ADC。4. 存儲電路存儲器種類比較多，比如：靜態(tài) RAM 6264。6264 的存儲容量為 8K 字節(jié)，與微處理器的接口形式是并行的，有 13 根地址線、 8 根數(shù)據(jù)線，封裝為 DIP28。8長春工業(yè)大學學士論文存儲器 AT24C64。AT24C64為 EEPROM，存儲容量達 8K 字節(jié)，采用 I 2C總線結(jié)構(gòu)，與微處理器連接需要兩個 I/O 口，封裝為 DI

34、P811 。兩者比較一下，靜態(tài) RAM6264，由于采用了并行接口的形式，使得它的體積與采用 I 2C 總線結(jié)構(gòu)的 AT24C64相比要大很多，出于這方面考慮，選擇了體積更小的AT24C64 EEPROM。然而 AT24C64還具有其它的優(yōu)點 , 在兩個 I/O 口上，可同時接 8 個 I 2C總線結(jié)構(gòu)的 EEPROM，可方便的提高系統(tǒng)的存儲容量， 最高可到 512K字節(jié)。AD轉(zhuǎn)換每 4ms轉(zhuǎn)換一次，在進行下一次轉(zhuǎn)換前必須將數(shù)據(jù)存儲起來，這就要求存儲器的寫時間不能超過 4ms，而 AT24C64的 CLOCK最高頻率可達 400kHz，進行一次一個字節(jié)寫操作需要 90ns，進行一次一個字節(jié)讀操

35、作需要 110ns，這完全可以滿足系統(tǒng)的要求。因此本設計采用了 AT24C64存儲器對心電信號進行存儲。9長春工業(yè)大學學士論文第三章 硬件電路的設計3.1 中央處理系統(tǒng)的設計家用心電監(jiān)測儀要求智能化、小型化，要實現(xiàn)的功能對控制器提出很高的要求。1速度要快由于心電信號的頻率在 0.05 100Hz的范圍內(nèi)，在采樣間隔的時間內(nèi)，單片機要進行大量的工作，如：采樣數(shù)據(jù)的預處理，數(shù)據(jù)壓縮的實現(xiàn)，各種中斷的響應處理，各種監(jiān)控的實現(xiàn)等。要在很短的時間內(nèi)完成如此大量的工作，且要讓單片機有相當多的時間進入低功耗狀態(tài)，所以對單片機的速度要求比較高。2I/0 接口設置按鍵，進行人機交互以及對外執(zhí)行控制功能等都要通過

36、普通I/0口與單片機通訊，所以 I/0 口數(shù)目要多。3中斷口及其他心電監(jiān)測儀可響應重病報警、按鍵兩種外部硬件中斷，所以單片機的中斷口至少需要 2 個。因為心電監(jiān)測儀要進行心電數(shù)據(jù)的實時預處理和自動分析，算法復雜，所以待選單片機要有較強的指令功能和數(shù)據(jù)處理能力。龐大的心電數(shù)據(jù)需要大容量的數(shù)據(jù)存儲器，所以要求待選單片機的數(shù)據(jù)區(qū)要大， 且容易擴展，還需有 2 個以上的定時 / 計數(shù)器?；谏鲜龅囊?，本設計選用 Atmega16作為中央處理系統(tǒng)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的分析和診斷等功能。Atmega16單片機是 8 位 AVR系列微處理器，它是 ATMEL公司新推出的 90 系列單片機，內(nèi)含高速閃存 FLASH,是基于增強精簡指令 RISC結(jié)構(gòu)的單片機，該系列單片機在吸收 PIC 及 8051 單片機的優(yōu)點的基礎上，做出了重大的改進。Atmega16單片機具有如下的特點：1. 速度快Atmega16單片機在單一時鐘周期內(nèi)執(zhí)行功能強大的指令。Atmega16單片機采用了大型快速存取寄存器文件和快速單周期指令。 其快速存取 RISC寄存器文件由 32 個通用工作寄存器組成。 Atmega16單片機用 32 個通用寄存器代替累加器，避免了傳統(tǒng)的累加器與存儲器之間的數(shù)據(jù)傳送，可在一個時鐘周期內(nèi)