心电信号采集及分析系统设计

本科毕业设计（论文）心电信号采集及分析系统设计谭莹莹燕山大学2010年6月本科毕业设计（论文）心电信号采集及分析系统设计学院（系）：里仁学院电气工程系专业：生物医学工程学生姓名：谭莹莹学号：061203041012指导教师：李昕答辩日期：2010年6月燕山大学毕业设计（论文）任务书学院：里仁学院系级教学单位：生物医学工程学号061203041012学生姓名谭莹莹专业班级生物医学工程06-1题目题目名称心电信号采集及分析系统设计题目性质1.理工类：工程设计（）；工程技术实验研究型（√）；理论研究型（）；计算机软件型（）；综合型（）2.管理类（）；3.外语类（）；4.艺术类（）题目类型1.毕业设计（√）2.论文（）题目来源科研课题（）生产实际（）自选题目（√）主要内容(1)学习心电信号处理的基本理论。(2)学习MSP430单片机的的基本原理。(3)学习心电监护仪硬件电路设计。(4)设计一套心电信号采集及分析系统目标：掌握心电信号采集及分析系统基本原理及方法，设计一套基于MSP430单片机的心电信号采集及分析系统。毕业设计说明书一本，查阅一篇相关英文参考文献及译文。毕业设计说明书一本，查阅英文参考文献及译文。基本要求查阅有关技术资料，分析研究当前这一领域最新动态。根据需要，给出相应的设计方案。在一定理论推算的基础上进行设计。1．遵守毕业设计期间的纪律，按时答疑；2．独立完成设计任务，培养基本的科研能力；3．设计说明书一份（不少于2万字），A0图纸一张；英文资料翻译不少于5千字；说明书要求条理清晰、文笔通顺，符合毕业设计撰写规范的要求；论文、图纸中的文字符号符合国家现行标准；4.完成相关的实验，并反映在论文中。参考资料1、有关书籍2、网上查询相关资料周次第1～4周第5～8周第9～12周第13～15周第16～17周应完成的内容资料收集,了解课题内容理论分析计算、总体设计系统设计分析、综合、校正整理资料、撰写论文，答辩指导教师：李昕职称：教授年月日系级教学单位审批：年月日章及标题I摘要心血管疾病是威胁人类健康的主要疾病之一，早期诊断和治疗是预防心脏病的有效途径。20世纪50年代末，美国科学家Holter首先发明了一种心电仪，人们称它为Holter心电仪或叫动态心电仪，这种技术在临床上可实现“长时间”、“动态”记录的心电图，就称为动态心电图。能够记录病人24小时活动过程中的动态心电数据，给医生提供具有诊断价值的资料，对于心脏功能的评价，心脏病的早期诊断非常有益，所以心电监护仪在其中发挥着至关重要的作用。本课题采用MSP430149单片机作为核心器件，主要完成对心电信号的24小时不间断采集、传输、存储、显示等功能。关键词心电信号；动态心电图；MSP430单片机燕山大学本科生毕业设计（论文）IIAbstractCardiovasculardiseaseisoneofmaindiseasesthatthreathumanhealth．andtheearlydiagnosisandtreatmentareeffectivewaysthatpreventheartdisease。Inthelate1950sinU.S.ascientistcalledHolterhaveinventedthefirstsuchdynamicelectrocardiograminstrument,peoplecalledHoltermonitororDynamicelectrocardiograph,thistechnologycanberealizedinclinicallonganddynamicofECGrecords,knownasHOLTER.It’sveryhelpfultocardiacfunctionintheearlydiagnosisthatifitcanrecordthepatient24hoursofdynamicECGdataprocessandprovidethedoctorsmaterialsthathasdiagnosticvalueintheevaluation.Thissubjectusesmsp430singlechipasthecoredevice.Thewholesystemmainlydisplayscollection,storage,transport,displayfunctionfor24-houruninterruptedECGsignalcollection.KeywordsECGsignal；dynamicelectrocardiogram（DCG）；Holter；msp430；章及标题Ⅲ目录摘要...........................................................IAbstract......................................................II目录...........................................................2第1章绪论...................................错误!未定义书签。1.1课题研究意义............................错误!未定义书签。1.2国内外研究现状与文献综述................错误!未定义书签。1.3设计主要研究内容与系统总体设计..........错误!未定义书签。第2章心电图的产生和特征......................错误!未定义书签。2.1体表心电图.............................错误!未定义书签。2.2心电的产生.............................错误!未定义书签。2.3各波形的意义...........................错误!未定义书签。2.4常见的心律异常类型及特征...............错误!未定义书签。2.5心电图的导联...........................错误!未定义书签。2.6心电信号的特征.........................错误!未定义书签。2.7心电信号常见干扰.......................错误!未定义书签。2.8本章小结...............................错误!未定义书签。第3章心电检测电路设计........................................23.1心电信号放大器设计要求.................................23.2电极的选择.............................................43.3保护与缓冲电路.........................................43.4前置放大电路...........................................53.5滤波电路...............................................73.5.1低通滤波电路.......................................83.5.2高通滤波电路.......................................83.6右腿驱动电路...........................................83.7电平提升电路...........................................93.8导联脱落检测报警电路..................................10燕山大学本科生毕业设计（论文）Ⅳ3.9本章小结..............................................10第4章控制、存储及接口电路设计...............................114.1中央处理器及其外围模块................................114.1.1芯片的选型........................................114.1.2ADC模块...........................................114.1.3定时器............................................114.2USB数据传输...........................................144.3数据存储..............................................164.4时钟日历芯片..........................................174.5液晶显示..............................................184.6本章小结..............................................19结论..........................................................20参考文献.......................................................3致谢...........................................................4附录1..........................................................5附录2..........................................................6章及标题1燕山大学本科生毕业设计（论文）2第3章心电检测电路设计3.1心电信号放大器设计要求由于人体的心电信号有微弱、低频、易受干扰、不稳定、随机等特点，因此对动态心电图的心电放大器的设计有很苛刻的要求。1．增益由于心电信号非常微弱，只有0．05～5mV，而心电放大器增益的常规设计要求心电在正常输入时，即输入为1mV时，输出电平达到1V左右(A/D转换器的最大输入电压为3.3V)，所以心电放大器的放大倍数很高，为1000倍左右。2．频率响应由于人体心电信号的频谱范围为0.05～100Hz，能量主要集中在17Hz附近。而按照美国最新标准要求，动态心电图频带应不窄于O.67～40Hz，所以，要求心电放大器在此频率范围内必须不失真地放大所检测的各种心电信号，为了减少不需要的带外噪声，心电信号用高通和低通滤波器来压缩通频带，经过这样的心电放大器心电信号才具有可靠的诊断价值。3．高输入阻抗心电放大器输入阻抗的设计取决于人体的阻抗特性，所使用的电极类型以及与人体的接触界面。心电放大器通过电极连接到人体身上。由放大器的输入端向人体方向看去，从电极、导电膏、皮肤(角质层、粒层、汗腺)、组织液到心脏外壁形成了信号源阻抗，这个源阻抗可看作由一组串并联的电阻及电容组成。在低频的情况下，这个源阻抗为纯电阻错误!未找到引用源。。显然它包括人体电阻(R)、皮肤电阻及电极与皮肤的接触电阻(错误!未找到引用源。)那么电阻错误!未找到引用源。=R＋错误!未找到引用源。。(错误!未找到引用源。R)。人体内组织液是一种电解质，所以R与组织液离子浓度有关。错误!未找到引用源。不仅与皮肤和电极接触松紧有关，还与皮肤的干湿、清洁度及每个人角质层的厚薄有关。章及标题3由于心电信号源阻抗具有高阻抗的特性，而心电信号是微弱的，若心电放大器的输入阻抗不高，那么经过分压后，心电放大器输入端的信号就非常微弱了。心电信号损失严重，而且信号源过负荷使心电信号产生畸变。信号源阻抗