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毕业论文（设计）心电信号采集模块的设计与开发姓名学号学院专业年级指导教师2010年5月30日山东大学学士学位论文I摘要心脏病已成为危害人类健康的主要疾病之一。据统计，心血管疾病是威胁人类生命的主要疾病，世界上心脏病的死亡率仍占首位。因此，对心血管疾病的诊断、治疗一直被世界各国医学界所重视，准确地进行心电信号提取，为医生提供有效的辅助分析手段是重要而有意义的课题。随着电子技术的迅速发展，医用电子监护系统近年来己在临床诊断中逐渐应用。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：心电信号采集，降噪，A/D转换放大，电源电路山东大学学士学位论文IIABSTRACTHeartdiseasehasbecometheoneofmajordisease，whichdoesharmtohumanhealth．Accordingtostatistics，cardiovasculardiseaseisthemajordiseaseofthreateninghumanlife．Thedeathrateofheartdiseasestilltakesthefirstplacearoundtheworld，sothediagnoseandtreatmentforcardiovasculardiseaseispaidmuchattentionbythemedicalcirclearoundtheworld．AccuratelyextractingECGsignalandprovidingeffectivemethodofauxiliaryanalysesisaverymeaningfultask．Alongwithquickdevelopmentofelectronicstechnique，Medicalelectronmonitoringsystemhasbeenappliedtotheclinicaldiagnosisintherecentyears．ECGsignalacquisition,dataconversionmoduledesignanddevelopmentbeyondtheECGcharacteristics.DesignacircuitforECGacquisition,andthendotheA/Dconversion,makethefrequencyofECGsamplingrequirementstoachieve.ECGsignalisalowfrequencysignal,becauseECGistakendirectlyfromthehumanbody,sotheprocessofECGacquisitioninevitablymixedwithavarietyofinterferencesignals.InordertoobtainLownoiseECGsignal,weneedtodonoisereductionofthecollectedECGsignal.Now,therearemanywaystodothenoisereductionoftheECGsignal,thisarticleintroducehowtoseparatenoisefromsignalusingthefilter.KEYWORDS:ECGsignalacquisition,noisereduction,A/Dconversion,powercircuit山东大学学士学位论文III目录第一章绪论......................................................11.1心电信号采集和分析系统的发展历史................................11.2心电信号采集分析系统的研究现状..................................31.2.1研究现状......................................................31.2.2随身携带的便携式心电监护仪的发展现状..........................41.2.3心电远程监护系统的发展现状....................................5第二章研究基础.................................................72.1人体心电信号的产生机理..........................................72.2体表心电图及心电信号的特征分析..................................72.2.1心脏电传导过程分析............................................72.2.2心电信号时域特征分析..........................................82.2.3心电信号的电特性分析..........................................92.3心电信号的噪声来源..............................................92.4心电电极和导联体系分析.........................................102.4.1系统电极选择.................................................102.4.2心电信号导联体系分析.........................................11第三章硬件电路设计............................................143.1心电信号采集电路的设计要求.....................................143.2心电采集电路总体框架...........................................143.3采集电路模块...................................................163.3.1前置放大电路设计.............................................163.3.3滤波电路设计................................................183.4电平抬升电路...................................................213.5心电信号的50Hz带阻滤波器设计..................................213.6A/D转换模块电路设计...........................................223.6.1ADC0809简介.................................................223.6.2ADC0809的工作过程...........................................243.6.3ADC0809与单片机的接口.......................................243.7电源电路设计...................................................253.8本章小结.......................................................26山东大学学士学位论文IV第四章软件部分设计............................................274.1开发软件KeilC51简介..........................................274.2软件总体设计框图...............................................274.3部分程序.......................................................284.3.1选择通道及启动A/D转换程序...................................284.3.2检测忙碌及读写程序...........................................294.3.3设定坐标程序.................................................294.3.4画任意直线程序...............................................30第五章展望与未来...............................................32结论....................................................33致谢....................................................34参考文献................................................35山东大学学士学位论文1第一章绪论心脏是人体血液循环的动力泵，心脏搏动是生命存在的重要标志，心脏搏动的节律也是人体生理状态的重要标志之一。心脏的基本活动包括电活动和机械活动，每个心动周期都是电活动在前，机械活动在后。心电信号是心脏电活动的一种客观表示方式，是一种典型的生物电信号，具有频率、振幅、相位、时间差等特征要素，比其他生物电信号更易于检测，并具有一定的规律性。由于心电信号从不同方面和层次上反映了心脏的工作状态，因此在心脏疾病的临床诊断和治疗过程中具有非常重要的参考价值。对心电信号的采集和分析一直是生物医学工程领域研究的一个热点，是一项复杂的工程，涉及到降低噪声和抗干扰技术，信号分析和处理技术等不同领域，也依赖于生命科学和临床医学的研究进展[1]。自1903年心电图引入医学临床以来，无论是在生物医学方面，还是在工程学方面，心电信号的记录、处理与诊断技术均得到了飞速的发展，并积累了相当丰富的资料。当前，心电信号的检测、处理仍然是生物医学工程界的重要研究对象之一。1.1心电信号采集和分析系统的发展历史18世纪下半叶，意大利波伦亚大学的解剖和外科学教授伽伐尼开始研究电对生物组织的作用，在解剖青蛙的实验中，他注意到用电刺激青蛙的神经，会导致其肌肉的收缩。伽伐尼认为：导致青蛙肌肉收缩的电来自动物体内，并称其为“动物电”(animalelectric)。尽管后来证明伽伐尼所发现的电并不是来自动物的体内，但却由此认识到电可以导致生物神经冲动的传导，从而奠定了电生理学的基础[2]。心电检测技术作为生物医学仪器研究的重点，它的发展与电子技术的发展密切相关。1887年，Willer用毛细管静电计首次描记出人体心电图波群，开创了人类心电图记录的先河。开拓性工作的创建者是荷兰莱顿大学的生理学家Einthoven，从改良沃勒的毛细管电流计入手，对于仪器存在的反应速度慢、记录的波动有较大误差的缺点进行了改进和校正；并对记录曲线的四个峰点做了进一步分解和标定，采用P、Q、R、S、T标出心电图上的波峰和波谷，这一标准一真延用至今。由于毛细管电流计记录的结果处理起来非常耗时，难以达到实