心電課設(shè)報(bào)告最終版

1、 信息學(xué)院電科專業(yè)課程設(shè)計(jì)報(bào)告課程設(shè)計(jì) 心電信號(hào)采集模塊的設(shè)計(jì)與開發(fā)姓 名 學(xué) 號(hào) 學(xué) 院 信息學(xué)院 專 業(yè) 電子科學(xué)與技術(shù) 年 級(jí) 指導(dǎo)教師 2013年7月7日摘 要針對(duì)心電信號(hào)的特點(diǎn)進(jìn)行心電信號(hào)的采集、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊的設(shè)計(jì)與開發(fā)。本文設(shè)計(jì)一種用于心電信號(hào)采集的電路，然后進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，使得心電信號(hào)的頻率達(dá)到采樣要求。人體的心電信號(hào)是一種低頻率的微弱信號(hào)，由于心電信號(hào)直接取自人體，所以在心電采集的過程中不可避免會(huì)混入各種干擾信號(hào)。為獲得含有較小噪聲的心電信號(hào)，需要對(duì)采集到的心電信號(hào)做降噪處理。本文通過濾波的方法將噪聲從信號(hào)中分離。并將采集到的小信號(hào)放大約1000倍，送入數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊，讓單片機(jī)處

2、理。關(guān)鍵詞： 心電信號(hào)采集，降噪，A/D轉(zhuǎn)換放大，電源電路目 錄1. 課程設(shè)計(jì)任務(wù)及要求11.1設(shè)計(jì)任務(wù)11.2設(shè)計(jì)要求12. 系統(tǒng)設(shè)計(jì)12.1方案論證12.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)22.2.1結(jié)構(gòu)框圖22.2.2系統(tǒng)原理圖22.3單元電路設(shè)計(jì)32.3.1前置放大及反饋電路32.3.2帶通濾波電路(高通及低通濾波)32.3.350Hz陷波電路42.3.4電壓放大電路42.3.5電平抬升電路53. 軟件部分設(shè)計(jì)53.1開發(fā)軟件IAR簡(jiǎn)介53.2軟件總體設(shè)計(jì)框圖53.3軟件分步配置:73.3.1配置時(shí)鐘：73.3.2配置Timer_A0：83.3.3配置ADC10：93.3.4配置LCD1602：103.4軟件

3、主程序104. 調(diào)試效果圖155. 結(jié)論156. 參考文獻(xiàn)151. 課程設(shè)計(jì)任務(wù)及要求1.1 設(shè)計(jì)任務(wù) 了解心電信號(hào)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)心電信號(hào)調(diào)理電路，調(diào)理電路包括前端放大和右腿 驅(qū)動(dòng)電路、帶通濾波和50Hz陷波電路、主放大和電平抬高電路等。學(xué)習(xí)MPS430單片機(jī)原理，通過對(duì)心電信號(hào)采集，實(shí)現(xiàn)對(duì)脈搏率的測(cè)量及顯示。 焊接相應(yīng)電路，完成調(diào)試。1.2 設(shè)計(jì)要求在設(shè)計(jì)中了解心電信號(hào)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)心電信號(hào)調(diào)理電路，調(diào)理電路包括前端放大和右腿驅(qū)動(dòng)電路、帶通濾波和50Hz陷波電路、主放大和電平抬高電路等。2. 系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1 方案論證將整個(gè)設(shè)計(jì)分成硬件部分和軟件部分，在硬件設(shè)計(jì)部分又可細(xì)分為如下幾個(gè)部分：前置放大、帶

4、通濾波、陷波、電壓放大、電平抬升以及反饋。根據(jù)已有的器件，本設(shè)計(jì)使用AD620作為前置放大級(jí)。帶通濾波部分，分成了高通與低通兩部分，為了提高濾波的效果，高通部分采低通部分采用了二階切比雪夫低通濾波器，帶通紋波為3dB。50Hz濾波陷波電路考慮了Fliege結(jié)構(gòu)點(diǎn)阻濾波器和“雙T”型陷波電路，實(shí)際焊接后發(fā)現(xiàn)后者的效果明顯更穩(wěn)定，故改為采用了“雙T”型陷波電路。2.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.2.1 結(jié)構(gòu)框圖2.2.2 系統(tǒng)原理圖2.3 單元電路設(shè)計(jì)2.3.1 前置放大及反饋電路2.3.2 帶通濾波電路(高通及低通濾波)2.3.3 50Hz陷波電路2.3.4 電壓放大電路2.3.5 電平抬升電路3. 軟件部分

5、設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)軟件部分的設(shè)計(jì)用Msp430 Launchpad來實(shí)現(xiàn)。3.1 開發(fā)軟件IAR簡(jiǎn)介 IAR Systems是全球領(lǐng)先的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)工具和服務(wù)的供應(yīng)商。公司成立于1983年，提供的產(chǎn)品和服務(wù)涉及到嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、開發(fā)和測(cè)試的每一個(gè)階段，包括：帶有C/C+編譯器和調(diào)試器的集成開發(fā)環(huán)境(IDE)、實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)和中間件、開發(fā)套件、硬件仿真器以及狀態(tài)機(jī)建模工具。 公司總部在北歐的瑞典，在美國(guó)、日本、英國(guó)、德國(guó)、比利時(shí)、巴西和中國(guó)設(shè)有分公司。它最著名的產(chǎn)品是C編譯器-IAR Embedded Workbench, 支持眾多知名半導(dǎo)體公司的微處理器。許多全球著名的公司都在使用IAR SYSTE

6、MS提供的開發(fā)工具，用以開發(fā)他們的前沿產(chǎn)品，從消費(fèi)電子、工業(yè)控制、汽車應(yīng)用、醫(yī)療、航空航天到手機(jī)應(yīng)用系統(tǒng). 2003年6月，IAR Systems在中國(guó)成立辦事處；2007年5月，成立愛亞軟件技術(shù)咨詢（上海）有限公司，以加強(qiáng)對(duì)中國(guó)以及部分東亞國(guó)家的產(chǎn)品銷售和技術(shù)支持。3.2 軟件總體設(shè)計(jì)框圖 LaunchPad 數(shù)據(jù)處理模擬信號(hào) LCD1602 ADC10配置Timer_A0配置時(shí)鐘3.3 軟件分步配置:3.3.1 配置時(shí)鐘：/*時(shí)鐘設(shè)置，ADC10內(nèi)置振蕩器，ADC10SSELx=0，ADC10DIVx=0，F(xiàn)（adc10clk）=F （adc10osc） 系統(tǒng)時(shí)鐘： DOCLK=1.6MH

7、Z SMCLK=0.8MHZ MCLK=1.6MHZ TIMERCLK=0.1MHZ ADC10CLK=0.8MHZ ADCALL=4766HZ*/3.3.2 配置Timer_A0： 設(shè)置為up模式 且計(jì)數(shù)值為1000 時(shí)鐘源為SMCLK經(jīng)過8分頻 TACCR0=1000; TACTL =TASSEL_2+MC_1+TACLR+ID_3; TACCTL0=CCIE;3.3.3 配置ADC10：LaunchPad內(nèi)部ADC為8位10通道模數(shù)轉(zhuǎn)換器。實(shí)驗(yàn)中將P1.1作為模擬 信號(hào)的輸入端口。時(shí)鐘源為SMCLKvoid int_ADC10() P1SEL|=BIT1; /使能A/D通道A1; ADC

8、10CTL0 = ADC10SHT_1+ADC10ON+SREF_1+REF2_5V+REFON+MSC+ADC10IE; / 打開ADC10內(nèi)核，確定采樣周期為8*ADC10OSC,選擇內(nèi)部參考電壓為2.5v； ADC10CTL1 = INCH_1+ADC10DIV_0+CONSEQ_2+ADC10SSEL_3; / input A1模擬信號(hào)輸入選擇通道A1即P1.1,設(shè)置為單通道多次轉(zhuǎn)換模式,分頻因子為1時(shí)鐘為SMCLK ADC10AE0 |= BIT1; / 使P1.1允許AD模擬輸入信號(hào) ADC10CTL0 |=ENC; /使能轉(zhuǎn)換； ADC10CTL0 |=ADC10SC; /開始轉(zhuǎn)

9、換； ADC10CTL0 &=ADC10IFG;/清除標(biāo)志位3.3.4 配置LCD1602： 由于launchPad的引腳有限，并且1602采用引腳說明： launchPad LCD1602 P1.4P1.7> I/O高四位 P2.0P2.3> I/O低四位 P1.0 P1.2 P1.3> RS RW EN函數(shù)：void dir(char temp)與void dataport(char temp)目的將一個(gè)八位的端口拆分為兩個(gè)端口的高低四位而不影響此端口的其它位；void dataport(char temp) unsigned char temp1,temp2,t

10、emp0,temp00; temp1=P1OUT | 0xf0; temp2=P2OUT | 0x0f; temp0=temp | 0x0f; P1OUT=temp0 & temp1; temp00=temp | 0xf0; P2OUT=temp00 & temp2;void dir(char temp) unsigned char temp1,temp2,temp0,temp00; temp1=P1DIR | 0xf0; temp2=P2DIR | 0x0f; temp0=temp | 0x0f; P1DIR=temp0 & temp1; temp00=temp |

11、0xf0; P2DIR=temp00 & temp2;3.4 軟件主程序/*時(shí)鐘設(shè)置，ADC10內(nèi)置振蕩器，ADC10SSELx=0，ADC10DIVx=0，F(xiàn)（adc10clk）=F（adc10osc） 系統(tǒng)時(shí)鐘： DOCLK=1.6MHZ SMCLK=0.8MHZ MCLK=1.6MHZ TIMERCLK=0.1MHZ ADC10CLK=0.8MHZ ADCALL=4766HZ*/#include "msp430g2553.h"#include "function.h"/*變量聲明*/long m=0;/系統(tǒng)進(jìn)入ADC10中斷次數(shù)（可用于測(cè)試

12、實(shí)際中ADCALL的頻率）uint n=0;/心率過度值uint i=0;/測(cè)試用int flag=0;/精確信號(hào)峰值個(gè)數(shù)int flag1=0;int flag2=0;int num_nn=0;int yuzhih=1023;int yuzhil=923;uint fxin=0;/心率值uint min=0;/30suint min_n=0;/30s次數(shù)int a=0;/*變量聲明*/uchar *name1=" xujinmeng"uchar *name2=" and"uchar *name3=" yingzhenhua!"uch

13、ar *frequency="Frequency:"uchar *HZ="HZ"uchar *HeartRate="HeartRate:"uchar *Min="/Mi"uchar *error="too low!error!"/*主函數(shù)*/int main( void ) / Stop watchdog timer to prevent time out reset WDTCTL = WDTPW + WDTHOLD; DcoClkSet(8,3); / msp430g2553datasheet

14、 P30配置DCOclk SMClkSet(2); /配置smclk 見最上邊 MClkSet(1); / 配置MCLK 見最上邊 /*配置LCD1602*/ LcdReset(); DispStr(0,0,name1); Delay500ms(); LcdWriteCommand(0x01, 1); DispStr(0,0,name2); Delay500ms(); LcdWriteCommand(0x01, 1); DispStr(0,0,name3); Delay500ms(); LcdWriteCommand(0x01, 1); DispStr(0,0,frequency); Disp

15、Str(13,0,HZ); DispStr(0,1,HeartRate); DispStr(12,1,Min); DispStr(10,0,"?"); DispStr(10,1,"?"); /*配置ADC10*/ int_ADC10();/ADC10初始化 /*配置timer_A0*/ P1DIR |=BIT0; TACCR0=1000; TACTL =TASSEL_2+MC_1+TACLR+ID_3; TACCTL0=CCIE; _EINT();/打開總中斷 LPM0;/CPUOFFvoid displayLCD_HZ(int temp) int nu

16、m_h,num_l; char num_h_LCD,num_l_LCD; num_h=0; num_l=0; num_h=temp/10; num_l=temp%10; num_h_LCD=num_h+'0'/int>char num_l_LCD=num_l+'0'/int>char Disp1Char(10,0,num_h_LCD); Disp1Char(11,0,num_l_LCD);void displayLCD_N(int temp) int num_h,num_l; char num_h_LCD,num_l_LCD; num_h=0; nu

17、m_l=0; num_h=temp/10; num_l=temp%10; num_h_LCD=num_h+'0'/int>char num_l_LCD=num_l+'0'/int>char Disp1Char(10,1,num_h_LCD); Disp1Char(11,1,num_l_LCD);/* *ADC10中斷 yuzhih與yuzhil為測(cè)量峰值個(gè)數(shù)。大小不一致為避免波的自己震蕩*/#pragma vector=ADC10_VECTOR_interrupt void ADC_ISR(void) int read; read=ADC10MEM;

18、 m+; if(read)>=yuzhih)/yuzhih,yuzhil為所需電壓峰值的digit flag=1; i+; if(flag=1)&&(read<=yuzhil) flag=0; n+; min_n+; /*TIMER中斷*/#pragma vector=TIMER0_A0_VECTOR_interrupt void timer0(void) a+; min+; if(a=100) /*自調(diào)節(jié)反饋*/ if(i=0)&&(fxin=0) flag1=1; yuzhih=yuzhih-50; if(yuzhih<=(yuzhil+50) yuzhil=yuzhil-50; if(yuzhil<=200) LcdWriteCommand(0x01, 1); DispStr(0,0,error); Delay500ms(); Delay500ms(); LcdWriteCommand(0x01, 1); yuzhil=923; yuzhih=1023; else if(flag1=1) flag1=0; DispStr(0,0,frequency); DispStr(13,0,HZ); /*/ a=0; P1OUT =BIT0;/測(cè)試用 fxin=n+(n>55)? 4:0)+(n>100