心电图的采集与存储

　　1　引　　言

　　心电图是用仪器设备把心脏舒张和收缩时产生的电效应放大,形成波状条纹的图形。通过心电图的观察,用来测定心肌内的异常,帮助诊断心脏疾病。心电图采集与存储系统是可以在较长时间内采集并记录心电图的系统。笔者使用高性能的AVR单片机和可重复擦写、功耗低的CF卡、点阵LCD显示器以及时间芯片等设计了一心电图采集与存储系统。该系统具有　　采样率高、存储数据量大、带液晶显示、功耗低、记录时间长等优点。

　　ATMEL公司生产的8位AVR单片机AT-MEGA128L[1]具有性能高,功耗低等特点。该单片机自身具有8个A/D转换通道,128k在线编程flash(可以允许多达1000次的擦写),4个定时/计数器,A/D转换去干扰功能,工作电压2.7～5.5V等优点,使其具有很强的数据处理能力。加上它功耗低、功能强、可多次在线编程,因此ATMEGA128L单片机在构成低功耗数字化智能化测控系统时,较之其它单片机具有较大优势。笔者就如何发挥ATMEGA128L单片机所具有的特色,用其构成心电图采集与记录系统的设计方法进行了讨论。

　　2　系统原理

　　系统结构及原理框图见图1。

　　人体心电图信号经过仪表放大器、运算放大器、滤波电路整形后,AVR单片机将心电图信号经A/D端口将模拟信号转化成数字信号,然后存储在CF卡上。LCD液晶显示由AVR单片机控制,用于显示功能菜单、心电图波形、系统记录时间。串行实时时钟芯片DS1302为系统提供标准时间。记录完成后,使用系统软件从CF卡读卡器读取CF卡中的数据,将数据显示在计算机屏幕上,同时可以打印输出。

　　3　硬件系统

　　3.1　心电图信号处理

　　人体的心电图信号首先通过高共模抑制比精密仪表放大器INA118前端放大,然后经过带通滤波器进行带通滤波(因为人的心电信号频率一般从零点几赫兹到几赫兹,所以对于那些直流或高频信号应该滤去,以免影响心电图质量)。滤波后的信号还要用OP481运算放大器进行放大,同时要进行电平提升(加入提升电压是由于前端放大器对信号放大后会出现有负电压　　信号,而AD转换时转换电压范围是从0V到参考电范围,所以必须加入偏值电压才能使输入信号满足AD转换的要求)。

　　3.2　ATMEGA128L单片机

　　本设计使用一节5号电池供电,为了降低系统功耗,将AVR单片机ATMEGA128L工作电压设定为3.3V,工作电压+3.3V由MAX1675提供,-3.3V由ICL7660提供,复位信号由MAX708提供。将处理过的心电信号从ATMEGA128L的A/D转换器的三个通道输入。PB.0口线用来控制一黄色LED亮灭来指示系统工作状态。PE.0和PE.1口线接两个微动开关SW1、SW2作为菜单功能按键。PE.5、PE.6和PE.7口线控制时间芯片DS1302。PA、PC、PD口线用来控制液晶显示和CF卡。系统使用外部4M晶振产生工作频率,40k晶振为定时/计数器产生工作用频率。