基于C8051F320单片机的心电监护系统设计

　　0 引 言

　　随着人们生活水平的提高、生活节奏的加快，心血管疾病的发病率迅速上升，已成为威胁人类身体健康的主要因素之一。ECG ( Electrocardiograph) 能够反映心脏功能强弱，且检测 ECG 信号具有诊断可靠，方法简便，对病人无损害等优点，因此在现代医学中，心电监护系统的设计与使用变得越来越重要。

　　现在医院普遍使用的心电监护系统体积大、造价高、使用方法复杂，不适合在家庭和小型医院诊所使用。随着电子技术的发展，单片机的功能日益丰富，使得医学仪器向小型化、智能化和家庭化发展。因此，笔者利用单片机 C8051F320 和 PC 机实现虚拟仪器功能，设计出一款智能心电监护[1]系统，设计

　　目标是对使用者的心率进行精确显示; 具有存储功能，可实现长时间数据存储; 应用 LabVIEW 可视化虚拟仪器系统开发平台[2]，实现 ECG 在虚拟仪器上的显示。

　　1 系统总体设计

　　系统总体设计方案如图1 所示，整个系统由ECG 采集处理模块、C8051F320 控制模块和PC 机组成。ECG 采集处理模块将获取的体表心电信号进行放大滤波，消除人体信号源中的干扰，使之成为C8051F320 单片机能读取的有用信号。C8051F320 控制模块主要由C8051F320 处理器、LCD1602[3]和SD 卡构成，负责对通过ECG 采集处理模块所得的信号进行A/D 转换，并在LCD1602 上显示出心率，同时将采集信号存储至SD 卡，并经USB 总线传输给PC 机。

　　PC 机部分主要是软件设计，包括用LabVIEW 软件编写图形用户界面和基于USB 主机通信程序两大功能，从而实现人机交互，将用户输入的指令和ECG 采集模块采集的数据通过USB 总线在C8051F320和PC 机之间传递。

　　2 系统硬件设计

　　系统的硬件设计主要是ECG 采集处理模块和C8051F320 控制模块。

　　2. 1 ECG 采集处理模块

　　体表的心电信号[4，5]是一种低频率的微弱双极性信号，频率范围在0. 05 ～ 100 Hz，幅度为10 μV ～5 mV[6]，典型值为1 mV。心电信号处于动态变化中，具有随机性和不稳定性，这就要求ECG 采集处理模块具有以下特点:

　　1) 为了提高系统精度，信号应放大到接近A/D 输入口的幅度，所以此电路的总体放大倍数至少要达1 000 倍;

　　2) 为了减少带外噪声，需要用高通和低通滤波器压缩通频带;

　　3) 检测心电信号时存在强大的干扰，特别要尽量削弱50 Hz 工频干扰[7]的影响。

　　2. 1. 1 前置放大电路

　　为了实现设计要求，心电信号采用了差动输入的方式，前置放大电路如图2 所示，核心器件选用医用放大器AD620 作为前置放大器[8]。AD620 有较高的共模抑制比，温度稳定性好，放大频带宽，噪声系数小，非常适合用于医学仪器前置放大。AD620 的增益通过1 脚和8 脚之间的外部电阻R1调节完成，增益