EDA课程设计1

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石河子大学信息科学与技术学院

EDA课程设计报告

课题名称：学生姓名：学号：学院：专业年级：指导教师：完成日期：

心电图显示

信息科学与技术学院电子信息工程2011级

2013年1月1日

摘要：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

一、总体设计思路：

心电信号是一种典型的人体生理信号，具有生物电信号的普遍特征，如幅度小、频率低并且易受外界环境干扰，为采集和测量带来了难度。由于本系统需要进行大量的数学运算，所以对处理器的数据处理能力和速度也有很高的要求。如果选用处理速度很快的处理器，则相应的外设也要有与之相适应的性能指标[16]。综合各个方面因素，电路设计要求：

(1)对微弱的心电心电信号进行放大和滤波等必要的信号调理 a)设计合理的导联系统，选择合适的传感器。

b)设计合理的有源滤波器，能够进行0．05-100Hz的带通滤波，50Hz陷波。 c)实现1000倍的信号放大。 d)实现信号电压抬高。 (2)进行符合要求的A／D转换

根据采样定理，采样频率要是心电频率的2倍以上，所以A/D的采样频率至少要达到200Hz以上。 (3)设计电源电路 1.1心电信号采集电路

人体心电前置放大高通滤波低通滤波显示 A/D转换图1系统流程图

1.2前置放大级

由于心电信号是微弱信号，所以设置前置放大器用来放大心电信号；为了抑制基线漂移，设置了0.5Hz高通滤波；由于心电信号属于低频信号，设置了二阶低通巴特沃斯滤波器，消除100 Hz以上的高频成分；为了消除50 Hz工频干扰，

设置50 Hz双T陷波电路；为了心电信号不失真，设计了电平抬升电路；最后设置了A/D转换电路，使信号频率达到采样要求[17]。

本系统选用的前置放大器是AD620A，具有很好的性能，非常适合作为心电信号测量前置放大器，引脚分布如图3.2其具体规格特性如下：

(1)电源供应范围：±2.3V-±18V；

(2)高精度：输人最大偏置电流：1mA；输人最大失调电流：O．5nA；输入最大失调电压：50μV；最大温度漂移：O．6μV／℃；输入阻抗：10GΩ。

(3)低杂讯：输入电压噪声(f=1K Hz)：9nV／Hz：共模抑制比(增益G=10)：100dB。AD620的增益可调，范围为1～1000倍，通过调节AD620A的1和8腿之间的Rg的值来实现：

G?1?49.4k??3?1? Rg

图2 AD620引脚分布图

本电路所用的集成放大电路为OP07。引脚分布如图3.3。OP07芯片是一种低噪声的单运算放大器集成电路。由于OP07具有非常低的输入失调电压（对于OP07A最大为75μV），所以OP07在很多应用场合不需要额外的调零措施。OP07同时具有输入偏置电流低（OP07A为±2nA）和开环增益高（对于OP07A为300V/mV）的特点，这种低失调、高开环增益的特性使得OP07特别适用于高增益的测量设备和放大传感器的微弱信号等方面。其主要规格参数有：电源供应范围：3V-18V；输入最大失调电压：75μV；最大温度漂移：1.3μV /℃。

图3 OP07引脚图

图4硬件电路图

1.3高通滤波电路的设计

高通滤波器(消除基线漂移)在电路部分加上简单的高通滤波环节，对隔断直流通路和消除基线漂移将会起到事半功倍的效果，本部分电路置于预放大与信号放大电路之间，一个简单的无源高通滤波电路,具体电路如下图所示：

图5：高通滤波器

其特征频率(转折频率)计算为：

经过高通滤波后，可以大大削弱0．03 Hz以下因呼吸等引起的基线漂移程度，

f0?1?0.034HzR9C3

心电信号低频端也就相应地取该频率。 1.4低通滤波器设计

心电信号频率主要集中在低频段（0.05Hz—100Hz），在此频以外还存在着很多对

心电信号造成干扰的信号。高通滤波已在上面实现，现在只要做好低通部分就可以实现带通滤波。这里我们用运放实现的四阶有源滤波器来实现截止频率设为100Hz的低通滤波器。电路图如下：

图6：截止频率为100Hz的低通滤波器