天津大学一ＡＤＩ联合实验室李刚高剑明谌雅琴基于ＡＲＭ的十二导同步心电图机设计Ｄｅｓｉｇｎ０ｆ１２一ＣｈａｎｎｅｌｓＳｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎＳａｍｐ¨ｎｇＥＣＧＢａＳｅｄ０ｎＡＲＭ摘要采用ＡＤｕＣ７０２６微控制器芯片和新的电路设计整合了片内参考电平、温度传感器与４通道１２ＢＩＴ高精方法，实现了高性能、低成本、操作简单的微度ＤＡｃ，支持ＪＴＡＧ方式调试与下载，外接３２ＫＨｚ晶型心电图机。振，通过锁相环可工作在４５ＭＨｚ下。片内还集成有６２ｋ关键词心电图机；生物电放大电路；ＡＲＭ７ＴＤＭＩ字节的ＦＬＡｓＨ与８ｋ字节的ｓＲＡＭ，片上外设资源包含有ｕＡＲＴ、ｓＰＩ、双１２ｃ串行接口、４个定时器、看门引言狗，电源监测模块、３相１６位ＰｗＭ输出和可编程逻辑根据世界卫生组织统计，心脏疾病是造成人类死阵列（ＰＬＡ）等。心电图机系统框图如图ｌ所示。亡的三大疾病之一，而且发病率呈上升趋势。在我国，在设计时利用模拟微控制器内嵌的ＡＤｃ对经过前随着人们的物质生活水平不断提高，生活节奏不断加级处理的心电信号进行监测。系统功能在液晶显示的快，心脏疾病的发病率也在相应增高，社会对心脏疾菜单下通过按键选择完成，能够提供友好的人机交互病的诊断和治疗也比以往更加关注，提出了新的要求。操作提示，使用方便。ＡＤｕｃ７０２６微处理器可通过本文研究了一种既具有技术方面的先进性，又造价低ｕＡＲＴ串口在线刷新系统固件，提供了系统升级的廉廉，适合中国国情的微型１２导同步心电图机。该心电价解决方案。图机操作简单，功能强大，可提供标准１２导联心电同步监测和快速心电监测，适用于医院常规门诊，也可心电图机的模拟电路设计用于外出急救。模拟电路是心电图机中直接与人体连接的电路，本设计的１２导同步心电图机采用ＡＤＩ公司的主要负责原始信号的调理。在处理过程中要保汪原始ＡＲＭ７ＴＤＭＩ内核的模拟微控制器ＡＤｕｃ７０２６作为核信号不能失真，由前级模拟电路导致的失真将无法由心，它具有１６通道高达１０００ｋｓｐｓ采样速率的１２位ＡＤｃ，后级的数字处理方法恢复。并且因为前级模拟电路与人体直接接触，所以在电路中还要加入保护电路防止静电、电除颤对器件的损坏。放大电路和抗混叠滤波器针对心电信号常混有基线漂移和５０Ｈｚ工频干扰的特点，本心电图机设计了图２（图中只画出３路，实际为９路）所示的新型生物电放大滤波电路构成心电信号的放大器滤波电路，该电路可独立获得各导联心电模拟信号，模拟信号经ＡＤｃ变换后在数字处理部分根据需要合成标准１２导联心电信号。该心电放大器滤波电路具有结构简单、跟踪快、共模抑制比高等优点。心电信号经前级低通滤波处理后可采用较大的放２００５年９月２７日收到本文。大率。提高放大率的同时，可提高仪表放大器（ＡＤ６２７）万 方数据ＡＤｕＣ７０２６小系统设计ＡＤｕＣ７０２６作为ＡＲＭ７ＴＤＭＩ内核处理器的一个实现不但具有丰富的数字资源可提供高达４５ＭＩＰｓ的运算速度，还具有良好的模拟接口，极大的简化了心电图机电路设计的工作，为心电信号的实时监控和后期的快速处理提供了保障。心电数据的采集采用ＡＤｕＣ７０２６自带的多路１２位ＡＤｃ，各通道采样率可达２００Ｈｚ，可提供波形实时显示与心率计算。后期可提供等多项参数分析，还可打印输出波形及参数报表。ＡＤｕＣ７０２６采用串行口与外部热的共模抑制比。根据心电信号的特点（幅值Ｏ．５～４ｍＶ）后级采用ｌ００倍放大率，最后再经一阶低通滤波器去除高频噪声。电路整体设计可使共模抑制比达到７０ｄＢ以上，能明显抑制５０Ｈｚ工频干扰于基线漂移，并且所有器件均可工作在３．３Ｖ电压下，保证了系统的低功耗设计。为了防止静电、电除颤等外部电击导致电路损坏，可在前级运放的正负输入端并入放电管加以保护。右腿驱动电路敏打印机通讯。心电数据存储系统采用ｓＲＡＭ与ＮａｎｄＦｌａｓｈ结合的方式。ＡＤｕＣ７０２６提供４个外部存储扩展区，它们分别映射为ｓＲＡＭ、ＮａｎｄＦｌａｓｈ、ｕｓＢ控制器与液晶控制器。其中ｓＲＡＭ访问速度快可作为数据的高速缓存，ＮａｎｄＦｌａｓｈ具有容量大、数据掉电不丢失的特点可作为心电数据的永久存储。心电图机采用ｕＳＢ接口与Ｐｃ机进行数据传输。Ｐｃ机采用专用软件接收数据，并可进行数据的高级处理及远程传输，以提供心电图机的扩展功能。液晶显示及控制工频（５０Ｈｚ）干扰是心电测量中最重要的干扰。仅靠前置放大器的高共模抑制比还不足以抑制工频干扰。右腿驱动电路也是抑制工频干扰的有效方法。本机采用人体共模电平信号（ｃｏＭ）与ＡＤｕｃ７０２６ＤＡｃ的输出信号通过运算放大器做差动放大，把放大后信号作为右腿驱动信号。该方法不仅可以抑制５０Ｈｚ工频干扰，还可根据ＡＤｕｃ７０２６检测到的心电信号适当调整人体电平，便于ＡＤＣ采样。右腿驱动电路如图３所示。为了能提供良好的波形显示与友好的人机界面，本心电图机采用了２４０ｘ１６０点阵的液晶显示口下转１０３心电图机的数字电路数字部分是心电图机的核心，主要包含嵌入式处理小系统、液晶模块与电源。心电图机各功能在ＡＲＭ７ＴＤＭＩ内核模拟微控制器ＡＤｕｃ７０２６下控制完成。万方数据 Ｔ２电源模块的开关频率同步到特定的频率。同步频率可以高于或低于额定模块开关频率。因此设计人员可以将模块同步到能使效率最大化及功耗最小化的频率。由于解决了同步问题，就能够消除差频，同步化的模块更易于实现ＥＭＩ滤波，可满足对噪声敏感型ＲＦ系统的ｃｌａｓｓＢＦｃｃ辐射要求。也可以在不同的相位角同步模块（图３），降低ＰｏＬ（负载点）输入电容。Ｔ２除上述特性外，还具有ＤＳＰ要求的１．５％Ｄｃ容差，Ａｕｔｏ—Ｔｒａｃｋ“排序技术、预偏置启动、差分远程感测、开／关机禁止控制、过流保护、过温保护、欠压锁定等特性。匮（冰）口上接…屏。作为波形显示时，可提供２４０ｘ１２８的波形显示窗，保证医生有足够高的精度用于心电特征波形的识别。主机通过液晶控制器Ｓ１Ｄ１３３０５控制显示屏的输出，为了能兼顾文字与心电波形显示的双重需要，ｓ１Ｄ１３３０５设置为两屏混合的显示方式，一屏设为文本方式，另一屏设为图形方式，根据操作的需要进行功能切换。电源与快速检测的实现为了实现户外急救快速监测功能，在主放大器输入处设有拨断开关，可把主放大器直接连至心电图机背板上的快速监测输入端，此时心电图机可直接放至病人胸口，实现无需连接导联线直接在线监测。心电图机系统采用３节干电池供电，低功耗设计，外形小巧，便于携带并可在户外长时间使用。结语与硬件设计相结合，在软件设计中采用了各种信号处理新成果，包括信号合成、滤波及自动增益调节，心电信号特征值检测等。本机不仅实现了１２导心电信心电图机的软件设计心电图机软件主要划分为心电信号监测、心电数据打印、心电数据传送、心电信号回放及用户接口五个模块，系统根据用户信息与功能选择参数调用各模块，用ｕＭＬ工具划分数据流图如图４所示，各模块之间通过全局信号进行通讯。系统基于时间触发式模式设计以同时保证系统的可预测性与实时性。软件开发在ＫＥＩＬＩＤＥ下采用ＧＮｕ编译器完成。参考文献：１．Ａ．Ｃ．ＭｅｔｔｉｎｇＶａＩｌＲ学，ｅｔａ１．，Ｈｉ曲一ｑｕａｌｉ哆ｒｅｃ∞ｄｉＩｌｇｏｆ号同步采集，还实现了基线校正和增益可调等功能，同时还具有很强的抗干扰能力。微型１２导同步心电图机提供了良好的人机接口，使用方便，是医务人员进行常规心电图测量、查房、出诊、身体普查的理想仪器。既ｂｉｏ七ｋ仃ｃｅｖｅｎｔｓ．Ｍｅｄ．＆Ｂｉ０１．＆Ｃｏｍｐ峨１９９０，２８：３８９～３９７．＊一一一一”－一…●””ＷＩ＾，Ｖ讥ｅｅ０Ｗ．ＯＯｍ．２００５．１２雹子崖品ｔ幂１１０３万方数据 基于ARM的十二导同步心电图机设计
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：
李刚， 高剑明， 谌雅琴天津大学-ADI联合实验室
电子产品世界
ELECTRONIC ENGINEERING & PRODUCT WORLD2005，\"\"(23)0次
1.Van Riji High-quality recording of bio-electrc events 1990
1.学位论文 高剑明 微型十二导心电图机的研究 2005
心脏是人体的总动力泵,它的运行状况好坏直接关系到人们的身体健康.心电图是一种常规的心脏检测手段,在心脏的诊断方面发挥着不可替代的作用.但目前市场上缺乏一种便于携带、使用方便且功能强大的微型12导心电图机,使医生能在紧急情况下随身携带,快速及时地对病人进行心电诊断.因此,本课题研究了一种微型12导心电图机以满足市场需求.本文研制的微型12导心电图机具有体积小、功能强的特点,在处理器的选取上采用了新型ARM7TDMI内核处理器,该处理器具有丰富的数字资源,快捷的运算速度,强大的模拟信号处理能力,极大地提高了系统的集成度,并能完成心电信号的高速采集,为后续软件的高速实现奠定了基础.心电放大前级采用改进的9通道心电放大电路,用于完成12导联的心电信号预处理.为了满足数据运算与心电信号存储的双重需要,心电图机采用了双存储器结构(NandFlash、SRAM),使系统有足够的存储空间应付大数据量的存储与实时处理.整机采用240×160的细点阵液晶显示屏,中文菜单操作,使用方便.
心电图机还配有便于使用的PC机软件以扩展系统功能.当用户在心电采集时将心电图机与PC机连接后,启动Windows心电数据采集程序即可在计算机屏幕上看到实时采集的心电波形.PC机软件还具有病例存储回放,心电特征参数提取,网络传输等功能,并提供了National Instruments虚拟仪器系统工具Measurement Studio处理扩展功能,PC机软件扩展了微型12导心电图机的功能,更便于用户保存、分析心电数据.PC机心电处理程序基于Visual C++6.0开发环境编写.综上所述,本课题设计的微型12心电图机具有体积小、功耗低、使用方便、功能强等优点,从而能真正成为医生随身携带的\"好帮手\".
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