心电信号的采集与处理.

1、中北大学信息商务学院 课 程 设 计 说 明 书学生姓名： 苏慧敏 学 号： 1305034211 学生姓名： 王晓腾 学 号： 1305034217 学生姓名： 李康 学 号： 1305034243 学 院： 中北大学信息商务学院 专 业： 电子信息工程 题 目： 心电信号的采集与处理 指导教师： 王浩全 职称: 教授 2016 年 6 月 9 日 中北大学信息商务学院 课程设计任务书 2015-2016 学年第 二 学期 学 院： 中北大学信息商务学院 专 业： 电子信息工程 学生姓名 ： 苏慧敏 学 号： 1305034211 学生姓名 ： 王晓腾 学 号： 1305034217 学生姓

2、名 ： 李 康 学 号： 1305034243 课程设计题目： 心电信号的采集与处理 起 迄 日 期 ： 2016年6 月13日2016年7月1 日 课程设计地点： 系专业实验室 指 导 教 师 ： 王浩全 系 主 任： 王浩全 下达任务书日期: 2016年6 月 9日课 程 设 计 任 务 书1设计目的：掌握信号的采集、存储和处理方法2设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）：1、掌握PCI总线的基本结构，了解基于PCI总线A/D卡的通用结构。写出关于基于PCI总线发展趋势的报告。2、通过A/D卡，编写检测信号的采集、存储程序。3、对心电信号进行滤波、分析处理。设计要求：1

3、双线性变换法设计一个butterworth滤波器。设计指标参数为：通带内频率低于 0.2时，最大衰减小于dB;阻带内 0.3,频率区间上，最小衰减大于15dB； 2 为采样间隔，打印出数字滤波器在频率区间 上的频率响应曲线。3用所设计的滤波器对实际心电图信号采样序列进行仿真滤波处理，滤除其中的高频干扰。观察总结滤波作用与效果4 已知心电图数字信号序列如下：x=-4,-2,0,-4,-6,-4,-2,-4,-6,-6,-4,-4,-6,-6,-2,6,12,8,0,-16,-38,.-60,-84,-90,-66,-32,-4,-2,-4,8,12,12,10,6,6,6,4,0,0,0,0,0

4、,-2,.-4,0,0,0,-2,-2,0,0,-2,-2,-2,-2,0;S3 设计工作任务及工作量的要求包括课程设计计算说明书(论文)、图纸、实物样品等：程序演示、毕业设计说明书一份 课 程 设 计 任 务 书4主要参考文献：l 要求按国标GB 771487文后参考文献著录规则书写，例：1 傅承义，陈运泰，祁贵中.地球物理学基础.北京：科学出版社，1985 （5篇以上）5设计成果形式及要求：程序6工作计划及进度：2016年6 月13 日 2016年6 月20 日：查资料，写PCI 总线的发展现状2016年6 月21 日 2016年6 月29 日：对检测信号进行分析处理2016年6月 30

5、日 2016年7 月 1 日：完成课程设计说明书系主任审查意见： 签字： 年 月 日设计说明书应包括以下主要内容： （1）封面：课程设计题目、班级、姓名、指导教师、时间 （2）设计任务书 （3）目录 （4）设计方案简介 （5）设计条件及主要参数表 （6）设计主要参数计算 （7）设计结果 （8）设计评述,设计者对本设计的评述及通过设计的收获体会 （9）参考文献中北大学信息商务学院2016信息处理综合实践目录一、 基于PCI总线A/D卡的报告1（一） 基于PCI总线的基本结构11 PCI总线12 PCI总线的基本含义1（二） 基于PCI的A/D卡的通用结构2（三） 基于PCI总线发展趋势2（四）

6、PCI总线的特点：3二、 设计方案简介3三、 设计条件及主要参数表4四、 设计结果6五、 设计评述7六、 参考文献71、 基于PCI总线A/D卡的报告（1） 基于PCI总线的基本结构1 PCI总线PCI是由Intel公司1991年推出的一种局部总线。从结构上看，PCI是在CPU和原来的系统总线之间插入的一级总线，具体由一个桥接电路实现对这一层的管理，并实现上下之间的接口以协调数据的传送。管理器提供了信号缓冲，使之能支持10种外设，并能在高时钟频率下保持高性能，它为显卡、声卡、网卡、MODEM等设备提供了连接接口，它的工作频率为33MHz/66MHz。PCI是Peripheral Compone

7、nt Interconnect(外设部件互连标准）的缩写，它是目前个人电脑中使用最为广泛的接口，几乎所有的主板产品上都带有这种插槽。PCI插槽也是主板带有最多数量的插槽类型，在目前流行的台式机主板上，ATX结构的主板一般带有56个PCI插槽，而小一点的MATX主板也都带有23个PCI插槽，可见其应用的广泛性。PCI总线是一种不依附于某个具体处理器的局部总线。管理器提供了信号缓冲，使之能支持10种外设，并能在高时钟频率下保持高性能。PCI总线也支持总线主控技术，允许智能设备在需要时取得总线控制权，以加速数据传送。图1.1 典型的PCI系统总线构成 2 PCI总线的基本含义不同于ISA总线，PCI

8、总线的地址总线与数据总线是分时复用的。这样做的好处是，一方面可以节省接插件的管脚数，另一方面便于实现突发数据传输。在做数据传输时，由一个PCI设备做发起者（主控，Initiator或Master），而另一个PCI设备做目标（从设备，Target或Slave）。总线上的所有时序的产生与控制，都由Master来发起。PCI总线在同一时刻只能供一对设备完成传输，这就要求有一个仲裁机构（Arbiter），来决定在谁有权力拿到总线的主控权。当PCI总线进行操作时，发起者（Master）先置REQ#，当得到仲裁器（Arbiter）的许可时（GNT#），会将FRAME#置低，并在AD总线上放置Slave地址

9、，同时C/BE#放置命令信号，说明接下来的传输类型。所有PCI总线上设备都需对此地址译码，被选中的设备要置DEVSEL#以声明自己被选中。然后当IRDY#与TRDY#都置低时，可以传输数据。当Master数据传输结束前，将FRAME#置高以标明只剩最后一组数据要传输，并在传完数据后放开IRDY#以释放总线控制权。（2） 基于PCI的A/D卡的通用结构信号连接器有通道信号，PCI总线接口，外触发，多卡扩展同步接口等4种，以下分别介绍。通道信号接口：位于采集卡的尾部，信号用同轴电缆接入。一张采集卡最多只有4个通道，也可能少于4个通道，视用户的需求而定。PCI总线接口：采集卡与上位PC机的数据和控制

10、信号通信接口。其采用32位PCI总线。外触发接口：用于接外触发信号用。多卡扩展同步接口：用于多卡扩展。其传输的信号包括主卡的同步时钟源、触发以及状态信号。一般用16针带缆连接。（3） 基于PCI总线发展趋势从1992年创立规范到如今，PCI总线已成为了计算机的一种标准总线。由PCI总线构成的标准系统结构如图一所示。PCI总线取代了早先的ISA总线。当然与在PCI总线后面出现专门用于显卡的AGP总线，与现在PCI Express总线，但是PCI能从1992用到现在，说明他有许多优点，比如即插即用(Plug and Play)、中断共享等。在这里我们对PCI总线做一个深入的介绍。从数据宽度上看，P

11、CI总线有32bit、64bit之分；从总线速度上分，有33MHz、66MHz两种。目前流行的是32bit 33MHz，而64bit系统正在普及中。改良的PCI系统，PCI-X，最高可以达到64bit 133MHz，这样就可以得到超过1GB/s的数据传输速率。如果没有特殊说明，以下的讨论以32bit 33MHz为例。1991 年下半年，Intel 公司首先提出了PCI 的概念，并联合IBM、Compaq、AST、HP、DEC 等100 多家公司成立了PCI 集团，其英文全称为：Peripheral Component Interconnect Special Interest Group(外围

12、部件互连专业组)，简称PCISIG。PCI 有32 位和64 位两种，32位PCI 有124 引脚，64 位有188 引脚，目前常用的是32 位PCI。32 位PCI 的数据传输率为133MBs，大大高于ISA。PCI 总线的主要性能（1） 支持10 台外设（2） 总线时钟频率33.3MHz/66MHz（3） 最大数据传输速率133MB/s（4） 时钟同步方式（5） 与CPU 及时钟频率无关（6） 总线宽度 32 位（5V）/64 位（3.3V）（7） 能自动识别外设PCI （Peripheral Component Interconnect）总线是一种高性能局部总线，是为了满足外设间以及外设

13、与主机间高速数据传输而提出来的。在数字图形、图像和语音处理，以及高速实时数据采集与处理等对数据传输率要求较高的应用中，采用PCI总线来进行数据传输，可以解决原有的标准总线数据传输率低带来的瓶颈问题。（4） PCI总线的特点：数据总线32位，可扩充到64位。可进行突发（burst)式传输。总线操作与处理器-存储器子系统操作并行。总线时钟频率33MHZ或66MHZ，最高传输率可达528MB/S。中央集中式总线仲裁全自动配置、资源分配、PCI卡内有设备信息寄存器组为系统提供卡的信息，可实现即插即用（PNP）。PCI总线规范独立于微处理器，通用性好。PCI设备可以完全作为主控设备控制总线。PCI总线引

14、线：高密度接插件，分基本插座（32位）及扩充插座（64位）。2、 设计方案简介双性变换法可以实现从s平面到z平面的单值映射关系，可以使数字滤波器的频率响应模仿模拟滤波器的频率响应。1.先设计模拟滤波器，再转化数字滤波器 2.将模拟指标转变成数字指标3.选择滤波器的最小阶数 4.创建butterworth模拟滤波器5.用双线性变换法实现模拟滤波器到数字滤波器的转换 6.绘制频率响应曲线3、 设计条件及主要参数表1、Buttord 巴特沃思模拟滤波器阶数的获得N，Wnbuttord(Wp，Ws，Rp，Rs，s)s表示获取模拟滤波器的阶数Wp通带截止频率Ws阻带截止频率Rp通带最大衰减Rs阻带最小衰

15、减；N符合要求的滤波器最小阶数Wn为Butterworth滤波器固有频率(3dB)。2、buttap巴特沃思模拟滤波器的设计Z,P,K = BUTTAP(N)N为阶数，Z零点，P极点，K为增益3、zp2tf零极点增益模型到传递函数模型的转换B，Azp2tf(Z，P，K)；输人参数：Z，P，K分别表示零极点增益模型的零点、极点和增益；输出参数：B，A分别为传递函数分子和分母的多项式系数。4、Lp2lp 低通到低通b,a=lp2lp(B,A,Wn); B，A分别为截止频率为1的模拟滤波器传递函数分子和分母的多项式系数b，a分别为截止频率为Wn的模拟滤波器传递函数分子和分母的多项式系数，5、Bili

16、near双线性变换法设计数字滤波器bz，a2二bilinear(b，a，Fs)；b，a分别为模拟滤波器传递函数分子和分母的多项式系数，Fs是采样频率bz，az分别为数字滤波器传递函数分子和分母的多项式系数6、Freqz 数字滤波器的频响特性H,W=freqz(bz,az); H为幅度，W为相位7、filter 滤波Y = filter(bz,az,X)bz，az分别为数字滤波器传递函数分子和分母的多项式系数X 为输入信号，Y为输出信号方法一：%先设计模拟滤波器，再转化数字滤波器 wp=0.2*pi;ws=0.3*pi;Rp=1;Rs=15;Ts=0.02*pi;Fs=1/Ts;wp1=2/Ts

17、*tan(wp/2);%将模拟指标转变成数字指标ws1=2/Ts*tan(ws/2);N,Wn=buttord(wp1,ws1,Rp,Rs,s); %选择滤波器的最小阶数 Z,P,K=buttap(N);%创建butterworth模拟滤波器Bap,Aap=zp2tf(Z,P,K);b,a=lp2lp(Bap,Aap,Wn); bz,az=bilinear(b,a,Fs);%用双线性变换法实现模拟滤波器到数字滤波器的转换 H,W=freqz(bz,az,50);%绘制频率响应曲线L=length(W)/2+1;figure(1),plot(W(1:L)/pi,abs(H(1:L),grid,x

18、label(角频率(pi),ylabel(频率响应幅度); x=-4,-2,0,-4,-6,-4,-2,-4,-6,-6,-4,-4,-6,-6,-2,6,12,8,0,-16,-38,.-60,-84,-90,-66,-32,-4,-2,-4,8,12,12,10,6,6,6,4,0,0,0,0,0,-2,.-4,0,0,0,-2,-2,0,0,-2,-2,-2,-2,0;y=filter(bz,az,x); %滤波figure(2),subplot(2,1,1),plot(x),title(原始信号);subplot(2,1,2),plot(y),title(滤波后信号);方法二： %直接设计数字滤波器 wp=0.2*pi; ws=0.3*pi; Rp=1; Rs=15; Ts=0.02*pi; Fs=1/Ts; wp1=0.2; %归一化指标 ws1=0.3; N,Wn=buttord(wp1,w