心电课设报告最终版

1、 信息学院电科专业课程设计报告课程设计 心电信号采集模块的设计与开发姓 名 学 号 学 院 信息学院 专 业 电子科学与技术 年 级 指导教师 2013年7月7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。本文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。本文通过滤波的方法将噪声从信号中分离。并将采集到的小信号放大约1000倍，送入数模转换模块，让单片机处

2、理。关键词： 心电信号采集，降噪，A/D转换放大，电源电路目 录1. 课程设计任务及要求11.1设计任务11.2设计要求12. 系统设计12.1方案论证12.2系统设计22.2.1结构框图22.2.2系统原理图22.3单元电路设计32.3.1前置放大及反馈电路32.3.2带通滤波电路(高通及低通滤波)32.3.350Hz陷波电路42.3.4电压放大电路42.3.5电平抬升电路53. 软件部分设计53.1开发软件IAR简介53.2软件总体设计框图53.3软件分步配置:73.3.1配置时钟：73.3.2配置Timer_A0：83.3.3配置ADC10：93.3.4配置LCD1602：103.4软件

3、主程序104. 调试效果图155. 结论156. 参考文献151. 课程设计任务及要求1.1 设计任务 了解心电信号特点，设计心电信号调理电路，调理电路包括前端放大和右腿 驱动电路、带通滤波和50Hz陷波电路、主放大和电平抬高电路等。学习MPS430单片机原理，通过对心电信号采集，实现对脉搏率的测量及显示。 焊接相应电路，完成调试。1.2 设计要求在设计中了解心电信号特点，设计心电信号调理电路，调理电路包括前端放大和右腿驱动电路、带通滤波和50Hz陷波电路、主放大和电平抬高电路等。2. 系统设计2.1 方案论证将整个设计分成硬件部分和软件部分，在硬件设计部分又可细分为如下几个部分：前置放大、带

4、通滤波、陷波、电压放大、电平抬升以及反馈。根据已有的器件，本设计使用AD620作为前置放大级。带通滤波部分，分成了高通与低通两部分，为了提高滤波的效果，高通部分采低通部分采用了二阶切比雪夫低通滤波器，带通纹波为3dB。50Hz滤波陷波电路考虑了Fliege结构点阻滤波器和“双T”型陷波电路，实际焊接后发现后者的效果明显更稳定，故改为采用了“双T”型陷波电路。2.2 系统设计2.2.1 结构框图2.2.2 系统原理图2.3 单元电路设计2.3.1 前置放大及反馈电路2.3.2 带通滤波电路(高通及低通滤波)2.3.3 50Hz陷波电路2.3.4 电压放大电路2.3.5 电平抬升电路3. 软件部分

5、设计本设计软件部分的设计用Msp430 Launchpad来实现。3.1 开发软件IAR简介 IAR Systems是全球领先的嵌入式系统开发工具和服务的供应商。公司成立于1983年，提供的产品和服务涉及到嵌入式系统的设计、开发和测试的每一个阶段，包括：带有C/C+编译器和调试器的集成开发环境(IDE)、实时操作系统和中间件、开发套件、硬件仿真器以及状态机建模工具。 公司总部在北欧的瑞典，在美国、日本、英国、德国、比利时、巴西和中国设有分公司。它最著名的产品是C编译器-IAR Embedded Workbench, 支持众多知名半导体公司的微处理器。许多全球著名的公司都在使用IAR SYSTE

6、MS提供的开发工具，用以开发他们的前沿产品，从消费电子、工业控制、汽车应用、医疗、航空航天到手机应用系统. 2003年6月，IAR Systems在中国成立办事处；2007年5月，成立爱亚软件技术咨询（上海）有限公司，以加强对中国以及部分东亚国家的产品销售和技术支持。3.2 软件总体设计框图 LaunchPad 数据处理模拟信号 LCD1602 ADC10配置Timer_A0配置时钟3.3 软件分步配置:3.3.1 配置时钟：/*时钟设置，ADC10内置振荡器，ADC10SSELx=0，ADC10DIVx=0，F（adc10clk）=F （adc10osc） 系统时钟： DOCLK=1.6MH

7、Z SMCLK=0.8MHZ MCLK=1.6MHZ TIMERCLK=0.1MHZ ADC10CLK=0.8MHZ ADCALL=4766HZ*/3.3.2 配置Timer_A0： 设置为up模式 且计数值为1000 时钟源为SMCLK经过8分频 TACCR0=1000; TACTL =TASSEL_2+MC_1+TACLR+ID_3; TACCTL0=CCIE;3.3.3 配置ADC10：LaunchPad内部ADC为8位10通道模数转换器。实验中将P1.1作为模拟 信号的输入端口。时钟源为SMCLKvoid int_ADC10() P1SEL|=BIT1; /使能A/D通道A1; ADC

8、10CTL0 = ADC10SHT_1+ADC10ON+SREF_1+REF2_5V+REFON+MSC+ADC10IE; / 打开ADC10内核，确定采样周期为8*ADC10OSC,选择内部参考电压为2.5v； ADC10CTL1 = INCH_1+ADC10DIV_0+CONSEQ_2+ADC10SSEL_3; / input A1模拟信号输入选择通道A1即P1.1,设置为单通道多次转换模式,分频因子为1时钟为SMCLK ADC10AE0 |= BIT1; / 使P1.1允许AD模拟输入信号 ADC10CTL0 |=ENC; /使能转换； ADC10CTL0 |=ADC10SC; /开始转

9、换； ADC10CTL0 &=ADC10IFG;/清除标志位3.3.4 配置LCD1602： 由于launchPad的引脚有限，并且1602采用引脚说明： launchPad LCD1602 P1.4P1.7> I/O高四位 P2.0P2.3> I/O低四位 P1.0 P1.2 P1.3> RS RW EN函数：void dir(char temp)与void dataport(char temp)目的将一个八位的端口拆分为两个端口的高低四位而不影响此端口的其它位；void dataport(char temp) unsigned char temp1,temp2,t

10、emp0,temp00; temp1=P1OUT | 0xf0; temp2=P2OUT | 0x0f; temp0=temp | 0x0f; P1OUT=temp0 & temp1; temp00=temp | 0xf0; P2OUT=temp00 & temp2;void dir(char temp) unsigned char temp1,temp2,temp0,temp00; temp1=P1DIR | 0xf0; temp2=P2DIR | 0x0f; temp0=temp | 0x0f; P1DIR=temp0 & temp1; temp00=temp |

11、0xf0; P2DIR=temp00 & temp2;3.4 软件主程序/*时钟设置，ADC10内置振荡器，ADC10SSELx=0，ADC10DIVx=0，F（adc10clk）=F（adc10osc） 系统时钟： DOCLK=1.6MHZ SMCLK=0.8MHZ MCLK=1.6MHZ TIMERCLK=0.1MHZ ADC10CLK=0.8MHZ ADCALL=4766HZ*/#include "msp430g2553.h"#include "function.h"/*变量声明*/long m=0;/系统进入ADC10中断次数（可用于测试

12、实际中ADCALL的频率）uint n=0;/心率过度值uint i=0;/测试用int flag=0;/精确信号峰值个数int flag1=0;int flag2=0;int num_nn=0;int yuzhih=1023;int yuzhil=923;uint fxin=0;/心率值uint min=0;/30suint min_n=0;/30s次数int a=0;/*变量声明*/uchar *name1=" xujinmeng"uchar *name2=" and"uchar *name3=" yingzhenhua!"uch

13、ar *frequency="Frequency:"uchar *HZ="HZ"uchar *HeartRate="HeartRate:"uchar *Min="/Mi"uchar *error="too low!error!"/*主函数*/int main( void ) / Stop watchdog timer to prevent time out reset WDTCTL = WDTPW + WDTHOLD; DcoClkSet(8,3); / msp430g2553datasheet

14、 P30配置DCOclk SMClkSet(2); /配置smclk 见最上边 MClkSet(1); / 配置MCLK 见最上边 /*配置LCD1602*/ LcdReset(); DispStr(0,0,name1); Delay500ms(); LcdWriteCommand(0x01, 1); DispStr(0,0,name2); Delay500ms(); LcdWriteCommand(0x01, 1); DispStr(0,0,name3); Delay500ms(); LcdWriteCommand(0x01, 1); DispStr(0,0,frequency); Disp

15、Str(13,0,HZ); DispStr(0,1,HeartRate); DispStr(12,1,Min); DispStr(10,0,"?"); DispStr(10,1,"?"); /*配置ADC10*/ int_ADC10();/ADC10初始化 /*配置timer_A0*/ P1DIR |=BIT0; TACCR0=1000; TACTL =TASSEL_2+MC_1+TACLR+ID_3; TACCTL0=CCIE; _EINT();/打开总中断 LPM0;/CPUOFFvoid displayLCD_HZ(int temp) int nu

16、m_h,num_l; char num_h_LCD,num_l_LCD; num_h=0; num_l=0; num_h=temp/10; num_l=temp%10; num_h_LCD=num_h+'0'/int>char num_l_LCD=num_l+'0'/int>char Disp1Char(10,0,num_h_LCD); Disp1Char(11,0,num_l_LCD);void displayLCD_N(int temp) int num_h,num_l; char num_h_LCD,num_l_LCD; num_h=0; nu

17、m_l=0; num_h=temp/10; num_l=temp%10; num_h_LCD=num_h+'0'/int>char num_l_LCD=num_l+'0'/int>char Disp1Char(10,1,num_h_LCD); Disp1Char(11,1,num_l_LCD);/* *ADC10中断 yuzhih与yuzhil为测量峰值个数。大小不一致为避免波的自己震荡*/#pragma vector=ADC10_VECTOR_interrupt void ADC_ISR(void) int read; read=ADC10MEM;

18、 m+; if(read)>=yuzhih)/yuzhih,yuzhil为所需电压峰值的digit flag=1; i+; if(flag=1)&&(read<=yuzhil) flag=0; n+; min_n+; /*TIMER中断*/#pragma vector=TIMER0_A0_VECTOR_interrupt void timer0(void) a+; min+; if(a=100) /*自调节反馈*/ if(i=0)&&(fxin=0) flag1=1; yuzhih=yuzhih-50; if(yuzhih<=(yuzhil+50) yuzhil=yuzhil-50; if(yuzhil<=200) LcdWriteCommand(0x01, 1); DispStr(0,0,error); Delay500ms(); Delay500ms(); LcdWriteCommand(0x01, 1); yuzhil=923; yuzhih=1023; else if(flag1=1) flag1=0; DispStr(0,0,frequency); DispStr(13,0,HZ); /*/ a=0; P1OUT =BIT0;/测试用 fxin=n+(n>55)? 4:0)+(n>100