用与低通滤波器相反，是允许高于截止频率的信号通过，将低于截止频率的信号滤除。为了抑制信号的直流漂移基线漂移和各种低频噪声，使用了由和构成的高通滤波器，如图中间部分所示。根据电路特性，其传递函数为其幅频特性为假设为截止频率，则其幅频特性又可表示为其中为滤波电路的特性频率。当，电路增益为当，电路达到截止频率当，电路无衰减。带入数值计算得高通滤波器的截止频率为即高于的信号可以通过。使用软件对高通滤波器进行仿真，仿真结果如图所示。从仿真结果可以知道，高通滤波器的截频率为，即带宽大于等于的信号都能通过。图高通滤波器幅频特性曲线后级放大电路数字电路使用了单片机内部集成的进行转换，转换接口要求的模拟信号电压输入范围在。经过前置放大电路的放大，心电信号的幅值到达左右，还不能满足转换器的输入需要，因此要设计个增益为左右的后级放大电路，进行二次放大，使采集处理模块的整体放大倍数达到倍。后级放大电路如图右部分所示，由放大器和电阻组成，通过调节可变电阻设置增益，增益计算公式为。当取值左右时，增益达到多，满足设计要求。陷波电路由人体分布电容和测量系统的输入导线耦合而引入的工频干扰，是人体心电信号的主要干扰来源之，对心电波形有较大影响。尽管已经采用了前置放大和右腿驱动电路抑制了部分共模干扰，但部分以差模形式存在的工频干扰仍然无法滤除，且频率为左右，刚好在心电信号有效频带内。因此，需要设计专门的陷波电路消除干扰。本课题选用对称型双有源带阻陷波器抑制信号测量中的工频干扰。电路图如图所示。滤波器的传递函数为陷波频率计算公式为在双网络中，只有保持，和之间以及，和之间的对称关系，才能使双网络的谐振频率衰减到零。同时陷波点的衰减程度不够也会降低心电信号的信噪比。陷波器的特性参数为由公式可知，值越大，品质因数越高，频率的选择性越好。但是值过大，又会产生波形失真。同样值过大也会影响滤波器稳定性，本心电监护系统中取，则。图陷波电路使用软件对陷波电路进行仿真，仿真结果如图所示。由图可知，陷波器在时陷波特性明显，能够很好地去除工频干扰。图陷波器幅频特性曲线数字电路单片机控制模块设计数字电路的主要工作是先接收采集处理模块输出的模拟信号，然后利用片内集成的进行转换，将转换后的数字信号存储到卡，并与机进行通信，最后把心电数据传送给机，以实现机编写应用程序。数字电路应用的开发板及调试器如图所示。图开发板及调试器单片机介绍本课题采用单片机作为数字电路设计的核心，它是款集成的混合信号片上系统，其结构框图如图所示。图单片机系统结构示意图的些主要特性有模拟外设位最大可编程转换速率达的通道单端差分输入内置温度传感器电压比较器片内电压基准监视器和时钟丢失检测器。数字外设具有硬件实现的增强型和增强型个耐压的端口个通用位定时计数器个捕捉比较模块位可编程计数器定时器阵列。时钟源内部具有精度为的内部振荡器，个针对控制器的倍时钟乘法器外部振荡器，可使用晶振外部时钟或等在节电方式下，可切换时钟源。功能控制模块符合规范支持全速和低速两种通信模式运行有个端点个的专用缓存片内集成的接收器，省去了外部电阻集成时钟恢复电路和倍时钟乘法器，无需外接晶振。存储器的片内数据可在系统编程的存储器，可存放程序或数据。片内调试模块具有片内线接口调试电路，可实现全速非侵入式的在系统调试，支持断点单步观察点及运行和停机命令，可以观察修改存储器和寄存器，调试效率高。控制器内核高速流水线指令结构指令执行速度快时钟频率为扩展的中断系统，有个中断源。封装及使用温度脚封装，使用温度为。转换器心电信号经过前面的放大滤波电路，能够获得比较纯净的信号，可以送入单片机进行数字电路处理。的由个位逐次逼近型寄存器和两个通路模拟多路选择器组成。当控制寄存器中的第位使能位被置时，表示被使能工作，可以进行数据转换当位被置时，表示禁止，处于低功耗关断状态。通过设置正输入通道选择寄存器，可以选择的正输入端设置负输入通道选择寄存器可以选择的负输入。正输入可以选择端口或片内温度传感器负输入可以选择端口或。本设计选择本课题虽然对基于的心电监护系统做了定的研究，并取得了些成果。但由于时间和经验等多方面条件的限制，只对监护系统的部分内容进行了设计，且存在许多的不足，距离实际应用和生产还有定差距，有待今后继续研究。需要完善的工作主要有由于人体体表心电信号微弱，干扰信号比较多，需要进步改进采集处理电路，增强其抗干扰能力。以低成本高性能为目的，改进系统的硬件电路。增加心电监护系统的功能，例如脉搏血氧呼吸波的检测等，使系统更加全面，满足用户不同需求。综合以上分析，本课题设计的心电监护系统具有成本低准确度高操作简便等优点。通过进步的研究和完善，相信可以形成套功能完备的心电监护系统，成为医生和心血管疾病患者对心脏疾病诊断疗不可或缺的帮手。另外，由于所学知识和课题研究时间的限制，课题中可能会存在些不足之处，敬请各位老师批评指正。参考文献卢喜烈现代动态心电图学北京人民军医出版社，王保华生物医学测量与仪器上海复旦大学出版社，石毓澍心肌电生理学进展北京中国科学技术出版社，冯海新，吕聪敏，张丽华临床心电学及图谱详解北京人民军医出版社，谢永生便携式动态心电信号数据采集器的设计电子技术应用温全，张崇巍便携式心电监护仪的设计仪器仪表用户朱磊基于的低成本数据采集器设计电子设计工程，闵珊，张歆东基于的心电监护系统设计吉林大学学报信息科学版秦龙，张小平，王渝梅基于实现的心电信号采集存储传输系统工业控制计算机刘素花卡在海洋数据存储中的应用海洋科学代少生便携式远程心电实时监护仪的研制医疗卫生装备姚湘平基于的远程心电实时监护终端电子技术应用，张洪润单片机应用设计例北京北京航空航天大学出版社，童长飞系列单片机开发与语言编程北京航空航天出版社，徐爱钧，彭秀华单片机高级语言环境编程与应用北京北京航空航天大学出版社，马忠梅，籍顺心单片机的语言程序设计北京北京航空航天大学出版社，闫石数字电子技术基础北京高等教育出版社，姚翔基于卡的动态心电系统研究医疗卫生装备，谭浩强程序设计第二版北京清华大学出版社，朱磊，刘东与基于的通信单片机与嵌入式系统应用，王瑜，郝迎吉，呼靳宏基于的音频信号发生器的设计与实现电子设计工程许剑，邹小芳，王建华在中利用实现数据采集微计算机信息王磊，郑崇勋，叶继伦种高效的波实时检测方法北京生物医学工程王步青，王卫东基于的虚拟心电分析仪中的波检测算法研科学技术与工程，致谢在本课题即将完成之时，谨向所有给予我帮助关心和指导的老师同学亲友表示由衷的感谢,感谢我的蔡伟超老师和赵辉，您们不仅在我的课题研究中给予了学术上的指导和帮助，还在日常的生活中给予了细致的关心。在此，我要对您们表达我深深的感激之情,感谢陪伴我四年的室友们，在大学与你们同度过的美好时光，是值得我生珍惜的宝贵财富。感谢我的家人，父母永远是儿女最坚强的后盾，你们对我的殷殷鼓励默默支持谆谆教诲使我能专注于科研学习，你们是我永不停息的原动力。感谢所有参考文献的作者们，你们为我的课题研究提供了极大的帮助和启发。谨以此文给所有关心支持我的亲人和朋友们，祝你们幸福安康。单端工作方式，为负输入，端口接入由采集处理电路得到的模拟信号，作为正输入，作为模拟输入，需要被数字交叉开关跳过。的最大采样速率为，转换时钟时钟频率计算公式为式中，是时钟频率，时系统时钟频率，是配置寄存器位十进制数值。转换有六种启动触发方式，转换触发源有软件方式向写定时器溢出定时器溢出定时器溢出定时器溢出外部启动信号输入信号的上升沿。本课题选用溢出触发启动转换。设置定时器控制寄存器，使工作在位自动加载方式。当溢出时，触发转换，并把结果自动装入寄存器里。当转换结束标志位置时，产生转换中断，完成次采样保持。通过单片机编程完成心电信号的转换。令寄存器中的位置，以低功耗跟踪保持方式工作，收到有效转换启动信号之后，进行个时钟的跟踪，再进行转换。位跟踪和转换时序示例如图所示。图采用作为触发源的时序在的输入端发生变化时，要重新设置，因此要考虑最小跟踪时间。最小跟踪时间由的采样电容的电阻外部信号输入阻抗和转换精度等决定。本设计选择在低功耗跟踪方式工作，每次转换后有三个时钟跟踪，可以满足最小跟踪时间的要求。卡存储本课题要记录大容量的心电信号，需要存储设备的的存储容量大，可重复擦写，且具有掉电不丢失的特点，综合各种因素，选择了卡作为心电监护系统外置数据存储器。卡是种容量大功耗低体积小传输速度快的移动存储设备，提供了接口，便于与单片机电路的连接。卡内部不仅有大量的存储单元，还有卡接口控制器寄存器等。单片机访问卡的接口控制器就能够与存储器单元接口相连。这样不需要知道卡内存储单元是如何工作的，只要单片机向卡接口控制器发送命令，就能实现卡的读写删除等功能。卡内寄存器的功能是设置和保存的些操作信息并记录当前操作状态。根据卡与主机的通信协议不同，卡定义了两种通信模式模式和模式，两种模式的针脚定义不同，如表所示。表卡两种模式的引脚定义模式的信道包含以下信号主机向卡发送的时钟信号双向命令响应信号电源和电源地信号个双向数据信号。总线允许的线数据信号设置。上电后，存储卡默认进行数据交换。经初始化，主机可以修改使用的数据线数量。但模式般需要借助软件仿真总线，不仅访问速度低，还占用了时间。因此本课题选用模式。模式的信道包含以下信号主机向卡发送的