单片机心电信号数据采集系统的设计(一)信(7)
2013-05-17 01:13
导读：＝g2，所以 可得 显然，输入与输出呈线性关系。根据需要，线性光耦放大电路增益设为 2。 3.5 带通滤波及主放大电路 如图3 所示, 带通滤波由双运放集成
＝g2，所以
可得
显然，输入与输出呈线性关系。根据需要，线性光耦放大电路增益设为 2。
3.5 带通滤波及主放大电路
如图3 所示, 带通滤波由双运放集成电路OP2177 构成。OP2177 具有高精度、低偏置、低功耗等特性, 片内集成了两个运放, 可灵活组成各类放大和滤波电路。由于心电信号频带主要集中在0. 05～100Hz 左右, 频带较宽, 为此, 采用OP2177 的两个运放分别设计二阶压控有源高通和低通滤波器并组合成带通滤波。其中, U6A、C6、C7、R8、R9 构成高通滤波器,为不损失心电信号的低频成分, 其截止频率设计为f = 1/ [ 2π( C6C7R8R9) 1/ 2] =0. 03Hz。U6B、R10、R11、C8、C9 构成低通滤波器,同样,为不损失其高频成分, 截止频率设计为f =1/ [ 2π( C8C9R10R11) 1/ 2] = 130Hz。主放大电路由OP1177(U7) 、R12、R13 构成。考虑到心电信号幅度约为0～4mV, 而A/ D 转换输入信号要求1V左右, 因此, 整个信号电路的放大倍数需1000 倍左右。而前置放大约10 倍左右,因此本级放大倍数设计为100 倍左右,即G= 1 + R12/ R13≈100。
带通滤波及主放大电路
3.8 低通滤波及电平抬升电路
工频干扰是心电信号的主要干扰, 虽然前置放大电路对共模干扰具有较强的抑制作用, 但有部分工频干扰是以差模信号方式进入电路的, 且频率处于心电信号的频带之内, 加上电极和输入回路不稳定等因素, 前级电路输出的心电信号仍存在较强的工频干扰, 所以必须专门滤除。常规有源陷波器的频率特性对电路元件的参数比较敏感, 因此难以精确调试, 且电路稳定性不高。鉴于此，选用了BB公司的UAF42，只需通过外接合适的外部电阻便可方便地实现掐波功能，同时可以克服以往掐波电路的电容电阻的汽配和损耗问题。
另外, 人体肌电随着个体的差异也会对心电信号造成不同程度的干扰,有时甚至淹没心电信号,因而有必要加以抑制。研究表明,肌电干扰主要集中在35Hz 左右, 为此, 本系统还设计了图5 所示的35Hz的无限增益多路反馈型二阶陷波器。该二阶陷波器由U10A、U10B 构成。其截止频率约为35Hz ,Q约为7 ,可符合实际要求。
经过一系列信号调理后, 陷波输出的心电信号为交变信号, 而本系统中单片机内置ADC 转换输入电压范围为0～3. 3V,因此,在送入ADC 之前还需进行电平抬升, 在图5 中, 电平抬升部分由U11、R42、R43、R44 构成。
3.9 A/D 转换电路
3.9.1
ADC0809 简介
(1)ADC0809 的结构 ADC0809 是 8 位 A/D 转换芯片，片内集成了 8
路模拟多路开关、地址锁存与译码、8 位 A/D 转换器以及三态输出锁存器四部分组成。它是采用逐次逼近的方法完成 A/D 转换的。ADC0809 由单一+5 V 电源供电；片内带有锁在功能的 8 路模拟多路开关，可对 8 路 0~5V 的输入模拟电压信号分时进行转换，完成一次转换约需 100 us；输出具有 TTL 三态锁存缓冲器，可直接接到单片机数据总线上；通过适当的外接电路，ADC0809 可对 0~5 V 的双极性模拟信号进行转换。
(2)ADC0809 引脚 ADC0809 是 28 脚双列直插式封装，各引脚的功能如下：
D7~D0：8 位数字量输出引脚；
IN0~IN7：8 路模拟量输入引脚；
VCC：+5 V 工作电压；
GND：接地端；
REF(+)：参考电压正连接端；
REF(-)：参考电压负连接端；
START：A/D 转换启动信号输入端；
ALE：地址锁存允许信号输入端；
EOC：转换结束信号输出引脚，开始转换时为低电平，当转换结束时
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为高电平；
OE：输出允许控制端，即完成转换后数字量输出允许控制信号输入端
口，高电平有效，用以打开三态数据输出锁存器；
CLK：时钟信号输入端；
ADDA、ADDB、ADDC：地址输入线，用三位编码组成 3-8 译码器，
选通 8 路模拟电子开关，实现 IN0~IN7八个通道中的通道之间可进行切换。
3.9.2 ADC0809 与单片机的接口
ADC0809 可以以查询方式或中断方式与单片机 AT89C52 相连，本课
题采用查询方式,并采用定时器 T0 定时 4 ms 中断，进行 250 Hz 采样。ADC0809 与 AT89C52 单片机的接口[18]如图 3-11 所示。由于 ADC0809 片内无时钟，可利用 AT89C52 提供的地址锁在允许信号 ALE 经 D 触发器二分频后获得 ALE 脚的频率是 AT89C52 单片机时钟频率的 1/6(但要注意的是，每当访问外部数据存储器时，将跳过一个 ALE 脉冲)。如果单片机时钟频率采用 11.0592 MHz，经二分频后符合 ADC0809 对时钟频率的要求。由于 ADC0809 具有输出三态锁存器，其 8 位数据输出引脚可直接与数据总线相连。地址译码引脚 ADDA、ADDB、ADDC 分别与地址总线的低三位 A0、A1、A2 相连，以选通 IN0~IN7 中一个通路，本课题只用到一个通道。将 P2.7(地址总线 A15)作为片选信号、在启动 A/D 转换时，由单片机的写信号和 P2.7 控制 ADC0809 的地址锁存和转换启动，由于 ALE 和START 连在一起，因此 ADC0809 在锁存通道地址的同时，启动并进行转换。在读取转换结果时，用低电平的读信号和 P2.7 脚经一级或非门后，
产生的正脉冲作为 OE 信号用以打开三态锁存器，由图 3-11 可知，P2.7应设为低电平，ADC0809 芯片选中第三通道的地址为 7FFBH，并通过P3.2 口查询 A/D 转换是否完成。
A/D 转换电路
3.10 本章小结
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本章主要介绍了心电信号检测电路的设计，给出了心电信号采集电路
具体的设计方法与部分实现电路。设计了导联选择电路，并采用三个运放放大器组成的差动放大器作为心电信号的第一级放大器；为消除电源线和地线串入单片机主控系统而引起测试与控制的错误，设计了光电隔离电路；为了抑制基线漂移，设计了 0.5 Hz 高通滤波电路；设计了增益可调电路，可适用不同各种心电信号，以达到较好的效果；为了消除 50 Hz 工频干扰，设计 50 Hz 双 T 陷波电路，该陷波器具有 Q 值可调的优点；由于心电信号属于低频信号，设计了二阶低通巴特沃斯滤波器，消除 100 Hz以上的高频成分；最后，输入到 A/D 转换器 ADC0809 中，进行 250 Hz采样后送入单片机，进行软件处理分析。
本课题选用了多
