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生物医学工程专业课程设计报告 ——基于仿真平台的心电采集系统设计 班 级： 学 号： 姓 名： 专 业： 生物医学工程 年 级： 08级 2011-12-25 目录 一、课程设计目的 3 二、课程设计时间与环境 4 2.1 课程设计时间 4 2.2 课程设计环境 4 三、课程设计内容与步骤 4 3.1、设计框架 4 3.2、电路分析及设计 5 3.2.1、放大电路设计 5 3.2.2、抗共模电路的设计 6 3.2.3、抗工频干扰电路 7 3.2.4、高频信号滤波电路 7 3.3、电路仿真 8 3.3.1、同相并联三运放放大电路仿真电路及结果如下图所示： 8 3.3.2、50陷波电路仿真电路及结果 9 3.3.3、截至频率为100Hz的三阶巴特沃斯低通滤波器仿真电路及结果 10 3.4、采集电路以及程序设计 11 3.4.1、采集电路设计 12 3.4.2、 采集程序设计 13 3.5、心电采集系统整体框图 15 四、课程设计总结 17 五、心得启迪 18 基于仿真平台的心电采集系统设计 一、课程设计目的 对学生综合运用所学知识、发现知识、提出新问题、分析和解决实际问题等实践能力锻炼与培养，是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程。 进一步巩固加深掌握所学的数电模电和信号处理等专业基础课和专业课的理论知识，提高学生专业知识综合实践运用能力。 进一步培养学生解决生物医学工程开发实际能力和培养学生的专项技能和职业能力，为学生毕业设计和就良好就业或深造奠定扎实基础。 进一步掌握电路设计与单片机应用结合在一起的系统设计流程； 进一步加深学生理解电路仿真软件在今后系统开发中的重要作用； 进一步初步掌握单片机系统开发的一般步骤及方法； 进一步学习掌握数字电路设计技术； 进一步学习掌握单片机Keil C编程技术； 进一步学习掌握LCD驱动显示技术； 进一步学习掌握PCB制版技术； 进一步学习掌握生物医学信息采集和分析处理程序设计技术； 进一步学习如何分析问题、解决问题的方法，锻炼自己思维及动手能力。 课程设计要求 在深入分析心电信号的特点及其主要干扰源的基础上，在充分考虑高输入阻抗，高共模抑制比，低噪声等电路设计要求后，自己通过Multisim10.0仿真平台对系统分模块进行设计，包括前置放大电路、低通滤波电路、双T陷波器(可选)、高通滤波电路、后置放大电路、A/D转换电路、MCU控制电路，要求通过对电路不断仿真，合理调整电路的参数，使各个模块接近最佳理想设计状态。同时比较设计要求和实验结果，分析参数差异的原因。首先，由于心电信号具有以下特点： 1、信号十分微弱。 2、常见的心电频率一般在0—100Hz之间。 3、能量主要集中在17Hz附近，幅度小于5mV。 其次，心电电极阻抗较大，一般在几百千欧以上。 最后，由于在检测生物信号时存在以下干扰： 1、电极移动引起基线漂移干扰。 2、电源工频干扰(50Hz)，共模干扰形式存在，幅值可达几V甚至几十V。 3、肌电干扰(几百Hz以上)。 因此本设计要求心电放大器必须具有很高的共模抑制比。而电极移动引起基线漂移是由于测量电极与生物体之间构成化学半电池而产生的直流电压，最大可达300mV，那么心电放大器的前级增益不能过大，或者需要采用超低频的交流放大器。由于信号源内阻可达几十KΩ、乃至几百KΩ，所以，心电放大器的输入阻抗必须在几MΩ以上。不仅要求输入阻抗，对CMRR也要有80dB以上的共模抑制比。同时在有源低通滤波器中要求能够有效地滤除与心电信号无关的高频信号，最后在设计要求对某一频段的信号能够抑制或衰减。通过系统调试，最后得到放大、无噪声干扰的心电信号。在模数转换，数据采集一块，系统对于这个过程要求利用单片机来实现数据采集，然后再将其送入PC机 二、课程设计时间与环境 2.1 课程设计时间 第6周到第10周 2.2 课程设计环境 实验室及寝室计算机平台 三、课程设计内容与步骤 本次设计将单片机纳入系统中，利用硬件与软件结合实现了系统的简易化设计。在了解心电信号特性的前提下，整个电路的设计以符合心电采集电路的基本要求来完成。电路逐次分为采集电路、放大滤波电路、单片机电路，并利用了仿真开发平台PROTEUS实现了电路和单片机的仿真和调试，单片机程序设计是在KEIL C51集成开发环境进行编译。最后将电路仿真和程序设计集中起来即构成了整个心电采集系统。 3.1、设计框架 图1、总体设计框图 3.2、电路分析及设计 3.2.1、放大电路设计 放大器是硬件电路的关键所在，其噪声大小直接影响信号的质量，特别是多级放大电路的前置级等效输入噪声决定决定信号的整体质量