基于单片机的心电图仪系统设计.pdfVIP

简易心电图仪的设计方案

摘要

心电图是临床疾病诊断中常用的辅助手段。心电数据采集系统是心电图检查仪的

关键部件。人体心电信号的主要频率范围为0.05Hz~100Hz，幅度约为0~4mV，信号十

分微弱。由于心电信号中通常混杂有其它生物电信号，加之体外以50Hz工频干扰为主

的电磁场的干扰，使得心电噪声背景较强，测量条件比较复杂。为了不失真地检出有临

床价值的干净心电信号，往往要求心电数据采集系统具有高精度、高稳定性、高输入阻

抗、高共模抑制比、低噪声及强抗干扰能力等性能。本设计利用89C51和A/D转换以

及多路模拟开关设计了一种符合上述要求的多路心电数据采集系统。

一、方案的提出与比较

1、方案的提出

图１所示是一个心电数据系统的组成框图，其中心电信号由专用电极拾取后送入前

置放大器初步放大，并在对各干扰信号进行一定抑制后送入带通滤波器，以滤除心电频

率范围以外的干扰信号。主放大器可将滤波后的信号进一步放大到合适范围后，再经

50Hz陷波器滤除工频和肌电干扰，然后将符合要求的心电模拟信号由模拟输入端送入

高速ADC，以进行高精度A/D转换和数据的采集存储。

方案一：采用模拟分立元件，可以产生心电波，但采用模拟元件太大，即使使用单

片机电路参数也与外部元件有关，外接的电阻电容对参数影响很大，在滤波过程中会出

现很大的干扰，使得输出不精确，即此电路抗干扰能力低，成本也高；而且灵活性差，

不能实现各种输出的智能化。，

方案二：采用以89C51为核心，采用INA128芯片作为前置放大，运用多级运放电

路来提取信号。它在一定的程度上可以达到题目要求。但是，共模抑制比很难达到发

挥80db以上，而且精确度不高，在以后的输出中会出现很多的毛刺。由于这些原因，

我们不采用这种方法。

方案三：以89C51为中心、采用性能优良的AD620管作为前置放大，既可以提

高放大倍数，也可以提高共模抵制比、电路结构简单。。然后通过A/D和D/A转换，

输出给示波器，若合理的选择器件参数，可使其输出波形失真小。所以采用此方案。

二、系统原理图以及各模块的说明

1、系统原理图

图一

2、模块说明：

①导联选择：采用CD4051来完成，用单片机来控制。

②前置放大：采用AD620来完成，前置放大是心电数据采集的关键环节，用

来把取样的信号进行放大，具有很高的共模抑制比和1～1000倍信号放大。

③高/低通滤波电路：采用LM324作为核心，用大小相当的电阻电容构成滤波

电路。

④50Hz陷波电路：采用LM324作为核心，用大小相当的电阻电容构成陷波电

路，电路简单，容易实现。

⑤波形A/D采集存储模块：以单片机为核心，利用ADC0809，以2.5KHz的速

率对输入信号进行采集。由于89C51内的存储空间不够，我们扩展了两片RAM，使存

储深度达到了16KB，即每一个通道存储8KB。

⑥单片机控制模块：系统的主控制器，控制其他协调工作。

三、系统电路与理论数据

（1）导联通道的选择

方案一：两个导联均采用两个相同的通道，即采用两个仪表放大器INA128、两个

滤波通道、两个50Hz陷波通道以及两个主放大电路、两个电平移位电路，然后通89C51

来控制ADC0809来选择通道来进行处理。由于这种方法的思路非常清晰，各通道之间

干扰小，但总体来说由于采用了两个通道，耗资大，所以本设计不采用此方案。

方案二：采用模拟开关4051，在两个导联通道均通过仪表放大器以后再通过4051

进行通道的选择，然后送到后级进行处理。在这里为了保证每切换一次89C51能够采集

存储完一次心电信号，我们用89C51来同时控制切换率和采样率，这样就切保了同步，

同时也保证了心电信号不会被漏存少存。

方案三：在前置放大前级采用类比多工器ADG609，考虑到一般生理信号都属于

差动式的，而ADG609的类比信号的输入范围介于Vss与Vdd之间，且有四个切换对，

可以很轻易地经由89C51