(完整版)基于STM32的便携式心电图仪设计
目录
1 引言 (1)
1.1心电图仪在医学领域中的应用 (1)
1.2便携式心电图仪的发展状况 (2)
2 系统总体设计 (4)
2.1主要功能 (4)
2.2系统设计方案 (5)
3 便携式心电图仪的硬件设计 (6)
3.1最小核心系统的设计 (7)
3.1.1处理器的选择 (7)
3.1.2最小核心系统电路的设计 (8)
3.2人机交互界面的设计 (12)
3.2.1显示界面设计 (12)
3.2.2按键设计 (14)
3.3前置放大电路以及右腿驱动电路 (15)
3.4滤波电路以及陷波电路的设计 (16)
3.5电源电路的设计 (18)
4 便携式心电图仪的软件设计 (19)
4.1软件开发平台 (19)
4.2软件系统整体设计 (21)
4.2.1软件总体分析 (21)
4.2.2 STM32 软件系统设计流程 (21)
4.2.3软件总体流程图 (23)
4.3信号采集程序设计 (23)
4.4数字滤波程序设计 (25)
4.5液晶程序设计 (26)
5 系统调试结果及误差分析 (27)
5.1调试手段 (27)
5.2测量调试以及分析 (28)
5.2.1采集电路的测试 (28)
5.2.2 滤波算法测试 (29)
5.2.3 整体测试和结果分析 (30)
结束语 (32)
参考文献 (34)
1 引言
随着社会的进步、经济的发展以及人们生活水平的逐步提高，我国人口老龄化程度越来越严重，与此伴随的心脏病一类的疾病的发病率也不断攀升，人们的身体健康产生了巨大的威胁。相关数据表明，我国因心脑血管疾病死亡的人数将近占总死亡人数的一半[1]。根据相关部门的调查显示，我国每年大约有近一半的死亡病例为冠心病，而且死亡率还在逐年递增。每年约有16万名患者接受支架植入手术，手术施行每年的增长率超过了五分之一。在我国因心脑血管疾病每年耗费达3000亿元，由于受测试手段的局限，预防率、治疗率及控制率依然很低。预防率是有效防治心脑血管疾病的关键因素，而且有效的方便的心电监测仪器是完成这一任务的有力工具。
1.1 心电图仪在医学领域中的应用
人类的心脏有规律性的膨胀和收缩，从而使血液的循环。在心脏肌肉每次收缩之前，都会产生一股微小的生物电流，加上人体的体液能够导电，这些微小电流可以通过体液的传递就会反映到人体的表面皮肤上。不过受限于身体各部分组织不同、距心脏的距离不同，会造成体表的不同部位的电位有所不同。通过捕捉这个现象，将心电图显示出来的心电检测仪器，根据这些人体生物电信号，我们可以从不同角度观察心脏的活动情况。这是我们对心脏基本功能及其病理研究，具有重要的参考价值[2]。
心电图能够在一定程度上反映心律的运行状况，人的心肌受损的程度、发展过程以及心房、心室的功能结构情况都能通过它表现出来。这些都可以在心脏手术和药物的使用上提供重要的参考[3]。
常规心电监护设备体积笨重、价格昂贵和不便于携带，但是随着社会生活水平的提高，医疗器械家庭化开始逐渐进入我们的
日常生活，家庭化的心电图仪器功能没有专业的大型的医疗设备齐全，但是它具有体积小、操作简单的优点，同时可以在一定程度上满足了人们的基本应用。我们可以用它在家庭或则其他地方很方便的进行心电图信号的测量，并根据进一步的处理，做基本的诊断，也可以把这些数据提交到专业机构做进一步的详尽的诊断。这样也可以避免那些行动不便的病人，利用互联网技术，把数据通过远程传送的方式，提交到专业机构或指定的医院惊醒专业诊断和分析。
为了能够在更多场合更方便的诊断，各种各样的便携式心电图设备应运而生，常规心电图仪由于笨重只能在病人静卧的情况下记录的心电活动，历时时间短，获取的信息量很少，所以在有限时间内有些非正常的情况被发现的概率也是很低的。而便携式监护装置可以在随时随地的进行实时监护，并把数据存储起来。这样不仅可以节省时间，还可以得到实时的监护，所以研发便携式心电监护产品具有重要意义。本文主要研究的便携式心电图仪，即将普通心电图设备小型化、家庭化，具有低价位、体积小、便于携带和使用方便等特点。
1.2 便携式心电图仪的发展状况
1887年英国生理学Einthoven通过对毛细管的静电计记录了心动的电流图[4]。1895年他开始了对心脏动作电流的进一步研究，并通过对德?阿森瓦尔氏的镜影电流计的设计改进，提高了心电图的质量。1903年他成功的设计了弦线式电流计，通过反射镜记录心动电流，解决了以前测量设备的惰性大，记录误差大以及需要繁琐的数学计算等缺点。同时，他又制定心电图的影线在纵坐标上波动1cm，代表1mV的电位差，在横坐标上移动1cm为0.4秒的标准。这种方法简单直观，并采用P、Q、R、S、T等字母标出心电图上的各波，这种标记方法一致沿用至今。1912年在他深入研究了正常心电图的波动范围后，提出了著名的“爱因托芬三角”理论。1924年Einthoven教授获得了诺贝尔生理学和医
学奖[5]。总之这位被尊称为“心电图之父”的生理学家对心电图的创立及发展有着巨大的贡献。心电图从此开始逐步走进协助诊断疾病，并通过发展被广泛应用于临床。
随着社会的发展，心电图检测理论越来越成熟与完善，另外机械、电子、计算机等技术的迅猛发展，带动了医疗器械发生了革命性变化，极大的增强了心电图机的功能。随着现代科学技术的发展，特别是计算机、微电子、机械电子在医疗领域的广泛应用，极大的促进了心电设备的发展。目前各大医疗器械厂商都投入巨资开发性能更强、功能更加完善的心电设备，比如欧姆龙、北京超思、亚新、均在该领域的研究与生产上有所突破。
综观当前心电检测仪器发展趋势，主要向以下几个方向发展：
（1）系统化
随着医院计算机管理网络化、信息存储介质和IC卡等的应用及Internet的全球化而产生的。电子病历是信息技术和网络技术在医疗领域的必然产物，我国卫生部先后在2010，2011发布了关于电子病历系统的规范和通知文件。而实时心电数据将在该系统中有着重要的作用。
（2）数字化
随着计算机科学、机械电子的迅猛发展，医疗器械的数字化程度越来越高，比如数字滤波器的使用，极大的降低了心电干扰，提高了心电判断的准确率。
（3）无线化
无线传感技术的发展能够促使心电检测无线化，从而摆脱传统心脏检测的繁琐程序。同时，能减轻病人的心里紧张程度，实现心电检测的方便性。
（4）自动化
自动测量和分析是医疗仪器的发展方向，使医疗器械智能化是目前医疗器械设计的目标之一。
（5）远程化
计算机技术、网络通信技术的快速发展，为远程医疗的实现提供了可能，将心电数据通过远程传输，在远端对心电数据加以分析处理并提出诊断结果，从而实现远程医疗。如目前出现的基于GPRS网络的远程心电监护系统就是这个发展趋势的体现。
总之，科技不断进步，人们的需求也在变化，心电图是记录心脏电活动状态的记录，包括心脏节律和频率以及电压的高低等信息，可用于诊断各种心律失常、心肌病变、心肌梗塞及心肌缺血等心血管疾病。同时对心脏病的诊断和治疗也提供了确切的理论依据。设计符合市场需求的产品是企业生存的根本，利用高科技带来的技术革命去更新医疗器械更是一个巨大的市场机会，我们相信，在未来几年里，家庭化的监护设备必将越来越普及[6]。
2 系统总体设计
由于心电信号的微弱性，我们对心电信号的提取具有一定难度。另外受到50Hz 及其倍频干扰和极化电压的影响，对前置放大器和信号滤波电路的设计提出了更高的要求。因此在设计前端硬件电路时，要根据信号的特征，选择最佳的器件。同时便携式设备必须是低功耗设备这限制了多数的微处理器，锂电池供电对信号仅仅用硬件滤波还不能达到分析信号的要求，硬件滤波的一个缺点是，要想获得更好的滤波效果，必须设计更高的阶数，而这无疑会增加系统的体积。因此还有必要采用软件滤波的方法，这就对处理器的速度和软件的优化提出了更高的要求[7]。采取软件滤波即设计数字滤波器，数字滤波器有多种，这样就必须寻找一种行之有效的滤波算法。
2.1主要功能
本文的目的是通过先进微处理器的应用研究的主要内容是通过将嵌入式技术、数字信号处理技术和信号采集技术的结合，设计一个能够完成信号提取和分析功能的嵌入式心电图监测系
统。主要研究工作如下：
(1) 心电图仪的硬件设计：
●采集电路：准确提取生理信号，把信号处理为可供
采集分析的有效信号；
●处理电路：完成信号的采集、滤波、显示、分析和
传输等。
(2) 心电图仪的软件设计：
●STM32芯片各模块初始化程序；
●数字滤波处理程序；
●人机交互界面的程序设计；
2.2系统设计方案
系统原理结构图如图1所示。心电信号由电极获取，送人心电采集电路，经前置放大、主放大、高低通滤波，得到符合要求的心电信号，并送入到STM32的ADC进行AD转换。为了更好地抑制干扰信号，在电路中还引入了右腿驱动电路。系统控制芯片采用STM32，TFT-LCD的触摸功能加上少量按键可以建立良好的人机交互环境，可以通过LCD实时显示和回放，数据通过USB可靠地传输到PC机，以便对心电数据做进一步的分析。系统主要硬件结构及电路系统主要划分为三大部分：心电采集电路，主要完成心电信号的提取；带通滤波及主放大电路，用于调理采集到的信号，使之符合处理要求；STM32处理电路，完成心电信号的显示和分析功能。
图1 系统原理结构图
整个系统有以下几个部分组成：
（1）采集电路：主要有前置放大电路、带通滤波电路和主放大电路组成，心电信号由电极获取后送入心电采集电路，经处理后得到符合要求的心电信息。
（2）处理电路：主要完成对心电数据的滤波、陷波、放大、分析、显示和传输控制。
（3）按键电路：完成良好的人机交互。
（4）显示电路：实时显示出心电波形和心电相关信息。
（5）上位机设计：在PC机上处理和显示心电波形。
（6）电源电路：设计稳定可靠的电源电路，为整个系统提供电源，降低系统功耗。
3 便携式心电图仪的硬件设计
便携式心电图仪要求具有可移动性和再开发性，不仅便于携带、功能尽可能的完善能够实时对心电信号进行处理，而且要求随着发展可以进一步升级满足人们更多的需求。本心电图仪集信号的采集、处理、传输三大功能于一体。对于这些功能，即需要相对独立的模块化设计，又需要良好的协调。因此，在开发过程
中，硬件设备的选择需要考虑这些特定的需求，有针对性的进行器件的选择和设计。总体电路要遵循：
(1) 选择合适的处理器，尽量选择片上系统（System on Chip，SoC）设计硬件系统，减少硬件复杂度并降低成本。
(2) 选择典型电路，按照模块化设计，系统扩展与I/O 的配置充分满足应用系统的功能要求，并留有适当冗余，以便进行二次开发。
(3) 注重软硬件结合，软件能实现的功能尽可能由软件实现，以简化硬件结构，降低能耗和设备成本。
(4) 必须考虑芯片的驱动能力，有必要的可靠性及抗干扰设计它包括去耦滤波、印刷电路板布线、通道隔离等[8]。
3.1最小核心系统的设计
以应用为中心、软件硬件可裁剪的、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等严格综合性要求的专用计算机系统，由硬件和软件两部分有机的结合在一起，作为一种典型的嵌入式应用[9]。由于便携式心电图仪有很强的可移动性，便于使用者携带，同时也要求功能完善，能够实时对心电信号进行处理。集信号采集—处理—传输三大功能于一体。对于这些功能，即需要相对独立的模块化设计，又需要良好的协调。因此，在开发过程中，硬件设备的选择需要考虑这些特定的需求，有针对性的进行器件的选择和设计。
3.1.1处理器的选择
处理器相当于人体的大脑机制，整个系统在处理器合理指挥调度下才能完成我们赋予他们的任务，所以一款合适的处理器对于整个系统来说是非常重要的。经过综合考虑本设计对处理器的选择主要从以下五个方面来考虑：
(1) 处理器的处理速度：在本设计中，处理器不仅要进行滤波处理，同时还要实时显示出心电波形，在通信的情况下还要与
PC机进行通信，因此，处理器要有较高的处理速度。
(2) 处理器在完成任务的复杂程度：在本设计中，处理器要负责信号的采集、信号的滤波处理、心电波形的显示、数据存储以及通信。
(3) 尽可能简化外围电路的复杂程度：一个系统中所使用的元器件越多、电路结构越复杂，则系统的出问题的概率越大，可靠性与稳定性越差。因此在选择MCU的时候，希望MCU内部集成功能单元越多越好，这样就能简化系统设计，增加系统的可靠性及稳定性。
(4) 尽可能减少生产成本：在本系统中，由于多数属于家庭使用及野外环境的不确定性因素较多，对于普及性的大众化产品，希望替换成本越低越好，其中处理器的成本占了整个系统的重要的一部分，能够降低处理器的成本也就从而降低了产品的总成本。
(5) 尽可能底的功耗：便携式设备对低功耗的要求都较高，必须最低限度的减少功耗，手持式设备的续航能力也是众多参数比较受关注的一点，如何能有长时间的续航能力也是我们需要注意的一点。
综合以上几个方面，最终选用了意法半导体公司推出的新型32位ARM内核处理器芯片STM32系列中的STM32F103ZET6。
3.1.2最小核心系统电路的设计
STM32F103x增强型系列芯片使用高性能的ARM Cortex-M3 32位的RISC内核，工作频率为最高可达72MHz，内置高速存储器(高达128K字节的FLASH和20K字节的SRAM)，丰富的增强I/O 端口和连接到两条APB总线的外设。所有型号的器件都包含2个12位的ADC、3个通用16位定时器和一个PWM定时器，还包含标准和先进的通信接口：多达2个I2C和SPI、3个USART、一个USB和一个CAN。工作电压为3.3V。图2是STM32F103x的模块框图[9]。
STM32微控制器有如下优点：
(1) STM32内部有高达128K字节的内置闪存存储器，用于存放程序和数据。多达20K字节的内置SRAM，CPU能以0等待周期访问(读/写)。这样在我们所设计的系统中就去掉了以往很多嵌入式项目设计中所需要的用于外部程序存储器的Flash芯片和用于外部数据存储器的SRAM芯片，大大节约了系统成本，提高了系统可靠性及稳定性[10]。
(2) STM32增强型系列拥有内置的ARM核心，因此它与所有的ARM工具和软件兼容。这给项目的开发工作带来了很大的便利，因为在以前的工作中曾经使用过其他ARM核心的微控制器，所积累的经验在本项目的开发中得到了充分发挥。而且由于可用于ARM开发的工具软件很多，大大加快了项目开发的速度和效率。
(3) STM32的内部FLASH是在线可编程的。在我们的项目中，设备运行的配置参数会存储在FLASH中的固定位置，每次启动设备时，程序会读取这些参数来进行初始化。但在某些情况下，需要远程设置或修改配置参数。这一功能使得可以在不用接JTAG烧写器的情况下根据USART接口接收到的数据来修改FLASH中的配置参数，在设备再次启动时，就会读取新参数来进行初始化。
(4) STM32有优秀的功耗控制。高性能并非意味着高功耗。STM32经过特殊处理，针对应用中三种主要的功耗需求进行优化，这三种能耗需求分别是运行模式下的高效率的动态耗电机制、待机状态时极低的电能消耗和电池供电时的低电压工作能力[11]。
(5) STM32拥有强大的库函数。它采取与以往不同设计方法，通过把各个外设封装成标准库函数的方式，屏蔽了底层硬件细节，能够使开发人员很轻松地完成产品的开发，缩短系统开发时间。
图2 STM32F103x的模块框图
STM32固件库。STM32固件库提供易用的函数可以使用户方便地访问STM32的各个标准外设，并使用它们的所有特性。
USB开发工具集。在更广的应用领域中，USB功能的实现将变得越来越方便，因为USB开发工具集提供了完整的，经过验证的固件包，使得用户可以顺利地开发各个类的USB固件。
(6) STM32F103xx增强型支持三种低功耗模式，可以在要求低功耗、短启动时间和多种唤醒事件之间达到最佳的平衡。
总之，STM32芯片在项目中的使用，使得整个系统的运行效率、稳定性、功耗、生产成本等都比同类系统有了较大的提升。本设计中最小核心系统设计图如图3所示。
图3 最小核心系统设计图
由图3中可以看出，在设计STM32最小系统时要注意一下几个部分：
(1) 复位电路：利用RC电路的延时特性，设计了简单的复位电路，有此可简单计算出延时时间，这里用一个10 k电阻和1.0 μF的电容，时间延时大约为3.6ms，符合STM32系统芯片的复位要求。
(2) 晶振电路：这里选用两个晶振，首先8M无源晶振，晶振两端分别通过22pF的电容接地，另一个32.768K的晶振使用的15pF的电容接地电路简单，并能很容易的就能使晶振起振。
(3) 芯片上的BOOT0和BOOT1引脚分别通过跳线帽可选高低电平，以改变芯片启动模式，其启动模式具体如下表1所示。
表1 启动模式说明
(4) 模块有4个数字电源供电引脚，1个模拟电源供电引脚以及相应的接地引脚。在电源端要注意接滤波电容，模拟地和数字地引脚之间最好通过0欧电阻隔离。电源和地之间加若干去藕电容。
3.2人机交互界面的设计
人机交互界面是人与机器进行沟通交流的设备，它可以把人的指令传入给MCU，也可以让设备显示出我们所想知道的信息。
3.2.1显示界面设计
首先，针对要完成一款便携式心电仪的设计，那么在LCD 的选择上，就要符合实际的需要，必须要考虑功耗和成本。对于人机交互部分，显然采用单色液晶显然已经不能满足的需要，因
此把LCD的选择定位在了彩色液晶上。主要从以下几个参数做出选择：
(1) 颜色要丰富。从美观角度来讲，在液晶上不同类型的数据最好能够以不同的颜色来区分。比如波形、汉字、数字最好颜色不同。所以在液晶的颜色上要达到一定的数量。
(2) 尺寸。便携式式是本系统设计时的一个指标，因此液晶的尺寸不易过大，但也要便于观察，选择时要符合实际情况，过大则不便于随身携带，过小则可能出现汉字或数字不便于观察等问题。
(3) 功耗。对于便携式嵌入式设备来说，低功耗是一般都作为一项重要的指标，在外边使用时能够尽可能地延长电池的工作时间
(4) 材质。液晶主要有两类：STN型和TFT型，后者较之前者显示效果更佳，但耗电能方面也高于前者。
(5) 价格。正如上面所提到的，性价比高是本系统设计的一个目标，因此要可能的用符合设计要求价格低廉的产品。因此，根据上述几点本设计选用了3.2寸真彩TFT液晶触摸屏，320*240像素，26万色，16位并行接口，可以直接用A VR、ARM7、STM32等MCU驱动。相关参数：
●分辨率：QVGA 240 x 320
●尺寸：3.2英寸
●控制器：IL9320
●触摸屏：4线电阻式
●接脚：30PIN间距2.54mm
●背光：4 LED并联
具体接口电路设计如图4所示
图4 LCD显示界面借口
3.2.2按键设计
对于实现人机交互的场合，按键是比较常用的，通过按键来选择系统的功能，完成对系统的访问控制。本系统用了5个按键，分别定义为上、下、左、右、中键，前四个按键是对设置或访问的液晶显示对象进行选择，中间是确定键，这样就实现了既可以用按键功能，也可以用按键来实现对系统的设置，按键电路的实现比较简单，这里不再详述。具体电路实现如图5所示。
图5 按键接口电路
3.3前置放大电路以及右腿驱动电路
前置放大电路要完成的功能是实现信号的差分放大，该部分电路在整个采集电路中至关重要，因为后续信号的处理都是以此为基础的。因此要选择一款合适的差分运放芯片。选择时一般考虑以下几点：
(1) 增益
由于心电信号非常微弱，均值在1mV左右，而采集电压一般要达到1V左右，所以心电放大倍数在1000倍左右。一般为了抑制零点漂移，提高共模抑制比，应该分多级实现放大。
(2) 频率响应
所谓频率响应是指放大器对不同信号频率的反应，心电信号的范围低于100Hz，所以要求放大器要对此频率范围的信号尽可能不失真的放大出来。可以设计高通、低通滤波器来压缩频带，滤除该频带以外的干扰信号。必要时还需要设计50Hz工频干扰抑制电路，通过这样处理后，得到的信号才可能有诊断价值。
(3) 共模抑制比
电极不对称、电气设备运行时的干扰都易产生极化电压，然后通过放大电路其值极有可能远比心电信号大得多，从而将微弱的信号淹没。因此要求放大器有很高的共模抑制比。一般要求要达到80db以上。
(4) 输入阻抗
心电信号是微弱的，且具有高阻抗的特性，只有高输入阻抗才有可能不失真的引出心电信号，不然由于分压的因素，会极大的衰减心电信号，从而导致无法正确采集。
(5) 低噪声、低漂移
在心电放大器中，还有两个较重要的参数即噪声和漂移。在设计心电放大器时应尽量选用低噪声元件，提高输入阻抗。另外，温漂会引入直流电压增益从而给心电信号带来干扰。因此，选用的放大器要特别注意这两个参数。综上所述该方案选用具有上述
优点的AD620，具体设计电路图如图6所示。
图6 前置信号采集电路
由于人类受到大量的外部干扰，心电电极和电力线之问由于存在电容耦合会产生位移电流Id，降低位移电流干扰的一种有效办法是采用右腿驱动法，图7为右腿驱动的具体连接电路。右腿不直接接地而是接到辅助运算放大器的输出。从两个电阻结点检出共模电压，它经过辅助的反相放大器放大后通过电阻反馈到右腿。采用右腿驱动电路，对50Hz干扰的抑制并不以损失心电信号的频率成分为代价。但由于右腿驱动存在交流干扰电压的反馈电路，而交流电流经人体，成为不安全因素，限流电阻通常在1MΩ以上。
图7 右腿驱动电路
3.4滤波电路以及陷波电路的设计
为滤除干扰需要设计带通滤波器，使频率为0.05Hz～l00Hz
的心电信号通过，该范围以外的信号将大幅度衰减掉。滤波器有无源滤波器和有源滤波器两种。无源低通滤波器是由无源器件（电阻，电容，电感）组成。其带负载后，通带放大倍数的数值减小，通带截止频率升高，这个缺点不符合信号处理的要求[12]。因此本设计选用有源低通滤波器。由RC元件与运算放大器组成的滤波器称为RC有源滤波器，其功能是让一定的频率范围内的信号通过，抑制或急剧衰减此频率范围以外的信号。具有理想幅频特性的滤波器是很难实现的。只能用实际的滤波器的幅频特性去逼近理想的特性。常用的方法是巴特沃斯（Butterworth）逼近和切比雪夫（Chebysher）[13]逼近。保证信号的原形，采用较平坦的巴特沃斯有源滤波。高通滤波器的设计与低通滤波器相似，这里不再叙述。带通滤波器用高低通滤波器来构成，如图8所示。高通滤波器由U3、C2、Rdip11组成，其截至频率为f=0.03Hz，低通滤波器由U4、Cdip2、Rsop4组成，截至频率为f=110Hz。
图8 带通滤波电路
基于小型化和成本考虑，硬件滤波只用一阶高通滤波器和一阶低通滤波器，虽然设计了右腿驱动电路，但是仍然有50Hz干扰进入电路，所以本设计增加了50Hz陷波电路，如图9所示通过该方法来滤除工频干扰，实验结果表明，通过高低通滤波后再加上陷波电路的信号波形清晰、特征明显。
图9 50Hz陷波电路
3.5电源电路的设计
电源电路是整个系统中十分重要的一环，随着便携式产品的普及，如何降低功耗成为工程师面临的急需解决的问题。如果电源不稳定可能造成系统不能正常工作，严重的甚至烧坏芯片引发事故。因此电源管理越发显得重要。
电源管理是指如何将电源有效分配给系统的不同组件。电源电路设计主要考虑用哪种类型的电源器件，输入输出电压，输出电流以及控制状态[15]。
心电采集电路需要土5V电源，STM32工作电压为3.3V，本设计用7.2V电池供电，中正负5V电压可以采用7805和7905来产生，它通过外围的电感电容的组合提供升满足运放使用的正电压和负电压，图10是其典型应用。
图10 正负5V电源电路
简易心电图仪设计(课程设计)
重庆理工大学 《生物医学工程》课程设计报告题目：简易心电图仪的设计 班级：生物医学工程11级 学号：111100401 姓名：钟茂娇 指导老师：周奇、陈国明 日期：2014年9月
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。本设计利用集成仪表放大器AD620和滤波电路设计了一种符合上述要求的简易心电图仪。关键词：心电图干扰 AD620 滤波
Abstract Electrocardiogram is commonly used in clinical disease diagnosis of auxiliary means. Ecg data acquisition system is electrocardiogram checking of the key components. The main body ecg signal frequency range is 0.05 Hz ~ 100Hz, amplitude is approximately 0 ~ 4mV, signal is very weak. Because electrocardiosignal usually mingled with other biological signals, coupled with the in vitro in 50Hz power frequency interference of electromagnetic interference, mainly making ecg noise background stronger, measuring conditions are complex. In order not to distortion to detected with clinical value of ecg signal, clean often ask ecg data acquisition system with high stability, high input impedance, high common mode rejection ratio, low noise and strong anti-jamming ability, such as performance. This design using integrated instrumentation amplifier AD620 and filter circuit design a kind of to satisfy the above-mentioned requirements of simple ecg apparatus. Keywords: electrocardiogram interference AD620 filtering
基于STM32F103ZET6最小系统设计
电路设计与PCB制板》 设计报告 题目：基于STM32F103ZET6最小系统 引言：Altium Designer基于一个软件集成平台，把为电子产品开发提供完整环境所需工具全部整合在一个应用软件中。 Altium Designer 包含所有设计任务所需工具：原理图和PCB设计、基于FPGA的嵌入式系统设计和开发。 目前我们使用到的功能特点主要有以下几点： 1、提供了丰富的原理图组件和PCB封装库并且为设计新 的器件提供了封装，简化了封装设计过程。 2、提供了层次原理图设计方法，支持“自上向下”的设 计思想，使大型电路设计的工作组开发方式称为可能。 3、提供了强大的查错功能，原理图中的ERC（电气规则 检查）工具和PCB 的DRC（设计规则检查）工具能帮助设计者更快的查出和改正错误。 4、全面兼容Protel系列以前的版本，并提供orcad格式文 件的转换。
一、课程设计目的 1、培养学生掌握、使用实用电子线路、计算机系统设计、制板的能力； 2.提高学生读图、分析线路和正确绘制设计线路、系统的能力； 3.了解原理图设计基础、了解设计环境设置、学习 Altium Designer 软件的功能及使用方法； 4.掌握绘制原理图的各种工具、利用软件绘制原理图； 5.掌握编辑元器件的方法构造原理图元件库； 6. 熟练掌握手工绘制电路版的方法，并掌握绘制编辑元件封装图的方法，自己构造印制板元件库； 7.了解电路板设计的一般规则、利用软件绘制原理图并自动生成印制板图。 二、设计过程规划 1、根据实物板设计方案； 2、制作原理图组件；
3、绘制原理图； 4、选择或绘制元器件的封装； 5、导入PCB图进行绘制及布线； 6、进入DRC检查； 三、原理图绘制 ?新建工程： 1.在菜单栏选择File → New → Project → PCB Project 2.Projects面板出现。 3.重新命名项目文件。 ?新建原理图纸 1. 单击File → New→ Schematic，或者在Files面板的New单元选择:Schematic Sheet。 2.通过选择File → Save As来将新原理图文件重命名（扩展名为M 3.SchDoc），和工程保存在同一文件目录下。
心电图仪设计报告分析
课程设计报告 小组成员于立秋于惠吕苗洁方瑶 班级研 1404 题目胎儿心电图仪的设计 指导老师刘国忠
目录 1设计背景与目的 (3) 2心电基础理论 (3) 2.1引言 (3) 2.2 胎儿心电信号相关知识 (4) 2.2.1 胎儿心电信号的产生机理及特征 (4) 2.2.2 胎儿心电导联配置 (5) 2.3系统干扰噪声 (6) 3系统方案设计 (7) 3.1总体概述 (7) 3.2系统整体框图 (7) 4硬件系统设计 (8) 4.1模拟电路模块设计 (8) 4.1.1设计要求 (9) 4.1.2高频滤波电路 (10) 4.1.3前置放大和右腿驱动电路 (11) 4.1.4隔离电路 (13) 4.1.5高通滤波电路 (14) 4.1.6主放大电路 (14) 4.1.7低通滤波电路 (16) 4.1.8陷波滤波电路 (16) 4.2数字控制模块设计 (18) 4.2.1模数转换电路 (18) 4.2.2数据存储电路 (19)
4.2.3 DSP芯片选型及分析 (19) 5系统软件设计 (19) 5.1软件设计流程图 (19) 5.2 DSP程序设计 (21) 5.2.1 TMS320VC5509A的编程资源 (21) 5.2.2模数转换的控制与实现 (21) 5.2.3数字陷波器设计 (22) 5.3胎儿心电信号分离算法 (22) 5.3.1自适应滤波算法原理 (22) 5.3.2小波分析原理 (23)
胎儿心电图仪设计报告 1设计背景与目的 为了消除母体心电活动和其他噪声的干扰，获得较为理想的FECG，处理孕妇腹部信号的主要困难在于以下几个方面： （1）心电信号本身就是一种低频、微弱的复杂生理信号。ECG信号频谱为0.05—1OOHz，幅值一般只有0.01—5mV。 （2）测得的ECG中包含母体心电图MECG信号通常是FECG信号的几倍到几十倍，FECG信号经常被MEC信号和噪声所淹没。在时域中，FECG信号约有10%—30%与MECG信号重合；在频域中，FECG信号频谱与MECG信号频谱大部分重叠。 （3）母亲的呼吸噪声、肌电噪声、工频干扰和各种电子噪声等干扰的影响。（4）ECG信号是非平稳的随机信号，这些因素都严重影响着对孕妇腹部ECG 信号的检测和FECG信号的提取。 本课题研究的主要内容是设计一个实用的胎儿心电分离系统，能够实时采集记录孕妇腹部ECG信号，并能够在PC机上利用非线性PCA算法实现FECG 信号与MECG信号的分离。 2心电基础理论 2.1引言 基于DSP的胎儿心电图仪系统所要完成的工作是胎儿心电信号的采集和存储，为此必须对胎儿心电信号有一个完整的认识，主要包括胎儿心电信号及其主要干扰的特点，这样才能有针对性的设计合理的采集方案，既能够实现胎儿心电信号的完整准确清晰采集。通过在孕妇体表放置若干电极测得ECG数据，然后对这些数据进行处理，从而实现对FECG和MECG的分离。
(完整版)基于STM32的便携式心电图仪设计
目录 1 引言 ?????????????????????1 1.1 心电图仪在医学领域中的应用??????????1 1.2 便携式心电图仪的发展状况???????????2 2 系统总体设计?????????????????4 2.1 主要功能???????????????????4 2.2 系统设计方案?????????????????5 3 便携式心电图仪的硬件设计???????????6 3.1 最小核心系统的设计??????????????7 3.1.1 处理器的选择????????????????7 3.1.2 最小核心系统电路的设计???????????8 3.2 人机交互界面的设计??????????????12 3.2.1 显示界面设计????????????????12 3.2.2 按键设计??????????????????14 3.3 前置放大电路以及右腿驱动电路?????????15 3.4 滤波电路以及陷波电路的设计??????????16 3.5 电源电路的设计????????????????18 4 便携式心电图仪的软件设计???????????19
4.1 软件开发平台?????????????????19 4.2 软件系统整体设计???????????????21 4.2.1 软件总体分析???????????????21 4.2.2 STM32 软件系统设计流程??????????21 4.2.3 软件总体流程图??????????????23 4.3 信号采集程序设计??????????????23 4.4 数字滤波程序设计??????????????25 4.5 液晶程序设计????????????????26 5 系统调试结果及误差分析???????????27 5.1 调试手段??????????????????27 5.2 测量调试以及分析??????????????28 5.2.1 采集电路的测试??????????????28 5.2.2 滤波算法测试???????????????29 5.2.3 整体测试和结果分析????????????30 结束语 ?????????????????????32 参考文献????????????????????34
心电图数据采集系统设计
目录 摘要 (2) 第一章绪论 (3) 1.1引言 (3)
摘要
第1 章绪论 1.1 引言 心电信号是人类较早研究并应用于医学临床的生物电信号 取抢救措旋，其中70％．80％的患者可以避免死亡。 随着电于技术的迅速发展，医用电子监测、监护系统，近年来己在临床中普遍应用。这类仪器是以心电图作为首位监护参数的，所以也称为心电监护。常规心电图是病人在医院静卧情况
下由心电图仪记录下来的心电活动，一般有12个导联，反映了额面和横面上的心电变化，可以从多个角度观察到心脏的活动情况。对心肌梗塞、早搏、左前支阻塞和左后分支阻塞等进行定位诊断，是心脏病诊断的重要手段之一，但是常规心电图仅记录6～100 阴性或可疑阳性的可疑冠心病人、不稳定性心绞痛的病人非常有用，对于冠状动脉痉挛引起的无症状性心肌缺血等症，尤其有效，而且，这些都是常规心电图检查难以发现的。此外，由于动态心电图能比较不同生理或病理状态下的心电图变化，还可用于医学
科学研究，例如取得正常情况下的各种心电图数据，与特定状态下的相应数据进行对比分析等等。可见它的用途是相当广泛的。动态心电图长时间的记录，不但使心电变化的检出率发生量的飞跃，还能使那些平静、仰卧状态下不会出现的心电变化揭示出来， 自动检测、存储心电信号，能对其进行实时监视，又可对其进行回放分析的低成本动态心电监测、监护及回放分析系统己经成为可能。
和复极化，并在此过程中与尚处于静止状态的邻近细胞膜构成一对电偶，此变化过程可用置于体表的一定检测出来。由心脏内部产生的一系列非常协调的电刺激脉冲，分别使心房、心室的肌肉细胞兴奋，使之有节律地舒张和收缩，从而实现“血液泵”的功
简单心电图仪设计论文
简易心电图仪 摘要：本系统主要以TI公司的低功耗msp430单片机为控制核心，由放大电路、右腿驱动电路、滤波网络、心电波形显示、存储与回放等模块组成。利用高精度仪表放大器INA128和精密放大器OP07级联的方式对两路心电信号放大。采用有源高低通滤波电路对心电信号进行综合处理。设计还采用了右腿驱动电路抑制干扰，提高了放大器的共模抑制比。单片机和液晶显示器实现了对心电波形的显示、存储与回放。最终达到各项指标的要求，实现了低功耗的特点。 关键字：示波器滤波网络右腿驱动OP07 NE5532
目录 一、绪论 (3) （一）研究背景 (3) （二）心电图仪的发展现状 (3) （三）研究意义 (4) 二、总体设计 (4) （一）便携式要求 (4) （二）设计框图 (5) 三、硬件设计 (5) （一）电极的选择 (5) （二）导联方式的选择 (6) （三）放大电路 (7) （四）滤波网络 (8) 四、软件设计 (9) （一）软件设计框图 (9) （二）程序源代码 (11) 五、测试 (11) （一）测试仪器 (11) （二）系统测试 (11) （三）测试结果 (12) 附录 (13) 附录一 (13) 附录二 (13)
一、绪论 (一)研究背景 有很多病情较轻或者处在康复期内的心脏病患者，在较长时期内都离不开心电监护系统；或者有些心脏病偶发患者需要长期、连续观察心电参数，以捕捉某一瞬间出现的症状；也有些偏远地区的医院遇到疑难病症，病人在较长时间内需要得到上级医院专家的观察。基于上述情况，开放一种便携的家用心电图仪，使得病人在家里可以观察并记录自己的心电信号，以备医生检查需求。 本设计介绍的就是一款体积小、重量轻、成本低、质量高、操作简单的便携式心电图仪。 (二)心电图仪的发展现状 20世纪80年代心电图仪的特点是小型化、记录时间长，回放系统使用了计算机，并能够准确计算心率、异位心搏和ST段改变，打印系统已经普遍配备激光打印机。 20世纪90年代后的心电图仪的特点是体积小、佩戴舒适、存储容量打、电波保真度搞等。 进入21世纪之后，心电图仪采用当今高速发展的无线网络，提高了系统报警及时性和全面性；采用数字信号处理器（DSP）以及ARM 作为处理核心，以强大的运算能力处理心电信号，省去大量模拟硬件电路；采用图形操作系统，为用户提供了友好界面，直观方便；存储器向着大容量发展，对于心电信号的存储显得游刃有余，为用户保存数据提供了方便；对低功耗的技术的深入，大大延长了系统的工作时
基于STM32的经典项目设计实例
13个基于STM32的经典项目设计实例，全套资料STM32单片机现已火遍大江南北，各种教程资料也是遍布各大网站论坛，可谓一抓一大把，但大部分都差不多。今天总结了几篇电路城上关于STM32 的制作，不能说每篇都是经典，但都是在其他地方找不到的，很有学习参考意义的设计实例。尤其对于新手，是一个学习stm32单片机的“活生生”的范例。 1.开源硬件-基于STM32的自动刹车灯设计 自动刹车灯由电池供电并内置加速度传感器，因此无需额外连接其他线缆。使用两节5号电池时，设计待机时间为一年以上(待机功耗66微安)，基本可以实现永不关机，即装即忘。 2.基于STM32F407的openmv项目设计资料 本项目是一个openmv，通过摄像头可以把图像实时传输给显示屏显示。MCU选择的是STM32F407（STM32F407数据手册），ARM Cortex-M4内核，最高频率可达180Mhz，包含一个单精度浮点DSP，一个DCMI（数字相机接口）。 3.STM32无线抢答器 无线抢答器采用STM32F302（STM32F302数据手册）芯片主控，同时用蓝牙，语音模块，数码管，七彩灯等部件构成，当主持人按下抢答键时，数码管进入倒记时，选手做好准备，当数码管从9变为0时，多名选手通过手机上虚拟按键进行抢答，同时语音播报抢答结果，显示屏上显示选手的抢答时间。 4.基于ARM-STM32的两轮自平衡小车 小车直立和方向控制任务都是直接通过控制小车两个电机完成的。假设小车电机可以虚拟地拆解成两个不同功能的驱动电机，它们同轴相连，分别控制小车的直立平衡、左右方向。 5.基于STM32F4高速频谱分析仪完整版（原创） 本系统是以STM32F407（STM32F407数据手册）进行加Blackman预处理，再做1024个点FFT进行频谱分析，最后将数据显示在LCD12864上，以便进行人机交互！该系统可实现任意波形信号的频谱显示，以及可以自动寻找各谐波分量的幅值，频率以及相位并进行8位有效数据显示。 6.基于STM32F4的信号分析仪设计（有视频，有代码） 这次基于discovery的板子做一个信号分析仪，就是练手，搞清楚STM32F4（STM32F4系列数据手册）中的USB固件编写，USB驱动的开发，上位机UI开发等一整套流程，过一把DIY的瘾。 7.基于STM32F4的解魔方机器人-stm32大赛二等奖（有视频） 本系统是基于Cortex-M4内核的STM32微控制器的解魔方机器人，在硬件方面主要有OV7670摄像头，LCD，舵机，在软件方面主要有OV7670的驱动，摄像头颜色识别算法，解魔方算法和舵机动作算法。整个设计过程包括电子系统的设计技术及调试技术，包括需求分析，原理图的绘制，制版，器件采购，安装，焊接，硬件调试，软件模块编写，软件模块测试，系统整体测试等整个开发调试过程。
《简易心电图仪(B题)》作品解析
《简易心电图仪（B 题）》作品解析 瞿安连 一、 题目意图及知识范围 本题侧重于弱信号的检测，其内容涵盖了较丰富的模拟电子技术知识，主要包括放大器、噪声抑制、有源滤波等内容。在1999年举行的第四届全国大学生电子设计竞赛中曾有测量放大器（A 题）的设计课题与本题属同一类型，但本题对噪声抑制的要求更高，并增添了有源滤波器的内容。题目具有一定趣味性，且难度适中容易入手。 本题基本部分涉及基本仪表放大电路和稳压电路以及放大器的增益、频率响应、共模抑制比、输出电压动态范围、稳压电源噪声等基本知识。在本题示意图的帮助下，不同类型学校和专业的学生应该都能完成本题所要求的内容。 本题发挥部分所涉及的内容要求学生具备较宽的知识面和应变能力，对模拟电路提出了更高的技术指标，如果要实现心电波形的存储、回放，还必须加入单片机基本系统，从而包含了有关数字电路、微机接口电路等课程的基本内容，一般需要将硬件和软件的知识密切配合才能达到，能较好地考核学生是否能综合运用所学知识解决本专业的问题以及是否具备一定的创新能力。此外，发挥部分允许加入其它功能，给学生留有一定的发挥空间。 考虑到电子竞赛的实际情况，简易心电图仪只要求记录一路或两路心电图（标准I 、II 导联），而不像标准心电图仪那样能记录十二路心电图，以避免涉及过多的心电图学知识。与人体皮肤接触的电极也不要求使用标准的银/氯化银电极，只需用铜皮自制（题目说明中给出制作和使用方法）。除此之外，本题的基本技术要求大部分已十分接近于实际心电图仪。为便于学生进行人体实测心电图，题目说明中也指出测试中应注意的事项。 二、 设计重点与方法 1. 基本要求 本题基本部分的设计重点在心电信号放大器、有源滤波器和低噪声稳压电源。其中，良好的低噪声稳压电源设计将十分有利于达到系统的噪声指标。 （1）心电信号放大器设计 心电信号放大器的设计是达到各项技术指标的关键环节。 ① 基本差分放大电路存在的问题 使用基本差分放大电路可以抑制共模干扰，但是，用图1 (a)所示电路测量人体心电信号存在以下两个问题： O O v v (a) 测量电路示意图 (b) 等效电路 图1 用简单差分电路测量人体心电信号 a. 信号源电阻是变化的。以心电作为信号源的等效电路如图1 (b)所示，其中信号源电
7个基于STM32单片机的精彩设计实例
7个基于STM32单片机的精彩设计实例，附原理图、代码等相关资料 STM32单片机现已火遍大江南北，各种教程资料也是遍布各大网站论坛，可谓一抓一大把，但大部分都差不多。今天总结了几篇电路城上关于STM32的制作，不能说每篇都是经典，但都是在其他地方找不到的，很有学习参考意义的设计实例。尤其对于新手，是一个学习stm32单片机的“活生生”的范例。 1、STM32与FPGA强强联合，实现完整版信号发生器 话说之前看过作者的另外一个作品，是STM32和FPGA实现的示波器，当然感觉不做。现在作者又推出了信号发生器。重点是TFT触屏来控制波形，相当于一个终端，STM32用来通信，起到了FPGA和TFT之间的纽带作用。最后波形输出作者使用了巴特沃斯滤波器，让输出的波形更加干净。虽然以高端的信号发生器无法比拟，但是用于平时信号输出使用时足够了。 2.采用STM32单片机基于uCOS II系统控制VS1053B语音芯片制作的MP3播放器 一看到uCOS II，就觉得是个高级货，绝对不是一般的小打小闹。该制作耗时半年能完成制作，不得不佩服作者的坚持。这个使用了VC1053B音频模块，TFT液晶显示，还是用了NRF24L01无线模块（暂时没明白这个无线如何使用的），最后作者还很细心的提供了理论指导，方便大家制作。 3.使用OV7670让STM32转身变成照相机（附原理图、代码源文件） 经常使用STM32的同学有没有做过照相机呢？虽说在智能手机遍布的时代，正经相机也要束之高阁了。但是能使用STM32做个相机，拿出去拍个照也是非常拉风的。这个相机使用了ST32F103C8T6（ST32F103C8T6数据手册），摄像头用的是OV7670，带SD卡和触摸屏2.4寸，整体尺寸和卡片机差不多。 4.基于STM32的手机WIFI 控制四轴飞行器设计 我们平时看到的四轴飞行器多是遥控手柄控制的，给你推荐的这个是手机通过wifi就可以控制了，重点在作者还提供了安卓版本的app，直接安装就可以控制飞行器了，当然前提是要根据作者提供的原理图、pcb、代码做出个飞行器了。对APP感兴趣的朋友不妨写写ios 版本的。 5、使用STM32F103RC实现数字万用表设计，具备常用功能 作为电子工程师，最经常用到的就是万用表，可以很少人知道万用表里面的结构、测电压的过程。现在就有人用STM32F103（STM32F103数据手册）做了个数字万用表，只有三个常用功能：测电压（0-50v），测电阻（1k-390k），短路档，使用了LCD5110显示数据，大家不妨动动手开发其他功能。 6、基于RFID技术、以STM32为终端的智能小区管理系统 话说现在高档小区越来越多，对小区的智能化管理也在日渐智能化。这个设计就使用了当下很火的wifi智能控制。系统由多个智能服务终端和系统服务器所组成。智能服务终端就是一个基于STM32的完备系统，涵盖了室内环境监测、高温火警GSM报警、A卡管理助手、天气助手、用户电子账单、万年历、小区意见反馈等功能。
简易心电图仪的设计【文献综述】
文献综述 电子信息工程 简易心电图仪的设计 前言 随着社会的发展和物质生活水平的不断提高 ,人们对健康的重视程度与日剧增 ,特别是近年来社会老龄化的加剧 ,而且每年心血管疾病的发病率也不断上升。目前心血管疾病成了威胁人类生命的主要疾病 ,心脏病已经成了世界上死亡率最高的疾病。鉴于这种严峻形势 ,提高预防和监测该疾病的手段势在必行。而心电信号检测是发现心脏病的最直接手段 ,但目前医院用的心电监护仪价格昂贵 ,维护费用高 ,患者检查的经济负担重 ,不能做到随时随地都能检查[1]。 因此设计一种便携式、价格便宜且实用的心电监护仪器具有重要意义。 主题 根据简易心电图仪设计的要求，并充分考虑各种因素，制定了整体设计方案：以前置小信号放大模块、滤波网络模块、数字处理模块三大部分为主体系统： 图1.1心电图仪基本框架 输入模块 为了满足临床诊断的要求，对心电图仪的电极位置和引线以及与放大器的连接方式有统一规定，称为心电图的导联系统。目前广泛应用的是 12 导联系统。其中，又分为双极肢
体导联、单级肢体导联和单级胸前导联。考虑到题目要求，我们仅采用双极肢体导联，这组导联方式又称为标准导联[2]。 在此模块设计方案中引入屏蔽驱动和右腿驱动，以提高系统的共模抑制能力，进而使系统抑制干扰的能力大大增强。①屏蔽驱动。与人体相接触的电极到前置放大器之间有两根约1.5m 的导联引线，导联引线用屏蔽电缆。信号线和电缆屏蔽之间存在分布电容，而两根导联线的分布电容不可能完全相等，加之电极阻抗的不平衡，导致包括输入回路在内的整个放大系统的共模抑制能力降低，从而使抑制干扰的能力下降，为了消除屏蔽层电容的不良影响，可使导联线的屏蔽层不接地，从而取出放大电路的共模电压端，与屏蔽层连接。②右腿驱动。人体自身通过各种渠道从环境中拾取工频50Hz交流电压，在心电测量中，形成交流干扰，这种交流干扰常在几伏以上。为了消除这一交流干扰，采用右腿电极经电阻与放大器接地端相连，以降低人体的共模电压。把通过电阻网络取出的交流共模电压，送入右腿驱动放大器放大，经过一个限流电阻接到右腿电极，即等效为以人体为相加点的共模电压并联负反馈电路[3]。 前置放大模块 心电图仪的前级放大器在整机中处于非常重要的地位，决定了整机的主要技术指标。心电图仪前置放大器要求噪声尽可能低和共模抑制比尽可能高。为了提高共模抑制比，直接选用低噪声、高共模抑制比、高输入阻抗、低功耗的高性能仪表放大器.由于它的匹配电阻是在内部集成的所以其共模抑制比是不难达到 80dB 的，使仪器稳定性大为增加。 二级放大模块 差放的外信号输入分差模和共模两种基本输入状态[4]。把信号加到两输入端口之间，当输入信号vo1、vo2大小相等、极性相反时，称为差模输入状态。此时，外输入信号称之为差模输入信号，用vid表示。同理，把外信号加到两输入端口与地之间，当vo1、vo2大小相等、极性相同时，称之为共模输入状态，此时的外输入信号称为共模输入信号，以vIC表示。当输入信号使vo1、vo2的大小不对称时，输入信号可以看成是由差模信号vId和共模信号vIc 两部分组成，其中动态时分差模输入和共模输入两种状态。 (1)当差模输入信号的放大作用为差模信号vId输入(共模信号vIc=0)时，差分放大器两输入端的信号大小相等、极性相反时，即vo1=－vo2=vId/2,因此差动对管电流增量的大小相
基于stm32的智能小车设计毕业设计
海南大学 毕业论文（设计） 题目：基于stm32的智能小车设计学号：20112834320005 姓名：陈亚文 年级：2011级 学院：应用科技学院（儋州校区） 学部：工学部 专业：电子科学与技术 指导教师：张健 完成日期：2014 年12 月 1 日
摘要 本次试验主要分析了基于STM32F103微处理器的智能小车控制系统的系统设计过程。此智能系统的组成主要包括STM32F103控制器、电机驱动电路、红外探测电路、超声波避障电路。本次试验采用STM32F103微处理器为核心芯片，利用PWM技术对速度以及舵机转向进行控制，循迹模块进行黑白检测，避障模块进行障碍物检测并避障功能，其他外围扩展电路实现系统整体功能。小车在运动时，避障程序优先于循迹程序，用超声波避障电路进行测距并避障，在超声波模块下我们使用舵机来控制超声波的发射方向，用红外探测电路实现小车循迹功能。在硬件设计的基础上提出了实现电机控制功能、智能小车简单循迹和避障功能的软件设计方案，并在STM32集成开发环境Keil下编写了相应的控制程序，并使用mcuisp软件进行程序下载。 关键词：stm32;红外探测;超声波避障;PWM;电机控制
Abstract This experiment mainly analyzes the control system of smart car based on microprocessor STM32F103 system design process. The composition of the intelligent system mainly including STM32F103 controller, motor drive circuit, infrared detection circuit, circuit of ultrasonic obstacle avoidance. This experiment adopts STM32F103 microprocessor as the core chip, using PWM technique to control speed and steering gear steering, tracking module is used to detect the black and white, obstacle avoidance module for obstacle detection and obstacle avoidance function, other peripheral extended circuit to realize the whole system function. When the car is moving, obstacle avoidance program prior to tracking, using ultrasonic ranging and obstacle avoidance obstacle avoidance circuit, we use steering gear under ultrasonic module to control the emission direction of ultrasonic, infrared detection circuit is used to implement the car tracking function. On the basis of the hardware design is proposed for motor control function, simple intelligent car tracking and obstacle avoidance function of software design, and in the STM32 integrated development environment under the Keil. Write the corresponding control program, and use McUisp program download software. Keywords：STM32；Infrared detection；Ultrasonic obstacle avoidance；PWM；Motor control
心电图仪器
简易心电图仪 指导教师： 操长茂、吴幼芬 队员及年级：易淑华、 胡苗苗、 曹鹏 (专科组，2006级) 学校与院系：江汉大学高等职业技术学院 摘要: 本系统以TI公司的高精度仪表放大器INA2331和低功耗MSP430单片机为核心，实现了两路心电信号的采集、存储和显示。设计采用右腿驱动电路和高通负反馈滤波器等抑制干扰措施，提高了放大器的共模抑制比；选用内部资源丰富的MSP430单片机和液晶显示器LCD实现了心电信号的存储和回放。结果表明系统各项技术指标达到了设计要求，具有低功耗低成本的特点。 Abstract：The system which takes the high-precision instrumentation amplifier INA2331 and low-power MSP430 MCU as the core has realized two_channel ECG’s detection, storage and display。It adopts a right-leg -driven circuit、a high-pass filter with reverse feedback and so on，which makes the CMRR of the preamplifier higher。By adopted the inner resourceful MSP430F449 single chip and LCD the ECG can be recorded and playbacking demonstrated。The results indicate that the major technical specifications of the system meet the design requirements, The system has the following features, such as low-power、and low-cost。
基于STM32的简易电子计算器设计与实现
四川师范大学成都学院通信工程学院 基于STM32的简易电子计算器设计与实现---实验综合设计报告 学生姓名陶龑 学号2016301033 所在学院通信工程学院 专业名称嵌入式系统课程设计 班级2014级软件班 指导教师刘强 成绩 四川师范大学成都学院 二○一六年十一月
基于STM32的简易电子计算器设计与实现内容摘要：电子计算器即将传统意义上的计算器进行电子化和数字化，为其减少时间误差和体积，并提供更多的扩展实用功能，从而使电子计算器的应用更加广泛。在经过资料的查找与收集后，本论文以该理念设计了一款基于STM32芯片作为核心控制器，使用Keil5平台，以C语言为基础进行软件编程的简易电子计算器，其内在TFT-LCD液晶屏进行输出，以四个按键进行输入，从而实现显示输入数据以及加减乘除运算的基本功能。 通过软件程序的编写、硬件电路原理的实现、电子计算器正常工作的流程、原理图仿真实现、硬件实物的安装制作与硬件实物的调试过程，该简易电子计算器现可用于日常生活和工作中。 关键词：简易电子计算器STM32 C语言Keil5
Design and implementation of Multi Function Electronic Clock based on STM32 Abstract: The traditional electronic calculator calculator for electronic and digital, to reduce the time error and volume, and provide more extended utility function, so that the more extensive application of electronic calculators. After searching and collecting data, in this paper, the concept of a design based on STM32 chip as the core controller, using Keil5 platform, simple electronic calculator based on C language software programming, the TFT-LCD LCD screen for input and output, with four keys, so as to realize the display of input data and the basic the function of add, subtract, multiply and divide operations. Through the software program, hardware circuit principle of the electronic calculator realization, normal work process and the principle of graph simulation, hardware installation and hardware debugging process, the simple electronic calculator is used in daily life and work. Key words: Simple electronic calculator STM32 language C Keil5
基于STM32的嵌入式操作系统程序设计及实现本科毕业论文 精品
本科毕业论文（设计） 论文题目：基于STM32的嵌入式操作系统程序设计及实现 姓名：郝宇 学号：0930******** 班级：01班 年级：2009级 专业：电子信息工程学院：信息工程学院指导教师：丁光哲讲师完成时间：2013年5月20日
作者声明 本毕业论文（设计）是在导师的指导下由本人独立撰写完成的，没有剽窃、抄袭、造假等违反道德、学术规范和其他侵权行为。对本论文（设计）的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。因本毕业论文（设计）引起的法律结果完全由本人承担。 毕业论文（设计）成果归武昌工学院所有。 特此声明 作者专业：电子信息工程 作者学号：0930******** 作者签名： 年月日
基于STM32的嵌入式操作系统 程序设计及实现 郝宇 The Design and Implementation of embedded operating system program based on STM32 Hao, Yu 2013年5月20日
摘要 随着科学技术不断的进步，工业生产越来越先进复杂，操作系统μC/OS-II 是高效、稳定、可靠、节能的系统，广泛应用安防，消费电子中。而基于Cortex-M3架构下的STM32是一款性价比优越新型微处理器，将μC/OS-II移植到STM32 上能够发挥其高效的性能，从而投入社会生产，制造出很多有用又实惠的电子产品，为我们的生活带来便利。 本文主要的研究内容是μC/OS-II操作系统理论分析、移植方法、应用程序设计及调试仿真实现。首先，对μC/OS-II的理论分析，研究其实际应用及系统结构；其次，分析STM32硬件平台及μC/OS-II的移植需求；最后，在μC/OS-II 上开发LCD，LED，按键KEY等应用程序，并对多任务系统调试分析。主要研究结论如下： （1）μC/OS-II操作系统主要分为任务管理、内存管理和时间管理三大部分，其间通信是通过消息队列和消邮箱。 （2）μC/OS-II移植主要在OS_CPU.H，OS_CPU_C.C，OS_CPU_A.ASM三个文件中，涉及到数据类型、堆栈、中断定义和任务切换等。 （3）应用程序设计优先级分配要合理，硬件平台初始化模块化处理。 关键词：嵌入式系统；μC/OS-II；移植
基于单片机的心电图仪系统设计说明
简易心电图仪的设计方案 设计者：汪仨王彪鲁成华谭桂仁华超柱康 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围为0.05Hz~100Hz，幅度约为0~4mV，信号十分微弱。由于心电信号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
简易心电图仪
题目：简易心电图仪姓名：昌磊 学号：20121004148 班级：076121
摘要：本简易心电图仪由前置放大电路、抑制共模信号电路、低通滤波电路、工频50Hz的带阻滤波电路及数字信号处理、存储模块构成。本设计前级采用差分式仪表放大器INA128,用于放大在人体体表采集的微弱心电信号，中间级采用双T陷波滤除50Hz工频干扰，再经过高通、低通滤波和末级放大实现心电信号的测量。并使用MSP430单片机AD采样，将采样信号存储到flash中存储，再通过DA转换输出到示波器，可以形象直观地反映心电信号，并且通过键盘控制实现心电波形回放功能。关键字：简易心电图仪，INA128，MSP430，flash存储器 一、方案论证与比较 心脏跳动产生的电信号，使身体不同部位的表面产生的电位变化，将其记录下来就可以得到心电图（Electrocardiograph ,ECG）。心电信号的特点：信号十分微弱，常见的心电频率一般在0.05～100Hz之间，能量主要集中在17Hz附近，幅度小于5mV，心电电极阻抗为1~50KΩ。这三组基本参数，是设计心电图仪的主要依据。在检测生物电信号的同时存在强大的干扰，主要有电极移动引起基线漂移(一般小于1Hz)，电源工频干扰(50Hz)，肌电干扰(几百Hz以上) 电源工频干扰主要是以共模形式存在，幅值可达几V甚至几十V，所以心电放大器必须具有很高的共模抑制比。电极极化电压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，因此心电放大器的前级增益不能过大，而且要有去极化电压的RC常数电路。因此本系统设计的关键和难点在于抑制噪声。根据指标要求，本系统由前置放大电路、抑制共模信号电路、低通滤波电路、工频50Hz的带阻滤波电路及数字信号处理模块构成。 1.输入导联模块 （1）导联方式 为了满足临床诊断的要求，对ECG的电极位置和引线以及与放大器的连接方式有统一规定，称为心电图的导联系统。目前广泛应用的是12导联系统。其中，又分为双极肢体导联、单极肢体导联、单极胸前导联。考虑到题目要求，我们仅采用双极肢体导联。这种导联方式又称标准导联，其具体的连接方式如图1.1所示。