论文总字数：21612字

摘 要

本文开发了一种基于C8051F单片机的心电数据采集系统。心电数据采集系统是心电图检测仪的关键部件。在医学方面,以心电数据采集系统为代表的计算机数据采集系统为医生更好的诊断和医治心脏疾病提供了可靠依据。本文首先介绍了心电信号的相关知识，其次进行心电信号模拟电路的设计，通过放大电路、滤波电路等对心电信号进行调理使其能被无失真的提取,并进行A/D转换。最后利用串行通信接口技术实现单片机与PC上位机之间的通信并进行仿真，从而实现心电数据采集系统的设计。

关 键 词：C8051F，心电信号，数据采集，滤波电路

Abstract：This paper developed a kind of ECG data collection system which is based on SCM C8051F. ECG data collection system is the key components of electrocardiogram (ECG) detector. In the field of medicine, the computer data collection system,which is represented by ECG data collection system, provided better diagnose and treatment of heart disease for doctors. This paper firstly introduced some related knowledge of electrocardiogram signal.Then,it designed analogous circuit of the electrocardiogram signal, which aims to regulate electrocardiogram signal to make the electrocardiogram signal be extracted undestroyed by amplifying circuit, filtering circuit and so on,and convert it by A/D machine.Finally, the design of ECG data collection system was realized through the serial communication interface technology, which is used to realize the communication and simulation between SCM and upper machine of PC.

Keywords：C8051F，ECG，Data collection，Filter circuit

目 录

1 绪论 4

1.1 引言 5

1.2 本课题主要研究内容 5

1.3 本课题研究意义 5

2 系统概述 6

3 心电信号相关知识 6

3.1 引言 7

3.2 心电的起源和心电图 7

3.2.1 心电的产生 7

3.2.2 心电信号特征 7

3.3 心电信号的噪声 8

4 心电信号模拟电路的设计 8

4.1 放大电路整体要求 8

4.2 系统结构及信号调理 10

4.2.1 前置放大电路 10

4.2.2 主放大电路和电平抬升电路设计 10

4.2.3 带通滤波电路 12

4.2.4 抗工频干扰电路设计 13

4.3 A/D转换器 14

4.4 A/D转换器的选择 15

4.5 ADC模块 15

5 单片机数据采集系统 16

5.1 单片机系统性能特点 18

5.1.1 单片机选型要求 18

5.1.2 C8051F单片机性能特点 19

6 计算机接口电路 20

6.1 接口的功能特点和传输方式 20

6.2 数据采集的串行通信接口技术 21

6.3 PC机和单片机之间的通信 22

7 系统软件设计及仿真 24

7.1 软件设计 24

7.2 原理总图 26

7.3 仿真 27

总结 28

参考文献 29

致 谢 30

附录 31

1 绪论

1.1 引言

心电信号在人类临床医学上较早研究并应用的生物电信号之一，因为心电信号呈现一定的规律性并比其他的生物电信号更易检测。自从1903年心电图引入医学临床以来，在工程学和生物医学方面，对心电信号的采集、处理、和分析的相关技术均得到了较快发展，同时也积累了相当丰富的经验。当前，对心电信号进行准确的采集、处理、分析仍然是生物医学工程界的重要研究对象之一。

1.2 本课题主要研究内容

本论文课题所研究内容主要有如下几个方面：

首先,我们把原始信号进行扩大,使得原本的弱电信号可以提取强噪声环境下的心电信号特征信息。

其次,我们根据信号频率特性，滤波电路干扰信号过滤,为了取得比较纯粹的信号。然后模拟心电图信号通过A/D转换,能够成为被机器识别和数字信号处理。

最后,由上、下位置机器彼此通信,单片机处理显示上传的信号并做进一步处理,将转移主要信息,记录与存储,以便于医生准确的诊断、处理心电信号。该主题安排了如下几方面的任务:该主题是设计心电信号数据采集系统,经过单片机实现对心电信号的采集和处理,并通过个人电脑显示出心电波形。该心电信号采集系统主要有以下几个部分组成：

1、前置放大电路：从比较强的噪声背景里提取出心电信号。

2、带通滤波电路：允许频率为0.05—1OOHz的心电信号经过，此范围之外的信号将会大幅度的衰减。

3、主放大电路：让前级放大心电信号再一次放大，以匹配A/D转换电路的电压方面的要求。

4、50Hz陷波电路：用来滤除50Hz的工频干扰。

5、35Hz陷波电路：用来滤除肌电干扰。

6、电平抬升电路：用于抬升电平。

7、A/D转换电路：把系统采集到的模拟信号转变为数字信号。

8、PC机及单片机：处理采集到的数据并输出显示。

1.3 本课题研究意义

对心电信号的检测和临床医学中最广泛的使用。因此,心电图的数据准确、实时的收集和处理对心电信号的检测非常关键。心电图数据采集强噪声的背景时,经过电极0.05 Hz —100Hz弱心电图的信号测试,放大之后和A/D转换器转换成计算机进行处理。随着计算机的引入,信号分析、存储等功能比传统心电图有较大优势。

心脏病已然变成影响人类健康的主要疾病中的一种。根据统计,心脏病的死亡率在目前看来仍占据首位。世界上大约有三分之一的死亡是死于这种疾病,较多患者没有找出哪些方法而耽误了治疗。在我们国家，心血管疾病的死亡人数占总死亡人数的比例还是比较大的,心脏病的多发病已经危害人类。所以,心血管疾病的治疗一直被医学界所重视。及时地治疗、预防心脏病的死亡,有着十分重要的意义。由于电子技术飞速的发展,医疗电子检测与监控系统在近年来逐渐应引入临床应用。目前,医生基本上是常规心电图诊断、心电向量图等手段,根据患者的心电图波形振幅大小变化规律和不一样的时间去推断心脏内的病变区域或者轻重程度,在临床应用中较受欢迎。

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