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基于DSP的便携式心电信号采集系统的研究与设计

作　者: 张三军
导　师: 郭庆
学　校: 桂林电子科技大学
专　业: 测试计量技术及仪器
关键词: 心电信号数字滤波 DSP 信号处理
分类号: TH772
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 154次
引　用: 2次
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内容摘要

随着人们生活水平的提高,心脏病的发病率越来越多,以其突发性的特点,成为人类生命健康的“头号杀手”,严重影响人们的日常生活。目前国内准确、经济、实用的便携式心电仪还不普遍,人们无法在心脏突感不适时,将心电信号记录下来,以备医生诊断时使用。心电图(ECG)是反映心脏电生理活动的一项客观指标,心电的各项参数与人体的健康状况直接相关。因此,研究一种适合多数人使用的便携式心电信号记录仪很有意义。心电信号的频率低,幅度小,易受外界环境的干扰,属于微弱信号的范畴。本文在分析微弱信号的特点及现有检测方法的基础上,详细讨论了心电信号的形成过程、特点及其所受到的外界干扰的来源,给出不同于传统微弱信号采集的数字信号处理技术,并给出用数字信号处理微弱信号的优势,最后提出基于高性能嵌入式微处理器DSP的便携式心电信号采集系统的设计。本系统由心电信号的调理模块、以DSP为核心的中央处理模块及外围辅助模块组成。心电信号调理模块主要完成信号的前置放大、脱落检测、右腿驱动和模拟滤波器等功能电路的设计。中央处理模块采用高性能、低功耗、处理能力强的DSP处理器TMS320VC5416,实现对心电信号的数字滤波及频谱分析。外围电路主要实现大容量数据存储、信号线的逻辑控制及时域频域的显示,实现连续动态的心电监护,并给出报警提示存储的功能。测试结果表明,该系统工作稳定、性能良好,达到设计要求,具有一定的实用价值。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
第一章绪论  8-11
  1.1 研究现状和意义  8
  1.2 国内外研究现状  8-10
  1.3 论文的主要研究内容  10-11
第二章微弱信号与心电信号检测  11-24
  2.1 微弱信号检测  11-16
    2.1.1 前言  11
    2.1.2 微弱信号检测的任务  11-12
    2.1.3 微弱信号检测的主要方法  12-16
  2.2 心电检测概述  16-19
    2.2.1 心电信号的形成  16
    2.2.2 心电波形介绍  16-17
    2.2.3 心电电极及导联体系  17-19
  2.3 心电信号特征及干扰源  19-22
  2.4 心电信号放大器设计要求  22
  2.5 数字信号处理与心电信号检测  22-23
  2.6 本章小结  23-24
第三章心电信号调理模块设计  24-32
  3.1 前置放大电路  24-27
    3.1.1 差分放大电路  24-26
    3.1.2 右腿驱动电路  26
    3.1.3 屏蔽线驱动  26-27
  3.2 脱落检测  27-28
  3.3 时间常数、带通滤波及主放大电路  28-29
  3.4 陷波及电平提升  29-31
  3.5 DC-DC电路  31
  3.6 本章小结  31-32
第四章中央处理模块  32-46
  4.1 系统结构  32
  4.2 中央处理模块设计  32-34
    4.2.1 DSP体系结构分析  32-33
    4.2.2 DSP芯片选型  33-34
  4.3 A/D器件选择  34-36
    4.3.1 TLV1571简介  34-35
    4.3.2 TLV1571电源设计  35-36
  4.4 DSP最小系统设计  36-38
    4.4.1 DSP电源及复位设计  36-37
    4.4.2 JTAG设计  37-38
    4.4.3 时钟设计  38
  4.5 中央存储器  38-41
    4.5.1 扩展程序存储器  38-40
    4.5.2 扩展数据存储器  40-41
  4.6 液晶显示  41-42
  4.7 键盘设计  42-43
  4.8 CPLD设计  43-45
    4.8.1 MAX7000S系列结构  43-44
    4.8.2 CPLD系统构建  44-45
  4.9 本章小结  45-46
第五章系统软件设计  46-72
  5.1 DSP软件开发环境  46
  5.2 系统软件总体设计  46-47
  5.3 系统初始化  47
  5.4 AD初始化  47-48
    5.4.1 寄存器设定  47-48
    5.4.2 AD设置注意事项  48
  5.5 心电数字滤波处理  48-56
    5.5.1 低通滤波和陷波器设计  49-51
    5.5.2 基线漂移  51
    5.5.3 50Hz工频滤波  51-56
  5.6 心电信号的频域显示  56-62
    5.6.1 DFT理论[27]  56-57
    5.6.2 按时间抽取（DIT）的基-2 FFT算法  57-60
    5.6.3 频率分辨率和加窗  60-61
    5.6.4 频谱分析  61-62
  5.7 QRS波检测  62-64
    5.7.1 R波的检测  63
    5.7.2 QRS波群宽度的计算  63
    5.7.3 幅度阈值调整  63-64
  5.8 心电异常分析  64
  5.9 报警实现  64-65
  5.10 键盘扫描与处理  65-66
  5.11 液晶显示编程  66-67
    5.11.1 液晶初始化  66-67
    5.11.2 心电波形显示  67
  5.12 自举引导程序设计  67-71
  5.13 本章小结  71-72
第六章系统调试及结果分析  72-81
  6.1 硬件电路调试  72-75
    6.1.1 心电采集模块调试  72
    6.1.2 DSP系统调试  72-74
    6.1.3 CPLD调试  74-75
  6.2 软件调试  75-76
    6.2.1 液晶调试  75-76
    6.2.2 系统级联调试  76
  6.3 系统测试及结果分析  76-81
第七章总结与展望  81-83
  7.1 总结  81
  7.2 展望  81-83
参考文献  83-86
致谢  86-87
作者在攻读硕士期间主要研究成果  87-88
附录A: 硬件电路图  88-91
附录B: 滤波部分程序  91-92

基于DSP的便携式心电信号采集系统的研究与设计

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