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基于windows xp嵌入式系统的心电检测分析仪

作　者: 吴宏雷
导　师: 董有尔
学　校: 山西大学
专　业: 物理电子学
关键词: Windows XP嵌入式系统 PC架构硬件平台 C8051F021 TMS320C5509 ECG
分类号: R197.39
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

随着电子技术和数字信号处理技术的发展,心电监护医疗仪器步入了新的发展阶段---数字化医疗设备。由于嵌入式系统具有体积小、功耗低、性价比高,便于携带等优势,使得嵌入式设备逐渐成为医疗器械发展的主流。另一方面嵌入式医疗设备的开发也符合全球嵌入式工业化的潮流,适应我国加速知识创新和建立面向21世纪知识经济的需要,为我国嵌入式系统应用水平实现跨越式发展做出应有的贡献。目前,英特尔和AMD推出了一系列基于X86处理器的小体积、低功耗的PC机平台。这促使着Windows XP嵌入式医疗设备必然将会成为便捷式仪器开发的一大趋势。针对目前关于Windows XP嵌入式设备的开发研究较少的现象,本文设计制作了一套基于Windows XP嵌入式系统的心电检测分析仪器。本文在开发基于Windows XP嵌入式系统的心电检测分析仪器的过程中,主要完成了以下工作：(1)研究了Windows XP嵌入式操作系统定制方法,并定制了一套适合嵌入式心电仪器应用的Windows XP嵌入式操作系统。(2)设计了心电信号采集和处理的硬件电路,包括基于C8051F021单片机的心电数据采集电路和基于TMS320C5509的心电数据处理电路。心电数据采集电路主要包括：前置放大器、带通滤波器和50Hz陷波器。前置放大器利用的是AD622仪表放大器,该放大器的共模抑制比是100dB。设计出了一套工作稳定、性能优异的滤波器。心电数据处理电路主要包括数据采集电路和90度相移全通滤波器。数据采集电路是由TMS320C5509和三片TLC4541芯片组成,实现了对心电高速采集,最高速度可达200ksps,采样精度高达16位。90度相移全通滤波器的误差小于±0.9度,频率带宽是2Hz-400Hz。(3)利用Keil编写了C8051F021单片机数据采集程序。该程序可以实现对心电标准十二导联和心向量导联信号的采集。采集方式分为一导联采集、三导联采集和十二导联采集。(4)利用CCS编写了TMS320C5509的心电数据处理程序。该程序主要实现了对心电数据的算法处理,包括快速中值滤波算法、改进型的自适应滤波算法。(5)利用VB和VC++开发了基于Windows XP嵌入式系统的心电人机接口应用软件。该软件实现了心电波形的实时显示、心电数据的保存、与单片机之间的串口通信功能和与DSP之间的USB接口通信功能等。(6)研究了中值滤波算法、改进型的自适应滤波算法的原理,并利用MATLAB对改进型的自适应滤波算法和中值滤波算法做了仿真处理。本文所研究Windows XP嵌入式操作系统的定制方法,可以应用于其它相关Windows XP嵌入式设备中。所设计的心电信号采集和处理系统工作稳定、性能优越,为制作高性能的心电检测仪器奠定了基础。

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中文摘要 10-12Abstract 12-14第一章绪论 14-20 1.1 研究的目的和意义 14-15 1.1.1 嵌入式检测分析仪市场巨大 14 1.1.2 课题来源与研究意义 14-15 1.2 国内、外相关技术的研究现状 15-17 1.3 本文的主要内容 17-20第二章 Windows XP嵌入式系统 20-34 2.1 Windows XP嵌入式系统概述 20-23 2.1.1 Windows XP嵌入式系统特性 20-21 2.1.2 Wndows XP嵌入式系统的优势 21-22 2.1.3 Windows XP嵌入式系统的开发环境 22-23 2.2 Windows XP嵌入式系开发 23-31 2.2.1 XP Embedded开发流程 23-24 2.2.2 如何构建功能比较完善的XPE 24-25 2.2.3 组件 25-26 2.2.4 宏组件的定制 26-27 2.2.5 设备驱动组件的定制 27-29 2.2.6 应用程序组件的定制 29-30 2.2.7 生成XPE操作系统镜像 30-31 2.3 实现特殊要求的windows xp嵌入式操作系统 31-33 2.3.1 自定义壳类型的定制 31-33 2.3.2 开关机画面类型的设定 33 2.4 小结 33-34第三章心电检测分析仪的硬件电路设计 34-62 3.1 心电信号采集处理系统整体设计方案 34-37 3.2 模拟部分电路的设计 37-56 3.2.1 导联转换电路 37-41 3.2.1.1 十二导联心电图及其导联电路 37-40 3.2.1.2 心电向量图及其导联电路 40-41 3.2.2 前置运算放大器 41-42 3.2.3 光耦隔离放大器 42-43 3.2.4 滤波电路设计 43-56 3.2.4.1 低通滤波器的设计 44-46 3.2.4.2 高通滤波器的设计 46-48 3.2.4.3 50Hz带阻滤波器的设计 48-51 3.2.4.4 滤波效果的验证 51-52 3.2.4.5 90度相移全通滤波器的设计 52-55 3.2.4.6 无源高通滤波器的设计和应用 55-56 3.3 数字部分电路的设计 56-60 3.3.1 基于C8051F021的心电控制系统 56-58 3.3.2 基于C8051F021的数据采集处理模块的设计 58-59 3.3.3 基于TMS320C5509的心电数据采集处理系统 59-60 3.5 小结 60-62第四章心电检测分析仪的软件系统设计 62-112 4.1 基于C8051F021的单片机程序开发 62-77 4.1.1 C8051F021开发环境 62-64 4.1.2 C8051F021定时器 64-67 4.1.3 C8051F021串口通信功能的实现 67-69 4.1.4 C8051F021 AD转换的实现 69-71 4.1.5 I/O端口的设置 71 4.1.6 基于C8051F021控制系统的软件设计 71-77 4.2 基于TMS320C5509数据处理软件开发 77-96 4.2.1 TMS320C5509开发环境 77-78 4.2.2 CSL DSP芯片支持库 78-79 4.2.3 TMS320C5509时钟发生器的设置 79-80 4.2.4 TMS320C5509通用定时器设置 80-82 4.2.5 TMS320C5509通用端口设置 82 4.2.6 TMS320C5509 AD转换功能实现 82-87 4.2.7 TMS320C5509 USB功能实现 87-93 4.2.8 基于TMS320C5509心电数据处理系统的软件程序设计 93-96 4.3 基于Windows XP嵌入系统的应用程序开发 96-109 4.3.1 基于Windows XP嵌入系统为平台的应用程序的开发 96-98 4.3.1.1 应用程序的开发环境及开发语言选择 96-97 4.3.1.2 应用程序功能及开发要求 97-98 4.3.2 利用VC++6.0开发dll供VB中调用 98-101 4.3.3 利用VB.6.0开发应用程序 101-109 4.3.3.1 从COM口发送命令和读取心电数据 101-103 4.3.3.2 从USB口发送命令和读取心电数据 103-104 4.3.3.3 VB.6.0应用程序实现精确定时 104-107 4.3.3.4 心电应用程序的设计 107-109 4.4 小结 109-112第五章心电信号滤波算法实现 112-122 5.1 改进型的自适应滤波算法 112-117 5.2 快速中值滤波算法 117-120 5.3 小结 120-122第六章总结与展望 122-124 6.1 全文总结 122-123 6.2 对今后工作的展望 123-124参考文献 124-128攻读学位期间取得的研究成果 128-129心电检测分析仪部分成果展示 129-132致谢 132-133个人简况及联系方式 133-135

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