基于MSP430数字处理心律计的研究

论文摘要

本设计针对目前市场上所销售的或医疗机构所使用的心律计信号采集不精确且需多次采集、信号放大倍数不够且具有干扰影响、所得心电图形波形具有毛刺、功耗较高等缺点而提出来的。文中设计了心电放大器的基本电路构成,以及采用TI公司的MSP430系列单片机对心电信号进行模数转换处理的方法,还着重探讨了采用带硬件乘法器的MSP430F449单片机对心电信号进行滤波处理的方法,并给出了相应的实验结果。人体心肌产生的电信号传导到体表之后,由于在体表分布的不同而产生电位差,将这种电压只有mV级别的电位差放大并绘制成图,就得到了心电图（ECG）。心电图在心血管疾病的临床诊断中有非常重要的作用。通常采用的心电图按照导联数分有单导联,三导联,五导联以及十二导联等等;按照精度分常用的有8位和12位精度等等。单导联,精度低的心电图常用于进行心电监控以及心率测量。12位高精度的心电图由于可以反映出心电的细微变化,被更加广泛地应用于临床诊断、心电分析等地方。要把人体心肌产生的电信号进行精确采集,就需要性能优越的传感器,在本次设计中采用0.85UM-0.9UM的红外LED和同样波长的接受器来进行信号采集。由于心电幅度只有mV量级,需要放大上千倍才能被观察到,并且人体的内阻比较大,因此一个高阻抗、高增益的放大器是准确获取心电信号的关键。而周围环境中充满了各种各样的电磁干扰,会严重影响微弱的心率信号,而其中最为严重的是市电电源的50Hz（部分国家为60Hz）的干扰（工频干扰）。如何避免这些干扰也是心电放大器设计所必须考虑的问题。在本次设计中所设计研究的放大器能很好的满足以上要求。此外,进行高精度的AD转换也是关键的步骤,功耗也是需要考虑的因素。TI公司生产的MSP430F43X、MSP430F44X系列微功耗混和信号单片机,由于具有速度快（8MIPS/16bit）,集成度高（Flash,RAM,16bitTimer,8通道12bit ADC以及UART等）、极低功耗等特点,因此非常适合于ECG放大器一类的应用。MSP430F44X系列单片机由于具有硬件乘法器,因此具备一定的DSP功能。MSP430F44X系列单片机是目前业界功耗最低的,其超低功耗性能是其他产品无与伦比的。本次设计阐述了该系统的总体结构和工作原理,并对其中的关键硬件芯片MSP430F449进行了介绍和设计,以及分析了系统各部分的设计,最后对该设计系统进行了调试,采集到了图像质量良好的心电图形,具有很好的实用价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 设计研究的背景及意义
• 1.1.1 设计研究的背景
• 1.1.2 设计研究的意义
• 1.2 国内外研究状况及趋势
• 1.2.1 国内外研究状况
• 1.2.2 医疗技术与电子技术的不断融合
• 1.2.3 产品的应用前景
• 1.3 本设计的研究内容及创新性
• 1.3.1 本设计的主要研究内容
• 1.3.2 本设计的创新性
• 第二章 传感器设计
• 2.1 传感器的定义
• 2.2 传感器的组成
• 2.3 红外线发生装置
• 2.3.1 驱动脉冲发生电路
• 2.3.1.1 LM567
• 2.3.1.2 施密特电路
• 2.4 红外线发生装置电路
• 2.5 红外线接受装置
• 2.6 传感器的仿真试验
• 2.7 本章小结
• 第三章 放大器设计
• 3.1 INA105简介
• 3.2 前置放大电路
• 3.3 主体放大器
• 3.4 放大器的仿真试验
• 3.5 本章小结
• 第四章 模拟滤波器设计
• 4.1 模拟滤波器的原理和电路
• 4.2 模拟滤波器的设计
• 4.3 模拟滤波器的仿真试验
• 4.4 本章小结
• 第五章 MSP430单片机
• 5.1 单片机简介
• 5.2 MSP430单片机的特点
• 5.3 MSP430系列与89C 51系列的比较
• 5.4 MSP430F449
• 5.5 MSP430F449的A/D设计
• 5.6 数字滤波器
• 5.7 计数与显示的电路设计
• 5.8 本章小结
• 第六章 电源部分设计
• 6.1 电源简介
• 6.2 电源供电器的介绍
• 6.3 输出电压4～16V开关稳压电源的设计
• 6.3.1 主要技术指标
• 6.3.2 基本工作原理及原理框图
• 6.3.3 各主要功能描述
• 6.3.3.1 交流EMI滤波及整流滤波电路
• 6.3.3.2 半桥式功率交换器
• 6.3.3.3 功率变压器的设计
• 6.3.3.4 辅助电源的设计
• 6.3.3.5 驱动电路
• 6.3.3.6 PWM控制电路
• 6.3.3.7 过流保护电路
• 6.4 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 参考文献
• 附录