基于USB技术的心电信号采集系统的研究

论文摘要

随着社会的进步和科技的发展，人们的健康观念、健康方式和途径都发生着深刻的变化。我国是心脑血管疾病的高发区，然而多数医院的心电监护设备数量少、不宜移动且成本高，无法满足市场的需求。为了满足对心电监护设备的需求，降低医疗成本，需要一种能与PC机进行通信和数据传输、利用PC机强大运算能力的心电检测系统。本系统采用USB技术，利用USB接口具有传输速度快、可以采用总线供电、易于扩展、使用灵活、支持即插即用和热插拔功能等特点，有效地解决了系统与PC机的通信和数据传输问题。本文详细介绍了基于USB技术的心电信号采集系统的设计与实现，包括心电信号模拟采集电路的设计、微控制器和USB接口芯片的选择、应用以及电路的连接，设备固件、数据采集存储程序、设备驱动程序和应用程序的具体设计等。该数据采集系统的设计严格遵循USB1.1协议，采用Motorola公司的增强型16位单片机MC9S12D64作为系统的核心控制器来采集心电信号，采用Philips公司的带并行总线的PDIUSBD12芯片作为USB接口器件，并且实现了用USB接口为系统供电。本系统中单片机系统主要完成心电信号采集、数据通信；PDIUSBD12实现同PC机的USB接口通信；PC机完成数据接收、保存、显示等功能。软件设计中采用C语言编写数据采集程序和USB接口芯片协议处理及数据交换程序。上位机的应用程序采用C++Builder编写。该数据采集系统体现了目前医学仪器小型化的发展趋势，使用方便、造价低廉，特别适用于家庭使用。同时，它也为数据采集提供了一种新颖的、方便的和可靠的解决方案。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的来源及研究的目的和意义
• 1.2 心电检测技术的历史和现状
• 1.3 数据采集系统及USB技术的概述
• 1.3.1 数据采集系统的概况
• 1.3.2 USB技术概况
• 1.3.2.1 USB技术的发展
• 1.3.2.2 USB的突出特点
• 1.3.2.3 USB技术三要素
• 1.4 课题研究的主要内容
• 第2章 系统整体设计方案
• 2.1 心电基本原理
• 2.1.1 心电图的产生及特征
• 2.1.2 常用心电图导联
• 2.1.3 心电信号的特征
• 2.1.4 心电信号的噪声干扰
• 2.2 系统设计原则
• 2.3 USB总线
• 2.4 系统整体结构
• 2.5 本章小结
• 第3章 系统的硬件设计与实现
• 3.1 心电信号采集系统的硬件方案概述
• 3.2 模拟电路部分
• 3.2.1 心电输入电极
• 3.2.2 保护限流电路
• 3.2.3 前置放大电路
• 3.2.4 高通滤波电路
• 3.2.5 50Hz陷波器
• 3.2.6 主放大及低通滤波电路
• 3.2.7 光电隔离电路
• 3.3 数字电路部分
• 3.3.1 核心芯片选型及简介
• 3.3.1.1 芯片选型
• 3.3.1.2 MC9S12D64简介
• 3.3.1.3 PDIUSBD12简介
• 3.3.2 MC9S12D64与PDIUSBD12的通信
• 3.3.2.1 内核CPU模块硬件电路设计
• 3.3.2.2 USB接口芯片外围电路设计
• 3.4 系统的供电
• 3.5 本章小结
• 第4章 系统的软件设计与实现
• 4.1 单片机主程序设计
• 4.1.1 软件开发工具简介
• 4.1.2 USB接口固件设计
• 4.1.2.1 Firmware的层次结构和功能
• 4.1.2.2 主循环部分
• 4.1.2.3 单片机中断程序设计
• 4.1.3 数据采集存储的程序设计
• 4.2 USB通讯
• 4.2.1 USB设备枚举过程
• 4.3 设备驱动程序
• 4.3.1 Windows驱动程序描述
• 4.3.2 USB设备驱动程序设计
• 4.4 上位机应用程序
• 4.4.1 数据保存
• 4.4.2 数据显示
• 4.5 本章小结
• 第5章 全文工作总结与展望
• 5.1 全文工作总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢
• 附录1 基于USB技术的心电信号采集系统硬件电路图