基于ARM的脑电测量电路的研究

论文摘要

随着科学技术的不断发展,脑电的应用越来越广泛,从康复医疗到军事武器等方面都有涉及到。脑电所蕴含的信息包括生理、心理和病理方面。以前还只是想象中的“意念移物”现在已经成为现实,尽管还不是那么自如,但已经有了雏形,那就是脑-机接口（Brain Computer Interface）。目前全世界有很多组织在研究,势头正猛,但还处在实验室阶段,未能普及开来,且通讯速度低。效果不稳定;而大众所普遍接触到的是脑电图机,但是它的应用也仅局限于医院。医院的脑电图机有个致命的缺点就是体积庞大不能随身携带进行实时监控,比如某些疾病在就医的时候其发病特征不能被及时发现。本论文在深刻分析了脑电信号的相关特征后,设计了一套脑电采集方案。信号采集部分主要分为四级,包括射频滤波、仪表放大器、高通滤波、低通滤波、共模抑制电路以及后级放大器。MCU主要使用了在市场上比较广泛应用且货源充足的STM32处理器,它具有丰富的外设,不需要单独的A/D芯片,就能将脑电模拟信号转换为数字信号。通过SD卡存储电路可以将采集到的脑电信号保存到SD卡中,方便转移。为了便于以后进行脑机接口的实验,我们预留了USB端口,以便于上位机对信号的分析处理。本论文所设计的脑电信号采集系统具有一定的社会价值。实验结果表明,本系统可以得到清晰的脑电信号,对后期的实验应用有着一定的价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 脑电研究的意义
• 1.2 脑电研究的现状及未来发展所面对的挑战
• 1.3 本文的主要研究内容及结构安排
• 第2章 脑电信号
• 2.1 脑电信号的生理学基础
• 2.2 脑电信号的类型
• 2.3 脑电信号的特征
• 2.4 脑电信号的采集
• 2.5 脑电信号源等效电路
• 2.6 放大器的选择与设计
• 2.7 脑电信号采集中的噪声和干扰源以及抗干扰措施
• 2.8 本章小结
• 第3章 脑电测量电路硬件设计
• 3.1 系统总体规划
• 3.1.1 硬件设计
• 3.1.2 软件设计
• 3.2 前置级设计
• 3.2.1 射频滤波器
• 3.2.2 保护电路
• 3.2.3 AD620 仪表放大器
• 3.3 中间级
• 3.3.1 高通负反馈滤波器
• 3.3.2 主放大器
• 3.4 后置级
• 3.4.1 低通滤波器
• 3.4.2 后置放大器
• 3.5 反馈级
• 3.6 电源电路
• 3.7 ARM 介绍
• 3.8 STM32 处理器
• 3.9 ARM 核心电路设计
• 3.9.1 电源电路
• 3.9.2 系统时钟电路
• 3.9.3 液晶显示电路
• 3.9.4 SD 卡电路
• 3.9.5 调试电路
• 3.10 系统总体电路
• 3.11 本章小结
• 第4章 软件设计
• 4.1 嵌入式系统简介
• 4.2 UCOS-II 在STM32 上的移植
• 4.2.1 UCOS-II 系统结构
• 4.2.2 UCOS-II 的任务
• 4.2.3 UCOS-II 的移植工作
• 4.3 配置程序
• 4.3.1 系统时钟的监控
• 4.3.2 时钟的配置
• 4.3.3 配置外设端口
• 4.4 关键程序的设计
• 4.4.1 模块分析和任务划分
• 4.4.2 终端任务
• 4.4.3 监控任务
• 4.4.4 采样任务
• 4.5 FAT32 文件系统的移植
• 4.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介