基于FPGA的心外膜电位标测系统的设计与实现

论文摘要

心脏是人体最重要的器官之一,但随着生活节奏的加快及生活压力的增大,人类心脏健康所面临的威胁也日渐增大。全世界每年因心脏疾病死亡的人口数量约占全年因病死亡人口总数的三分之一,心脏病已经成为人类健康的头号杀手。因此,心脏疾病的起源、诊断和治疗等方面逐渐成为国内外学者们研究的热点。心外膜电位标测是一种重要的心脏电生理研究方法,适用于房颤等复杂心律失常的研究。本文介绍了心脏标测技术及心外膜电位标测系统的结构,总结概括了现有128道心外膜电位标测系统在实际应用中的问题,分析了问题的原因,提出了相应的解决方法。在此基础上,结合研究的需要,提出了基于FPGA的心外膜电位标测系统的设计方案。本文根据设计方案进行了硬件系统及FPGA的设计。首先完成了多路复用器、模数转换电路等硬件电路的设计及PCB电路板的制作与调试；然后采用Verilog硬件描述语言进行了FPGA数字逻辑的设计,完成了多通道心外膜电信号的采集；最后使用Matlab/Simulink及DSP Builder进行了通带为3～600 Hz的FIR滤波器的设计及仿真验证。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 心脏标测
• 1.2.1 心脏电位标测
• 1.2.2 心脏光学标测
• 1.2.3 心脏三维标测
• 1.3 本文主要内容
• 第二章 心外膜电位标测系统
• 2.1 系统结构
• 2.2 现有系统的问题及分析
• 2.3 系统需求分析
• 2.4 系统设计方案
• 第三章 硬件系统的设计
• 3.1 标测电极
• 3.2 心电信号放大器
• 3.2.1 前置放大器电路
• 3.2.2 光电隔离电路
• 3.2.3 低通滤波器
• 3.2.4 50Hz陷波器
• 3.2.5 右腿驱动电路
• 3.3 多路复用器
• 3.4 模数转换电路
• 3.4.1 ADC芯片选型
• 3.4.2 ADC芯片工作原理
• 3.4.3 模数转换电路设计
• 3.5 硬件实现结果
• 第四章 FPGA设计
• 4.1 FPGA概述
• 4.1.1 FPGA芯片选型
• 4.1.2 FPGA的结构与原理
• 4.2 FPGA设计方法
• 4.2.1 FPGA设计流程
• 4.2.2 FPGA开发平台
• 4.2.3 Verilog HDL
• 4.3 FPGA数字逻辑设计
• 4.3.1 模块设计与仿真
• 4.3.2 编程配置
• 第五章 FIR滤波器的设计及FPGA实现
• 5.1 心电信号预处理
• 5.1.1 数字信号处理的特点
• 5.1.2 心电信号噪声及降噪算法
• 5.1.3 FPGA实现DSP算法的优势
• 5.2 FIR滤波器的设计
• 5.3 直接型FIR滤波器
• 5.4 DA FIR滤波器
• 5.4.1 分布式算法的原理
• 5.4.2 查找表的拆分
• 5.5 仿真与验证
• 5.5.1 DSP Builder与Simulink
• 5.5.2 仿真结果
• 5.5.3 两种实现方式的比较
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表论文及申请专利