基于FPGA的數(shù)字式心率計

　　測量心率有模擬和數(shù)字兩種方法。模擬方法是在給定的時間間隔內(nèi)計算R波（或脈搏波）的脈沖個數(shù)，然后將脈沖計數(shù)乘以一個適當(dāng)?shù)某?shù)測量心率的。這種方法的缺點是測量誤差較大、元件參數(shù)調(diào)試?yán)щy、可靠性差。數(shù)字方法是先測量相鄰R波之間的時間，再將這個時間轉(zhuǎn)換為每分鐘的心跳數(shù)測量心率的。這種方法的優(yōu)點是測量精度高、可靠性好，并且能同時測量瞬時心率和平均心率。用數(shù)字方法測量心率的電路又分為兩種類型：一種是使用一個可預(yù)置的計數(shù)器實現(xiàn)現(xiàn)除法電路；另一種是通過自動下降的時鐘頻率測量相鄰R波之間的時間。   

　　本心率計在數(shù)字式心率計的基礎(chǔ)上，采用FPGA和VHDL語言實現(xiàn)，減少了元器件使用數(shù)量，提高了測量精度和可靠性。該電路能夠?qū)崟r采集并測量人體心跳的瞬時和平均心跳速率，判斷并顯示心率狀態(tài)（即心跳是否正常、是否過快或過慢、是否有心率不齊現(xiàn)象）。如果心率過快或過慢或者有心率不齊現(xiàn)象，那么將用不同顏色發(fā)光管進(jìn)行閃爍報警顯示。

1 測量方法及電路組成

　　1．1 測試方法

　　如上所述，采用數(shù)字方法測量瞬時心率（Intantaneous Heart Rate,IHR）時，先測量兩相鄰R波之間的時間（即心率周期），再將這個心率周期轉(zhuǎn)換為每分鐘的心跳數(shù)。如圖1所示，設(shè)心率周期為T秒，則瞬時心率的計算公式為IHR=60/T。如果用頻率為f0的時鐘脈沖作為測量時間基準(zhǔn)，在T秒時間內(nèi)對時鐘脈沖計烽，并設(shè)計數(shù)值為N，則T=N/f0秒，故瞬時心率的計算公式為IHR=60f0/N。當(dāng)f0=1kHz時，IHR=60