一種便攜式心電信號采集系統(tǒng)的電路設計
對于A/D轉(zhuǎn)換器的選型,要根據(jù)電路形式、轉(zhuǎn)換速率、通道數(shù)目、采樣精度、功耗大小、供電電壓等因素綜合考慮,選出性價比較高的轉(zhuǎn)換器。在確定器件前,表2給出備選的幾款A/D轉(zhuǎn)換器的比較結果。
通過表2和實際項目的要求,最終確定使用MAXl97,其采樣位數(shù),轉(zhuǎn)換速率,功耗,體積等方面均符合心電A/D轉(zhuǎn)換的要求。另外,該轉(zhuǎn)換器有8個模擬信號輸入端,可采集8路模擬信號,符合心電設備多導聯(lián)的要求。
控制模塊使用VHDL語言編程實現(xiàn),根據(jù)MAXl97的時序圖,利用有限狀態(tài)機的方法實現(xiàn)控制模塊。具體內(nèi)容是根據(jù)A/D轉(zhuǎn)換的進程,將轉(zhuǎn)換過程分為5個狀態(tài):1)為初始化,寫入讀寫信號及通道選擇和轉(zhuǎn)換電壓范圍等控制字;2)為啟動轉(zhuǎn)換,在時鐘控制下,輸出信號使得A/D轉(zhuǎn)換器開始轉(zhuǎn)換;3)為判斷轉(zhuǎn)換是否完成,若未完成繼續(xù)轉(zhuǎn)換,若完成跳入下一個狀態(tài);4)為讀低8位,給轉(zhuǎn)換結束標志信號hben賦值O,讀出已經(jīng)轉(zhuǎn)換完的低8位;5)為讀高4位,給hben賦值1,讀出高4位。
圖6是根據(jù)上述狀態(tài)機VHDL語言實現(xiàn)后生成的圖元符號及控制模塊的仿真波形。從仿真波形上可以看出,該模塊符合A/D轉(zhuǎn)換器的時序要求,能在功能上實現(xiàn)對A/D轉(zhuǎn)換器的控制,得到所需要的數(shù)字信號。
A/D轉(zhuǎn)換器的控制信號由FPGA提供。基于FPGA平臺搭建一個A/D轉(zhuǎn)換的控制模塊。選擇FPGA做控制平臺,是由于FPGA有著豐富的可編程邏輯資源,利用這些資源可以實現(xiàn)心電設備中的控制存儲、顯示、按鍵、通信等其他模塊。這些模塊都在FPGA上完成就構成了片上系統(tǒng),使得設備體積和可靠性都有了很大程度上的提高。選擇FPGA也是出于項目整體方案的考慮。
5 結束語
在項目的要求下,通過分析心電信號的特點,從幅值,頻率,噪聲等各方面有針對性的設計了心電采集電路,并對每一環(huán)節(jié)都做了仿真和測試,最大程度上精簡電路,滿足便攜式設備對體積的要求,同時保持較高的性能,能有效采集到心電信號。對采集到的心電信號,用FP-GA控制A/D轉(zhuǎn)換模塊,得到數(shù)字信號,以便后續(xù)的數(shù)字處理。另外,由于FPGA的豐富可編程資源,可以在這個采集系統(tǒng)基礎上升級為診斷并顯示的系統(tǒng)。
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