簡易心電圖儀的設(shè)計

1 系統(tǒng)設(shè)計
1．1 心電信號放大部分
心電信號大約為50μV～4 mV，須進行放大才能在示波器上觀察。心電圖(ECG)儀的前置放大在整機中處于非常重要的地位，決定了整機的主要技術(shù)指標(biāo)，要求噪聲低、共模抑制比盡量可能高。
采用低噪聲、低功耗，有良好的共模輸入抑制能力的儀表放大器INA2331。INA2331可單電源工作，也可以雙電源工作，可用兩個外部電阻靈活地設(shè)定增益，達(dá)到電壓放大倍數(shù)200，500，1 000的指標(biāo)要求，簡化了電路的設(shè)計，達(dá)到較好的效果。
1．2 濾波器部分
由于心電信號易受噪聲的干擾，且主要能量成分集中在0．05～1 00 Hz 頻帶內(nèi)，所以本系統(tǒng)用濾波的方法對心電信號做進一步的降噪處理，抑制外界干擾，從而得到較為平滑的ECG波形。為了提高濾波的效果，采用兩級濾波。因為經(jīng)過放大的心電信號，主要存在肌電等干擾信號，將其送到由0．05 Hz高通濾波器和500 Hz／100Hz低通濾波器組成帶通網(wǎng)絡(luò)，濾除有效頻帶以外的信號。
1．3 控制器部分
采用TI公司的MSP430F2274作為系統(tǒng)控制器。MSP430系列的單片機是具有低功耗的16位處理功能的微控制器。MSP430F2274內(nèi)部設(shè)有10位的ADC，可方便地實現(xiàn)心電信號的采集、處理、存儲。可簡化整個硬件電路和提高系統(tǒng)的性價比。
1．4 系統(tǒng)組成
系統(tǒng)的總體設(shè)計框圖如圖1所示，整個系統(tǒng)可分為心電信號采集部分和信號處理部分。信號處理部分以MSP430F2274為處理器，擴展了液晶顯示、按鍵。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計
2．1 前置放大電路
圖2為心電信號放大電路，儀表放大器INA2331增益G與外接電阻的R1，R2的計算公式為：

設(shè)計要求電壓放大倍數(shù)(三檔)：200，500，1 000，因此只需改變外接電阻的大小就能實現(xiàn)放大倍數(shù)的選擇。此外還采用OP07組成的右腿驅(qū)動電路來提高前置放大的共模抑制比。

2．2 中間級放大電路
中間級放大電路采用的也是儀表放大器INA2331，電路如圖3所示。

2．3 低通濾波電路
采用MAX291CPA，通過改變電容值實現(xiàn)了500 Hz／100 Hz濾波器電路，各元件參數(shù)值如圖4所示。通過測試輸入信號的頻率達(dá)到100 Hz時，此時衰減為3 dB。