基于FPGA的數(shù)字式心率計(jì)

　　測(cè)量心率有模擬和數(shù)字兩種方法。模擬方法是在給定的時(shí)間間隔內(nèi)計(jì)算R波（或脈搏波）的脈沖個(gè)數(shù)，然后將脈沖計(jì)數(shù)乘以一個(gè)適當(dāng)?shù)某?shù)測(cè)量心率的。這種方法的缺點(diǎn)是測(cè)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(cè)量相鄰R波之間的時(shí)間，再將這個(gè)時(shí)間轉(zhuǎn)換為每分鐘的心跳數(shù)測(cè)量心率的。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量精度高、可靠性好，并且能同時(shí)測(cè)量瞬時(shí)心率和平均心率。用數(shù)字方法測(cè)量心率的電路又分為兩種類型：一種是使用一個(gè)可預(yù)置的計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)現(xiàn)除法電路；另一種是通過自動(dòng)下降的時(shí)鐘頻率測(cè)量相鄰R波之間的時(shí)間。   

　　本心率計(jì)在數(shù)字式心率計(jì)的基礎(chǔ)上，采用FPGA和VHDL語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)，減少了元器件使用數(shù)量，提高了測(cè)量精度和可靠性。該電路能夠?qū)崟r(shí)采集并測(cè)量人體心跳的瞬時(shí)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(bào)警顯示。

1 測(cè)量方法及電路組成

　　1．1 測(cè)試方法

　　如上所述，采用數(shù)字方法測(cè)量瞬時(shí)心率（Intantaneous Heart Rate,IHR）時(shí)，先測(cè)量?jī)上噜廟波之間的時(shí)間（即心率周期），再將這個(gè)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(shí)心率的計(jì)算公式為IHR=60/T。如果用頻率為f0的時(shí)鐘脈沖作為測(cè)量時(shí)間基準(zhǔn)，在T秒時(shí)間內(nèi)對(duì)時(shí)鐘脈沖計(jì)烽，并設(shè)計(jì)數(shù)值為N，則T=N/f0秒，故瞬時(shí)心率的計(jì)算公式為IHR=60f0/N。當(dāng)f0=1kHz時(shí)，IHR=60