单片机心电放大器设计
基于单片机的心率测试仪设计
基于单片机的心率测试仪设计心率测试仪是一种用来测量人体心率的设备，它使用单片机技术来实现数据处理和显示功能。
本文将介绍基于单片机的心率测试仪的设计原理、硬件组成以及软件实现。
一、设计原理心率测试仪的设计原理是通过测量人体的心电信号来计算心率。
心电信号是由心脏产生的微弱电流，可以通过电极贴在人体皮肤上进行测量。
传感器将心电信号转换为模拟电压信号，然后经过滤波处理和放大处理后，再经过A/D转换，转换为数字信号供单片机处理。
单片机通过计算心电信号的周期来得到心率值，并将结果显示在液晶屏上。
二、硬件组成1.单片机：选择一款适用的单片机，如STM32系列的单片机，具有高性能和丰富的外设接口，以满足心率测试仪的需求。
2.心电信号传感器：选择一款专门用于心电信号测量的传感器，如AD8232芯片，可以提供可靠的心电信号采集。
3.滤波器：使用滤波器对心电信号进行滤波处理，去除杂散信号，只保留心电信号的频率分量。
4.放大器：为了增强心电信号的幅度，需要使用放大器来对滤波后的信号进行放大处理，方便后续的A/D转换。
5.A/D转换器：将放大后的模拟信号转换为数字信号，供单片机进一步处理。
三、软件实现1.心电信号采集与处理：通过传感器采集心电信号，并经过滤波和放大处理，得到滤波后的模拟信号。
2.A/D转换：将模拟信号通过A/D转换器转换为数字信号，供单片机处理。
3.心率计算：单片机通过计算心电信号的周期来得到心率值，可以使用峰值检测算法或阈值判定算法来实现。
4.数据显示：将计算得到的心率值通过串口或并口发送到液晶屏上进行显示，可以设计显示界面，包括心率值、时间等信息。
总结：基于单片机的心率测试仪设计主要包括硬件组成和软件实现两个部分。
硬件组成包括单片机、心电信号传感器、滤波器、放大器、A/D 转换器和液晶屏等。
软件实现包括心电信号采集与处理、A/D转换、心率计算和数据显示等。
通过合理的设计和编程，可以实现一个功能完善的心率测试仪。
心电放大器(交流供电)设计报告
心电放大器（交流供电）设计报告
3004202336-1-张路遥
技术指标：
输入阻抗>1MΩ
输入端短路噪声电压峰-峰值（P-P）<=10uV
CMRR>=60db
电压增益：>=1000倍
50HZ干扰抑制滤波器：>=20dB
带宽：0.05HZ~40HZ（以10HZ为基准，+0.4dB,-3.0dB）
前言：
在当今社会中,心脏病等心血管已经成为了世界范围内常见的疾病,号称“头号杀手”。
由于心脏病有突发性以及长久性，对心脏病人也需要长期的治疗和监护。
心脏是循环系统中重要的器官。
由于心脏不断地进行有节奏的收缩和舒张活动，血液才能在闭锁的循环系统中不停地流动。
心脏在机械性收缩之前，首先产生电激动。
心肌激动所产生的微小电流可经过身体组织传导到体表，使体表不同部位产生不同的电位。
如果在体表放置两个电极，分别用导线联接到心电图机(即精密的电流计)的两端，它会按照心脏激动的时间顺序，将体表两点间的电位差记录下来，形成一条连续的曲线，这就是心电图。
采用msp430设计的12位心电(ecg)放大器
采用MSP430设计的12位心电(ECG)放大器摘要：本文介绍了心电放大器的根本电路构成，以及采用TI公司的MSP430系列单片机对心电信号进展模数转换处理的方法，还着重讨论了采用带硬件乘法器的MSP430F14X系列单片机对心电信号进展滤波处理的方法，并给出了相应的实验结果。
人体心肌产生的电信号传导到体表之后，由于在体表分布的不同而产生电位差，将这种电压只有mV级别的电位差放大并绘制成图，就得到了心电图〔ECG〕。
心电图在心血管疾病的临床诊断中有非常重要的作用。
通常采用的心电图按照导联数分有单导联，三导联，五导联以及十二导联等等；按照精度分常用的有8位和12位精度等等。
单导联，精度低的心电图常用于进展心电监控以及心率测量。
12位高精度的心电图由于可以反映出心电的细微变化，被更加广泛地应用于临床诊断、心电分析等地方。
由于心电幅度只有mV量级，需要放大上千倍才能被观察到，并且人体的内阻比拟大，因此一个高阻抗、高增益的放大器是准确获取心电信号的关键。
而周围环境中充满了各种各样的电磁干扰，会严重影响微弱的ECG信号，而其中最为严重的是市电电源的50Hz〔部分国家为60Hz〕的干扰。
如何防止这些干扰也是心电放大器设计所必须考虑的问题。
此外，进展高精度的AD转换也是关键的步骤，特别是对于12bit的ECG放大器。
在一些便携式应用中，功耗也是需要考虑的因素。
TI公司消费的MSP430F13X、MSP430F14X系列微功耗混和信号单片机，由于具有速度快〔8MIPS/16bit〕，集成度高〔Flash，RAM，16bit Timer，8通道12bit ADC以及UART等〕、极低功耗等特点，因此非常适宜于ECG放大器一类的应用。
MSP430F14X系列单片机由于具有硬件乘法器，因此具备一定的DSP功能，可以ECG信号进展滤波等预处理。
以下图是三导联ECG放大器的框图：ECG放大器通常由缓冲级、匹配电阻网络、放大、滤波、电平位移以及模数转换等几级构成。
1.基于单片机的心电监测系统设计
1 绪论当今心血管疾病已成为威胁人类健康和生命的主要疾病之一，心脏病的死亡率仍居首位。
据统计，世界上平均每年约几百万人死于此类疾病，我国因心血管疾病死亡人数约占总死亡人数的44％，很多心脏病人是由于未及时发现病变延误了治疗而最终导致死亡[1]。
因此，对心血管疾病的诊断、预防是当今医学界面临的首要问题。
尽早地发现心血管系统疾病征兆，及时地了解心脏病状况，对疾病的预防和及时诊治具有重要的意义。
1．1 心电监测系统的发展背景及意义心脏是人体的重要器官，在人的生命过程中，心脏不断地、有节律地收缩与舒张，将血液从静脉吸入心脏，并射入动脉实现其泵血的功能。
心脏在机械性收缩之前，首先产生电激动。
心肌激动所产生的微小电流可经过身体组织传导到体表，使体表不同部位产生不同的电位。
如果在体表放置两个电极，分别用导线联接到心电监测系统(即精密的电流计)的两端，它会按照心脏激动的时间顺序，将体表两点间的电位差记录下来，形成一条连续的曲线，这就是心电图(ECG) [1]。
心电图是反映心脏内兴奋产生、传导和恢复的过程中的电位变化的综合波形。
它不仅与单个心肌细胞动作电位的曲线有明显的不同，而且因测量的电极放置的位置和连接方式的不同而有所差异。
心电信号是最早应用于医学的人体生物电之一，如今医学界人士已经可以通过对心电信号的分析研究对心血管相关病变做出预测和诊断。
因此，及时准确和完整地进行心电信号提取，并提供有效的辅助分析和诊断手段是一项重要而有意义的研究课题。
1．2 心电监测系统的发展现状目前，国内各大医疗器械厂和科研单位都在心电监测系统的开发上投入了大量的资源，并且都开发了各具特点的心电监测系统产品。
电子医疗技术的突飞猛进以及临床医学的相互促进，已经出现了各种各样的心电监测产品，常见的有床边心电监测、动态心电监测、电话心电监测和天线心电监测等。
1.2.1 床边心电监测床边心电监护是在病床边对被监护者进行持续或间断的心电监测，它是心脏监护的重点内容。
基于单片机的心电图仪系统设计
简易心电图仪的设计方案摘要心电图是临床疾病诊断中常用的辅助手段。
心电数据采集系统是心电图检查仪的关键部件。
人体心电信号的主要频率范围为0.05Hz~100Hz，幅度约为0~4mV，信号十分微弱。
由于心电信号中通常混杂有其它生物电信号，加之体外以50Hz工频干扰为主的电磁场的干扰，使得心电噪声背景较强，测量条件比较复杂。
为了不失真地检出有临床价值的干净心电信号，往往要求心电数据采集系统具有高精度、高稳定性、高输入阻抗、高共模抑制比、低噪声及强抗干扰能力等性能。
本设计利用89C51和A/D转换以及多路模拟开关设计了一种符合上述要求的多路心电数据采集系统。
一、方案的提出与比较1、方案的提出图１所示是一个心电数据系统的组成框图，其中心电信号由专用电极拾取后送入前置放大器初步放大，并在对各干扰信号进行一定抑制后送入带通滤波器，以滤除心电频率范围以外的干扰信号。
主放大器可将滤波后的信号进一步放大到合适范围后，再经50Hz陷波器滤除工频和肌电干扰，然后将符合要求的心电模拟信号由模拟输入端送入高速ADC，以进行高精度A/D转换和数据的采集存储。
方案一：采用模拟分立元件，可以产生心电波，但采用模拟元件太大，即使使用单片机电路参数也与外部元件有关，外接的电阻电容对参数影响很大，在滤波过程中会出现很大的干扰，使得输出不精确，即此电路抗干扰能力低，成本也高；而且灵活性差，不能实现各种输出的智能化。
，方案二：采用以89C51为核心，采用INA128芯片作为前置放大，运用多级运放电路来提取信号。
它在一定的程度上可以达到题目要求。
但是，共模抑制比很难达到发挥80db以上，而且精确度不高，在以后的输出中会出现很多的毛刺。
由于这些原因，我们不采用这种方法。
方案三：以89C51为中心、采用性能优良的AD620管作为前置放大，既可以提高放大倍数，也可以提高共模抵制比、电路结构简单。
然后通过A/D和D/A转换，输出给示波器，若合理的选择器件参数，可使其输出波形失真小。
一种心电信号采集放大电路的简单设计方法
一种心电信号采集放大电路的简单设计方法
心电信号采集放大电路是一种将人体心脏电信号放大的电路，一般采用放大器、滤波器、隔离器等组成。
以下为一种简单的设计方法：
1. 选择放大器芯片
选择一个合适的放大器芯片，一般选用高质量低噪声的运放芯片，如AD620、AD8226等。
这些芯片具有高增益、低噪声等特点，适合于心电信号的放大。
2. 设计放大器电路
使用选择的芯片设计放大器电路，将心电信号输入放大器的非反馈端，输出连接到反馈端。
可以根据需要调整电阻和电容值来获得合适的增益和滤波效果。
一般放大倍数在100-1000之间。
3. 加入滤波器电路
由于心电信号存在很多干扰信号，所以需要加入滤波器来滤除掉干扰信号，使得输出信号更加可靠。
常用的滤波器如低通滤波器、带通滤波器等。
4. 设计隔离器电路
为了避免放大电路与其他电路之间的交叉干扰，需要加入隔离
器电路，将输入和输出信号隔离开。
一般采用光电耦合器或变压器等。
5. 验证电路性能
制作完成后，需要对电路的性能进行验证。
可以使用示波器、信号发生器等测试设备来检测电路的增益、频率响应等性能参数，以确保电路可靠度、准确性和稳定性。
通过以上简单方法，可以设计一款高质量的心电信号采集放大电路。
单片机的心电图仪系统设计
② 前置放大：采用AD620来完成，前置放大是心电数据采集的关键环节，用来把取样的信号进行放大，具有很高的共模抑制比和1～1000倍信号放大。
③ 高/低通滤波电路：采用LM324作为核心，用大小相当的电阻电容构成滤波电路。
④50Hz陷波电路：采用LM324作为核心，用大小相当的电阻电容构成陷波电路，电路简单，容易实现。
A1
A0
EN
通道选择
X
X
0
NONE
0
0
1
1
0
1
1
2
1
0
1
3
1
1
1
4
（2）前置放噪声,具有一定精度的普通运算放大器要构建放大电路,但从体表采集到的信号除了人体的心脏产生的电信号以外,还包含肌电,呼吸以及50Hz工频信号等带来的干扰.其中,工频干扰收起的共模信号可能远大于心电信号,从而影响系统对心电信号的分析采样,因此,共模抑制比是衡量心电图仪情能的重要标准之一.本题要求运算放大器的共模抑制比不小于80db.上述两种运算放大器的共模抑制能力虽然能达到这个要求,但有这样的单个运放构成的电路难以达到较高的共模抑制比,故不采取此方案。
C= 选取滤波电容C=2200 /30V
(2) +-5V电源(1A) 电源电路如图所示
允许的最大纹波峰峰值
心电图信号放大器的设计与仿真特性分析
取R9=1KΩ，R10=24KΩ。C1、R8构成高通滤波器，要求 f =0.032Hz。取R8=1MΩ，则可算出C1=4.58μF，取标称值电容C1=4.7μF，算得fL=1/(2л C1 R8)=0.034Hz。C2，R10构成低通滤波器,要求f =250Hz。取R10=24KΩ,可算出C2=0.03316μF,取标称值电容C2=0.033μF，最后算出f =1/(2л C2 R10)=251.95Hz。可见满足带宽要求。
差模电压增益：1000(5V/5mV)；
差模输入阻抗：>10MΩ；
共模抑制比：80dB；
通频带：0.032Hz～250Hz。
2、方案设计
根据性能指标要求,要采用多级放大电路，其中前置放大器的设计决定了输入阻抗,共模抑制比和噪声,可选用BiFET型运放,本设计采用了LF4111型运放(其中Avo=4 10 ,Rid≈4 10 Ω,Avc=2)，由于单极同相放大器的共模抑制比无法达到设计要求(可通过Pspice仿真波形看出)，本设计采用了由三个LF411型运放构成的仪用放大器。
设计一个心电图信号放大器。
已知: Hz。
(2）人体内阻、检测电极板与皮肤的接触电阻(即信号源内阻)为几十千欧。
(3）放大器的输出电压最大值为-5V～+5V。
1、确定总体设计目标
由已知条件（1)可知该放大器的输入信号属于微弱信号,所要求的放大器应具有较高的电压增益和低噪声、低漂移特性。由已知条件（2)可知,为了减轻微弱心电信号源的负载,放大器必须有很高的输入阻抗。另外，为了减小人体接收的空间电磁场的各种信号(即共模信号)，要求放大器应具有较高的共模抑制比。因此，最后决定的心电放大器的性能指标如下：
心电信号放大器设计
成绩：2015-2016学年01 学期“电力电子电气传动与可编程控制技术（1）”BUCK变换器的设计与仿真姓名：专业：班级：学号：2015 年12 月一、设计用于检测人体心电信号的放大器，要求如下：1、输入阻抗≥10MΩ。
共模抑制比≥80dB。
2、电压放大倍数1000倍。
3、频带宽度为0.5Hz~100Hz。
4、放大器的等效输入噪声（包括50Hz交流干扰）≤200μ、5V。
二、设计方案分析1、心电信号的特点及检测人体的各种生理参数如心电、脑电、肌电等生物电信号都是属于强噪声背景下微弱的低频信号，是由复杂的生命体发出的不稳定的自然信号。
心电信号是人类最早研究并应用于临床医学的生物电信号之一，与其他生物电信号相比，该信号也比较容易检测同时具有直观的规律性。
一般人体心电信号的幅值约20μV~5mV，频带宽度为0.05Hz~100Hz，由于心电信号取自于活体，所以信号源内阻较高，且存在着较强的背景噪声和干扰。
在检测人体生物电信号时，需要采用所谓的生物电测量电极，又称引导电极来实现的，通过引导电极将生物电信号引入到放大器．的输入端。
对于心电信号的检测，临床上为了统一和便于比较所获得心电信号波形，对测定心电信号（ECG）的电极和引线与放大器的联接方式有严格的统一规定，称之为心电图的导联系统。
目前国际上均采用标准导联，即将电极捆绑在手腕或脚腕的内侧面，并通过较长的屏蔽导线与心电放大器相连接。
标准导联有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ。
其具体联接方法如图。
RARARA LA LALALLLLLLRL导联Ⅰ导联Ⅱ导联Ⅲ图1 标准导联联线方法2、心电信号放大器设计要求及组成根据心电信号的特点，对心电信号放大器的要求是高输入阻抗、高增益、高共模抑制比、低噪声、低漂移、合适的通频带宽度和输出较大的动态范围等。
典型的心电信号放大器的组成如图所示，主要有前置放大、高通滤波、低通滤波、50Hz陷波器、电压放大等电路。
．前高低带电输出信号输入信号通通置压阻滤放滤放滤波大波大波屏蔽层屏蔽驱动右腿右腿驱动图2 心电信号放大器组成框图三、主要单元电路参考设计1、心电信号输入电极电极（导联）对心电信号放大器的质量影响很大，采用的电极应该具有贴附力强、透气性好、吸汗、电极导电性能好、极化电压低的优质电极。
一种基于单片机的简易心电图仪设计-
一种基于单片机的简易心电图仪设计-
心电图仪是一种用于检测人类心脏电传导情况的医疗设备。
随着科技的不断发展，单片机技术已经逐渐被应用在心电图仪的设计中。
本文将介绍一种基于单片机的简易心电图仪设计。
1. 设计思路
本设计采用单片机作为主控制器，通过采集人体心电信号转化为数字信号进行处理。
具体实现过程如下：
（1）通过心电传感器采集人体心电信号，将信号转化为模拟信号。
（2）将模拟信号通过运算放大电路，使其变为数字信号。
（3）通过单片机将数字信号进行处理和分析，并将结果通过显示屏进行呈现。
2. 设计过程
（1）硬件设计
硬件设计包括传感器电路、模拟电路、通信接口和显示屏等。
其中，传感器电路用于采集心电信号，模拟电路用于将模拟信号转换为数字信号，通信接口用于与主控制器通信，显示屏用于显示处理后的心电信号。
（2）软件设计
软件设计主要包括单片机中的程序设计和信号处理。
程序设计需要对心电信号进行采样、滤波、放大、数字化等处理，以保证采集到高质量的心电信号。
信号处理过程中需要进行适当的算法处理，比如检测心脏跳动次数、识别心跳节律等。
3. 总结
本文介绍了一种基于单片机的简易心电图仪设计。
该设计具有硬件简单、软件易实现、数值精准等优点。
虽然其无法取代专业心电图仪，但其可方便地用于居家医疗和自我监测等方面，成为日常健康管理的重要工具。
心电图放大器课程设计
心电图放大器课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解心电图放大器的基本原理，掌握其主要组成部分及功能。
2. 学生能掌握心电图放大器的电路分析方法，了解不同类型放大器的特点。
3. 学生了解心电图信号的特点，能解释心电图放大器在生物医学工程中的应用。
技能目标：1. 学生能运用所学知识，设计简单的心电图放大器电路。
2. 学生能使用相关仪器和设备进行心电图放大器的测试与调试。
3. 学生具备分析心电图信号的能力，能对心电图放大器的性能进行评估。
情感态度价值观目标：1. 学生培养对生物医学工程的兴趣，提高对心电图放大器在医疗领域重要作用的认识。
2. 学生在学习过程中，培养团队合作精神，学会分享与交流。
3. 学生树立严谨的科学态度，提高对实验操作的安全意识。
课程性质：本课程为电子信息工程及相关专业的高年级学生设计，注重理论与实践相结合，以培养学生的实际操作能力和创新能力为目标。
学生特点：高年级学生已具备一定的电子电路基础和实际操作能力，对生物医学工程有一定了解，求知欲强，具备独立思考和解决问题的能力。
教学要求：结合课程性质和学生特点，本课程要求教师以实例为主线，引导学生掌握心电图放大器的基本原理和设计方法，注重培养学生的实践能力和创新能力。
在教学过程中，关注学生的个体差异，激发学生的学习兴趣，提高学生的综合素质。
通过本课程的学习，使学生能够将所学知识应用于实际工作中，为未来的职业生涯打下坚实基础。
二、教学内容1. 心电图放大器原理- 心电图信号特点- 放大器基本原理- 心电图放大器的主要性能指标2. 心电图放大器电路分析- 电压放大电路- 电流放大电路- 滤波电路- 信号检测与处理电路3. 心电图放大器设计方法- 放大器级联设计- 电路参数计算与选取- 仿真软件应用4. 心电图放大器应用与调试- 心电图放大器的实际应用案例- 调试方法与技巧- 性能测试与评估5. 教学内容的安排与进度- 第1周：心电图信号特点、放大器基本原理- 第2周：心电图放大器的主要性能指标、电压放大电路- 第3周：电流放大电路、滤波电路- 第4周：信号检测与处理电路、放大器级联设计- 第5周：电路参数计算与选取、仿真软件应用- 第6周：心电图放大器应用与调试、性能测试与评估教材章节关联：教学内容与教材第3章“生物医学信号检测与处理”和第4章“心电图放大器”相关内容相对应，涵盖了课本中关于心电图放大器的基本原理、电路分析和设计方法等方面的知识。
心电信号放大器设计
心电信号放大器设计首先，心电信号放大器的设计需要选择合适的放大器电路结构。
常用的放大器电路结构有运算放大器反相放大器电路和差分放大器电路。
运算放大器反相放大器电路通过负反馈调节放大倍数，能够有效地抑制噪声，但需要注意其供电电压和输入电压的范围。
差分放大器电路可以消除共模干扰，适用于高精度的心电信号放大器设计。
其次，心电信号放大器的设计需要选择合适的放大倍数。
心电信号的幅值通常很小，一般在几微伏到几十微伏之间。
为了能够观测和分析心电信号，通常需要将其放大数倍。
但是放大倍数过大会使得放大器对干扰信号更加敏感，因此需要在放大倍数和信噪比之间进行平衡。
此外，心电信号放大器的设计还需要考虑到信号频率范围。
心电信号的频率范围通常在0.05Hz到100Hz之间，因此放大器的截止频率应该在这个范围内。
为了防止高频噪声的影响，可以在放大器电路中添加低通滤波器来滤除高频噪声。
另外，心电信号放大器的设计还需要考虑到输入阻抗和共模抑制比。
输入阻抗应该足够高，以确保不损失心电信号的幅值。
共模抑制比指的是放大器对共模干扰的抑制能力，应该足够高以保证仪器的精度和准确性。
最后，心电信号放大器设计还需要考虑到安全性。
心电信号放大器通常需要与人体接触，因此必须满足医疗器械的安全标准。
设计中需要考虑到输入信号的电离辐射、耐久性和防护等因素，并采取相应的安全措施。
综上所述，心电信号放大器设计需要考虑到放大器电路结构、放大倍数、频率范围、输入阻抗、共模抑制比和安全性等因素。
通过合理的设计和调试，可以得到准确、稳定且安全的心电信号放大器，为心电信号的观测和分析提供有力支持。
心电信号放大器设计五部分
心电信号放大器设计五部分摘要：心电图（E C G）设备的普及程度已显著加深，随着电子和机械设计的进步，如今的E C G已能够自主进行各种信号分析、提供实时显示，甚至使便携式设备能记录长时间的心电活动。
这些高级功能依赖于心电信号的精确捕捉和调理，这使得放大器的选择和设计成为E C G系统成功的关键因素。
此技术文章重点分析了心电图（E C G）用放大器的设计注意事项，其中包括信号调理、共模抑制、失调校正以及噪声消除等。
关键词：心电图；放大器；共模抑制；信号电压；失调电压；噪声；输出摆幅D O I：10.3969/j.i s s n.1005-5517.2013.3.018多年以来，心电图（E C G）设备的普及程度已显著加深，技术进步使此类设备的检测结果日益实用。
在设计E C G时，必须考虑几点，其中之一是调理此类系统的信号所要使用的放大器。
心电图概述E C G用于监视心电活动。
随着心脏壁的收缩，生物电流遍布人体，产生变化的电压。
放置在皮肤上的电极可检测到这些电压，从而可监视心脏活动。
最简单的E C G提供了心脏运动的波形图，可显示在屏幕上或直接打印到纸上。
更先进的设备将提供其他功能，如存储波形、无线数据传输和各种级别的后信号处理。
图1显示了E C G的高级框图。
信号调理电路中使用的放大器在图的左下角以绿色突出显示。
信号调理的挑战根据系统和所需的分析类型，最常见的配置是将3个、5个甚至10个电极连接到人体的不同部位。
在皮肤上检测到的电压范围为100μV到3m V。
不过，每个电极的直流电压可能接近于300m V。
因此，前端检测电路必须能够在存在较大共模电压时检测到极小的电压。
另一个挑战是要应付各种噪声源，例如来自顶灯或监视器的50或60H z干扰、患者的移动以及来自设备其他部分的电磁干扰。
由于有用信号的幅值极小，因此使用放大器从共模电压和噪声中提取心电信号，并提供信号增益。
此类应用中一些重要的放大器参数包括共模抑制、输入失调电压和失调电压漂移、输出摆幅以及放大器噪声。
心电放大器(交流供电) 设计报告
心电放大器(交流供电)设计报告一心电简介1 心电的产生及心电检测心脏周围的组织和体液都能导电，因此可将人体看成为一个具有长、宽、厚三度空间的容积导体。
心脏好比电源，无数心肌细胞动作电位变化的总和可以传导并反映到体表。
在体表很多点之间存在着电位差，也有很多点彼此之间无电位差是等电位的。
心脏在每个心动周期中，由起搏点、心房、心室相继兴奋，伴随着生物电的变化，这些生物电的变化称为心电。
2 典型心电图P波――左右心房兴奋时所产生的电位变化P-R间期――心房兴奋到心室兴奋所经历的时间QRS波群――心室兴奋传播过程中的电位变化T波――心室复极化过程的电位变化QT期间――心室去极化所用时间3 心电检测及其意义在体表放置两个电极（在心脏异侧），分别用导线联接到心电图机的两端，则按照心脏激动的时间顺序，将体表两点间的电位差记录下来，形成一条连续的曲线，这就是心电图。
对心电波形的分析在临床上有着重要意义，患心律不齐，心肌梗塞，冠状动脉功能异常，心肌障碍及心室肥大症的人，其心电波形较正常人均有较大变化。
心电监护在手术麻醉及恢复，心肺复苏以及电解质代谢紊乱的检测中也有重要意义。
二心电放大器的系统要求（1）人体心电信号幅度一般在0.5 mV—5mV，属于微弱信号，放大器输出信号一般在+5V—-5 V，因此要求放大器的差模电压增益为1000左右；（2）信号的频率范围一般为0.05—100Hz;（3）高输入阻抗。
人体内阻，检测电极与皮肤的接触电阻为信号的内阻，阻值一般为几十千欧，通过电极提前的心电信号是不稳定的高内阻源的微弱信号，为了减轻微弱心电信号的负载，要求放大器的差模输入阻抗大于10兆欧；（4）高共模抑制比CMRR。
人体相当于一个导体，将接收空间电磁场的各种干扰信号，它们对放大器来说相当于共模信号，因此，前置级必须采用CMRR 高的差动放大形式，能减少共模干扰向差模干扰的转化，一般放大器的共模抑制比为60dB以上。
；（5）要求具有低噪声和低漂移特性。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
心电放大器设计报告1.引言心血管疾病是人类死亡的主要疾病之一，许多患者心脏病发作后由于未能及时发现和抢救极易发生死亡。
然而由于心律失常的出现常常是偶发的，使用通常的心电图机等短程分析方法不易发现，现在较为有效的方法就是采用记录24小时以至更长时间的心电图并加以分析以期捕捉到心律失常波形。
本文研究设计了一种低功耗、结构简单、性价比高的心电放大器，在此基础上可研制出便携式动态心电记录仪。
该仪器的最大优点是电路简单、实用、低功耗且成本低廉，对各中小型医院的危重病人的抢救和家庭监护有较好的实用价值。
2．系统概述：2．1 在进行系统介绍之前，要明白的几个概念：2．1．1 心电图心脏是循环系统中重要的器官。
由于心脏不断地进行有节奏的收缩和舒张活动，血液才能在闭锁的循环系统中不停地流动。
心脏在机械性收缩之前，首先产生电激动。
心肌激动所产生的微小电流可经过身体组织传导到体表，使体表不同部位产生不同的电位。
如果在体表放置两个电极，分别用导线联接到心电图机(即精密的电流计)的两端，它会按照心脏激动的时间顺序，将体表两点间的电位差记录下来，形成一条连续的曲线，这就是心电图。
如图1各种各样的心电图：a.标准的心电图b.带噪声的正常心电图c. 右心室肥厚 Right Ventricular Hypertrophy图1 正常与病态心电图心电图可分为普通心电图、24小时动态心电图、His束电图、食管导联心电图、人工心脏起搏心电图等。
应用最广泛的是普通心电图及24小时动态心电图。
2．1．2 心电导联为了记录心电，将探测电极安置于体表相隔一定距离的两点，此两点即构成一个导联，两点的连线代表连轴，具有方向性。
临床常用的导联方式有肢体导联和胸前导联，肢体导联又有标准导联和加压单极肢体导联之分。
临床中广泛应用的是标准十二导联系统，分别记为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个标准导联，aVR、aVL、aVF 三个加压导联以及V1-V6六个胸极导联。
其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ主要是反应左手、右手以及左腿任两电极间的电压差，无探查电极和无关电极之分，是双极导联。
双极导联就是拾取两个测试点的电位差。
aVR-V6是单极导联，就是拾取某一点相对参考的电位。
由一个无关电极和探查电极所组成，其P波明显，利于诊断心律失常（V1）和左前壁心肌缺血（V5、V6）。
标准导联的特点广泛地反映了心脏的大概情况，如：后壁心肌梗塞、心律失常等，往往Ⅱ、Ⅲ导联可以记录到清晰的波形。
2．2心电信号的特点及对放大电路的要求心电信号的特点：信号十分微弱，常见的心电频率一般在0.05～100Hz之间，能量主要集中在17Hz附近，幅度小于5mV，心电电极阻抗较大，一般在几百千欧以上。
在检测生物电信号的同时存在强大的干扰，主要有电极移动引起基线漂移(一般小于1Hz)，电源工频干扰(50Hz)，肌电干扰(几百Hz以上)。
电源工频干扰主要是以共模形式存在，幅值可达几V甚至几十V，所以心电放大器必须具有很高的共模抑制比(80dB以上)。
电极移动引起基线漂移是由于测量电极与生物体之间构成化学半电池而产生的直流电压，最大可达300mV，因此，心电放大器的前级增益不能过大。
由于信号源内阻可达几十KΩ、乃至所以，心电放大器的输入阻抗必须在几MΩ以上。
同时在有源低通滤波器中要求能够有效地滤除与心电信号无关的高频信号，最后在设计要求对某一频段的信号能够抑制或衰减。
通过系统调试，最后得到放大、无噪声干扰的心电信号。
2．3 总体电路框图本电路设计主要是由五部分构成。
第一是前置放大电路。
这一级增益选100～250倍左右。
第二是抑制共模信号电路。
我采用了右腿驱动电路，它不仅可以消除其中的共模电压，还能提高共模抑制比，使信号输出的质量得到提高。
第三是低通滤波电路。
心电频率一般在0.05--100Hz之间，能量主要集中在17Hz附近，幅度为0～5mV，所以要对0.05--100Hz 以内的信号进行保护，把这个频率带以外信号全部滤除。
第四是工频50Hz的带阻滤波电路。
本设计主要是采用了双T带阻滤波电路，它能够对某一频段的信号进行滤除。
对于电源工频产生的50Hz的噪声，用它能有效选择而对噪声进行滤除。
第五是后级放大电路。
心电信号需要放大上千倍才能观测到，前置放大器增益只有100～250左右，在这一级还需要放大4～10倍左右。
总体电路框图如图2：3．具体单元电路设计3．1 前置放大电路的设计：根据心电信号的特点，前置级应该满足下述要求：1)高输入阻抗。
被提取的心电信号是不稳定的高内阻源的微弱信号，为了减少信号源内阻的影响，必须提高放大器输入阻抗。
一般情况下，信号源的内阻为100kΩ，则放大器的输入阻抗应大于1MΩ。
2)高共模抑制比CMRR。
人体所携带的工频干扰以及所测量的参数以外的生理作用的干扰，一般为共模干扰，前置级须采用CMRR高的差动放大形式，能减少共模干扰向差模干扰转化。
3)低噪声、低漂移。
主要作用是对信号源的影响小，拾取信号的能力强，以及能够使输出稳定。
3．1．1 方案（一）：三运放仪用放大电路如图3所示的同相并联三运放结构，这种结构可以较好地满足上面三条要求。
A1、A2构成放大器的第I级，主要用来提高整个放大电路的输入阻抗。
第II级采用差动电路用以提高共模抑制比。
将A3、A4两个同相输入运放电路并联，再与A5差分输入串联的三运放差分放大电路。
根据虚短、虚断的概念，不难分析A3、A4前置放大电路仅对差模信号有放大作用，差模放大倍数为（R3+2R1）/ R3倍。
这样的电路有以下几个优点：✧A3、A4提高了差模信号与共模信号之比，即提高了信噪比，因差模信号按差模增益比放大，远高于共模成分（噪声）；✧决定增益的电阻（R1、R2、R3）对共模抑制比CMRR没有影响，因此电阻的容差不重要，R1、R4的失配仅使两输出端之间的差模增益失配，与CMRR相比，这一点并不重要。
电路的另一个特点是对共模输入信号没有放大作用，共模电压增益接近于零。
这个因素不仅与实际的共模输入有关，而且也与A3和A4的失配电压和漂移有关。
如果A3和A4有相等的漂移速率，且向同一方向漂移，那么漂移就作为共模信号出现，没有被放大，还能被第二级抑制。
这样对于A3和A4的漂移要求就会降低。
A3和A4前置放大级的差模增益要做得尽可能高，相比之下，第二级（A5）的漂移和共模误差就可以忽略，对放大器的要求就可以大大降低。
当R4= R5，R6=R7+RP时，两级的总增益为两个差模增益的乘积，即：Avd=(（R3+2R1）/R3)(R6/R4)由此可知，上述电路具有输入阻抗高，共模抑制比高等优点，可作为通用仪用放大器使用。
图3 三运放仪用放大器3．1．2方案（二）利用AD620来设计放大电路AD620是一种只用一个外部电阻就能设置放大倍数为1～1000的低价格、低功耗、高精度仪表放大器。
它体积小，为8管脚的SOIC或DIP封装；供电电源范围为±2.3V～±l8V；最大供电电流仅为1.3mA。
AD620具有很好的直流特性和交流特性，它的最大输入失调电压为5OμV，最大输入失调电压漂移为lμV/。
C，最大输入偏置电流为2.0nA。
G=10时，其共模抑制比大于93dB 。
在1kHz处输人电压噪声为9nv／（Hz）1/2．在0.1Hz～10Hz范围内输人电压噪声的峰--峰值为0.28μV，输入电流噪声为0.1pA／（Hz）1/2。
G=l时它的增益带宽为120kHz，建立时间为15μs。
总的来看，AD620的特点可归结为如下几点：✧AD620能确保高增益精密放大所需的低失调电压、低失调电压漂移和低噪声等性能指标，故可用于精确的数据采集系统，作为各种微弱信号的前置调理器；✧只用一只外部电阻就能设置放大倍数l～l000；✧体积小，只有8个引脚；✧低功耗，最大的供电电流为1.3mA；✧价格低，建立时问短，所以它也非常适用于多路转换系统的V/I变换电路。
利用AD620构成心电放大器前置放大级：图5图5是AD620在心电图监测仪的的应用，这里的源阻抗可高达1MΩ，甚至更高，AD620的低功耗、低供电电压及低噪声特性得到了充分发挥。
3.1.3方案（三）用MAX4194实现MAX4194也是增益可调的仪用放大器，下面是它的特性参数：✧+2.7V 单电源工作✧低功耗93µA Supply Current8µA Shutdown Current✧高共模抑制比：115dB (G = +10V/V)✧低输入失调电压：50µV(G = +100V/V)✧G＝1000 V/V时3dB带宽为147Hz✧轨至轨输出MAX4194的这些优异性能使它十分适合心电放大器的设计。
设计电路如下：图63.1.4方案选择及元器件选择：三运放仪用放大器，虽然可以满足一般要求，但由于集成化低，所用元件多，结构复杂，调试困难，难以满足当前各种微弱生理参数测量的高稳定性、高共模抑制比、高安全性的要求。
MAX4194的封装形式是贴片，用起来不太方便，所以选用DIP 封装的AD620。
元件参数计算：这一级增益选为250，并联双运放部分放大5倍，AD620部分放大50倍。
选R 1＝R 2＝20K ，R 3＝10K ，则A V1=2R 1/ R 3＝5。
取R 5＝R 6＝20K 。
C 1、C 2、R 7、R 8组成高通滤波网络，截止频率为0.025Hz 。
取R 7＝R 8＝200K, C 1＝C 2＝33μF ， f ＝1/2πR 7C 1＝0.024 Hz 。
AD620部分放大50倍，由公式G=49.4k Ω/R G +1计算得到，R G =1k Ω。
前级总放大倍数A V 前= A V1•G ＝5⨯（49.4+1）＝252。
3．2 共模信号抑制电路3．2．1 定义：为了说明差分式放大电路指引共模信号的能力，常用共模抑制比作为一项技术指标来衡量，其定义为放大电路对差模信号的电压增益VD A 与对共模信号的电压增益VC A 之比的绝对值，即VDCMR VCA K A =差模电压增益越大，共模电压增益越小，则共模抑制能力越强，放大电路的性能越优良，因此希望CMR K 值越大越好。
共模抑制比也可以用分贝表示：20lgVDCMR VCA K dB A =3．2．2右腿驱动电路体表驱动电路是专为克服50Hz 共模干扰，提高CMRR 而设计的，原理是采用以人体为相加点的共模电压并联负反馈，其方法是取出前置放大级中的共模电压，经驱动电路倒相放大后再加回体表上，一般的做法是将此反馈共模信号接到人体的右腿上，所以称为右腿驱动。
通常，病人在做正常的心电检测时，空间电场在人体产生的干扰电压以及共模干扰是非常严重。
而使用右腿驱动电路就能很好地解决了上述问题。
下图就是右腿驱动电路主要构成。