单片机课设论文改

《单片机原理及在医学仪器中的应用》课程设计基于MSP430F5529的心电信号采集的设计与实现姓名：李怀强、彭伟豪、熊映雪学号：SJ201604、SJ201612、班级：生物医学工程一班指导教师：赵晓明、季忠成绩：重庆大学生物工程学院2016年12月基于MSP430F5529的心电信号采集的设计与实现[摘要]目的设计一种对心电信号进行采集的系统，实现对心电信号进行采集与存储。

方法：通过AD8232采集前端对心电信号进行进行放大，滤波得到初步心电信号，再通过MSP430F5529单片机对其实现AD转换并用串口发送至计算机PC端，并将数据组用MATLAB 画出心电图。

结果：本设计可实现对心电信号进行长时间的数据采集和记录。

结论：设计相对较成功。

关键字：AD8232；心电信号；低功耗；MSP430F5529单片机。

1.MSP430F5529单片机简介MSP430F5529单片机作为硬件电路控制、数据处理及传输的核心部件。

具有微型化、便携式和低功耗的功能。

该单片机包含的组件有：a.基础时钟模块；b.看门狗定时器；c.带有捕获/比较寄存器的定时器；d.A/D转换器；e.串行通信接口等。

该单片机功耗低、体积小，外围模块十分丰富，非常适合于设计微型化、低功耗产品。

2.系统总体设计整个心电信号采集系统由AD8232模拟前端,MSP430F5529微控制器,AD转换模块和串口通信模块等构成。

结构如下图所示：系统工作时，可通过UART（异步收发传输器）收到的数据上传至个人计算机上位机，再利用MATLAB将其绘成图形，并进行分析处理。

3.系统硬件设计AD8232采集前端通过在人体皮肤比哦面放臵电极来检测生物电信号，可以得到心电数据。

心电信号采集模块采用AD8232生物电传感器为核心芯片。

AD8232是一种用于心电图及其他生物电测量应用的集成信号调理模块，3.3V单电源供电，内臵导联脱落检测电路，采用双极点高通滤波器来消除运动伪像和电极半电池电位，采用一个无使用约束运算放大器来创建一个三极点低通滤波器，消除了额外的噪声，内臵一个放大器，用于右腿驱动（RLD）电路应用，包含一项快速恢复功能，可以减少高通滤波器原本较长的建立长尾现象。

AD8232的功能框图如下：本设计采用单导联方式测量心电数据，在人体皮肤表面放臵2个电极采集生物电位差，为抑制共模干扰，设计了右腿驱动电路来驱动第3个电极。

AD8232内部仪表运放的放大倍数固定为100倍，配臵OPA放大倍数，即可得心电信号放大倍数。

配臵双极点高通滤波器和双极点低通滤波器能够有效清除干扰，保留心电数据的主要信息，获取失真最小的心电波形。

AD8232的信号输出与处理器的A/D接口相连，导联脱落检测端接入处理器的GPIO引脚。

4.系统软件设计4.1系统软件设计主要包括以下几部分：1. 模数转换，将放大后的脉搏波电压信号进行数字量化。

2.串口通信，将接收到的数据发送至计算机中。

以上为单片机程序主流程图。

4.2 A/D转化概念及原理由于系统的实际处理对象往往都是一些模拟量（如温度、压力、位移、图像等），要使计算机或数字仪表能识别和处理这些信号，必须首先将这些模拟信号转换成数字信号；而经计算机分析、处理后输出的数字量往往也需要将其转换成为相应的模拟信号才能为执行机构所接收。

这样，就需要一种能在模拟信号与数字信号之间起桥梁作用的电路：模/数转换电路和数/模转换电路。

能将模拟信号转换成数字信号的电路，称为模/数转换器（简称A/D转换器）；而将能把数字信号转换成模拟信号的电路称为数/模转换器（简称D/A转换器），A/D转换器和D/A转换器已经成为计算机系统中不可缺少的接口电路。

图6.1 A/D转换原理图在A/D转换器中，因为输入的模拟信号在时间上是连续量，而输出的数字信号代码是离散量，所以进行转换时必须在一系列选定的瞬间（亦即时间坐标轴上的一些规定点上）对输入的模拟信号取样，然后再把这些取样值转换为输出的数字量。

因此，一般的A/D转换过程是通过采样、保持、量化和编码这四个步骤完成。

按照实验要求，AD采样率为率为2000HZ，模拟心电前端输出信号为0-3.3V,于是，在AD转换模式中我们接入外部参考电压3.3V，通过P5.0口接入，同时设臵定时器TA0，选择SMCLK(1MHZ),设定CCR0为500即可达到规定采样率。

在使用AD转换的时候，其模式有单通道单次转换，序列通道单次转换，单通道多次转换和序列通道多次转换。

本设计采用的是单通道单次转换。

AD转换程序如下：#include<msp430f5529.h>volatile unsigned int temp1;void main(void){P6SEL |= 0X01; // P6.0输入，即使能A0输入通道ADC12CTL0 = ADC12SHT02 + ADC12ON; //选择采样周期，打开ADC12模块ADC12CTL1 = ADC12SHP; //使用采样定时器作为采样触发信号ADC12MCTL0 = ADC12SREF_2; //外部参考电压3.3v(P5.0)ADC12IE = 0X01; //使能中断ADC12CTL0 |= ADC12ENC; // 使能转换TA0CTL = TASSEL_2 + MC_1 + TACLR; // SMCLK，增计数，清除TAR计数器TA0CCTL0 = CCIE; //CCR0中断允许TA0CCR0 = 500; //定时设臵采样率while (1){ADC12CTL0 |= ADC12SC;__bis_SR_register(LPM0_bits + GIE);}}#pragma vector = ADC12_VECTOR__interrupt void ADC12_ISR(void){switch(__even_in_range(ADC12IV,34)){case 0 :break;case 2 :break;case 4 :break;case 6 :temp1 = ADC12MEM0;__bic_SR_register_on_exit(LPM0_bits);case 8 :break;case 10 :break;case 12 :break;case 14 :break;case 16 :break;case 18 :break;case 20 :break;case 22 :break;case 24 :break;case 26 :break;case 28 :break;case 30 :break;case 32 :break;case 34 :break;}}4.3串口通信原理计算机与外界的信息交换称为通信。

常用通信方式有两种：并行通信与串行通信，也称并行传送和串行传送。

并行传送具有传送速度快，效率高等优点，但传送多少数据位就需要多少根数据线，传送成本高；串行传送是按位顺序进行数据传送，最少仅需要一根传输线即可完成，传送距离远，但传送速度慢。

图5.1 串口常用通讯方式及数据格式串行通信又分同步和异步两种方式图5.1所示。

这两种通信方式的区别在于发送设备时钟与接收设备时钟是否严格一致。

同步通信中，在数据传送开始时先用同步字符来指示（常约定1-2个），并由同时传送的时钟信号来实现发送端和接收端同步，即检测到规定的同步字符后，接着就连续按顺序传送数据。

这种传送方式对硬件结构要求较高。

异步通信中，接收器和发送器有各自的时钟，它们的工作是非同步的，异步通信用一帧来表示一个字符，其内容如下：一个起始位，仅接着是若干个数据位，下图中传输45H的数据格式。

在串口传送程序中，在完成初始化设臵之后的传输过程中，有一点是非常重要的，即串口发送是先发送低八位，所以在程序中发送完低8位之后，需要将temp1向右移8位，再发送此时低8位，才能得到完整数据。

串口传送程序如下：#include "msp430f5529.h"volatile unsigned int temp1;void main(void){WDTCTL = WDTPW + WDTHOLD; // 关闭看门狗P3SEL |=BIT3+BIT4 ; // P3.3和P3.4选择UART通信功能UCA0CTL1 |= UCSWRST; //串口初始化臵位UCA0CTL1 |= UCSSEL_2; // 波特率发生器参考时钟为SMCLK（1MHz）UCA0BR0 = 9; //波特率设为115200bpsUCA0BR1 = 0;UCA0MCTL |= UCBRS_1 + UCBRF_0; //调制器配臵UCA0CTL1 &= ~UCSWRST; //完成USCI初始化配臵UCA0IE |= UCRXIE;__bis_SR_register(LPM0_bits + GIE);}#pragma vector=USCI_A0_VECTOR__interrupt void USCI_A0_ISR(void){switch(__even_in_range(UCA0IV,4)){case 0:break;case 2:while (!(UCA0IFG&UCTXIFG));UCA0TXBUF = temp1; //串口发送低八位while (!(UCA0IFG&UCTXIFG)); //等待数据发送完成完成UCTXIFG臵1 跳出循环 temp1 = (temp1>>8); //串口先传低八位，故右移8位，发送高八位UCA0TXBUF = temp1;break;case 4:break;default: break;}}5.MATLAB结果分析5.1信号采集前端所得心电信号，在示波器中的显示情况5.2通过单片机输出数据，用MATLAB分析数据得到以下图形（1）采样点数为2500，效果较为明显（3）采样点数为5000，效果不显著整体分析：（1）示波器显示的为实际理想波形，MATLAB分析的数据图形与其相比较，理论值与实际值存在明显的误差；（2）对于软件分析得到的图形，整体显示出了一个完整的心电波形，但波形上的关键点显示不明显，随着采样点数的变化，波形相应的改变，如图所示，采样点数为2500的波形最为明显清晰；（3）由于单通道单次采样，数据一直输出，相应的点数为人为筛选，通过多次筛选得到符合条件的波形；6.总结与展望本文设计的基于MSP430F5529的心电信号采集的系统在一定程度上能够满足课设要求。

本文主要完成的工作总结如下：（1）在理论上做了总体的初步构想。

（2）运用心电采集前端AD8232中的放大，滤波，右腿驱动电路等将要求幅值的心电信号采集出来。