（66页22566字+图+程序）摘要：本设计是基于ATmega16L低功耗MCU便携式心电图示仪的研制。根据人体心电信号的特征，设计性能优良的心电信号采集系统。主体可分为四部分。一是心电信号的采集放大部分：包括前置放大、带通二阶模拟滤波器，50Hz陷波器，及二级放大部分。二是心率处理电路：选用电压比较器提取一个心电周期中的R波，检测上升沿个数以记录心率。三是单片机的信号处理部分：运用ATmega16L单片机对从前向放大通道及心率采集电路的输出信号进行处理。四是用FYD12864-0402B液晶显示模块显示心电图及心率数据。还设计了右腿驱动电路来进行抑制，这不仅减少了50Hz的工频干扰，也降低了周边环境可能造成的干扰。本设计体积较小，且用干电池供电，易于用户随身携带。
 
关键字：心电；信号采集；放大；ATmega16L；

 
The Design of Portable ECG Monitoring Device

Abstract: The design is engaged in the studying and manufacturing of portable ECG monitor device and its system based on ATmega16L low power microcontroller. According to the characteristic of human's ECG signal, an excellent ECG signal sampling system was designed. The main body can be divided into four parts. The first one is the gathering and enlargement of the heart electrical signal, including pre-amplification, bandpass analog filter, 50Hz wave trap and the last enlargement circuit. The second one is the circuit which deals with the heart rate, it selects th voltage comparator to collect the QRS wave in one cycle, and detect the rising edge to record the heart rate. The third part is the processing of signals of MCU, it deals with the signals which are from the front enlargement channel and the output of the heart rate processing circuit with ATmege16L.The last part is to take the FYD12864-0402B to display the ECG and the data of heart rate. It also designs a right leg to drive the circuit in order to carry on the suppression. It not only reduces the disturbance caused by the 50 Hz working frequency but also drops the interference may caused by the peripheral environment. The volume of this design is small, also be supplied power with the dry battery. It’s easy to carry along for user.

Key words:  ECG,   signal sampling;  enlarge,  ATmega16L

目    录
 
第1章 绪 论 1
1.1  课题背景及意义 1
1.2  课题的现状 1
1.3  设计的主要内容 2
第2章  总体方案的设计思路 3
2.1  心电信号的病理学基础 3
2.1.1  心电信号及心电图的特点 3
2.1.2  心电导联 5
2.1.3  心电信号检测的干扰 5
2.1.4  干扰信号源和侵入途径 5
2.2  总体设计方案 6
第3章 硬件电路设计 8
3.1  前置放大电路 8
3.1.1  基于INA128的放大器设计 9
3.2.2  基于AD620的放大器设计 10
3.2.3  方案选择 11
3.2.4  右腿驱动电路 13
3.3  50Hz陷波器设计 14
3.3.1  陷波器介绍 14
3.3.2  陷波器参数确定 17
3.3.3  双T陷波器电路仿真 18
3.4  带通滤波器设计 19
3.4.1  电路设计 19
3.5.2  参数确定 22
3.5.3  带通滤波器仿真 23
3.5  二级放大电路设计 24
3.5.1  二级放大原理 24
3.5.2  电路仿真 24
3.6  心率测试电路设计 25
3.6.1  心率测试原理 25
3.6.2  电压比较器 25
3.6.3  心率测试电路仿真 27
3.7  基于单片机的数据采集系统 27
3.7.1  ATmega16L特点 27
3.7.2  ATmega16L的I/O端口 28
3.7.3  键盘电路 29
3.7.4  显示单元 31
3.7.5  数据存储 33
第4章  软件设计 34
4.1  总体设计流程 34
4.2  系统初始化 35
4.3  键盘 37
4.4  A/D转换 37
4.5  菜单和心率显示 38
4.6  心电图显示 39
第5章  系统调试 41
总结 44
致谢 46
参考文献 47
附录1 48
附录2 49
附录3 50
 
第1章  绪  论

1.1  课题背景及意义
英国学者W•哈维的“心脏运动论”开创了现代胜利学的篇章，他计算出心脏昼夜所博出的血量超出体重的几十倍。1901年Willam•Einthoven发明了石英丝的心电电流计，从体表真实记录出心脏的电流活动。1905年正式用于临床，记录出室上性阵发性心动过速。1924年由此项发明，Einthoven获得了诺贝尔奖。
心电图（ElectroCardioGraphy,简称ECG）的临床应用已有百年的历史，由于和临床紧密结合，受到广大医务工作者的重视。因为是无创检查，众多学者都不断进行理论和实践的探索，使其不断完善和提高，给予传统的检查方法心的生命。
心脏病已成为危害人类健康的主要疾病之一。据统计，世界上每年平均有几百万人死于心血管疾病。因此，对心血管疾病的诊断、治疗一直被世界各国医学界所重视。及时了解人类心脏病的状况，对适时治疗、预防心脏病突发死亡。
1.2  课题的现状
1957年，美国物理学家Holter首创了一种用磁带记录器对正常活动状态下的病人做长时间连续心电图记录的方法，开辟了时间全信息和环境全信息心电记录和诊断的新领域，从而在某种程度上弥补了常规心电图的不足之处。这种长时间连续记录的心电图称为动态心电图(Dynamicelectrocardiogram简称DCG)，它提供的长时间动态心电图记录对心率失常的检出、早期心血管病诊断、抗心率失常治疗的评价以及心率失常和生理关系的研究具有重要意义。1961年，美国最先将DCG技术应用到临床，以后很快在发达国家得到普及。自1978年我国开始引进此项技术以来，临床应用逐步深入，己从大医院逐步向中小医院普及，成为心血管疾病诊断领域中的实用、高效、无创伤、安全、准确及可重复性强的重要检查方法。
进入21世纪，医学电子仪器的发展趋势是：1、高精度、高保真、快速实时显示。2、加多功能、智能化、小型化和网络化。3、处理特异性强的诊断与治疗相结合，监测技术向微观、微创、无创、快速、实时、动态性、整合性、可视化方向发展。这些都将大大加快和提高心电信息高速公路速度，使其更加先进、充实、完善、实用，更好提高心血管病的诊断与治疗质量，将心电信息学数据、曲线、图像高保真、快速传送到己开通的心电信息高速公路，并逐步推广到各级医院。目前国内市场上存在一些便携式心电图示仪，但是远远没有得到很好的普及，究其原因，存在以下几个方面：1、市场上的产品几乎都是引进国外的技术，对便携式心电图示仪的开发国内尚处于起步阶段。2、记录的心电信息极其有限，医生从中难以得到患者全面的心电信息，从而降低了医生对疾病诊断的正确率。3、费用较为昂贵，动辄几千乃至上万元，一般的患者难以承受。4、实时性、体积、功耗、重量等都不尽如人意，给患者在使用过程中造成诸多不便。因此，心电图示仪系统的研制有重大深远的意义。
1.3  设计的主要内容
基于ATmega16L低功耗MCU便携式心电图示仪的研制。根据人体心电信号的特征，设计性能优良的心电信号采集系统。硬件设计部分包括：心电信号前置放大器，带通二阶模拟滤波器，50Hz陷波器，心率的采集处理电路，键盘电路，单片机控制电路及显示电路。