基于MSP430单片机的十二导联同步心电图机的设计
陷波电路
虽然前置放大电路对共模干扰具有较强的抑制作用，但部分工频干扰是以差模信号方式进入电路的，且频率处于心电信号的频带之内，加上电极和输入回路不稳定等因素，前级电路输出的心电信号仍存在较强的工频干扰，因此通常要进行陷波。本设计利用美国凌力尔特有限公司的LTC1068-50集成开关电容滤波器设计了一个8阶巴特沃斯50Hz陷波器，经测试陷波深度可达50dB，可衰减100倍左右，效果比较理想。
心电数据采集电路
TI公司的ADS1258元件采用了低噪声的delta-sigma ADC架构，可有序地循环16个通道，单周期（零延迟）高速转换速率可编程，速率1.8K~23.7KSPS每通道，不会产生性能衰退。附带的内置系统监测寄存器提供了电源电压、温度、基准电压、增益、以及偏置的测量，已被广泛用于诸如患者监测及心电图系统等高精度、多通道应用，简化的数据采集模块的原理图如图4所示。注意要在ADS1258的模拟信号输入端跨接一个2.2nF的电容来旁路ADC采样电流。对±1V的输入信号，可以不用分压电阻桥，直接在其输入端串接一个保护电阻即可。外部运放OPA365将单端输出转变为全差分输出用来驱动ADC，另外还要对2.5V的参考电压进行滤波及通过运放OPA350缓冲来提供低噪声参考电压。
图4 数据采集模块原理图
数据处理存储显示
单片机通过P1接口读取ADS1258采集的数据，进行特定处理后将数据依次存放在外部存储器中。数据存储器使用ATMEL公司的AT29LV1024，它具有
系统软件设计
心电图机的主控模块和功能模块按照系统功能框图设计、执行，微型十二导心电图机的系统软件功能框图如图5所示。
图5 系统软件功能框图
心电信号的软件数字滤波
由于心电信号会不可避免地混入50Hz工频干扰，同时从人体获得的心电信号还含有由皮肤阻抗、呼吸及放大器的温度漂移等产生的基线漂移,而仅仅依靠硬件很难将其理想滤除，因此采用软件数字滤波的方法。图6显示了用MATLAB对加噪心电信号利用FFT方法滤除50Hz工频干扰的仿真实验结果。实验原始数据取自MIT/BIH心电数据库中的一段波形。由于实验采用的是矩形窗模拟滤波，在恢复时域信号时会有振铃效应，因此在实际使用中可根据需要选用合适的窗函数。
图6 利用FFT方法滤除50Hz工频干扰后的心电信号
从滤波与处理效果看，快速傅里叶变换可得到信号的全部频谱，便于进行针对性处理，且可选择的窗函数多，对50Hz频移有很好的滤除效果。而自适应模板法与数学形态滤波法则分别适用于50Hz工频干扰的去除与基线漂移及高频噪声干扰的去除。本系统将以上三种滤波方法结合起来使用，当需要在液晶屏上显示心电波形时采用自适应模板法与数学形态滤波法，将数据传输到PC机中时可以采用快速傅里叶变换法对心电信号进行精确处理。
心电图机PC机端辅助软件的开发
本文设计的心电图机配有基于Visual C++6.0开发环境编写的PC机软件以扩展系统功能。将心电图机与PC机连接后，启动Windows心电数据采集程序即可在计算机屏幕上看到实时采集的心电波形，PC机心电信号显示界面如图7所示。
图7 PC机心电信号显示界面
结束语
本文设计的心电图机采用了TI公司的高性能单片机MSP430FG4616和16通道低噪声Δ-Σ架构的24位模数转换器，能准确获取反应心电特征及其变化规律的心电信号，并可通过单片机的控制在液晶屏上以图形方式显示和存储，为实现家庭医疗远程诊断进行了前瞻性的研究。与常规设计相比，本系统具有性能稳定、精度高、抗干扰能力强等特点，具有良好的应用前景。