通信工程课程设计——信号与线性系统课程设计

信号与系统课程设计报告课题二心电信号分析系统的设计与仿真

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指导教师：王宝珠

日期：2015年1月5日

心电信号分析系统的设计与仿真

摘要：本文利用MATLAB对MIT-BIH数据库中的心电信号进行分析，利用MATLAB软件、simulink平台、GUI图形用户界面、LABVIEW软件对心电信号进行读取、插值、高通低通滤波等处理。并画出时域、频域波形进行比较分析。同时将滤波器的系统函数进行读取，分析，画出滤波的信号流程图，并画出系统的冲击响应、幅频响应、相位响应和零极点图来判断系统的稳定性。

关键词：MATLAB，simulink，心电信号，数字滤波器，GUI，LABVIEW

Abstract:This article makes use of MATLAB to analyze ECG signal of MIT-BIH ECG Database .To ECG signal .we collect it first.then we make linear interpolation.finally we carry a variable of filter including lowpass and High Pass.we will compare differences after painting the time domain and frequency domain waveform .at the same time we read and analyze the system function of filter with painting its the flow chart of the signal.fanally we paint system shock response along with amplitude-frequency response and phase response.we judge system stability by Zero pole figure.

Key words:MATLAB, simulink, ECG signal, digital filter, GUI, LABVIEW

一、课程设计目的、意义

本设计课题主要研究数字心电信号的初步分析方法及滤波器的设计与应用。通过完成本课题的任务，拟主要达到以下几个目的：

1．了解MATLAB软件的特点和使用方法，熟悉基于Simulink的动态建模和仿真的步骤和过程；

2. 了解LabVIEW虚拟仪器软件的特点和使用方法，熟悉采用LabVIEW进行信号分析、系统设计及仿真的方法。

3．了解人体心电信号的时域特征和频谱特征；

4．通过设计具体的滤波器进一步加深对滤波器性能的理解；

5．掌握数字心电信号的分析方法，学会系统设计与软件仿真方法；

6．通过本课题的训练，培养学生运用所学知识分析和解决实际问题的能力。

二、课程设计任务及要求

（一）基于Matlab的简单心电信号分析系统设计

1.对原始数字心电信号进行读取，由数字信号数据绘制出其时域波形并加以分析。

2.对数字信号数据做一次线性插值，使其成为均匀数字信号，以便后面的信号分析。

3.根据心电信号的频域特征（自己查阅相关资料），设计相应的滤波器去除噪声。

4.绘制进行信号处理前后的频谱，做频谱分析，得出相关结论。

5.使用GUI进行系统的图形用户界面设计，（包含以上功能）。

（二）基于LabVIEW虚拟仪器的简单心电信号分析系统设计

1.进行心电信号的频谱分析，根据心电信号的频域特征（自己查阅相关资料），设计相应的滤波器去除噪声。要求给出系统的前面板和框图，并记录仿真结果。

2.根据心电信号的特征，针对系统进行功能拓展，记录仿真结果，并进行相应的分析。

三、设计方案过程及论证

（一）matlab部分

1.设计流程：

2.程序

（1）M文件

%读取心电信号并转化为数组形式

function [t,Xn]=duqushuju(w)

fid=fopen(w)

C=textscan(fid,'%8c %f %*f','headerlines',2)%去除前两行fclose(fid);

a=C{2};

b=C{1};

k=length(b);

for i=1:k

c(i)=strread(b(i,:),'%*s %f','delimiter',':');

end

c=c';

d=[c,a];

t=d(:,1); %时间

Xn=d(:,2); %幅度

%线性插值

function [t3,Xn3]=xianxingchazhi(t,Xn)

m=max(t);

t3=0:0.001:m;

t3=t3';

Xn3=interp1(t,Xn,t3);

%低通滤波器

function [H,f]=ditonglvboqi(wp,ws,Rp,As,Xn1)

T=0.001;

f=1./T;

[N,Wc]=buttord(wp,ws,Rp,As,'s');

[b,a]=butter(N,Wc,'s');

f=(0:length(Xn1)-1)*f/length(Xn1);

w=f*2*pi;

H=freqs(b,a,w);

%高通滤波器

function [H,f]=gaotonglvboqi(wp,ws,Rp,As,Xn1) T=0.001;

fs=1/T;

[N,Wc]=buttord(wp,ws,Rp,As,'s');

[b,a]=butter(N,Wc,'high','s');

f=(0:length(Xn1)-1)*fs/length(Xn1);

w=f*2*pi;

H=freqs(b,a,w);

%带通滤波器

function [H,f]=ditonglvboqi(wp,ws,Rp,As,Xn1) T=0.001;

f=1./T;

[N,Wc]=buttord(wp,ws,Rp,As,'s');

[b,a]=butter(N,Wc,'s');

f=(0:length(Xn1)-1)*f/length(Xn1);

w=f*2*pi;

H=freqs(b,a,w);

%带阻滤波器

function [H,f]=daizulvboqi(wp,ws,p,s,Xn1)

T=0.001;