心电图仪电路设计及仿真

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心电检测电路的设计报告和测试报告

心电检测电路的设计报告和测试报告一、设计报告（一）、设计目的及其意义心肌是由无数个心肌细胞组成，由窦房结发出的兴奋，按一定的途径和时程，依次向心房和心室扩布，引起整个心脏的循环兴奋。

心脏各部分兴奋过程中出现的电位变化的方向、途径、次序、和时间均有一定的规律。

由于人体为一个容积导体，这种电变化也必须扩布到身体表面。

鉴于心脏在同一时间内产生大量的电信号，因此，可以通过安放在身体表面的胸电极或四肢电极，将心脏产生的电位变化以时间为函数记录下来，这种记录曲线称为心电图，如下图所示。

心电图反映心脏兴奋的产生、传导和恢复过程中的生物电变化。

心肌细胞的生物电变化时心电图的来源，但是心电图曲线与单个心肌细胞的膜电位曲线有明显的区别。

ECG波形是由不同的英文字母统一命名的。

正常心电图由一个P波、一个QRS波群和一个T波等组成。

P波起因于心房收缩之前的心房极时的电位变化；QRS波群起因于心室收缩之前的心室除极时的收位变化；T波为心室复极时的电位变化，其幅度不应低于同一导联R波的1/10，T波异常表示心肌缺血或损伤。

ECG的持续时间由：P-R间期（或P-Q间期）为P波开始至QRS波群开始的持续时间，也就是心房除极开始至心室除极开始的间隔时间，正常值为0.12～0.20s，若P-R期延长，则表示房室传导阻滞；Q-T间期为QRS波群的开始至T波的末尾的持续时间，意为心室除极和心室复极的持续时间，正常值为0.32～0.44s；S-T 段为从QRS波群终末导T波开始之间的线段，此时心室全部处于除极状态，无电位差存在，所以正常时与基线平齐，称为等电位线，若S-T段偏离等电位线一定范围，则提示心肌损伤或缺血等病变；QRS波群持续时间正常值约为0.06～0.11s。

因此，实时的检测心电信号，可以从所得出的心电图上观察心脏的变化，医生就可以从所测的心电图上判断心脏各个部位的功能是否正常，所以心电图是医生治疗心脏方面的疾病所不可或缺的依据。

实时心电图仪的制作方法

实时心电图仪的制作方法实时心电图仪（EKG/ECG）是用于心电图检测和记录的设备。

它通过测量和记录心脏的电活动来评估心脏的健康状态。

以下是一种简单的实时心电图仪的制作方法。

材料：1. Arduino开发板2. AD8232心电图模块3. 电阻4. 导线5. 9V电池或电源步骤：1. 连接AD8232模块：将Arduino的5V引脚连接到AD8232模块的VCC引脚，将Arduino的GND引脚连接到AD8232模块的GND引脚。

2. 将AD8232模块的OUTPUT引脚连接到Arduino的A0引脚。

3. 连接电阻：将一个电阻插入到AD8232模块的RLD引脚，然后将RLD引脚连接到Arduino的A1引脚。

4. 连接9V电池或电源：将9V电池的正极连接到AD8232模块的VCC引脚，将负极连接到GND引脚。

5. 编写Arduino代码：使用Arduino IDE编写代码，读取A0引脚的模拟输入，并将其发送到计算机的串口。

以下是一个简单的Arduino代码示例：```c++#define ECG_PIN A0#define RLD_PIN A1void setup() {// 初始化串口Serial.begin(9600);}void loop() {int ecgValue = analogRead(ECG_PIN); // 读取心电信号int rldValue = analogRead(RLD_PIN); // 读取电阻信号// 发送心电信号和电阻信号到串口Serial.print("ECG: ");Serial.print(ecgValue);Serial.print(", RLD: ");Serial.println(rldValue);delay(10); // 延迟10毫秒}```6. 上传代码并测试：将Arduino开发板连接到计算机，上传代码。

心电放大器的设计与仿真

电子线路CAD短学期设计报告学院：电子信息学院学号： ********班级： 15040211姓名：***日期： 2017年3月11日一、实验目的通过一个实例来说明Pspice对设计方案和具体电路进行分析的过程，理解电路的自上而下的设计方法。

二、实验原理设计一个心电图信号放大器。

已知:(1）心电信号幅度在50μV～5mV之间，频率范围为0.032Hz～250Hz。

(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：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：0.05Hz～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。

第二级放大器的任务是进一步提高放大电路的电压增益，使总增益达到1000。

其次为了消除高、低噪声，需要设计一个带通滤波器。

因为滤波器没有特殊要求，本设计可采用较简单的一阶高通滤波器和一阶低通滤波器构成的带通滤波器。

3、详细设计根据上述设计方案，确定了心电放大电路的原理图，如图5-1所示。

A1、A2、A3及相应的电阻构成前置放大器，其差模增益被分配为40，其中A1、A2构成的差放被分配为16，其计算公式为：Avd1=(Vo1-Vo2)/Vi=(R1+R2+R3)/R1，Avd2=Vo3/(Vo1-Vo2)=-R6/R4=1.6。

简易心电图仪设计

题目要求
五、测试说明 (1)对于基本要求项的说明。对于基本要求(1)项的说明对于基本要求项的说明。电压放大倍数、频率响应特性、差模放大倍数、 ①电压放大倍数、频率响应特性、差模放大倍数、输出动态范围的测试：将差分放大电路反相输入端接地近似测试。态范围的测试：将差分放大电路反相输入端接地近似测试。可正弦信号用10kΩ和10Ω电阻分压衰减到将1V(rms)正弦信号用正弦信号用 Ω Ω电阻分压衰减到1mV，再输，入到放大电路进行测试，以减小信号源噪声的影响。入到放大电路进行测试，以减小信号源噪声的影响。频带内响应波动的测试： ②频带内响应波动的测试：考虑到许多低频信号发生器 (函数发生器输出最低频率的限制，该项目的低端频率只测量函数发生器)输出最低频率的限制函数发生器输出最低频率的限制，即低频截止频率的10倍。其方法是，到0.5Hz(即低频截止频率的倍)。其方法是，输入信号幅值保即低频截止频率的持在1mV(rms)，用示波器测量～100Hz范围内的输出最高持在，用示波器测量0.5～范围内的输出最高和最低电压值，与频率为20Hz的输出电压值相减后计算频带内和最低电压值，与频率为的输出电压值相减后计算频带内响应的最大波动(dB)。响应的最大波动。
题目要求
五、测试说明 (1)对于基本要求项的说明。对于基本要求(1)项的说明对于基本要求项的说明。要求带1.5m长的屏蔽导联线进行共模抑制比测量。共模长的屏蔽导联线进行共模抑制比测量。 ③要求带长的屏蔽导联线进行共模抑制比测量放大倍数的测量方法是，将差分放大电路的两端输入端短接，放大倍数的测量方法是，将差分放大电路的两端输入端短接，并输入5V(rms)正弦信号，测量输出电压。根据所测差模和共正弦信号，并输入正弦信号测量输出电压。模放大倍数计算共模抑制比。模放大倍数计算共模抑制比。输出动态范围的测试：从小增大输入信号幅值， ④输出动态范围的测试：从小增大输入信号幅值，通过测量最大不失真输出电压的峰—峰值得到峰值得到。最大不失真输出电压的峰峰值得到。

14-2简易心电图仪设计和实现

图 7 浮动负负载原理图路中，A1，A2 2、A3 及其周周边电阻构成成三运放仪用放大器；A4、、A5 的作用是将上图电路共模模信号从两个个 R0 的中点 D 取出，经倒倒相放大后加至电源线的中中线端（O 点点） ,如上图所所示。使其其电桥正负电电源的中线于于 1.5m 长的传传输线外表电电线相连并浮浮地。这样做做的目的是要要进一步提提高前级共模模抑制能力。其原理如下：当某个时刻刻，在 P1 点、P2 点的感应应有共模信号号，并设此时时的共模输入入信号为正值值，经过A A1、A2 放大后后，在 B1、B2 点会产生较较大同极性的的共模信号，于是在 D 点点可取出正极极性的共模模信号，经过过 A4 倒相，A5 跟随，在正正负电源的中中点 O 便得到到负极性的共共模信号，这这样一来，使 P1、P2 点的共模信号点号下降，最后后使前级输出的共模信号下下降，反之亦亦然(正负电源的中点点 O 为浮动负负载的参考点点，按导联 I、、II 方法连接接的参考点，根据要求，则为 RL)。上述分析析表明，对共共模信号而言，前级又引入入了一个反馈馈深度很大的的负反馈，使使前级输出的共模信号号大大下降，起到进一步抑制共模信号号的作用，这这可以使共模模抑制比 KCMRR 在原来的基基础上提高高 1-2 个数量量级。而对差模模信号的放大大倍数没有任任何影响。根据浮动负载根载的降噪原理理及导联 I、II 的接法法要求，本实实验中的降噪电路如下：
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格、长度均一样样，甚至人体卧床的姿势也也要对称，如如果不对称，比如，左手手和右手垂直直，则两路路感应的干扰扰信号的幅度度和相位就存在在显著差异。要要保证干扰信信号在放大器器对称点处（A A 与 A’、B 与 B’）不形形成差信号，在使用三运运放仪用放放大器的时候候，因尽量使使使用的运放参参数相同，并并仔细匹配相相关电阻；使使用单片仪用放大器时时，应该选择择 A1A，A2A 的内内部参数和外外接电阻完全全对称。内部部电路的对称称已经由集成成芯片获得得了保证，外外部对称则是是靠结构、工序序给以保证。 3. .2.3 提高放放大器的共模模抑制比 KCMR MR 120dB 选选择高共模抑抑制比集成仪仪用放大器 IN NA2128，它的 KCMR》 B；如果心电取取最小值 20 V ， 50HZ Z 市电的共模模信号为 5V，则信噪比为为 5000 10 0 / 20 2.5 10 108( (dB) ，这已经

心电图仪设计与制作

课程设计任务书学生姓名：专业班级：指导教师：工作单位：题目: 心电图仪的设计与制作初始条件：1．直流稳压电源 1台 2．双踪示波器 1台3．万用表 1只 4.电阻若干5.电容若干6.集成运放若干7.万用板 1块 8.电源线 4根9.20mm*20mm 薄铜皮 3块要求完成的主要任务:制作一路心电信号放大器，技术指标如下：a．电压放大倍数：1000，误差：±5％；b．－3dB低频截止频率：0.05Hz（可不测试，由电路设计予以保证）；c．－3dB高频截止频率：30Hz，误差：±5Hz；d．频带内响应波动：在±3dB之内；e．共模抑制比：≥ 60dB（含1.5m长的屏蔽导联线，共模输入电压范围：±7.5V）；f．差模输入电阻：≥5MΩ（可不测试，由电路设计予以保证）；系统能显示心率；能在示波器屏幕上较清晰地显示心电波形。

心电波形大致如下图所示：发挥部分：能在计算机上显示相应波形！时间安排：第14周理论讲解，时间:周一5.6节课。

地点：鉴四605.第14—20周理论设计，实验室安装调试，地点：鉴主13楼通信工程综合实验室，鉴主15楼通信工程实验室1。

指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日目录摘要 (3)Abstact (3)一.原理电路及方案论证 (4)1方案论证 (4)1.1心电信号放大器设计 (4)1.2有源滤波器设计 (8)1.3低噪声稳压电源设计 (9)二．单元电路原理及设计 (10)2.1前置放大电路设计 (10)(1)前置主放大器设计及参数计算 (10)(2)抗干扰措施 (11)2.2有源高通滤波电路设计 (12)2.3贝塞尔滤波电路设计 (13)2.4陷波问题 (14)2.5稳压电源设计 (14)三．心电图仪总方案及原理图 (15)3.1导联电极说明： (15)3.2设计心电图仪的主要依据如下： (16)3.3心电图仪总方案说明 (16)四．测试与分析 (18)4.1测试仪器 (18)4.2测试数据 (18)4.3误差来源与分析 (19)五．电路仿真 (20)六．体会与建议 (22)七.参考文献 (23)八．仪器仪表明细清单 (24)摘要本系统利用高精度通用运算放大器INA128对输入的心电信号进行放大，再进行高通滤波,滤去高频生物电，同时采用右脚屏蔽驱动电路，消除50Hz生物电和机器信号的影响，最后在数字示波器上得到清晰的心电波形。

电子设计竞赛论文：简易心电图仪

简易心电图仪作者：--赛前辅导及文档整理辅导老师： --摘要本简易心电图仪以TI公司MSP430单片机为核心，采用仪用放大器INA 326 对采集到的微弱心电信号进行前置放大。

在后级电路中，采用电压放大器，对波形进一步放大；采用低通滤波器进行滤波，50HZ双T陷波器，消除50HZ工频干扰，以得到清晰的心电波形。

同时，我们通过MSP430单片机系统，实现对两路心电信号准确采集，存储，并进行回放。

通过12864 LCD实时显示心电图仪工作状态及心率，使整个系统的人机交互更加友好。

AbstractThis simple electrocardiogram instrument to TI's MSP430 microcontroller as the core, for use with amplifier INA 326 collected to the weak ECG to preamp. In after-class circuit, a voltage amplifier, to further enlarge the waveform; low pass filter for filtering, 50 HZ Double T notch filter to eliminate 50 HZ frequency interference, in order to get a clear ECG waveform. At the same time, we adopted MSP430 MCU system, to achieve the two-way ECG accurate collection, storage, and playback. 12864 LCD display through real-time ECG and heart rate-work state, so that the whole system of human-computer interaction more friendly.一、选题以及系统方案论证1、选题简易心电图仪着重于心电信号的检测，涵盖了非常丰富的模拟电子技术知识，同时，波形的存储，回放部分，又需要扎实的数字电路，单片机知识作为基础。

简易心电图仪的设计

本科毕业设计简易心电图仪的设计摘要随着社会的发展和人们生活水平的不断提高，人们对健康的重视程度与日俱争特别是近年来老龄化得加剧，而且心血管疾病的发病率也不断上升。

目前心血管疾病成了威胁人类生命的主要疾病，心脏病已经成了世界上死亡率最高的疾病。

鉴于这种严峻形势，提高预防和监测该疾病的手段势在必行。

而心电信号是发现心脏病的最直接手段。

但目前医院用的心电监护价格昂贵，维护费用高，患者检查的经济负担重，不能做到随时地都能检查。

因此设计一种便携式，价格便宜且实用的心电监护仪器具有重要意义。

人体心电信号中的各种生理参数都是由复杂生命体（人体）所发出的强噪声条件下的微弱信号（除体温等直接测量的参数外），心电信号的幅值在10uV〜4mV之间,频率的范围为0.05〜100Hz，其中淹没在50Hz 的工频干扰中和人体的其他信号中，检测的过程及其方法比较的复杂。

除去信号检测过程中的干扰、噪声，进行心电信号的分析是由心电图仪的重要功能之一。

本文考虑从人体心电信号的特点-信号微弱，低频，高阻抗，不稳定性和随机性。

采用了心电性信号的输入—右腿驱动电路、三级放大电路-前臵放大，电压放大，功率放大。

并用Multisim 软件进行模拟仿真。

该由运算放大器构成的简易心电图仪，具有体积小，携带方便，实用性强等优点。

关键词：微弱信号；运算放大；心电图AbstractWith the social developme nt and con ti nu ous improveme nt ofliv in gsta ndards, peoplewiththeemphasis on health,especially in rece ntyearsatboththeagi ngofwar have in creased, and the in cide nee of cardiovascular disease arealsoris ing.Cardi o vascul a r disea s e i s curre nt l y t h e ma i n t hre at t o hum a n lif e hasbecome,hea rtdisease has become the world's highest mortality.The ECG signal is found in the most direct means of heart disease.However,the hospitalECGuseexpensive,highmaintenancecosts,checktheeconomieburdenof pa tie nts and can not be checked at any time, any where. Therefore the desig n ofaportabl e, che a p and practica l ECG mon it or i ng equi pm e nt i s of g re a tsig ni fica nee.The freque ncycha nges from 0.05Hz to lOOHz.The electrocardiacsignalis inundatedwith50Hzelectricfrequencysignalandother person sig s al.The electrocardi acsignalisoneofthe mostimportantcheckingprocedureandmethodare complex.W e c on s i de r bot h the charac t er i sti c s of hum a n EC G - weak s i g n a l, l ow fre q uen c y,high impeda nee, in stability and ran domn ess. With the heart electrical sig nal in put-right leg drive circuit, three-level amplifier circuit - pre-amplification,voltage amplification, power amplificati on..Given this grim situation, improve the prevention and monitoring of the disease me a ns im p er a ti ve.C on s tit ut edbyt heope r ationa l ampli f ierde s igned i n t hi s paperasimple ECG, with a small, portable, practicaldva ntages.Key words: Weaksingal ；Op Zoom ；ECG摘要 (II)A b s t r a ct (III)目录 (IV)第1 章绪论 (1)1.1 心电图仪的发展史 (1)1.2 国内外现状 (1)1.3 心电信号基本理论 (2)1.4 心电信号的特点 (3)第2 章心电图仪的基本原理 (4)2.1 心电图仪的基本组成框架 (4)2 .2 心电图仪的输入部分设计 (4)2.2.1心电信号的检测 (4)2.2.2抑制心电信号中50Hz 共模信号干扰的有效方法 (5)2.3 心电图仪中心电放大部分 (6)2.3.1 高频滤波部分 (7)2.3.2无源高通滤波器 (7)2.3.3第一级放大电路 (9)2.3.4第二级放大电路 (10)2.3.5 有源低通滤波电路 (11)2.3.6第三级放大电路 (12)第3 章用Mul t i s i m 进行模拟仿真 (13)3.1multisim 软件介绍 (13)3.2 放大部分的模拟仿真 (14)3.2.1 第一级放大电路仿真 (14)3.2.2 第二级放大电路仿真 (16)3.2.3 第三级放大电路仿真 (17)3.3 滤波电路的仿真 (18)3.3.1 低通滤波电路的仿真 (18)3.4心电放大电路设计总图致谢 ..................................................................... 错误！未定义书签。

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心电图仪电路设计及仿真
摘要:本文设计了心率监测的一种方法,由于人体心电信号属于低频微弱信号,故经导联输入后,从体表获得的心电信号经滤波滤除高频干扰后,再经50 Hz陷波器进一步抑制电源干扰,最后通过MSP430单片机的A／D转换,得到数字化的心电信号。

实验表明本文设计的心电图仪显示的心电信号清晰稳定,基本满足临床监护以及病理分析等要求。

关键词:心电放大电路陷波电路低噪声
1 引言
众所周知,目前心血管疾病是危害人类健康的一种较常见疾病,而检测心电信号是诊断心血管疾病的主要依据,因此实时监测病人心电活动,设计采集病人心电信号的系统具有重要的意义。

2 心电信号的特点
由于心电信号属医学生物信号,一般具有以下两个个特点:其一心电信号的随机性较强,即信号无法用确定的函数进行描述,所以用统计的方法通过大量测量数据中看其规律;其二噪声背景强,即要抗干扰。

心电信号的频带范围一般是0.05～100 Hz。

所以要对心电信号进行精确测量,必须设计出性能优良的放大器。

3 心电信号的传感、放大及滤波
3.1 心电输入电级
采集记录心电信号,采用电极导电性能好、电极应贴附力强、透气性好、吸汗、极化电压低的优质电极,此外还应该具有拆卸方便、对皮肤刺激小、佩戴舒适等特点。

通常采用表面镀有AgCI可拆卸的一次性软电极,还需要在电极上涂有优质导电膏。

3.2 心电信号的放大
本设计中的放大器主要是用来放大心点信号。

放大器的放大倍数大约为5000倍左右,主要是为了满足模拟滤波和A/D采样的需要。

本设计的放大采用二次放大。

第一次放大倍数为10倍,是为了满足模拟滤波器滤波的。

如果信号太小,滤波器根本达不到所要滤波的效果;太大则会使滤波器电路电流过大,影响滤波效果。

主放大电路(二次放大)的倍数位500倍,使其满足单片机A/D采样的最佳效果。

本次放大器设计选用高精度的INAl05做为主体器件,具有低输入偏置电流、低噪音、较高建立时间、低功耗等特性,其共模抑制比可达130dB,所以非常适合作为医疗仪器在前置放大器上使用。

其增益可调(范围约1～1000倍),并可由公式可知:G=(R+25000)／25000, 同时为防止置放大器工作在饱和区或截止区,其增益不能过大。

经验证10倍左右效果较好。

由于心电信号幅度约为0～2mV,而A／D转换输入信号要求1V
左右,因此,整个信号电路的放大倍数大约需1000倍左右。

其前置放大约10倍左右,故本级放大倍数设计为100倍左右,即G=1+R／25000,整个放大电路刚好能满足设计处理信号的基本要求。

3.3 心电信号的滤波
本设计滤波采用的是模拟滤波电路。

从心电电极得到的心电信号先要经过前置放大电路,被处理后的心电信号主要受到工频、肌电等信号的干扰。

通过陷波电路和滤波后就可以得到较为光滑的波形。

电路如下图所示(如图1)
在本电路中,我们取C1=C2=0.22uF= 220nF
根据所选择的电容C1的实际值,再按照下式计算电阻换标系数K,其中fc为中心频率,设定为50HZ;C1的单位为uF。

由带通滤波器的品质因数Q=7,增益为1dB,我们可以通过查表得到R1,R2,R3的值,查得:R1=11.141kΩ,R2=0.115kΩ,R3=22.282kΩ
将上述电阻值乘以电阻换标系数K=9,得:
R1=100.269kΩ,取标称值100kΩ
R2=1.035kΩ,取一个滑动变阻器,可以对中心频率进行微调
R3=200.538kΩ。

取标称值200kΩ
带通滤波器设计完成后,继续设计第二级加法电路。

取R4=R5,让
经过带通滤波器后的信号与原始信号等权相加,这样50 Hz信号在加法电路中正好抵消,可通过调节R2可以调节中心频率。

R6来调整整个陷波电路的通带增益。

使用V1,V2两个交流信号源串联作为我们的输入信号,其中V1频率为150HZ,V2频率为50HZ,电压幅值均为1.5V。

V1为需要通过的信号,V2为需要滤除的干扰信号。

通过示波器来观察输入输出信号的变化。

(如图2)
从上图我们可以看到,在输入50HZ的信号被严重衰减,而其他频率的信号则无损通过,证明了我们设计的有效性。

4 仿真结果分析
通过对心电图仪硬件整体电路的设计,并对该硬件电路进行了仿真验证,该电路输出的心电信号的波形与标准信号基本接近,得到了较好的仿真效果,基本满足了设计要求。

5 结语
本设计选用MSP430作为系统的微控制器。

选用低功耗的外围器件并充分利用了该芯片的各种低功耗模式,从而达到了设计预期的要求。

参考文献
[1] 郭航迭．简明临床心电图手册[M].上海:复旦大学出版础,2002．
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[3] 刘大茂,吴学慧.多功能便携式心电监护的研制[J].福州大学学报1998,26(2):45～48.。