脉搏与心电信号采集监测系统Multisim电路设计仿真
脉搏与心电信号采集与监测系统设计
1. 设计脉搏或心电信号放大器
•增益：60dB～70dB～80dB三档可调
•带宽：0.01HZ～200HZ，可插入50HZ陷波器
2. 设计测量和显示心率的数字电路（用七段数码管）
3. 设计心率越限报警电话（报警范围为分次分次/150f/40f00），报警方式，喇叭或蜂鸣器鸣叫，屏幕显示。
4. 完成模拟电路和数字电路的仿真和虚拟实验。
5. 完成印刷板设计。
6. 基本框图
脉搏与心电信号采集与监测系统
一、 心电信号采集电路（模拟电路部分）
1 、查阅资料可知人体心电信号有如下的特点
(1)信号具有近场检测的特点，离开人体表微小的距离，就基本上检测不到信号；
(2)心电信号通常比较微弱，至多为mV量级；
(3)属低频信号，且能量主要在几百赫兹以下；
(4)干扰特别强。干扰既来自生物体内，如肌电干扰、呼吸干扰等；也来自生物体外，如工频干扰、信号拾取时因不良接地等引入的其他外来串扰等；
(5)干扰信号与心电信号本身频带重叠(如工频干扰等)。
2 心电信号采集放大器电路设计
要求 •增益：60dB～70dB～80dB三档可调（即放大倍数为1000~3160~10000）
•带宽：0.01HZ～200HZ，可插入50HZ陷波器 分析：根据要求，放大倍数为1000~3160~10000，故采用二级放大。其中前级放大增益三档可调，分别为10、31、100倍。后级放大器为100倍。
2-1、 前级放大器设计
a 、放大器AD620构成的电路
由于人体心电信号的特点，加上背景噪声较强，采集信号时电极与皮肤间的阻抗大且变化范围也较大，这就对前级(第一级)放大电路提出了较高的要求，即要求前级放大电路应满足以下要求：
高输入阻抗；高共模抑制比；低噪声、低漂移、非线性度小；合适的频带和动态范围。
为此，选用Analog公司的仪用放大器AD620作为前级放大(预放)。AD620的核心是三运放电路(相当于集成了三个OP07运放)，其内部结构如图1所示。
该放大器有较高的共模抑制比(CMRR)，温度稳定性好，放大频带宽，噪声系数小且具有调节方便的特点，是生物医学信号放大的理想选择。根据小信号放大器的设计原则，前级的增益不能设置太高，因为前级增益过高将不利于后续电路对噪声的处理。
b 补偿电路 (抵消人体信号源中的各种噪声)
引入补偿电路，是为了抵消人体信号源中的干扰(包括工频干扰)。
在前级放大电路的反馈端与信号源地端建立共模负反馈，为提高电路的反馈深度，将反馈信号放大后(采用OP07)接人信号源参考端，这样可以最大限度地抵消工频干扰。
根据上面的分析，前级放大电路设计，如下，并先运用Multisim 仿真。
根据AD620AN的放大倍数计算公式
得三个控制开关，开关1、开关2、开关3所控制的放大倍数分别为：
10/31/100倍。 2-2后级放大器设计
采用OP07AH放大器
放大倍数：A2=1+R6/R5=101倍
2-3高通滤波器：在电路部分加上高通滤波环节，隔断直流通路和消除基线漂移，本部分电路置于预放大与信号放大电路之间。
放大器设计总图如下所示，
开关1打开，即放大1000倍时波形图即幅度数据：
开关2打开，即放大3000倍，仿真如下：开关3打开，即放大10000倍时，仿真如下：
3、50HZ陷波器设计电路图
Multisin仿真电路，调解滑动变阻器R18和R9使陷波器对50hz抑制的最好，
4心电信号采集放大调理器总电路图
Multisin仿真波形如下（开关3打开，10000倍时波形）
multisim仿真电路课程设计
multisim仿真电路课程设计
一、课程目标
知识目标：
1. 理解Multisim软件的基本操作和界面功能；
2. 掌握仿真电路的搭建、修改和测试方法；
3. 学习并应用基本的电路原理，如欧姆定律、基尔霍夫定律等；
4. 识别并使用常见电子元件，如电阻、电容、电感、二极管、晶体管等；
5. 了解不同类型电路的特点，如放大器、滤波器、振荡器等。
技能目标：
1. 能够独立使用Multisim软件搭建简单的仿真电路；
2. 能够运用Multisim软件对电路进行调试和故障排查；
3. 能够分析仿真电路的实验结果，得出正确结论；
4. 能够通过团队协作，共同完成复杂仿真电路的设计与验证。
情感态度价值观目标：
1. 培养学生对电子电路设计和实验的兴趣和热情；
2. 培养学生的创新意识和动手能力；
3. 培养学生严谨、求实的科学态度；
4. 培养学生团队协作精神，提高沟通与交流能力。
课程性质：本课程为实践性课程，注重培养学生的动手操作能力和实际应用能力。
学生特点：学生具备基本的电子电路知识，对Multisim软件有一定了解，但实际操作能力较弱。
教学要求：教师需引导学生主动参与实践，关注个体差异，鼓励学生提问、讨论，提高学生的综合能力。同时，将课程目标分解为具体的学习成果，便于教学设计和评估。
二、教学内容
1. Multisim软件基本操作与界面介绍：包括菜单栏、工具栏、元件库、虚拟仪器等功能的认识和使用方法。
- 教材章节：第一章 Multisim软件概述
2. 基本电路元件的认识与使用：学习电阻、电容、电感、二极管、晶体管等常见电子元件的参数和特性。
- 教材章节：第二章 常用电子元件
3. 简单电路的搭建与仿真：运用Multisim软件搭建电路，进行电路原理的学习和实验操作。
- 教材章节：第三章 电路分析与设计
4. 复杂电路设计与分析：学习放大器、滤波器、振荡器等电路的设计方法和仿真实验。
心电信号采集与监测系统
- 1 -
教改班综合设计与实验
心电信号采集与监测系统
李天野（02099028）
张宁祥（02099015）
2012年6月
- 2 -
目 录
1. 实验任务与要求-------------------------------------3
2. 总体方案论证与框图构筑-----------------------------3
3. 心电信号调理器的设计与仿真-------------------------4
3.1 放大器设计------------------------------------4
3.1.1 仪用放大器设计---------------------------4
3.1.2 输出放大器设计---------------------------7
3.1.3 放大器总体仿真结果-----------------------8
3.2 50Hz陷波器设计--------------------------------9
3.3 心电信号调理器总电路图-----------------------11
4. 心率测量、显示及报警电路的设计---------------------12
4.1 心率测量方案----------------------------------12
4.2 心率测量及显示电路设计------------------------12
4.3 报警电路设计----------------------------------15
5. 总结----------------------------------------------16
6. 参考文献------------------------------------------16
- 3 -
1. 实验任务与要求
1. 设计心电信号调理器：
增益：60dB、70dB和80dB三档可调；
基于multisim的脑电采集系统的设计与仿真
一、生产实习（专业实习）报告包括内容
页脚内容
课 程 设 计 说 明 书
题目 基于multisim的脑电采集系统的设计与仿真
学院（系）：
年级专业：
学 号：
学生姓名：
指导教师：
教师职称：
目录
1 课程设计的目的………………………………………………4 一、生产实习（专业实习）报告包括内容
页脚内容 2课程设计的要求………………………………………………4
3 脑电放大滤波的方案设计……………………5
4脑电仪采集电路………………………………………………5
4.1前置放大电路…………………………………………5
4.2高通低通滤波电路………………………………8
4.3 50Hz工频陷波………………………………………10
4.4电平二级放大电路………………………………12
5 课程设计总结……………………………………………………13
6 参考文献………………………………………………………………14
一、生产实习（专业实习）报告包括内容
页脚内容
1课程设计的目的
脑电信号是与反映大脑神经活动有关的生物电位，由皮层内大量神经元突出后电位同步总和所形成的，是许多神经元共同活动的结果。对它进行检测可用于神经诊断和认知生理心理学研究，以及康复领域。现在已明确，在头皮上引导的脑电波振幅，在正常情况下，从波峰到波底为5~200µV（而从大脑皮层上引导的电位变化可达到1mV）其频率范围从小于1Hz到100Hz，波形因不同的脑部位置而异，并与觉醒和睡眠的水平相关，且存在很大的个体差异，也就是说脑电波在不同的正常人中也存在着不同的表现。因而脑电信号放大和采集的实现仍是一个难题。而实现脑电信号放大的主要困难在于高增益放大的同时去除各种干扰。
心电信号采集模块设计
CHENGSHIZHOUKAN 2019/14城市周刊96综合信息
心电信号采集模块设计
邱永利 凯莱英生命科学技术（天津）有限公司
摘要：随着社会生活水平的不断提高，人们对健康的意识也不断提升。心脏病是威胁人类健康的主要疾病之一，如
果能对心脏患者进行日常监护，则可为日后诊断提供重要的参考价值。本文阐述的主要包括：心电采集电路、前置放大电路、
滤波网络、主放大电路。心电信号由电极进行采集，为了抑制共模干扰加入右腿驱动；前置放大电路主要是将电极采集到的
信号进行高保真的放大，AD620是一款在生物放大电路应用较广的高精度仪用放大器；滤波网络由低通滤波、高通滤波、
50Hz陷波电路组成；主放大电路主要对信号进行后续放大。
关键词：心电信号采集；放大电路；滤波网络；Multisim
人体测量是以医学、生理学为基础。生物医学测量属于强
噪声背景下的低频微弱信号的测量，被测信号是由复杂的生命
体发出的复杂的不稳定的自然信号。生物医学测量的生理参数
有心电、脑电、肌电等各种生物电的电量参数，还有体温、血压、
呼吸、血流量、脉搏心音等非电量参数，这些非电量参数的测
量实质上就是温度、压力、流量、频率、力、位移等非电量物理
参数的测量。生物医学测量与普通测量相比，虽然可以归结为
电量与非电量的测量，但是被测量信号的特征和被测量的生命
系统，与工程上的测量具有本质的不同。
一、国内外现状及发展趋势
在国外，心电图机的研制和生产，占主要地位的是以德国、
日本、加拿大、美国为主的发达国家，相对而言国内心电图机发
展速度较慢，水平较落后。自1978年美国Marquett公司首次
推出数字化12导同步心电图机，便开创了心电图记录、分析与
诊断、保存与管理的新纪元，从此心电图机进入数字化发展新
时代，特别是计算机在各个领域的广泛运用，数字化信息处理
为医学界进步和深入研究提供了现代化高科技手段[1]。
在国内医疗器械生产商大多数是中小企业，产品技术水平
较低，不具备国际竞争力，所需的器件、材料、工艺，水平低基础差。
Multisim模拟电路仿真实验
Multisim模拟电路仿真实验
电路仿真是电子工程领域中重要的实验方法，它通过计算机软件模拟电路的工作原理和性能，可以在电路设计阶段进行测试和验证。其中，Multisim作为常用的电路设计与仿真工具，具有强大的功能和用户友好的界面，被广泛应用于电子工程教学和实践中。
本文将对Multisim模拟电路仿真实验进行探讨和介绍，包括电路仿真的基本原理、Multisim的使用方法以及实验设计与实施等方面。通过本文的阅读，读者将能够了解到Multisim模拟电路仿真实验的基本概念和操作方法，掌握电路仿真实验的设计和实施技巧。
一、Multisim模拟电路仿真的基本原理
Multisim模拟电路仿真实验基于电路分析和计算机仿真技术，通过建立电路模型和参数设置，使用数值计算方法求解电路的节点电压、电流以及功率等相关参数，从而模拟电路的工作情况。
Multisim模拟电路仿真的基本原理包括以下几个方面：
1. 电路模型建立：首先，需要根据电路的实际连接和元件参数建立相应的电路模型。Multisim提供了丰富的元件库和连接方式，可以通过简单的拖拽操作和参数设置来搭建电路模型。
2. 参数设置：在建立电路模型的基础上，需要为每个元件设置合适的参数值。例如，电阻器的阻值、电容器的容值、电源的电压等。这些参数值将直接影响到电路的仿真结果。 3. 仿真方法选择：Multisim提供了多种仿真方法，如直流分析、交流分析、暂态分析等。根据不同的仿真目的和需求，选择适当的仿真方法来进行仿真计算。
4. 仿真结果分析：仿真计算完成后，Multisim会给出电路的仿真结果，包括节点电压、电流、功率等参数。通过分析这些仿真结果，可以评估电路的性能和工作情况。
二、Multisim的使用方法
Multisim作为一款功能强大的电路设计与仿真工具，具有直观的操作界面和丰富的功能模块，使得电路仿真实验变得简单而高效。
以下是Multisim的使用方法的基本流程：
Multisim下的电路设计与仿真
龙源期刊网
Multisim下的电路设计与仿真
作者：刘蕾
来源：《硅谷》2014年第10期
摘 要 介绍Muhisim软件的主要特点、实现的功能及其在实际电路设计与仿真中的应用。Multisim是一种专门为电子线路设计与仿真的电子专业的软件，操作者不必焊接电路，制作PCB版，便可以实现本电路的功能及实现的现象，发现电路中的问题，解决故障。这种方法便捷、容易操作、易于上手，已经成为电子设计自动化的重要组成部分。
关键词 模拟仿真；电路设计；虚拟仪器
中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）10-0089-01
对电子电路性能的规划和测试，以前往往采用两个方法，运用数学的方法根据公式进行计算或者将电路图制成电路板进行测试，但是这两种方法都太麻烦了，一是计算量大，二是电路板的设计过程中不可控因素太多，因此这两种方法都不能满足现在电子产品大规模集成化的需求。在计算机上进行电路的设计及仿真等各项指标的测试已经成为主流。在这样的大环境下，加拿大nteractivi Image Technologies公司设计出了用于电子设计与仿真的软件Electronics
workbench，而Multisim模块是最具特色的，其操作页面简单易学，分析功能强大，在菜单栏中提供了本软件所有的指令，深入电子线路设计者的内心。
1 Multisim的组成及功能
加拿大Interactive lmage Technologies公司在E1ectmnicS Workbench的基础上推出专门用于电子电路设计与仿真的软件Multisim，包括VHDL/Verilog编辑/编译模块。根据自己的设计目的，在Multisim里画出完整的电子线路图，进行模拟、数字或者模数混合的电路仿真，对整体的电路图进行定性的分析。Multisim不需要学习计算机控制语言，也不需要编写电子电路图的程序，本身软件的环境就适合实验环境的要求。仿真分析是对电路估算的一种数学方法。每一个元件都是一个“数学模型”。
心电图仪电路设计及仿真
心电图仪电路设计及仿真
作者：王波
来源：《科技创新导报》 2012年第13期
王波
(广东海洋大学寸金学院 广东湛江 524094)
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
中图分类号:TM13 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2012)05(a)-0035-01
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。
心音、脉搏信号采集、调理电路的设计
心音、脉搏信号采集、调理电路的设计
心音和脉搏是反映人体生理及病理的两项重要指标，它们分别是诊断人体疾病的重要手段之一，具有非常重要的临床意义。为此，对该领域的研究背景、研究现状和发展趋势进行了充分调研，认为现有系统一般是单独的心音或者单独的脉搏采集调理电路，但是由于心动是脉动的源，心音与脉搏本身就存在着严密的医学联系，单独的心音或者单独的脉搏采集调理电路，无法对心音和脉搏信号进行关联分析提供大量可靠的数据样本，因此本文详细介绍了用通用器材制作心音、脉搏传感器的方法以及信号调理电路的设计方案。1 心音、脉搏传感器的制作方法1．1 心音传感器选择及制作 心音是人体最重要的声信号之一。它是在心动周期中，由于心肌收缩和舒张、瓣膜启闭、血流冲击心室壁和大动脉等因素引起的机械振动，该振动通过周围组织传到胸壁成为可听到的声音。心音信号中含有关于心脏各个部分，如：心房、心室、大血管、心血管及各个瓣膜功能状态的大量病理信息，是临床评估心脏功能状态的最基本方法。当心血管疾病尚未发展到足以产生临床及病理改变(如ECG变化)以前，心音中出现的杂音和畸变就是重要的诊断信息。1．1．1 心音传感器的选择 心音采集系统首先要解决的是如何将心音信号转化为电信号的问题。由于心音信号的频谱范围在人耳所能听到声音的低频段，约在20～600 Hz，因此可选用低频响应较好的话筒作为心音传感器。驻极体式电容话筒低频特性能满足要求而价格低，该设计中选用直径6 mm的驻极体话筒。1．1．2 心音传感头的制作 制作心音传感头时，选用了由江苏鱼跃医疗设备股份有限公司出品的单用听诊器全铜听头部分，在听头耳把上套上约20 cm长的医用橡皮管，对心音进行物理增强，橡皮管的另一头挤压入微型驻极体话筒，话筒的两根导线用屏蔽电缆接到放大电路中。1．2 脉搏传感器的选择及制作 脉搏波是以心脏搏动为动力源，通过血管系的传导而产生的容积变化和振动现象。当心脏收缩时，有相当数量的血液进入原已充满血液的主动脉内，使得该处的弹性管壁被撑开，此时心脏推动血液所作的功转化为血管的弹性势能；心脏停止收缩时，扩张了的那部分血管也跟着收缩，驱使血液向前流动，结果又使前面血管的管壁跟着扩张，以此类推。这种过程和波动在弹性介质中的传播有些类似，因此称为脉搏波(Pulse Wave)。人体手指末端含有丰富的小动脉，它们和其他部位的动脉一样，含有丰富的信息，用光电法拾取这些信息是无损伤方法，而且简单易行。实验表明，用红外光电法通过指尖测量脉搏波是一种比较好的方法。1．3 脉搏波测量电路 红外光电法脉搏采集的基本方法是：发光二极管发出的光照射到手指上，被手指组织的血液吸收和衰减后由光敏二极管接收，由于手指动脉血在血液循环过程中呈周期性的脉动变化，它对光的吸收和衰减也是周期性脉动的，于是光敏二极管输出信号的变化也就是周期性变化，反映了动脉血的变化。
心电采集系统中模拟电路的设计方案
心电采集系统中模拟电路的设计方案
心电信号作为心脏电活动在人体体表的表现，信号比较微弱，其频谱
范围是 0.05～ 200Hz，电压幅值为 0～5mV，信号源的阻抗为数千欧到数百千
欧，并且存在着大量的噪声， 所以心电采集系统的合理设计是能否得到正确
的心电信号的关键部件。心电信号的测量条件是相当复杂的，除了受包括肌电
信号、呼吸波信号、脑电信号等体内干扰信号的干扰以外还受到 50HZ 市电、
基线漂移、电极接触和其他电磁设备的体外干扰，因此，在强噪声下如何 有
效地抑制各种干扰将成为心电采集系统设计的关键。
1 心电采集系统简介
完整的心电采集系统包括模拟和数字两部分，其中模拟部分主要完成心
电信号的拾 取、放大和滤波等，数字部分将对模拟部分获得的心电信号进行
分析与处理，以便医护人员 得出正确的诊断结果，因此心电采集系统中的模
拟电路在心电监护系统中具有重要作用。心电采集系统的总体结构如
由携带在人体上的专用电极拾取的心电信号首先经前置放大器初步放大，
并在对各种干扰信号进行一定抑制后送入带通滤波器，以滤除心电频率范围以
外的干扰信号，然后由主放 大器将滤波后的信号进一步放大到合适范围，再
经 50Hz 陷波器滤除工频干扰，得到模拟的 心电信号将被送入 AD 转换系统
进行模数转换，转换成数字信号后由中央处理单元负责后续 的分析处理。
2 前置放大电路
从人体体表拾取的心电信号一般只有几个毫伏，为了提高其分辨率以便
于后端显示和 处理，首先需要对信号进行放大。在心电信号采集过程中，前
置放大电路对心电信号的影响 最大，为提高心电信号的性能，前置放大电路
的放大倍数不能选择得太大(一般小于 20)， 否则会由于有较大的干扰信号(指
基于Multisim设计的心电采集放大电路
信．皇，技术 ２０１７年（第４６卷）第ｌ期
ＤＯＩ １０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７２－６３７５．２０１７．Ｏ１．００８
基于Ｍｕ Ｉ ｔ ｉ ｓ ｉ ｍ设计的心电采集放大电路
李佳阳，苏其瑜
（Ｉ￣ｌＪｌｌ大学电气信息学院，四川成都６１００６５）
摘要：心血管疾病是人类死亡的主要疾病之一，许多患者心脏病发作后由于未能及时发现和抢救极易发生死亡。由于心 律失常的出现常是偶发的，使用通常的心电图机等短程分析方法不易发现，现在较为有效的方法就是采用记录２４ ｈ以至更 长时间的心电图并加以分析以期捕捉到心律失常波形。本论述研究设计了一种低功耗、结构简单、性价比高的心电放大器， 在此基础上可研制出便携式动态心电记录仪。该仪器的最大优点是电路简单、实用、低功耗且成本低廉，对各中小型医院的 危重病人的抢救和家庭监护有较好的实用价值。 关键词：心电信号；噪声干扰；前置放大 中图分类号：ＴＮ７１３；ＴＨ７７２．２ 文献标识码：Ａ
１ 心电信号采集的意义及特征
心脏病是威胁人类生命健康的重大疾病之一，心 电监测可以给心脏病患者提供重要的诊断依据。作为 心电仪的核心部分，设计良好的心电采集电路应该能
够在其他较强生物信号和环境噪声中提取微弱的心电 信号，并能不失真地检测出具有临床价值的干净心电
信号。 作为心脏电活动在人体体表的表现，心电信号很微 弱，其频谱范围是０．５～１００ Ｈｚ，点压幅值为０～０．５ ｍＶ，
信号源的阻抗为数千欧到数百千欧，且存在着大量的 噪声。心电采集系统设计的合理与否是能否得到干净
心电信号的关键。测量心电信号的条件是相当复杂的， 除了受包括肌电信号、呼吸信号、脑电信号的干扰外还 受到５０ Ｈｚ工频干扰、基线漂移、电极接触和其他电磁
设备的体外干扰。
２系统概述
本论述所设计的心电放大器是以ＡＤ６２０高精度
仪表放大器作为前置放大器。以Ｔｍ６２为放大器产生 右腿驱动和屏蔽信号，以ＴＬ０６４为主放大器设计实现