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基于USB接口的心電信號數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)
摘要：介紹了基于USB接口的心電信號數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，給出了該系統(tǒng)的硬件組成原理及軟件設(shè)計方法。由于該系統(tǒng)使用了高性能的USB專用芯片CY7C64613，因而具有使用方便、即插即用等特點。與筆記本電腦相連即可構(gòu)成移動式心電信號檢測分析儀器，具有較高的實用推廣價值。關(guān)鍵詞：USB；心電；數(shù)據(jù)采集
１ 引言
心電信號是最廣泛的臨床檢查項目之一。心電信號數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是心電信號檢查的關(guān)鍵部件，它能在較強的噪聲背景下，通過電極將０．０５～１００Ｈｚ的微弱心電信號檢測出來，然后經(jīng)放大、Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換后送入計算機進行處理。計算機的使用使得該系統(tǒng)在信號分析、儲存、打印等方面比傳統(tǒng)的心電圖機具有明顯的優(yōu)勢。但采集系統(tǒng)與計算機的通訊接口都存在插卡插拔麻煩，安全性差，且擴展槽數(shù)目有限等不足。為此?本文提出的基于ＵＳＢ接口的心電信號數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)使用了目前最為先進的ＵＳＢ接口技術(shù)，能夠支持即插即用和熱插拔功能。這是其它非ＵＳＢ接口無法比擬的。同時也可以與筆記本電腦相連以構(gòu)成移動式心電檢測分析儀。
２ 系統(tǒng)的硬件組成
２．１ 系統(tǒng)組成
圖１所示為基于ＵＳＢ接口的心電信號數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的組成框圖。圖中?電極傳感器檢測到的心電信號經(jīng)輸入保護電路進行電壓限幅、高頻濾波后，再進行前置放大，然后經(jīng)光電隔離后，再次進行電壓放大，最后經(jīng)干擾抑制電路消除干擾后，在多路模擬開關(guān)的控制下將其中某一路信號接入Ａ／Ｄ。ＣＹ７Ｃ６４６１３是帶智能ＵＳＢ接口的單片機，通過它可以把Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)接后的數(shù)字信號經(jīng)ＵＳＢ接口傳輸?shù)接嬎銠C。
下面就數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的抗干擾措施、信號放大及ＵＳＢ通信等問題進行重點論述。
２．２ 系統(tǒng)抗干擾
作為醫(yī)療器械的心電信號數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，由于其檢測對象是低頻、微弱的心電信號，干擾較大，因此?系統(tǒng)的抗干擾能力及安全可靠性至關(guān)重要。針對這種情況，本系統(tǒng)采取了多方面措施。圖２所示為輸入保護電路和高頻濾波電路。其中輸入保護電路是在每個電極和地之間加入兩個并聯(lián)的硅二極管以進行電壓限幅，從而限制輸入電壓不超過±６００ｍｖ，確保病人和儀器的安全。高頻濾波電路用于阻止高頻干擾信號進入數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。本設(shè)計使用以ＦＸ１０１芯片為核心的低通濾波器。濾波截止頻率為：
ｆｃ＝１／[２ｐ(Ｒ１Ｒ２Ｃ１Ｃ２)１／２]
使用光電隔離電路和干擾抑制電路可進一步提高抗干擾能力。干擾抑制電路包括５０Ｈｚ干擾抑制電路和肌電干擾抑制電路。前者用來濾掉５０Ｈｚ工頻干擾（這是心電信號的主要干擾源），它是一個無源ＲＣ雙Ｔ網(wǎng)絡(luò)。后者用來抑制電極與皮
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