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摘要：文的目的是通过先进微处理器的应用研究的主要内容是通过将嵌入式技术、数字信号处理技术和信号采集技术的结合，设计一个能够完成信号提取和分析功能的嵌入式心电图监测系统。
关键词： 心电采集；滤波电路；共模干扰；STM32
本系统完成了基于STM32微处理器的心电采集及分析处理系统的方案设计、硬件和软件设计与实现，心电信号采集电路是其关键部分，主要完成信号的正确提取。系统原理结构图如图1所示。心电信号由电极获取，送人心电采集电路，经前置放大、主放大、高低通滤波，得到符合要求的心电信号，并送入到STM32的ADC进行AD转换。为了更好地抑制干扰信号，在电路中还引入了右腿驱动电路。系统控制芯片采用STM32，TFT-LCD的触摸功能加上少量按键可以建立良好的人机交互环境，可以通过LCD实时显示和回放，数据通过USB可靠地传输到PC机，以便对心电数据做进一步的分析。系统主要硬件结构及电路系统主要划分为三大部分：心电采集电路，主要完成心电信号的提取；带通滤波及主放大电路，用于调理采集到的信号，使之符合处理要求；STM32处理电路，完成心电信号的显示和分析功能。
1.最小核心系统的设计
以应用为中心、软件硬件可裁剪的、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等严格综合性要求的专用计算机系统，由硬件和软件两部分有机的结合在一起，作为一种典型的嵌入式应用。由于便携式心电图仪有很强的可移动性，便于使用者携带，同时也要求功能完善，能够实时对心电信号进行处理。集信号采集—处理—传输三大功能于一体。对于这些功能，即需要相对独立的模块化设计，又需要良好的协调。 因此，在开发过程中，硬件设备的选择需要考虑这些特定的需求，有针对性的进行器件的选择和设计。
2.人机交互界面的设计
人机交互界面是人与机器进行沟通交流的设备，它可以把人的指令传入给MCU，也可以让设备显示出我们所想知道的信息。针对要完成一款便携式心电仪的设计，那么在LCD的选择上，就要符合实际的需要，必须要考虑功耗和成本。对于人机交互部分，显然采用单色液晶显然已经不能满足的需要，因此把LCD的选择定位在了彩色液晶上。
3.前置放大电路以及右腿驱动电路
前置放大电路要完成的功能是实现信号的差分放大，该部分电路在整个采集电路中至关重要，因为后续信号的处理都是以此为基础的。因此要选择一款合适的差分运放芯片。选择时一般考虑以下几点：
（1） 增益
由于心电信号非常微弱，均值在1mV左右，而采集电压一般要达到1V左右，所以心电放大倍数在1000倍左右。一般为了抑制零点漂移，提高共模抑制比，应该分多级实现放大。
（2） 频率响应
所谓频率响应是指放大器对不同信号频率的反应，心电信号的范围低于100Hz，所以要求放大器要对此频率范围的信号尽可能不失真的放大出来。
（3） 共模抑制比
电极不对称、电气设备运行时的干扰都易产生极化电压，然后通过放大电路其值极有可能远比心电信号大得多，从而将微弱的信号淹没。
（4） 输入阻抗
电信号是微弱的，且具有高阻抗的特性，只有高输入阻抗才有可能不失真的引出心电信号，不然由于分压的因素，会极大的衰减心电信号，从而导致无法正确采集。
（5） 低噪声、低漂移
在心电放大器中，还有两个较重要的参数即噪声和漂移。在设计心电放大器时应尽量选用低噪声元件，提高输入阻抗。另外，温漂会引入直流电压增益从而给心电信号带来干扰。
4.滤波电路以及陷波电路的设计
为滤除干扰需要设计带通滤波器，使频率为0.05Hz～l00Hz的心电信号通过，该范围以外的信号将大幅度衰减掉。滤波器有无源滤波器和有源滤波器两种。无源低通滤波器是由无源器件（电阻，电容，电感）组成。其带负载后，通带放大倍数的数值减小，通带截止频率升高，这个缺点不符合信号处理的要求。因此本设计选用有源低通濾波器。
5.电源电路的设计
电源电路是整个系统中十分重要的一环，随着便携式产品的普及，如何降低功耗成为工程师面临的急需解决的问题。如果电源不稳定可能造成系统不能正常工作，严重的甚至烧坏芯片引发事故。因此电源管理越发显得重要。
心电采集电路需要土5V电源，STM32工作电压为3.3V，本设计用7.2V电池供电，中正负5V电压可以采用7805和7905来产生，它通过外围的电感电容的组合提供升满足运放使用的正电压和负电压，图10是其典型应用。
6.结论
本文设计了一种基于STM32芯片能够实时监控并且价格低廉的便携式心电信号采集仪。易携带的特性存储数据，能够完成长时间的心电监测，并选用TFT-LCD彩色液晶进行实时心电波形显示，通过按键使该系统具有良好的人机交互界面，达到了设计的目的。
参考文献：
[1]巴德年主编，杨子彬[册]主编.生物医学工程学[M].黑龙江科学技术出版社，2005：80-81.
[2]张开滋，刘海样，吴杰心电信息学[J].北京：科学技术文献出版社，1998：46-50.
[3]余学飞.医学电子仪器原理与设计[M].广州：华南理工大学出版社，2000.
[4]周立功.ARM嵌入式系统基础教程[M].北京：北京航空航天大学出版社，2005：30-71.
关键词： 心电采集；滤波电路；共模干扰；STM32
本系统完成了基于STM32微处理器的心电采集及分析处理系统的方案设计、硬件和软件设计与实现，心电信号采集电路是其关键部分，主要完成信号的正确提取。系统原理结构图如图1所示。心电信号由电极获取，送人心电采集电路，经前置放大、主放大、高低通滤波，得到符合要求的心电信号，并送入到STM32的ADC进行AD转换。为了更好地抑制干扰信号，在电路中还引入了右腿驱动电路。系统控制芯片采用STM32，TFT-LCD的触摸功能加上少量按键可以建立良好的人机交互环境，可以通过LCD实时显示和回放，数据通过USB可靠地传输到PC机，以便对心电数据做进一步的分析。系统主要硬件结构及电路系统主要划分为三大部分：心电采集电路，主要完成心电信号的提取；带通滤波及主放大电路，用于调理采集到的信号，使之符合处理要求；STM32处理电路，完成心电信号的显示和分析功能。
1.最小核心系统的设计
以应用为中心、软件硬件可裁剪的、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等严格综合性要求的专用计算机系统，由硬件和软件两部分有机的结合在一起，作为一种典型的嵌入式应用。由于便携式心电图仪有很强的可移动性，便于使用者携带，同时也要求功能完善，能够实时对心电信号进行处理。集信号采集—处理—传输三大功能于一体。对于这些功能，即需要相对独立的模块化设计，又需要良好的协调。 因此，在开发过程中，硬件设备的选择需要考虑这些特定的需求，有针对性的进行器件的选择和设计。
2.人机交互界面的设计
人机交互界面是人与机器进行沟通交流的设备，它可以把人的指令传入给MCU，也可以让设备显示出我们所想知道的信息。针对要完成一款便携式心电仪的设计，那么在LCD的选择上，就要符合实际的需要，必须要考虑功耗和成本。对于人机交互部分，显然采用单色液晶显然已经不能满足的需要，因此把LCD的选择定位在了彩色液晶上。
3.前置放大电路以及右腿驱动电路
前置放大电路要完成的功能是实现信号的差分放大，该部分电路在整个采集电路中至关重要，因为后续信号的处理都是以此为基础的。因此要选择一款合适的差分运放芯片。选择时一般考虑以下几点：
（1） 增益
由于心电信号非常微弱，均值在1mV左右，而采集电压一般要达到1V左右，所以心电放大倍数在1000倍左右。一般为了抑制零点漂移，提高共模抑制比，应该分多级实现放大。
（2） 频率响应
所谓频率响应是指放大器对不同信号频率的反应，心电信号的范围低于100Hz，所以要求放大器要对此频率范围的信号尽可能不失真的放大出来。
（3） 共模抑制比
电极不对称、电气设备运行时的干扰都易产生极化电压，然后通过放大电路其值极有可能远比心电信号大得多，从而将微弱的信号淹没。
（4） 输入阻抗
电信号是微弱的，且具有高阻抗的特性，只有高输入阻抗才有可能不失真的引出心电信号，不然由于分压的因素，会极大的衰减心电信号，从而导致无法正确采集。
（5） 低噪声、低漂移
在心电放大器中，还有两个较重要的参数即噪声和漂移。在设计心电放大器时应尽量选用低噪声元件，提高输入阻抗。另外，温漂会引入直流电压增益从而给心电信号带来干扰。
4.滤波电路以及陷波电路的设计
为滤除干扰需要设计带通滤波器，使频率为0.05Hz～l00Hz的心电信号通过，该范围以外的信号将大幅度衰减掉。滤波器有无源滤波器和有源滤波器两种。无源低通滤波器是由无源器件（电阻，电容，电感）组成。其带负载后，通带放大倍数的数值减小，通带截止频率升高，这个缺点不符合信号处理的要求。因此本设计选用有源低通濾波器。
5.电源电路的设计
电源电路是整个系统中十分重要的一环，随着便携式产品的普及，如何降低功耗成为工程师面临的急需解决的问题。如果电源不稳定可能造成系统不能正常工作，严重的甚至烧坏芯片引发事故。因此电源管理越发显得重要。
心电采集电路需要土5V电源，STM32工作电压为3.3V，本设计用7.2V电池供电，中正负5V电压可以采用7805和7905来产生，它通过外围的电感电容的组合提供升满足运放使用的正电压和负电压，图10是其典型应用。
6.结论
本文设计了一种基于STM32芯片能够实时监控并且价格低廉的便携式心电信号采集仪。易携带的特性存储数据，能够完成长时间的心电监测，并选用TFT-LCD彩色液晶进行实时心电波形显示，通过按键使该系统具有良好的人机交互界面，达到了设计的目的。
参考文献：
[1]巴德年主编，杨子彬[册]主编.生物医学工程学[M].黑龙江科学技术出版社，2005：80-81.
[2]张开滋，刘海样，吴杰心电信息学[J].北京：科学技术文献出版社，1998：46-50.
[3]余学飞.医学电子仪器原理与设计[M].广州：华南理工大学出版社，2000.
[4]周立功.ARM嵌入式系统基础教程[M].北京：北京航空航天大学出版社，2005：30-71.