2 小型动态心电记录仪设计构架

    从图1可以看出,记录仪的设计分为模拟心电信号的检测、放大与滤波、数字心电信号的存储与处理等部分。即通过导联输入心电信号,经放大与滤波、A/D转换后得到数字化的心电信号,送入单片机系统,由软件完成QRS波检测、处理以及存储,最后通过人机接口电路将心电波形显示在LCD屏幕上,或通过RS232接口送出检测的波形数据到微机中,供医生分析诊断。现分别加以介绍。

    2.1 模拟心电信号的检测放大与滤波

    将Ag-AgCI电极贴在病人左臂、右臂和大腿上,从体表获得的心电信号经高精度、低功耗CMOS运放LMC6035构成的前置放大器放大后,构成标准的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ导联输入ECG信号由模拟多路开关CD4052进行切换;选中的那一路ECG信号由低功耗仪器放大器AD620放大,经5阶全极点无直流误差的低通滤波器MAX280滤除高频干扰,再经一个用LMF90芯片设计的50Hz陷波器进一步抑制电源干扰后,加到全自治式A/D转换器M12L458上进行A/D转换,从而得到数字化的心电信号。

    2.2 数字心电信号的存储与处理

    本文设计的心电记录仪的最大特点是超大存储容量,存储器由四片闪速存储芯片28F128J3组成,每片存储容量为16M字节,4片容量总共为64M字节存储空间。若以200Hz采样频率计算,每导ECG 24小时存储大约17M字节数据,三导联ECG数据大约为51M字节。为了高保真地记录心电数据,医生一般不希望进行数据压缩,故不采用任何数据压缩方法,直接记录原始心电数据。

    2.2.1 大容量闪存28F128J3与单片机W78LE54的硬件接口

    由于28F128J3需寻址16M字节空间,需要24根地址线,但8位单片机W78LE54只有16根地址线,可直接寻址64K字节空间,因此,低16位地址(A0～A15)与单片机地址线正常相接,通过P0口外接低功耗高速8D锁存器74HC377扩展高位地址线(A16～A23),使单片机的寻址能力达16M字节,4片28F128J3的片选信号Y0～Y3由P1口通过74HCl38译码器产生。具体电路连接框图见图2。

    2.2.2 软件设计

    心电记录仪软件的主要任务是心电数据采集、QRS检测、对闪速存储器的存储控制、心率数字显示与报警以及与微机的数据串行通信。软件以5ms采样速率控制A/D采样,对采集来的ECG信号进行非线性变换和积分,形成能量峰,再用改进的自适应双阈值峰值检测算法进行QRS检测,定出RR间期,取其导数为瞬时心率,然后以当前4个心搏的平均心率为新的心率值[4]。将这些数据都存储于闪速存储器中,以备医生通过串口输入到微机中进行心电波形的回放、分析、诊断和处理。

    本文介绍的心电记录仪,硬件全部采用低功耗器件设计,具有存储容量大、功耗低、体积小、可靠性高的特点。而且对心电数据未采用任何压缩算法,ECG信号的保真度高、记录时间长,是一种可供读者参考的小型心电记录仪。