基于FPGA的ECG信号采集与处理系统设计

【摘要】当今平板电脑和大屏幕智能手机的普及为便携式心电监护仪的发展带来了机遇。针对这种发展趋势,本文设计了便携式的ECG(人体心电)信号的实时采集、处理和传送系统,该系统由FPGA(现场可编程门阵列)为控制中心,以高精度24位心电专用AD芯片进行模数转换,以FIR滤波算法进行高阶数字滤波。该系统接口可升级为USB接口将采集和处理的ECG数据传送至平板电脑或大屏幕智能手机,以方便心脏疾病者自我初步诊断。该系统具有便携、性价比高、获取心电数据的滤波效果好等特点。便携式心电监护仪的设计主要包括两大部分：硬件模块设计和软件模块设计。本文采用了分模块的设计方法,分别对硬件模块进行了设计和对软件模块进行了仿真,最后进行整合调试。硬件模块设计主要包括：电源模块设计、FPGA(可编程逻辑门阵列)模块设计、ADC模块设计、ECG预处理模块设计以及上位机通讯模块设计。软件模块设计主要包括心电信号采集软件模块、心电信号滤波处理软件模块和串口通讯模块设计。在心电信号滤波算法方面,本文采用了FIR(有限冲击响应)滤波器算法虑除高频干扰,用数字软件滤波不仅精简了硬件,而且达到了良好的滤波效果；在算法验证方面,FIR的系数选定是其中一项重要工作,本文采用先仿真后实验的方法对FIR的阶数进行整定,利用MATLAB的滤波工具箱FDATOOL得出FIR的系数并对系数进行仿真,确定最佳性能的FIR系数,最后在仿真结果的指导下进行实验调试,以达到与仿真结果相同的效果。为了便于实验的测试,本课题首先设计了一个低频的正弦波作为信号源。通过对正弦信号采集与处理的结果进行实验分析和验证,最后再用心电信号进行实验测试得出实验结论。
【作者】梅求军；
【导师】王晓初；
【作者基本信息】广东工业大学，机械工程（专业学位），2014，硕士
【关键词】ECG；FIR；FPGA；MATLAB；

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