### STM32单片机与FPGA在心电采集系统中的综合应用
#### 一、引言
随着科技的进步及人们对健康日益增长的需求，医疗电子设备的发展变得尤为重要。其中，心电图（ECG）作为临床诊断的重要工具之一，其采集系统的性能直接影响到诊断结果的准确性。本报告主要探讨了如何利用STM32单片机与FPGA技术来构建高效的心电采集系统，并重点介绍了AD574芯片在此系统中的应用。
#### 二、STM32单片机概述
STM32系列是由意法半导体（STMicroelectronics）推出的基于ARM Cortex-M内核的32位微控制器家族。该系列单片机以其高性能、低功耗、丰富的外设接口等特点，在工业控制、消费电子等领域得到广泛应用。在本项目中，STM32单片机承担着核心处理器的角色，负责整个系统的协调控制、数据处理以及与用户交互等功能。
#### 三、FPGA技术简介
FPGA（Field-Programmable Gate Array），即现场可编程门阵列，是一种半定制电路的集成电路，具有很高的灵活性和可编程性。通过编程配置，FPGA可以在硬件级别上实现各种复杂的数字逻辑功能。在本项目中，FPGA主要用于实现高速信号处理和数据采集任务，特别是在对实时性和精度要求较高的情况下，FPGA的优势尤为明显。
#### 四、AD574芯片及其在心电采集系统中的作用
AD574是Analog Devices公司生产的一款高精度12位模数转换器（ADC）。它具有较高的采样速率和较低的噪声特性，非常适合用于医疗设备中对信号质量要求较高的场景。在本项目中，AD574被选作心电信号的主要采集器件，其主要作用包括：
1. **信号采集**：AD574能够将从人体获得的微弱模拟心电信号转换为数字信号，便于后续处理。
2. **高精度转换**：由于心电信号本身的幅度较小（通常在几毫伏至几十毫伏之间），因此需要高精度的ADC进行转换以确保信息不丢失。
3. **快速响应**：为了实时监测心脏状态变化，ADC必须具备较快的响应速度。AD574提供了高达100ksps的采样率，足以满足大多数临床需求。
4. **低噪声**：心电信号中往往夹杂着各种干扰信号（如肌电信号、电源噪声等），而AD574较低的固有噪声有助于提高信噪比，使得采集到的数据更加可靠。
#### 五、系统架构设计
心电采集系统主要由以下几个部分组成：
1. **前端信号处理模块**：包括电极、前置放大器等组件，负责将人体心电信号放大并初步滤波。
2. **模数转换模块**：以AD574为核心，完成模拟信号向数字信号的转换。
3. **数据处理与控制模块**：采用STM32单片机进行中央控制和数据处理。
4. **高速数据传输模块**：利用FPGA实现高速数据的实时处理与传输，保证数据完整性。
5. **用户界面与通信模块**：提供友好的人机交互界面，并支持多种通信方式（如Wi-Fi、蓝牙等）实现远程监控功能。
#### 六、关键技术实现
1. **信号预处理算法**：为了消除噪声干扰，采用了数字滤波算法（如FIR、IIR滤波器）对采集到的信号进行处理。
2. **数据压缩与传输**：考虑到心电数据量大且实时性强的特点，通过FPGA实现了高效的压缩算法，并采用UART或SPI等串行接口进行数据传输。
3. **软件平台搭建**：基于STM32CubeMX等工具完成了软件开发环境的搭建，并利用Keil MDK-ARM编译器编写程序代码。
4. **硬件接口设计**：针对不同功能模块之间的连接进行了详细规划，确保各部分间信号传输稳定可靠。
#### 七、结论与展望
本项目通过结合STM32单片机与FPGA技术，并辅以高性能ADC——AD574，成功构建了一套高效、准确的心电采集系统。该系统不仅能够满足临床诊断的基本需求，还具有良好的扩展性和适应性，为未来进一步的研究和发展奠定了坚实的基础。未来可以考虑引入更多智能化元素，如机器学习算法用于异常检测等高级功能，以提升整个系统的智能化水平。
