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为观察心电信号或一般信号,并做出频谱分析,特设计该系统。系统具有采集处理显示心电信号的功能,由三大部分组合而成,分别是模拟前端,开发板信号处理和PC上位机显示。模拟前端完成微弱信号拾取滤波放大等处理,数据处理使用ADC完成模拟信号数字化,进行FFT运算,数据传输依靠串口进行。实际实现过程中出现ADC采样周期选取,SDRAM存储误码,FFT分辨率与计算量折中考虑和上位机应用无法切换界面等问题。经逐步分析改良解决问题,最后测试,系统基本完成预计功能。
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技术支持:
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设计说明书
基于 iCore3 的心电信号采集处理显示系统
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目录
一,综述
1. iCore3 双核心工控板 ……………………………………………………………………………………………… 1
2.系统功能描述 ……………………………………………………………………………………………………………1
二,模拟前端电路
1.设计背景 ……………………………………………………………………………………………………………………2
2.设计要求 ……………………………………………………………………………………………………………………2
3.设计过程 ……………………………………………………………………………………………………………………3
三,ARM 数据采集与运算
1.设计背景 ……………………………………………………………………………………………………………………6
2.设计要求 ……………………………………………………………………………………………………………………6
3.设计过程 ……………………………………………………………………………………………………………………6
4.设计测试 ……………………………………………………………………………………………………………………7
四,ARM 与 PC 机通信
1.设计背景 ……………………………………………………………………………………………………………………8
2.设计要求 ……………………………………………………………………………………………………………………8
3.设计过程 ……………………………………………………………………………………………………………………8
4.设计测试 …………………………………………………………………………………………………………………13
五,ARM 与 FPGA 的 FSMC 联合存储
1.设计背景 …………………………………………………………………………………………………………………13
2.设计要求 …………………………………………………………………………………………………………………13
3.设计过程 …………………………………………………………………………………………………………………14
4.设计测试 …………………………………………………………………………………………………………………17
参考文献: …………………………………………………………………………………………………………18
注:本内容为东北大学电子信息工程专业生产实习项目手册,仅作为学习交流之用途。
技术支持联系见封面
QQ:1277127937 QQ: 1158191255
负责内容
模拟前端 ARM 数据采集
ARM 的 FSMC 使用 ARM 数据处理(FFT)
FPGA 的 SDRAM 存储 ARM 定时器
Qt 开发 ARM 串口发送与协议设计
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一,综述
本作品为“基于 iCore3 的心电信号采集处理显示系统”,作品核心为 iCore3 双核心
工控板,作品的心电信号拾取由模拟前端电路完成,作品的信号图像显示又 PC 端上位
机实现。
1. iCore3 双核心工控板
iCore3 双核心工控板是银杏公司推出的第
三代 iCore 系列双核心板;由于其独特的 ARM
+FPGA 的双核心结构,使得其能用于诸多测试测量
及控制领域。
“ ARM” 核 心 采 用 Coretex-M4 内 核 的
STM32F407IGT6, 其不但具有 168MHz 主频、 FPU
浮点单元、 DSP 指令集等高性能特性,而且具有多外
设、多接口及多 I/O 特性。 iCore3 用于产品核心时,
“ ARM” 核心作为 CPU 角色(亦可以说成“ 串行” 执
行角色),负责功能实现、事件处理及接口等功能。
“ FPGA” 核心采用 Altera Cyclone 系列第四代产品 EP4CE10F17C8N,具有功耗低、 性
能强、资源多、使用方便等优点。其采用 BGA 形式 256 脚封装;密集式封装形式使得在
芯片面积较小的情况下能为用户提供较多的 I/O 引脚。 iCore3 用于产品核心时,“ FPGA”
核心作为“ 逻辑器件” 角色(亦可以说成“ 并行” 执行角色),负责并行处理、实时性处理
及逻辑管理等功能。
“ ARM” 和“ FPGA” 两个核心采用 16 位并行总线通信。并行总线的高带宽性和易用性
保证了两个核心数据交换的便利性及实时性,使得两个核心“ 拧成一股绳” ,以应对越来越
高的测试测量及自动控制类产品功能、性能的需求。 iCore3 异构双核心工控板原理框图如
图 1 所示。
2.系统功能描述
模拟前端通过心电导联线连接人体采集心电信号,通过模拟滤波放大处理后,模拟信号
被传递进 Icore3 开发板。在开发板中,首先进行信号的 AD 采集,所得数字信号进行 FFT 运
算求得信号频率,与采集的数字信号一起通过串口上传到上位机中。上位机软件接收串口信
息后绘制心电图并显示心率等信息。该系统还可以作为一般信号频率测量使用,可绘制出
1024 点 FFT 频谱图。具体描述框图如下:
Analog
circuit
iCore3
LL
LA
RA
ARM
FPGA
SDRAM
PC
2
从功能实现来讲,可以将本系统分为以下五部分:
模拟前端电路:本部分完成微弱心电信号获取,并对模拟信号进行滤波放大处理,以适
合后级 ADC 采样。
ARM 数据采集与运算:本部分完成模拟信号到数字信号的转换,并进行 FFT 运算,得
到信号频率数据。
ARM 与 PC 机通信:本部分使用串口,完成 ARM 数据发送到 PC 上位机的功能,且上
位机能对数据进行演示。
ARM 与 FPGA 的 FSMC 联合存储:本部分通过双核心板连接总线进行 ARM 数据到
FPGA 的数据缓存,SDRAM 作为缓存单元。
FPGA 与移动端通信:FPGA 驱动蓝牙收发,发送 SDRAM 中缓存的数据到移动端,移动
端 APP 对数据进行演示。
二,模拟前端电路
1.设计背景
模拟前端在本系统中充当信号源的功能,此模拟信号的好坏直接影响后级处理结果。
心电信号具有特殊性:
1) 微弱性:从人体体表拾取的心电信号很微弱,一般只有 0.05mV~5mV。
2) 不稳定性:人体电信号处于动态变化之中。由于人体是一个与外界有密切关系
的开放系统,加之内部存在着器官间的相互影响,所以,无论来自外部或者内部的刺激,都
会使人体因适应这种变化,而从一种状态变化到另一种状态,从而使人体信号发生相应的变
化。
3) 低频特性:人体心电信号的频谱范围主要集中在 0.05~100Hz,分布的带宽范围
有限,其频率是比较低的。干扰多。如肌电等人体噪声,以及在心电放大器中不可避免的工
频等设备噪声。
2.设计要求
根据设计背景我们可以知道,所设计的模拟电路系统要具有以下功能:
1) 信号放大:由于心电信号微弱(0.05mV~5mV),需要将其做适当放大,以便后
级 AD 能更加精确采集(0~3V)。预计放大 750 倍。
2) 滤波处理:由于心电信号受噪声影响,特别是 50Hz 工频信号和白噪声,所以需
要信号经过滤波处理。0.05~100Hz 是心电信号的频带,在电路中需要采用高通滤波器(截
止频率 0.05Hz),带陷滤波器(50Hz 陷波)和低通滤波器(截止频率 100Hz)有效去掉低
频噪声和高频噪声。
3) 高输入阻抗:对于分级处理模式,要保证每级有高输入阻抗,以保证微弱信号能
较多从上级传递给下级电路。
4)信号抬升:由于仅仅由放大滤波所处理的信号正负值皆有,而后级 AD 需要全正
输入,需要进行抬升处理,满足最小值为 0V 以上。
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- 俺是大熊2018-01-12资料很好,有帮助
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