便携式心电信号测量仪的研制_技术

【摘　要】利用单片机MCS－8098和液晶显示模块TM12864A设计一个实用电路，采集心电信号并储存后，分多屏幕显示（并可重新显示）。实现了测量仪器的低功耗化和微型化。
　　关键词：单片机　液晶显示器　心电信号　数字式测量仪器
　　
1　引　言
　　早期，心电信号先记录在感光胶片上，经冲洗、显影等步骤才可以看到。后来，把心电信号描绘在一种特制的纸——心电图纸上。这两种心电信号记录法，其相应的描记设备体积庞大，功耗也大，且控制机构复杂。随着微电子技术的飞速发展，现代的测量仪器、仪表都向智能化、微型化、低功耗化方向发展。对此，本文设计了一个单片机控制系统，用液晶显示器（LCD）来显示心电信号，并且可实现一次采集后，多次重复显示，实现了心电信号记录设备的智能化、微型化、低功耗化。
2　硬件选型及设计
　　单片机以其优异的性价比，在我国已得到了普遍的应用。在选取单片机芯片时，考虑了下面两个因素：电路系统需A／D转换电路；为了显示采集到的心电信号，要求系统有高速的数据处理能力。
　　MCS－51系列单片机除80C51GA有不带采样－保持的8位ADC外，其它型号的都没有ADC；而MCS－8098则内含带采样－保持功能的四路模拟输入10位ADC，且运算速度快，数据处理能力强。因此，本系统采用MCS－8098芯片。
　　MCS－8098的ADC采用逐次比较方式来完成模拟／数字信号的转换。当ADC被启动后，需88个状态周期（若时钟频率为12 MHz，则需22μs）才能得到转换结果，即转换时间tA／D为88个状态周期，而采样时间tS为4个状态周期，所以8098模拟输入通道输入信号的最高频率为：〔1〕
　　　　　　　　　　　　　　　　　　

为保证信号恢复时的不失真，取N＝6～8，则
　　　　　　　　　　　　　

8098模拟输入端的外部接口电路的好坏直接影响ADC的性能。模入端的等效电路如图1所示，V为外加信号源，R源为信号源内阻，外部输入信号必须通过电阻R才能对采样电容CS充电，输入端的泄漏电流为I漏，CS≈2pF，R≈5kΩ，I漏≤3μA〔2〕。当外加信号阻抗为1kΩ或更小时，若直流漏电流一定，那么输入电压的误差大约为±0．6LSB（1kΩ×3μA＝3mV）（设8098中ADC的Vref＝5V）；当R漏增加到2kΩ以上时，由于3μA的漏电流引起的外部误差至少为1LSB（5mV）；此外，若R源大于15kΩ，将大大降低ADC的精度。为此，要求接入8098模入端的信号源的内阻应足够小（Rs漏＜2kΩ）。
　　　　　　　　　　　　　