基于STM32的便携式心电图仪设计：心电信号处理与滤波

"这篇硕士学位论文主要探讨了基于STM32微处理器的便携式心电图仪的设计与实现，重点在于心电采集和处理电路，包括前置放大、滤波、A/D转换、存储和通信等功能。" 在心电图仪的设计中，前置放大电路是一个至关重要的环节。它采用了精密仪表放大器作为主要元件，目的是为了正确提取微弱的心电信号，这些信号往往存在于强噪声背景下。由于心电信号的频率范围通常在0.05Hz到100Hz之间，因此设计滤波电路是为了消除这一范围之外的干扰信号。滤波器可以分为无源和有源两种，其中无源滤波器由于在负载下性能下降，不适合信号处理需求，所以论文选择了有源低通滤波器。 有源滤波器，特别是RC有源滤波器，是由电阻、电容和运算放大器组成的，它允许特定频率范围内的信号通过，同时衰减其他频率的信号。滤波器设计时，通常会采用巴特沃斯（Butterworth）或切比雪夫（Chebysher）逼近方法来接近理想的幅频特性。论文中提到的滤波器设计包括一个一阶高通滤波器（由U5A、C4、R6组成，截止频率为0.03Hz）和一个一阶低通滤波器（由U5B、C5、R7组成，截止频率为110Hz），共同构成带通滤波器，用于提取心电信号。 考虑到小型化和成本，硬件部分仅包含了一阶高通和一阶低通滤波器，尽管设计了右腿驱动电路以减少干扰，但仍有50Hz的工频干扰存在。为解决这个问题，论文采取了软件处理方式，通过设计数字滤波器来滤除工频干扰，实验证明，这种方法能够有效改善信号质量。 硬件设计的核心是STM32F103VC微处理器，它基于ARM Cortex-M3内核，具有低成本和低功耗的特性。系统还包括SD卡存储、串口通信和LCD接口电路等，用于数据存储、传输和显示。软件部分使用IAR Embedded Workbench for ARM和C语言编写，涵盖了心电数据的采集、滤波、显示、存储和上传等功能，还利用MATLAB进行了滤波算法的验证，并通过RS232串行口与上位机进行通信，上位机软件则利用VC++6.0和MFC库开发，提供了一个用户界面友好、功能全面的心电信号采集系统。 该硕士学位论文详细阐述了基于STM32的心电图仪设计，涵盖了从信号放大、滤波到数据处理的全过程，体现了硬件与软件的结合以及实际应用中的问题解决策略。