采用MSP430设计的12位心电(ECG)放大器

MSP430F14X系列单片机，内置了16bit乘法器，因此具备了一定的DSP功能，可以用来进行数字滤波等运算密集型的应用。我们利用MSP430F147设计了共模电感一种单导联的心电放大器，取得了很好的效果。

这种ECG放大器的前极放大电路跟前面所述的三导联放大器电路类似，都由缓冲器，电阻工字型电感网络，差分放大以及主放大级等。两级放大均采用低通网络进行了低通滤波，截止频率选择在80Hz。不同的是，这个电路中省去了50Hz绕行电感带阻滤波器，这使得电路中组容元件的数量减少了40％，并且获得了模拟滤波器所无法比拟的优良特性。
该电路中ADC采样频率为200Hz。采用四阶切比雪夫滤波器，通带选择在45-55Hz之间，可以得到传递函数为：

对应差分方程为：

上述传递函数的幅频和相频特性如下图所示：

由于MSP430F147只能进行定点运算，所以在处理上述查分方程时，必须将其变换为整数运算。将各部分系数均乘以4096，取整数部分，运算得到的结果再采用右位移12位的方法得到最终结果，运算代码如下：

y[k] = (3318*x[k] + 6636*x[k-2] + 3318*x[k-4]

6913*y[k-2] – 3049*y[k-4])>>12

其中的乘法运算要采塑封电感器用MSP430的硬件乘法器来实现才能保证运算速度。

在系统时钟为插件电感8MHz，采样频率为200Hz条件下，该数字滤波器所得到的结果如下：

图四 数字滤波器的性能

图四中下半部分是人为加入强烈的50Hz干扰后的心电图。上半部分是经过MSP430F147进行数字滤波后的心电图，可以看出，滤波的效果非常理想，完全可以达到临床实用的要求。图5是处理前和处理后的频谱，可以看出，信号在50Hz的地方被很好地抑止了。

唯一让人觉得美中不足的是，MSP430F147的处理能力只能够实时处理单导联的ECG信号，对于多导联的运算能力则显得不足。对于多导联应用，需要考虑采用DSP进行处理。

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