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基于FPGA的诱发电位仪系统设计

作者:时间:2010-12-10来源:网络收藏

刺激信号主要参数包括刺激脉宽、刺激频率、刺激强度、刺激类型和刺激模式,USB芯片从上位机接收到参数配置信号,传递给诱发刺激信号生成模块发出脉冲。例如,生成听觉刺激信号如图3所示,它的刺激脉宽为O.2 ms,刺激频率为12 Hz,设置某一刺激强度(由分贝进行度量);而生成视觉刺激信号,刺激频率为2 Hz,刺激类型为棋盘格模式,刺激模式为16×16。
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2.4 信号传输控制模块
内部将完成诱发电位仪同步信号发生模块、A/D转换器的控制、USB传输控制端口和上位机命令解析模块,从而形成一整个诱发电位仪核心处理控制模块,可以方便地使用各个模块来完成外围器件的初始化、工作模式配置和系统的数据传输。图4为信号传输控制流程图。
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2.5 数字信号处理模块
数字信号处理模块集成到中,可以将算法拆分,形成大规模的数字信号处理并行结构,将极大地提高处理速度,且性能不会下降,如模式识别算法、盲源分离算法等,均比较适合集成到中实现。在前置模拟电路放大之前,脑电信号为微弱混杂的信号,需要做一些滤波处理,而此处可以将前段部分的带通滤波电路转化为数字滤波器,设置到FPGA芯片中去,可简化电路结构,使系统整体体积大大减小。本设计在FPGA芯片中搭建了四阶无限脉冲数字滤波器,其系统传递函数H(z)如下:
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将诱发电位信号放大模/数转换之后的数据实时经过滤波,实现信号的前置处理,经测试效果良好。利用FPGA的并行性,在每个通道设置一个数字滤波器,大大增强了系统实时性,而且可探索自适应、小波数字滤波器等设计,在硬件层次提高系统的处理能力。

3 高精度多通道模/数转换器ADSl258
在诱发电位仪采集系统中,模/数转换模块芯片的选取对整个采集系统的结构和性能影响非常大,本文模/数转换芯片选用ADSl258器件,使得本系统达到多通道高分辨率的要求。
3.1 ADSl258的主要特点
ADSl258是16通道24位分辨率的低噪声模/数转换芯片,全量程5 V的单端输入范围或者±2.5 V的真双极输入,每个通道采样速率最高23.7 KSPS(16通道同时采样),单个通道采样最高可达400 KSPS,通过SPI兼容接口进行工作模式配置和串行数字通信,使用方便。选用此芯片,电压分辨率即可达到1 μV,因此信号放大和调理预处理电路的放大倍数只要100倍就可满足诱发电位仪的技术要求,大大简化了前级电路。


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