MSP430单片机在医疗设备行业的应用
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心电信号前置放大电路
电极获取的心电信号是十分微弱的体表电信号且在心电信号检测的过程中常伴有强干扰，因此必须经特定处理后才能用于临床诊断。本设计采用TI公司的精密仪表放大器INA326，设计了八通道心电信号采集电路，同时提取I、II及V1～V6八导联心电信号，其它四导联心电信号则在经ADC变换后在数字处理部分根据需要利用I导和II导组合实现。心电信号前置放大电路如图2所示。前级共模信号由被测者的左、右手以及左腿获取，该电路在前级增加了一级共模信号驱动，用来降低共模信号的输出阻抗和提高共模信号驱动能力，确保在多导联情况下共模信号电平的稳定。后级采用仪器放大器INA326获得8路心电信号，INA326可以消除共模至双端输入的AC线路噪声并放大输入端所残余的非直流信号，经高倍放大后心电信号被送至ADC采样电路。Ro、Co为输出滤波器，可以滤除电路输出的噪声，同时可以作为ADC电路的输入滤波器。INA326用独特的内部技术实现极好的共模抑制比。为了实现更好的高频CMR，在2和3脚之间加了一个小电容，同时在仪器放大器的反相输入端串接了与正相输入端阻值相同的电阻，以减小INA326输入偏置电流对输出信号的影响。
图3 右腿驱动电路
ADC恢复放大电路
由于电极电势很高，实际可达500mV，因此通过交流耦合消除电极电势的影响就至关重要。本设计反馈配置中的ADC恢复放大器可以消除直流偏置。当INA326的输出电压增大以后，反馈积分器将施加一个等量的负相电压至INA326基准端，通过此类线性化求和，可实现电极偏置的消除。直流恢复器的作用是将原本的直流耦合放大器转变为交流耦合放大器，随着直流固有模式电压的消除，输出级可以放大交流心电图信号而不会产生过饱和。
右腿驱动电路
50Hz工频干扰是心电测量中最重要的干扰，仅靠前置放大器的高共模抑制比还不足以完全抑制，良好的右腿驱动电路可以提高电路的抗工频干扰能力，并与人体和放大电路共同形成闭合回路，保证心电放大电路的正常工作。
由于源自人体的不同端点，左臂与右臂的心电图信号处于不同的电平，且须被INA326放大，为了更好地抑制50Hz的噪声，通过INA326所得到的人体共模电压被用于反相共模信号，并与2.5V基准电压比较后通过运算放大器OPA2335驱送至人体的右腿，仅需少量的小型放大器即可实现有效的共模态抑制改善。该方法不仅可以抑制50Hz工频干扰还可根据心电信号适当调整人体电平，便于ADC采样。右腿驱动电路如图3所示，其中COM端为前级运放INA326的共模输出信号，同时在前级还增加了一级电压跟随器用于隔离。
陷波电路
虽然前置放大电路对共模干扰具有较强的抑制作用，但部分工频干扰是以差模信号方式进入电路的，且频率处于心电信号的频带之内，加上电极和输入回路不稳定等因素，前级电路输出的心电信号仍存在较强的工频干扰，因此通常要进行陷波。本设计利用美国凌力尔特有限公司的LTC1068-50集成开关电容滤波器设计了一个8阶巴特沃斯50Hz陷波器，经测试陷波深度可达50dB，可衰减100倍左右，效果比较理想。
心电数据采集电路
TI公司的ADS1258元件采用了低噪声的delta-sigma ADC架构，可有序地循环16个通道，单周期（零延迟）高速转换速率可编程，速率1.8K~23.7KSPS每通道，不会产生性能衰退。附带的内置系统监测寄存器提供了电源电压、温度、基准电压、增益、以及偏置的测量，已被广泛用于诸如患者监测及心电图系统等高精度、多通道应用，简化的数据采集模块的原理图如图4所示。注意要在ADS1258的模拟信号输入端跨接一个2.2nF的电容来旁路ADC采样电流。对±1V的输入信号，可以不用分压电阻桥，直接在其输入端串接一个保护电阻即可。外部运放OPA365将单端输出转变为全差分输出用来驱动ADC，另外还要对2.5V的参考电压进行滤波及通过运放OPA350缓冲来提供低噪声参考电压。
数据处理存储显示
单片机通过P1接口读取ADS1258采集的数据，进行特定处理后将数据依次存放在外部存储器中。数据存储器使用ATMEL公司的AT29LV1024，它具有1M位的存储空间且具有掉电保护功能，可以在意外掉电或关闭电源的情况下保存数据。本系统通过液晶显示器显示实时采集的心电波形及分析结果。另外系统采用MAX3232扩展串口，并最终将心电数据传送至医院或疾病控制中心，便于医院随时了解病人的状况。
系统软件设计
心电图机的主控模块和功能模块按照系统功能框图设计、执行，微型十二导心电图机的系统软件功能框图如图5所示。
图4 数据采集模块原理图
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