為了人體的安全和抗外界電氣干擾，我們在強(qiáng)電信號(220 V交流市電)與弱電信號之間采用了光電隔離技術(shù)。使用DCP010512DP 5V輸入DC/DC變換器給信號放大部分電路供電，隔離了強(qiáng)電信號與人體的直接接觸。使用芯片TILll7實現(xiàn)信號前置放大和后級電路的隔離。具體電路見圖3。

　　1.2.3 濾波與電平抬升電路

　　由于心電與心音信號都是低頻微弱強(qiáng)噪聲背景信號，在采集過程中極易引入干擾和噪聲，這些干擾主要有基線漂移、50 Hz工頻干擾、高頻噪聲等，為了獲取相對純凈的心電與心音信號，設(shè)計了二階有源帶通濾波電路和50 Hz雙T陷波電路。由于心電的頻率范圍為O.05 Hz～150 Hz，所以心電帶通濾波器低頻截止頻率取為0.05 Hz，高頻截止頻率取為150 Hz。心音的頻率范圍為5 Hz～600 Hz，所以心音帶通濾波器低頻截止頻率取為5 Hz，高頻截止頻率取為600 Hz。

　　由電極和傳感器獲取的心電心音信號在經(jīng)過前置放大和濾波之后，其信號電壓范圍約是-0.5 V～1.5 V，由于輸出有負(fù)值，所以用同相放大電路來做一個線性調(diào)整，實現(xiàn)電平抬升，將輸出電壓調(diào)整至1.5 V～3.5 V，抬高了2 V。

　　然后經(jīng)過后置放大把信號送入A/D轉(zhuǎn)換器，為下一步的模數(shù)轉(zhuǎn)換做準(zhǔn)備。

　　1.3 數(shù)字電路部分

　　數(shù)字電路由A/D轉(zhuǎn)換、MSP430F149單片機(jī)、USB通信接口電路和PC機(jī)組成，

　　1.3.1 A/D轉(zhuǎn)換與單片機(jī)

　　單片機(jī)選用MSP430F149單片機(jī)，MSP430F149單片機(jī)是16位RISC系列單片機(jī)之一。具有低電源電壓、超低功耗、具有60 k的ROM、2 k的RAM、8個通道采樣率可高達(dá)200 kb/s的內(nèi)置12位的AD轉(zhuǎn)換器，使得系統(tǒng)集成度提高、抗干擾能力增強(qiáng)。

　　A/D轉(zhuǎn)換利用MSP430F149單片機(jī)的內(nèi)置12位的AD轉(zhuǎn)換器，將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號輸入單片機(jī)，根據(jù)采樣定理，采樣頻率取為500 Hz，可以保證元失真的采集心電和心音信號。MSP430F149的ADCl2模塊提供了4種轉(zhuǎn)換模式：單通道單次轉(zhuǎn)換，系列通道單次轉(zhuǎn)換，單通道多次轉(zhuǎn)換，多通道多次轉(zhuǎn)換。我們采用雙通道、雙采樣、兩次轉(zhuǎn)換的方法實現(xiàn)同步采樣。并由單片機(jī)、控制電路和軟件實現(xiàn)采樣通道號、采樣速度，采樣時長等的控制選取。

　　1.3.2 USB通信接口電路

　　USB選用帶并行總線的USB接口器件PDIUSBDl2，它是一款符合通用串行總線USB 1.1版規(guī)范，高性能USB接口器件，集成了SIE、FIF存儲器、收發(fā)器以及電壓調(diào)整器，可與任何外部微控制器/微處理實現(xiàn)高速并行連接的低成本、高可靠性器件。

　　MSP430F149單片機(jī)與USB接口器件PDIUSBDl2連接時，MSP430F149端口P5作為數(shù)據(jù)總線，ALE接地，使用P4.2與AO連接作為命令和數(shù)據(jù)的控制線，A0為低電平時傳輸數(shù)據(jù)，A0為高電平時傳輸命令。由于MSP430F1149的P1.2邊沿觸發(fā)中斷，而PDIUSBDl2產(chǎn)生的INT_N是電平觸發(fā)中斷，所以需要計時器Timer_B產(chǎn)生一個1 000 kHz的PWM方波信號，D12中斷引腳信號與該信號相“或”以后輸出到MSP430F149的中斷輸入引腳。

　　 2 系統(tǒng)軟件設(shè)計

　　本系統(tǒng)軟件包括單片機(jī)采集和控制軟件以及PC機(jī)客戶軟件兩部分。單片機(jī)部分主要包括A/D數(shù)據(jù)采集模塊和USB通信傳輸模塊。

　　單片機(jī)控制程序由三部分組成：第一，初始化單片機(jī)和所有的外圍電路(包括PDIUSBDl2);第二，主循環(huán)部分，其任務(wù)可以中斷;第三，中斷服務(wù)程序，其任務(wù)是對時間敏感的必須馬上執(zhí)行。根據(jù)USB協(xié)議，主機(jī)首先發(fā)令牌包給PDIUSBDl2，PDIUSBDl2接收到令牌后就給單片機(jī)發(fā)中斷，單片機(jī)進(jìn)入中斷服務(wù)程序，首先讀PDIUSBDl2的中斷寄存器，判斷USB令牌包的類型，查詢是進(jìn)行數(shù)據(jù)采集還是進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，如果是數(shù)據(jù)采集則進(jìn)入數(shù)據(jù)采集模塊，如果是數(shù)據(jù)傳輸則進(jìn)入USB通信傳輸模塊。

　　PC機(jī)的客戶端應(yīng)用程序是在VC++6.O環(huán)境下開發(fā)，主要完成對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行接收、存儲、分析處理、實時顯示和定征分析功能。心電圖和心音圖可以獨(dú)立顯示，也可以同步顯示。

　　3 實驗與結(jié)果

　　利用本儀器臨床采集了50例健康大學(xué)生和50例心率失?；颊叩男碾姾托囊粜盘枺杉ㄐ我妶D4，并對這些信號一一進(jìn)行定征分析，心率失常誤判率僅為5%。

　　4 結(jié)論

　　本儀器具有操作簡便、測量準(zhǔn)確可靠、功耗低、體積小、便于攜帶、具有強(qiáng)大數(shù)據(jù)分析處理功能，且可實現(xiàn)心電心音同步采樣等特點(diǎn)，填補(bǔ)了現(xiàn)在臨床不能進(jìn)行心電和心音同步實時采集的空白。