1 系統(tǒng)設計
1．1 心電信號放大部分
    心電信號大約為50μV～4 mV，須進行放大才能在示波器上觀察。心電圖(ECG)儀的前置放大在整機中處于非常重要的地位，決定了整機的主要技術指標，要求噪聲低、共模抑制比盡量可能高。
    采用低噪聲、低功耗，有良好的共模輸入抑制能力的儀表放大器INA2331。INA2331可單電源工作，也可以雙電源工作，可用兩個外部電阻靈活地設定增益，達到電壓放大倍數(shù)200，500，1 000的指標要求，簡化了電路的設計，達到較好的效果。
1．2 濾波器部分
    由于心電信號易受噪聲的干擾，且主要能量成分集中在0．05～1 00 Hz 頻帶內，所以本系統(tǒng)用濾波的方法對心電信號做進一步的降噪處理，抑制外界干擾，從而得到較為平滑的ECG波形。為了提高濾波的效果，采用兩級濾波。因為經過放大的心電信號，主要存在肌電等干擾信號，將其送到由0．05 Hz高通濾波器和500 Hz／100Hz低通濾波器組成帶通網(wǎng)絡，濾除有效頻帶以外的信號。
1．3 控制器部分
    采用TI公司的MSP430F2274作為系統(tǒng)控制器。MSP430系列的單片機是具有低功耗的16位處理功能的微控制器。MSP430F2274內部設有10位的ADC，可方便地實現(xiàn)心電信號的采集、處理、存儲?？珊喕麄€硬件電路和提高系統(tǒng)的性價比。
1．4 系統(tǒng)組成 
    系統(tǒng)的總體設計框圖如圖1所示，整個系統(tǒng)可分為心電信號采集部分和信號處理部分。信號處理部分以MSP430F2274為處理器，擴展了液晶顯示、按鍵。

2 系統(tǒng)硬件設計
2．1 前置放大電路
    圖2為心電信號放大電路，儀表放大器INA2331增益G與外接電阻的R1，R2的計算公式為：

   
    設計要求電壓放大倍數(shù)(三檔)：200，500，1 000，因此只需改變外接電阻的大小就能實現(xiàn)放大倍數(shù)的選擇。此外還采用OP07組成的右腿驅動電路來提高前置放大的共模抑制比。

2．2 中間級放大電路
    中間級放大電路采用的也是儀表放大器INA2331，電路如圖3所示。

2．3 低通濾波電路
    采用MAX291CPA，通過改變電容值實現(xiàn)了500 Hz／100 Hz濾波器電路，各元件參數(shù)值如圖4所示。通過測試輸入信號的頻率達到100 Hz時，此時衰減為3 dB。
2．4 高通濾波電路
    如圖5所示為0．05 Hz的高通濾波電路。0．05 Hz以下的信號通過時被衰減，從而實現(xiàn)濾波。低頻截止頻率由R1，C1確定，其計算公式為：

   
代入數(shù)值計算得：fc=0．05 Hz。

3 系統(tǒng)軟件設計
    系統(tǒng)的軟件設計采用C語言編程，在MSP430仿真軟件IAR Embedded Workbench上完成了單片機系統(tǒng)的開發(fā)，實現(xiàn)了各項設計功能。主程序流程圖如圖6所示。

4 系統(tǒng)測試
    對系統(tǒng)中的關鍵部分進行了實際的測試。
4．1 電壓放大倍數(shù)的測試
    測試結果如表1所示。
    結果分析：系統(tǒng)的放大倍數(shù)在±5％的范圍內。
4．2 低通濾波器測試
    理論計算截止頻率為500 Hz，輸入峰峰值為7 mV的正弦波，頻率調節(jié)范圍為50～550 Hz，用示波器測量輸出電壓值，所得數(shù)據(jù)如表2所示。

4．3 共模抑制比的測試嘲
    選擇放大倍數(shù)為1 000通道，將心電信號放大器兩輸入導聯(lián)線的短接，并輸入頻率為100 Hz正弦信號測量結果如表3所示。

4．4 人體心電信號測試
    讓被檢測人員靜臥，將電極安裝在相應的部位，在電極安裝前用醫(yī)用酒精涂抹在電極放置部位，清潔皮膚表面，以減小電極接觸電阻。測試得心電信號如圖7所示。

5 結 語
    本系統(tǒng)以MSP430F2274芯片為核心部件，充分利用單片機的集成資源，包括A／D、閃存FLASH和計數(shù)器，實現(xiàn)心電信號的處理、存儲、回放，在系統(tǒng)設計過程中力求硬件線路簡單，充分發(fā)揮了軟件編程方便靈活的特點。同時對系統(tǒng)的電壓放大倍數(shù)、-3 dB高頻、低頻截止頻率、共模抑制比等進行測試，基本能夠滿足制作要求。該系統(tǒng)把心電信號的采集、分析和顯示集成于一體，而且系統(tǒng)體積小，成本低，便于攜帶，實用性強。