基于MSP430的低功耗便携式心电仪的设计
心电图是心脏疾病诊断的重要工具之一，目前在医院临床中有广泛的应用，给医生诊断病症带来很大的帮助。传统的心电仪虽能有效地监测心电、降低心脏病患者的死亡率 ，但不能对患者进行长时间的实时监护，而且存在体积大、功耗高、携带不便等缺点。鉴于此，本文设计了一种结构简单、性能稳定、可靠的便携式心电仪，能够在家庭、野外等一些场所对心电进行实时监测，具有广泛的应用前景。
1 系统硬件结构及原理
低功耗便携式心电仪由msp430f169、心电信号采集调理电路、液晶显示模块、数据存储模块、按键输入模块等组成，如图1所示。
通过以标准导联方式i和人体相连的电极取得的心电信号，因为环境中存在各种干扰（人体自身的肌电干扰，外部的工频干扰等），所以必须经过模拟放大电路的放大、滤波等调理之后才可进入msp430f169单片机，利用单片机内部的a/d模块对模拟信号进行模数转换，然后存储数据，并在液晶屏上显示，观察者可以直观地看到心电信号波形和每分钟心跳的次数。系统采用sd卡来存储采集的数据，采集的心电信号数据可以长时间存储，这对于心电信号异常且有偶发性的病人具有重要价值。系统还可以通过串口把采集的心电信号实时传输到上位机，由上位机显示并进行实时分析。
1.1 微控制器
微控制器采用ti公司的msp430f169单片机，它是一款低功耗单片机，当所有器件均采用低功耗模式工作时，总功率不到1 w，ram 数据保持方式下耗电仅 0.1 ？滋a，活动模式下耗电250 μa/mips，特别适合于便携式设备；片内集成有12 bit a/d转换模块，4种转换模式，转换速度最快达到200 kb/s，足以满足心电采集的要求。
1.2 心电信号调理电路
心电信号调理电路是本系统的重要环节之一，主要由前置放大、高通滤波、50 hz陷波、低通滤波和后级放大电路组成，如图2所示。因为体表ecg心电仪一般只有0.05 mv~5 mv，具有微弱和易受干扰等特点， 因此，采用高输入阻抗、高共模抑制比的差分放大电路进行前置放大，以增大输入阻抗、减少共模信号干扰；带通滤波电路主要由高通滤波器和低通滤波器组成，通频带为0.5 hz~100 hz，滤除心电频率范围以外的干扰信号；50 hz 陷波处理器滤除工频干扰；后级放大器将ecg信号进一步放大100倍左右到合适范围，然后输出到核心控制器msp430f169的a/d模块。
1.3 数据存储模块
本系统中使用sd卡存储采集的心电信号数据。sd卡是一种体积小、容量大、性价比高、访问接口简单的存储卡，具有低功耗、非易失性等特点，被大量应用于数码照相机、手机等便携式设备中。使用sd卡可将心电数据传送到功能更强大的pc机中进行进一步的分析处理，其接口电路如图3所示。其中，dat0～dat3为数据线，cmd为命令线，clk为时钟线，为存储模块提供时钟，cd_sw用于控制sd卡的热插拨。
msp430f169的p1.1～p1.5连接5个独立按键，其中4个用于调整心电波形显示的周期和幅值，1个用于串口数据发送。
2 软件系统设计
系统软件部分是在iar430开发平台下进行开发调试完成的。iar430是专门为ti公司的msp430单片机而设计的一款开发软件，它提供了工程管理、程序编辑、代码下载、软硬件调试等几乎所有的功能。
系统流程图如图5所示。首先系统进行初始化（包括看门狗、系统时钟、i/o口、uart1、adc12、timerb及lcd等初始化），开总中断后系统进入主循环体，当采集满一屏数据时，主循环体内进行心电波形的刷新显示；不满一屏数据时，进入低功耗状态。a/d采集用中断方式，系统的采样频率通过定时器控制，5个独立按键采用中断方式，通过软件延时消除按键抖动。
2.1 低功耗设计
由于msp430单片机是专为低功耗设计的，所以本系统的程序部分按照其低功耗方案设计。除了心电波形显示、擦除这种必要步骤在大循环内运行外，其余的（包括a/d转换程序、定时器采样频率、按键）全部采用中断方式，只有事件触发时才运行；而在主程序设计中只有在采集完一屏数据之后才运行心电波形显示，其余时间全部进入lpm1低功耗模式；数据的存储不经mcu，直接利用msp430f169内部的dma模块实现数据传输。这一设计方法大大降低了系统的功耗［4］。
2.2 系统各子程序设计
（1）a/d部分
msp430f169的p6.0～p6.7为a/d复用口，本系统采用p6.4，即a4作为a/d的输入口，采用单通道多次转换方式。a/d转换采用中断方式，中断子程序内只编写一条语句，即关a/d中断，不进行其他任何操作，以使a/d最高采样频率达到理想状态。a/d的初始化程序如下：
void adc12_s_s_init（void）
{ p6sel|=bit4;
adc12ctl0=adc12on+refon+ref2_5v+sht0_2
+msc；
adc12ctl1=adc12ssel_0+shp+conseq_2
+cstartadd_4；
adc12mctl4=sref_1+inch_4；
adc12ie |=bit4；
adc12ctl0 |=enc+adc12sc；
}
（2）定时器中断部分
系统的采样频率由定时器控制，并由按键对频率进行缩放，定时器采用子系统时钟、8分频（系统时钟为8 mhz）。定时器亦采用中断方式，中断子程序内对a/d转换后的值进行存储，并查询是否采集完一屏数据，如果采集满屏，即关闭定时器中断和a/d中断，然后满屏标志位置1，退出低功耗模式，退出中断［5］。中断子程序如下：
#pragma vector=timerb0_vector
__interrupt void timer_b （void）
{ results［index］=adc12mem4；
index++；
if（index==102）//如果采集完一屏
{ index=0；
tbcctl0 &=~ccie；//先关闭定时器b
adc12ie &=~bit4；//关adc中断
collect_a_screen=1；//满屏标志位置1
lpm1_exit；//退出低功耗模式
}
else adc12ie |= bit4;//开adc中断
}
（3）sd卡部分
采集的数据通过msp430f169内部集成的dma模块传送到sd卡内。dma选用通道0，触发方式为adc12ifg4，按字节发送。sd卡的操作以命令方式进行，所有的命令都由主机主动发送，sd卡根据不同的命令做出不同的响应。其应答流程如图6所示。
3 应用与注意事项
用本系统采集人体心电，经验证，能够在lcd屏上正确显示出如图7所示的人体的心电波形，并能通过串口或sd卡将采集的数据传送到上位机进行进一步显示分析。本系统设计时需要注意：msp430f169默认是关闭中断嵌套，所以用到中断嵌套时，进入中断子程序后应首先打开总中断，这样才能执行嵌套中断；在lcd上画心电波形时，应采用分列式，即擦一列画一列，这样才能保证心电波形稳定显示。
本文从家用便携式心电仪的特点出发，设计了一款功能适当、功耗极低并且价格低廉适用于家庭保健用的心电仪。同传统的数据采集系统相比，本系统采用低功耗微控制器msp430f169，在软件设计中通过低功耗设计，大大降低了系统功耗，而且性能稳定、可靠，设计过程简便，降低了成本，具有广泛的应用价值。
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电动车蓄电池修复器电路原理分析
时序逻辑电路有哪些 时序逻辑电路和组合逻辑电路区别
中国动力电池企业实力强劲,中日韩企业在欧洲展开激战
高速接口怎么避免静电放电（ESD）的伤害 TVS二极管阵列（SPA二极管）来帮忙
基于MSP430的低功耗便携式心电仪的设计
LN8199是一款电压输出、电流检测放大器
AutoMet™ 300 Pro磨抛机让用户可轻松地应对多种应用需求
关于GSM与CDMA手机辐射问题
PCB设计电压调节模块关于电磁干扰布局
加速科技ST2500系列测试设备入选浙江省首台套
机器人入侵服务业 但不一定会对员工产生重大影响
LED显示屏的3步调试过程介绍
如何树立正确的观念去实施工业物联网
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关于《创新者的窘境》的内容分析和介绍
物联网产品的研发测试整体方案
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51单片机的学习步骤
1 系统硬件结构及原理
低功耗便携式心电仪由msp430f169、心电信号采集调理电路、液晶显示模块、数据存储模块、按键输入模块等组成，如图1所示。
通过以标准导联方式i和人体相连的电极取得的心电信号，因为环境中存在各种干扰（人体自身的肌电干扰，外部的工频干扰等），所以必须经过模拟放大电路的放大、滤波等调理之后才可进入msp430f169单片机，利用单片机内部的a/d模块对模拟信号进行模数转换，然后存储数据，并在液晶屏上显示，观察者可以直观地看到心电信号波形和每分钟心跳的次数。系统采用sd卡来存储采集的数据，采集的心电信号数据可以长时间存储，这对于心电信号异常且有偶发性的病人具有重要价值。系统还可以通过串口把采集的心电信号实时传输到上位机，由上位机显示并进行实时分析。
1.1 微控制器
微控制器采用ti公司的msp430f169单片机，它是一款低功耗单片机，当所有器件均采用低功耗模式工作时，总功率不到1 w，ram 数据保持方式下耗电仅 0.1 ？滋a，活动模式下耗电250 μa/mips，特别适合于便携式设备；片内集成有12 bit a/d转换模块，4种转换模式，转换速度最快达到200 kb/s，足以满足心电采集的要求。
1.2 心电信号调理电路
心电信号调理电路是本系统的重要环节之一，主要由前置放大、高通滤波、50 hz陷波、低通滤波和后级放大电路组成，如图2所示。因为体表ecg心电仪一般只有0.05 mv~5 mv，具有微弱和易受干扰等特点， 因此，采用高输入阻抗、高共模抑制比的差分放大电路进行前置放大，以增大输入阻抗、减少共模信号干扰；带通滤波电路主要由高通滤波器和低通滤波器组成，通频带为0.5 hz~100 hz，滤除心电频率范围以外的干扰信号；50 hz 陷波处理器滤除工频干扰；后级放大器将ecg信号进一步放大100倍左右到合适范围，然后输出到核心控制器msp430f169的a/d模块。
1.3 数据存储模块
本系统中使用sd卡存储采集的心电信号数据。sd卡是一种体积小、容量大、性价比高、访问接口简单的存储卡，具有低功耗、非易失性等特点，被大量应用于数码照相机、手机等便携式设备中。使用sd卡可将心电数据传送到功能更强大的pc机中进行进一步的分析处理，其接口电路如图3所示。其中，dat0～dat3为数据线，cmd为命令线，clk为时钟线，为存储模块提供时钟，cd_sw用于控制sd卡的热插拨。
msp430f169的p1.1～p1.5连接5个独立按键，其中4个用于调整心电波形显示的周期和幅值，1个用于串口数据发送。
2 软件系统设计
系统软件部分是在iar430开发平台下进行开发调试完成的。iar430是专门为ti公司的msp430单片机而设计的一款开发软件，它提供了工程管理、程序编辑、代码下载、软硬件调试等几乎所有的功能。
系统流程图如图5所示。首先系统进行初始化（包括看门狗、系统时钟、i/o口、uart1、adc12、timerb及lcd等初始化），开总中断后系统进入主循环体，当采集满一屏数据时，主循环体内进行心电波形的刷新显示；不满一屏数据时，进入低功耗状态。a/d采集用中断方式，系统的采样频率通过定时器控制，5个独立按键采用中断方式，通过软件延时消除按键抖动。
2.1 低功耗设计
由于msp430单片机是专为低功耗设计的，所以本系统的程序部分按照其低功耗方案设计。除了心电波形显示、擦除这种必要步骤在大循环内运行外，其余的（包括a/d转换程序、定时器采样频率、按键）全部采用中断方式，只有事件触发时才运行；而在主程序设计中只有在采集完一屏数据之后才运行心电波形显示，其余时间全部进入lpm1低功耗模式；数据的存储不经mcu，直接利用msp430f169内部的dma模块实现数据传输。这一设计方法大大降低了系统的功耗［4］。
2.2 系统各子程序设计
（1）a/d部分
msp430f169的p6.0～p6.7为a/d复用口，本系统采用p6.4，即a4作为a/d的输入口，采用单通道多次转换方式。a/d转换采用中断方式，中断子程序内只编写一条语句，即关a/d中断，不进行其他任何操作，以使a/d最高采样频率达到理想状态。a/d的初始化程序如下：
void adc12_s_s_init（void）
{ p6sel|=bit4;
adc12ctl0=adc12on+refon+ref2_5v+sht0_2
+msc；
adc12ctl1=adc12ssel_0+shp+conseq_2
+cstartadd_4；
adc12mctl4=sref_1+inch_4；
adc12ie |=bit4；
adc12ctl0 |=enc+adc12sc；
}
（2）定时器中断部分
系统的采样频率由定时器控制，并由按键对频率进行缩放，定时器采用子系统时钟、8分频（系统时钟为8 mhz）。定时器亦采用中断方式，中断子程序内对a/d转换后的值进行存储，并查询是否采集完一屏数据，如果采集满屏，即关闭定时器中断和a/d中断，然后满屏标志位置1，退出低功耗模式，退出中断［5］。中断子程序如下：
#pragma vector=timerb0_vector
__interrupt void timer_b （void）
{ results［index］=adc12mem4；
index++；
if（index==102）//如果采集完一屏
{ index=0；
tbcctl0 &=~ccie；//先关闭定时器b
adc12ie &=~bit4；//关adc中断
collect_a_screen=1；//满屏标志位置1
lpm1_exit；//退出低功耗模式
}
else adc12ie |= bit4;//开adc中断
}
（3）sd卡部分
采集的数据通过msp430f169内部集成的dma模块传送到sd卡内。dma选用通道0，触发方式为adc12ifg4，按字节发送。sd卡的操作以命令方式进行，所有的命令都由主机主动发送，sd卡根据不同的命令做出不同的响应。其应答流程如图6所示。
3 应用与注意事项
用本系统采集人体心电，经验证，能够在lcd屏上正确显示出如图7所示的人体的心电波形，并能通过串口或sd卡将采集的数据传送到上位机进行进一步显示分析。本系统设计时需要注意：msp430f169默认是关闭中断嵌套，所以用到中断嵌套时，进入中断子程序后应首先打开总中断，这样才能执行嵌套中断；在lcd上画心电波形时，应采用分列式，即擦一列画一列，这样才能保证心电波形稳定显示。
本文从家用便携式心电仪的特点出发，设计了一款功能适当、功耗极低并且价格低廉适用于家庭保健用的心电仪。同传统的数据采集系统相比，本系统采用低功耗微控制器msp430f169，在软件设计中通过低功耗设计，大大降低了系统功耗，而且性能稳定、可靠，设计过程简便，降低了成本，具有广泛的应用价值。
B28110S-2W非稳压高压电源模块B28100S B12150S-2W
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高速接口怎么避免静电放电（ESD）的伤害 TVS二极管阵列（SPA二极管）来帮忙
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