一种动态心电信号模拟发生器的制作方法

本发明涉及一种模拟信号发生器，具体涉及一种动态心电信号模拟发生器。

背景技术：

随着经济的发展、人们生活水平的提高，近年心脏病的发病率以及因为心脏疾病而猝死人群迅速增长，心脏病的检查和早期诊断设备呈现爆炸式的增长，其中对心脏病最具诊断价值的动态心电图最具代表。动态心电图不同于常规的心电图及心电监护仪等常规心电检查方法，它是一种能够全程记录并分析患者在24或48或72小时下日常生活、工作和活动状态下心电信号和全部异常电波的医疗器械。由于它可连续记录长时间动态心电信号，从而弥补了常规心电图只能作短暂静态记录的不足。因此能捕捉到常规心电图难以发现的心肌缺血、心肌梗死、各种偶发、短阵心律失常、猝死、不同类型异位节律或传导阻滞、偶发性早搏、不时出现的心慌、胸闷、胸痛、头昏或晕厥等疑似心脏疾病等，大大提高了心律失常的检出率。

动态心电图(以下简称holter)产品的主要组成包括采集记录盒和分析软件，其中采集记录盒记录患者的心电图并将连续采集的心电数据保存为ecg文件，分析软件对记录盒保存的ecg文件进行分析。国家检验标准强制要求动态心电图产品的厂商需要对aha、mit、nst和cu标准数据库共计175份特殊患者心电记录进行分析，将分析的结果与数据库所给标准结果进行对比，从而检验厂商生产的动态心电图产品是否符合要求。

现有方式是采用心电信号模拟发生器存储四个数据库中的175份记录文件并将记录文件逐一发送至动态心电图中进行检测，从而验证动态心电图是否满足要求，但是由于现有心电信号模拟发生器中存储的心电信号转换成模拟量时对于较弱的信号无法按照其真实电压值输出(对于大多数心电信号模拟发生器来说模拟转换器无法有效转换电压值小于10uv的信号)，从而导致输出信号失真，从而会影响动态心电图性能检测的精度。

技术实现要素：

为解决现有技术存在的心电信号模拟发生器输出微弱信号时会出现失真现象，从而影响动态心电图性能检测精度问题，本发明提出一种动态心电信号模拟发生器，该发生器可以将低至1uv-10uv的心电信号按照其真实电压值输出，从而确保了动态心电图性能检测的精度。

本发明的具体技术方案是：

本发明提供了一种动态心电信号模拟发生器，包括触摸显示屏、flash存储器、处理器、数模转换器、数字比较器、信号幅度调节电路以及3.5mm同轴模拟信号输出接口；

处理器采用stm32f103rx单片机芯片；flash存储器采用stm32f103rx单片机芯片的内部存储空间；数字比较器采用sn74asa885u6芯片；数模转换器采用dac1220芯片；信号幅度调节电路包括mcp4012芯片和电阻；

stm32f103rx单片机芯片通过uart管脚与触摸显示屏连接；

通过spi管脚与dac1220芯片的cs管脚、sclk管脚以及sdio端电连接；

通过dat[0:7]管脚与sn74asa885u6芯片的dat[0:7]管脚连接；

通过cs1和ud管脚分别与mcp4012芯片的cs1管脚和ud管脚电连接；

sn74asa885u6芯片的adj_en管脚与所述mcp4012芯片的cs1管脚连接；

dac1220芯片的vout管脚通过电阻分别与mcp4012芯片的电阻端连接以及3.5mm同轴模拟信号输出电缆连接。

进一步地，为了使阈值范围可根据需要进行调节，上述数字比较器还包括与阈值信号管脚ref连接的阈值数据设置电路连接；所述阈值数据设置电路通过每一位上的拨码开关产生一位二进制数字量数据。

进一步地，为了对数据进行更新，动态心电信号模拟发生器还包括数据更新接口。

进一步地，上述数据更新接口为rs232接口或usb接口或sd卡接口或网络接口。

进一步地，上述dac1220芯片为20位分辨率，dac1220芯片的数字电源dvdd和模拟电源avdd采用5v电压，参考电压vref为2.5v；最大输出电压为5v，最小输出电压为5v/2²⁰。

进一步地，上述触摸显示屏采用的电源电压为5v，数据接口为uart，其中tx表示处理器发送给触摸显示屏的数据，rx表示触摸显示屏发送给处理器的数据。

进一步地，上述stm32f103rx单片机芯片的数字电源vdd和模拟电源vdda的电压均为3.3v。

本发明的有益效果在于：

本发明通过触摸显示屏、flash存储器、处理器、数字比较器、数模转换器、信号幅度调节电路以及3.5mm同轴模拟信号输出接口构建的心电信号模拟发生器可以对1uv-10uv的微弱心电信号按照其真实电压值输出，解决了传统心电信号模拟发生器输出微弱心电信号时出现失真的问题，确保了动态心电图性能检测的精度。

附图说明

图1为心电模拟发生器的原理框图。

图2为触摸显示屏的电路原理图。

图3为处理器的电路图。

图4为数模转换器的电路图。

图5为数字比较器的电路图。

图6为信号幅度调节电路的电路图。

附图标记如下：

1-触摸显示屏、2-数据更新接口、3-flash存储器、4-处理器、5-数模转换器、6-数字比较器、7-信号幅度调节电路、8-3.5mm同轴模拟信号输出接口。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案进行进一步地说明。

本发明提供了一种动态心电模拟发生器，其基本框架原理如图1所示，包括触摸显示屏1、数据更新接口2、flash存储器3、处理器4、数模转换器5、数字比较器6、信号幅度调节电路7以及3.5mm同轴模拟信号输出接口8；

处理器4与触摸显示屏1连接，触摸显示屏1用于使用者发出操作指令；

处理器4与flash存储器3连接，flash存储器3用于存储标准心电图数据库的心电信号以及用户自定义上传的心电信号；

处理器4与数模转换器5连接，数模转换器5用于将心电信号由数字量转换为模拟量；

处理器4与数字比较器6连接；数据比较器6判断待输出的心电信号是否小于设定阈值(该设定阈值为数模转换器最小能转换的数字量)，然后将比较结果输出至信号幅度调节电路；

数模转换器5通过信号幅度调节电路7与3.5mm同轴模拟信号输出接口8电连接，用于将所有心电信号以真实的电压值输出。

以下为动态心电模拟发生器的一个具体示例，该示例以每一个电路对该方发生器作出更为详细的介绍。

触摸显示屏1的具体电路如附图2所示。电路电源电压为5v，数据接口为uart，其中tx表示处理器4发送给触摸显示屏的数据，rx表示触摸显示屏发送给处理器4的数据。该电路在处理器4的控制下将需要显示的内容通过tx发送给触摸显示屏，触摸显示屏将使用者的触摸位置信号通过rx发送给处理器(3)即完成了整个输入输出交互操作。

数据更新接口2用于用户更新内部心电数据，数据更新接口可以为rs232接口或usb接口或sd卡接口或网络接口。本实施例中采用usb接口。

处理器4的具体电路如附图3所示。采用stm32f103rx单片机作为核心处理器，数字电源vdd采用3.3v供电，模拟电源vdda采用3.3v电源供电，分别为vdd和vdda的每个管脚设计滤波电容以保证电源质量。该电路设计有与其他电路的数据接口，分别为：

与数据更新接口2连接的为pa管脚，信号为usb_dm和usb_dp；

与触摸显示屏1连接的uart接口，信号为tx和rx；

与数模转换器5的spi接口，信号为cs，sclk，sdio；

与数字比较器6连接的并行数据接口dat[0:7]，信号为dat[0:7]；

与信号幅度调节电路7连接的ud和cs接口；

flash存储器3采用stm32f103rx内部的存储空间，因此外部电路不需要额外设计，当然，也可根据需要采用外置的存储器。

数模转换器5的具体电路如附图4所示。数模转换器5采用dac1220芯片；dvdd是电路的数字电源，采用5v电压；avdd是电路的模拟电源，采用5v电压；c1和c4为电源滤除杂波；vref是数模转换器的参考电压，采用2.5v参考电压；x1为电路工作提供时钟，采用2.5mhz的晶振；cs，sclk，sdio一起构成数字信号输入接口，负责与处理器4通信，cs是片选信号，低电平有效，由处理器4输出给本电路，sclk是时钟信号，为该数字通信接口提供时钟基准，由处理器4输出给本电路，sdio是串行数据信号，本方案中需要实现模拟输出的仿真心电数据即由处理器4转发到该串行数据信号输出给本电路后数据转换成相应电压的信号，模拟心电信号输出管脚即为vout；vout信号连接到信号幅度调节电路。

在本实施例中，采用的数模转换器为20位分辨率，vref为2.5v，其最小输出电压为0v，最大输出电压为2*vref即5v，因此该数模转换器的最小输出电压为5v/2²⁰即4.8uv。

数字比较器6采用sn74asa885u6芯片，本电路可以自动识别需要转换输出的数据大小，并于阈值进行比较，然后将比较结果输出。具体如图5所示，sn74asa885芯片的dat[0:7]管脚从处理器4中读取的flash存储器3中的标准数据库的心电数据或者用户自定义心电数据；ref管脚为该电路提供阈值数据，其可以是用户通过触摸屏输入的数值或者是由一组拨码器开关直接设定数值；(当然该阈值数据也可提前设定好，该阈值数据为数模转换器最小能转换的数字量信号)比较结果通过p<qout输出信号adj_en，该信号连接到幅度调节电路。

该电路工作原理如下：该电路的两组输入数据分别为需要转换的心电数据dat和设定的阈值数据ref，当dat<ref时，即当前欲输出心电信号幅度小于数模转换器能转换的最小信号幅度时，adj_en信号激活信号幅度调节电路，对需要转换的且小于阈值数据ref的心电数据dat信号进行调节，当dat<ref时，信号幅度调节电路不进行调节，直接输出转换后的心电信号。具体的，在本实例中，设置ref为4.8uv对应的数值，该电路即可自动对小于4.8uv的信号进行幅度调节，以保证输出信号不失真。

信号幅度调节电路7的具体电路如附图6所示，采用一个数字电位器mcp4012和一个电阻r1实现，数字电位器mcp4012通过cs1和ud接收处理器和数字比较器的控制改变其电阻引脚5和电阻引脚6间的电阻(记为ru4)，sig为心电信号输出端口，用于和3.5mm同轴模拟信号输出接口连接，从而向外部输出心电信号。按照分压电路原理计算得此信号幅度调节电路的输出信号sig＝vout*ru4/(r1+ru4)。用户根据其需要，只需改变ru4，即可改变输出信号幅度。当信号不需要调节幅度的时候(dat大于ref时)，adj_en信号通过数字电位器cs管脚将其功能关闭，此时电阻引脚5和电阻引脚6之间的电阻触点断开，ru4阻值无限大。此时sig＝vout，即信号不经过幅度调节直接输出。

该信号幅度调节电路r1选择40kω，设置ru4为10kω时，输出信号幅度为4.8/5uv＝0.96uv。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。