基于fpga和高速串口的多通道心内电信号采集系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及数据采集系统，具体的说是一种特别适用于采集心内电信号的基于FPGA和高速串口通讯的多通道数据采集系统。
【背景技术】
[0002]心内电信号数据采集系统用于检测人体心脏左心房壁的电信号，对于确定房颤起源位置，进而进行消融治疗具有重要意义。目前市场上的心电采集模块主要是针对体表心电，体表心电与心内电信号具有很大差异，体表心电的数据采集系统并不能用于心内电信号采集，而且进行房颤治疗时，采点位置越多，诊断越精确，体表心电最多只有十二通道。通用型数据采集系统不适用于在大噪声中提取微弱信号，尤其是人体电生理信号。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提供一种基于FPGA(Field — Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)和高速串口的多通道心内电信号采集系统，以解决现有数据采集系统无法准确米集心内电信号的技术缺陷。
[0004]本发明提供的一种基于FPGA和高速串口的多通道心内电信号采集系统包括:
[0005]顺次连接的信号预处理模块、光电隔离模块、通道选择模块、增益可编程放大模块和模数转换模块；
[0006]FPGA控制模块，包括:数据采集控制子模块、数据缓存子模块、数字信号处理子模块和数据传输控制子模块，数据采集控制子模块分别与所述通道选择模块的地址选择端、增益可编程放大模块的增益控制端和模数转换模块的控制端、转换时钟端及数据读取时钟端连接，数据缓存子模块分别连接所述模数转换模块的输出端和所述数字信号处理子模块；
[0007]高速串口通讯模块，与所述数字信号处理子模块及数据传输控制子模块连接；以及
[0008]电源模块。
[0009]在上述的基于FPGA和高速串口的多通道心内电信号采集系统中，优选地，所述信号预处理模块的每个通道包括顺次连接的射频滤波和限压保护子模块、一级放大子模块、50Hz陷波子模块、低通滤波子模块、高通滤波子模块和二级放大子模块。
[0010]在上述的基于FPGA和高速串口的多通道心内电信号采集系统中，为了充分保障被测者人体安全，优选地，所述电源模块包括隔离电源子模块和普通电源子模块，隔离电源子模块为光电隔离模块的前端和信号预处理模块供电，普通电源子模块为其它功能模块供电。
[0011]在上述的基于FPGA和高速串口的多通道心内电信号采集系统中，为了方便系统进行扩展，满足对更多通道的需求，优选地，所述通道选择模块由复数个多选一模拟开关组合构成，地址选择信号由所述FPGA控制模块内的数据采集控制子模块提供。
[0012]在上述的基于FPGA和高速串口的多通道心内电信号采集系统中，优选地，所述模数转换模块具有复数个并行通道。
[0013]在上述的基于FPGA和高速串口的多通道心内电信号采集系统中，优选地，所述数据缓存子模块是在FPGA内部实现的FIFO存储器。
[0014]在上述的基于FPGA和高速串口的多通道心内电信号采集系统中，优选地，所述数字信号处理子模块是在FPGA内部实现的用于根据心内电信号特征对心内电信号进行数字滤波的FIR滤波器。
[0015]在上述的基于FPGA和高速串口的多通道心内电信号采集系统中，优选地，所述数据传输控制子模块向高速串口通讯模块提供的信号包括读写控制信号。
[0016]在上述的基于FPGA和高速串口的多通道心内电信号采集系统中，优选地，该采集系统还包括系统扩展模块和/或上位机，该系统扩展模块包括GP1 (General PurposeInput Output，通用输入/输出)和RS232接口，该上位机通过所述高速串口通讯模块与所述数字信号处理子模块连接。
[0017]在上述的基于FPGA和高速串口的多通道心内电信号采集系统中，为了达到较佳的采样精度，优选地，所述信号预处理模块和光电隔离模块均包括64个通道，所述增益可编程放大模块由八个增益可编程放大器组成，所述模数转换模块具有八个并行通道，所述通道选择模块由八个八选一模拟开关组成共64个输入端和八个输出端，通道选择模块的64个输入端对应连接光电隔离模块的64个通道，通道选择模块的八个输出端对应通过增益可编程放大模块的八个增益可编程放大器连接模数转换模块的八个并行通道。
[0018]本发明具有以下有益效果:
[0019]在FPGA控制模块中设置数字信号处理子模块，与信号预处理模块结合，有效抑制了噪声，提高了信号的信噪比，能够准确提取出心内电信号。用数据采集控制模块提供采样时钟和转换时钟，能够根据需要灵活选择采样率。在一片FPGA内实现数据采集控制、数据缓存、数字信号处理和数据传输控制，简化了数据采集系统的硬件设计，同时提高了系统的可靠性。采用高速串口通讯模块传输数据，使得64通道数据能够实时传输到上位机进行后续处理(如数字滤波和波形显示)。
【附图说明】
[0020]图1为一些实施例多通道心内电信号采集系统的结构框图；
[0021 ] 图2为FPGA控制模块工作流程图。
【具体实施方式】
[0022]下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。这些更详细的描述旨在帮助理解本发明，而不应被用于限制本发明。根据本发明公开的内容，本领域技术人员明白，可以不需要一些或者所有这些特定细节即可实施本发明。而在其它情况下，为了避免将发明创造淡化，未详细描述众所周知的操作过程。
[0023]如图1所示，一些实施例基于FPGA和高速串口的多通道心内电信号采集系统包括:顺次连接的信号预处理模块10、光电隔离模块20、通道选择模块30、增益可编程放大模块40和模数转换模块50，FPGA控制模块60，电源模块70，系统扩展模块80，高速串口通讯模块(数据传输模块)90，上位机(PC) 100。
[0024]FPGA控制模块60包括:数据采集控制子模块61、数据缓存子模块62、数字信号处理子模块63和数据传输控制子模块64。数据采集控制子模块61 —方面连接通道选择模块30的地址选择端，提供地址选择信号；另一方面连接增益可编程放大模块40的增益控制端，控制放大模块的增益；此外还连接模数转换模块50的控制端、转换时钟端及数据读取时钟端，提供控制信号、转换时钟和采样时钟(数据读取时钟)。数据缓存子模块62分别连接模数转换模块50的输出端和数字信号处理子模块63。
[0025]信号预处理模块10用于接收并处理原始的心内电信号，共有64个通道。信号预处理模块10的每个通道包括顺次相连接的射频滤波和限压保护子模块11、一级放大子模块12、50Hz陷波子模块13、低通滤波子模块14、高通滤波子模块15和二级放大子模块16。
[0026]光电隔离模块20同样也具有64个通道，其64个通道与信号预处理模块10的64个通道一一对应。心内电信号由信号预处理模块10预处理后，经光电隔离模块20进入通道选择模块30。
[0027]通道选择模块30由八个八选一模拟开关组成，共有64个输入端和八个输出端。通道选择模块30的地址选择信号由FPGA控制模块60提供。通道选择模块30的64个输入端对应连接光电隔离模块20的64个通道。
[0028]增益可编程放大模块40由八个增益可编程放大器组成。
[0029]模数转换模块50具有八个并行通道，具体由一块八通道16位ADC芯片构成。通道选择模块30的八个输出端对应通过增益可编程放大