模块40的八个增益可编程放大器与模数转换模块50的八个并行通道对应连接，可同时对八个通道进行AD转换。模数转换模块50的控制信号及时钟信号都由FPGA控制模块60中的数据采集控制子模块61提供。
[0030]为了充分保障被测者的人体安全，电源模块70包括普通电源子模块71和隔离电源子模块72，隔离电源子模块72用于给光电隔离模块20的前端和信号预处理模块10供电，而普通电源子模块71则为其余的功能模块供电。
[0031]系统扩展模块80包括多个GP1和一个RS232接口，可以方便的对系统进行所需功能的扩展。
[0032]高速串口通讯模块90与FPGA控制模块60的数字信号处理子模块63及数据传输控制子模块64连接。
[0033]上位机100通过高速串口通讯模块90与FPGA控制模块60的数字信号处理子模块63。
[0034]上述数据缓存子模块62是在FPGA内部实现的FIFO存储器。该数据缓存子模块62能够匹配模数转换模块50和数据传输模块(高速串口通讯模块90)之间的速度，提高数据存储和传输的灵活性。上述数字信号处理子模块63是在FPGA内部实现的FIR滤波器，用于根据心内电信号特征对心内电信号进行数字滤波，其与信号预处理模块的结合，能够有效抑制噪声，提高信号的信噪比，提取出有用信号(心内电信号)。上述数据传输控制子模块64向数据传输模块(高速串口通讯模块90)提供的信号包括读写控制信号。
[0035]本多通道心内电信号采集系统基于FPGA实现数据采集控制。在说明了 FPGA控制模块60的构造的基础上，图2中进一步示出了 FPGA控制模块的工作流程。参照图2，FPGA控制模块60的工作过程包括:
[0036]FPGA控制模块60接收到上位机100发送的开始数据采集命令后，首先根据用户选择设置采样率，然后向模数转换模块50输出启动转换信号和转换时钟。在此过程中，检测模数转换模块50的转换完成信号，转换完成后则向模数转换模块50输出读取数据时钟，依次读取本次八个通道的16位转换结果并存入数据缓存子模块62，本次八个通道转换结果读取完毕后，FPGA控制模块60向多路选择模块30发送地址信号切换通道，并开始下一次八个通道的转换。在此过程中，若数据缓存子模块62中数据量达到预设值，则由数字信号处理子模块63对所采集数据进行数字滤波，再由数据传输控制子模块64向高速串口通讯模块90发送命令，将缓存中的数据发送至上位机100。
[0037]上述基于FPGA和高速串口的多通道心内电信号采集系统针对心内电信号的特点而设计，具有结构合理、安全可靠、采样速率可调、采样精度高、数据传输速度快、系统稳定性好、能够实现64通道并行实时采集等特点。其有效解决了现有数据采集系统通道数量少、采样率固定、不能有效提取微弱信号等导致不能用于采集心内电信号的技术问题。
[0038]上述多通道心内电信号采集系统基于FPGA实现数据采集控制，数据通道采用模块化设计，而且具有良好的可扩展性。这里所说的良好的可扩展性，一方面体现在系统扩展模块80具有多个GP1和一个RS232接口，可以方便的对系统进行所需功能的扩展。另一方面体现在，由于采用了上述的基于FPGA的数据采集控制、数据通道的模块化设计等使得可以方便地对数据通道进行扩展，例如可以在现有64个通道的基础上扩展成更多的通道，从而能够对心内电彳目号进行更加精确的米集。
【主权项】
1.基于FPGA和高速串口的多通道心内电信号采集系统，其特征在于，包括: 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； 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； 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 电源模块。
2.根据权利要求1所述的基于FPGA和高速串口的多通道心内电信号采集系统，其特征在于: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。
3.根据权利要求1所述的基于FPGA和高速串口的多通道心内电信号采集系统，其特征在于: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。
4.根据权利要求1所述的基于FPGA和高速串口的多通道心内电信号采集系统，其特征在于:所述通道选择模块由复数个多选一模拟开关组合构成。
5.根据权利要求1所述的基于FPGA和高速串口的多通道心内电信号采集系统，其特征在于:所述模数转换模块具有复数个并行通道。
6.根据权利要求1所述的基于FPGA和高速串口的多通道心内电信号采集系统，其特征在于:所述数据缓存子模块是在FPGA内部实现的FIFO存储器。
7.根据权利要求1所述的基于FPGA和高速串口的多通道心内电信号采集系统，其特征在于: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。
8.根据权利要求1所述的基于FPGA和高速串口的多通道心内电信号采集系统，其特征在于: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。
9.根据权利要求1所述的基于FPGA和高速串口的多通道心内电信号采集系统，其特征在于，该采集系统还包括: 系统扩展模块，该系统扩展模块包括GP1和RS232接口；和/或 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。
10.根据权利要求1所述的基于FPGA和高速串口的多通道心内电信号采集系统，其特征在于: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。
【专利摘要】一种基于FPGA和高速串口的多通道心内电信号采集系统，其包括：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；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；与所述数字信号处理子模块及数据传输控制子模块连接的高速串口通讯模块；以及电源模块。本系统能够准确提取出心内电信号。
【IPC分类】A61B5-0402
【公开号】CN104644156
【申请号】CN201510072403
【发明人】吴剑, 杨旗
【申请人】清华大学深圳研究生院
【公开日】2015年5月27日
【申请日】2015年2月11日