AD574在心電采集系統(tǒng)中的應(yīng)用

1、引言

A/D轉(zhuǎn)換是一種將連續(xù)的模擬信號轉(zhuǎn)換成適合于數(shù)字處理的二進(jìn)制數(shù)的操作，在單片機(jī)控制系統(tǒng)中，經(jīng)常要將被控實體模擬的過程信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字量送給單片機(jī)，這樣的工作就是由A/D轉(zhuǎn)換部件來完成的。因此，A/D轉(zhuǎn)換部件在單片機(jī)系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用。A/D轉(zhuǎn)換是電信號數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的重要組成部分，本文以自行設(shè)計的心電采集系統(tǒng)為例，完整地介紹12位A/D轉(zhuǎn)換芯片AD574在該系統(tǒng)中的具體應(yīng)用。具有很好的實際應(yīng)用參考價值。

2、心電信號采集系統(tǒng)

心電監(jiān)測作為一種對人體心臟活動進(jìn)行動態(tài)檢測與分析的有效手段，在臨床上和人體素質(zhì)分析中具有很好的應(yīng)用價值。而心電采集是心電監(jiān)測的首要步驟，本文利用通用的51單片機(jī)來控制實現(xiàn)心電信號的采集。圖1所示是一個心電采集系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框圖。

電極是從人體取得心電信號的敏感元件，心電信號由攜帶在人體上的專用電極拾取后送入放大和濾波電路，經(jīng)放大和濾波電路后獲得符合要求的、干凈的、不失真的心電模擬信號，該心電模擬信號由模擬輸入端送入A/D轉(zhuǎn)換電路，最后在單片機(jī)的控制下進(jìn)行高精度的A/D轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)存儲。

3、AD574與單片機(jī)的接口電路

AD574是美國AnalogDevice公司生產(chǎn)的12位逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，內(nèi)部集成由轉(zhuǎn)換時鐘、參考電壓源和三態(tài)輸出鎖存器，因此他可以直接接微機(jī)總線進(jìn)行接口。分辨率可設(shè)為12位，轉(zhuǎn)換時間為25μs。該A/D轉(zhuǎn)換器對外的連接信號有模擬輸入信號、數(shù)據(jù)輸出信號、啟動轉(zhuǎn)換信號、轉(zhuǎn)換結(jié)束信號及數(shù)據(jù)的讀取等。A/D轉(zhuǎn)換器和系統(tǒng)連接時就要考慮這些信號的連接問題。

AD574是單端輸入模擬電壓，在l0Vin和20Vin中任一端和AGND之間輸入，可輸入單極性電壓或雙極性電壓，輸入模擬電壓的極性不同，其輸入電路也不同。AD574要求用脈沖啟動信號，即在CPU的控制下發(fā)出啟動轉(zhuǎn)換信號，并通過程序控制得到足夠?qū)挾鹊拿}沖信號。A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時，AD574反饋給出轉(zhuǎn)換結(jié)束信號。AD574的數(shù)據(jù)輸出線也有三態(tài)輸出門，可直接連接系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線。在本采集系統(tǒng)中，AD574與AT89S51單片機(jī)的接口電路如圖2所示。

AD574芯片采用0～+10V單極性輸入方式。2腳直接接地，也就是啟動12位轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換結(jié)果分兩次輸出，3，4，5腳分別接至單片機(jī)地址總線的高位P2.5，P2.4，P2.3，單片機(jī)的讀寫信號經(jīng)過一級與非門后送到AD574的CE腳作為使能信號。

AD574狀態(tài)腳STS即28腳可接外部中斷，比如INT0，就可用中斷方式讀轉(zhuǎn)換結(jié)果，當(dāng)然，也可直接接至單片機(jī)的P1.0腳，采用查詢方式讀轉(zhuǎn)換結(jié)果。與AD574的12腳和10腳相接的兩個0.1kΨ的電位器分別用于零點調(diào)整和滿刻度調(diào)整，具體的調(diào)整方法是：零點調(diào)整，調(diào)整R1使得輸入模擬電壓從-5V變化到-4.9988V，即輸入電壓變化1/2LSB時輸出數(shù)字量從000000000000變化到000000000001;滿刻度調(diào)整（即增益調(diào)整），調(diào)整R2使得輸入模擬電壓從+4.9988V變化到+5V，即輸入電壓變化1/2LSB時，輸出數(shù)字量從111111111110變化到111111111111。