如今，心血管類疾病已經成為威脅人類身體健康的重要疾病之一，而清晰有效的心電圖為診斷這類疾病提供了依據，心電采集電路是心電采集儀的關鍵部分，心電信號屬于微弱信號，其頻率范圍在0.03～100 Hz之間，幅度在0～5 mV之間，同時心電信號還摻雜有大量的干擾信號，因此，設計良好的濾波電路和選擇合適的控制器是得到有效心電信號的關鍵。基于此，本文設計了以STM32為控制核心，AD620和OP07為模擬前端的心電采集儀，本設計簡單實用，噪聲干擾得到了有效抑制。

　　1 總體設計方案

　　心電采集包括模擬采集和數字處理兩部分，本設計通過AgCl電極和三導聯線心電采集線采集人體心電信號，通過前置放大電路，帶通濾波電路，50 Hz雙T陷波后再經主放大電路和電平抬升電路把心電信號的幅度控制在STM32的A/D采集范圍內，STM32通過定時器設定A/D采樣頻率，通過均值濾波的方式對得到的數字信號進行處理，最后在彩屏上描繪出心電圖形，系統總體框圖如圖1所示。

　　2 硬件設計

　　2.1 主控模塊電路設計

　　主控模塊的STM32F103VET單片機是控制器的核心，該單片機是ST意法半導體公司生產的32位高性能、低成本和低功耗的增強型單片機，其內核采用ARM公司最新生產的Cortex—M3架構，最高工作頻率72 MHz、512 kB的程序存儲空間、64 kB的RAM，8個定時器/計數器、兩個看門狗和一個實時時鐘RTC，片上集成通信接口有兩個I2C、3個SPI、5個USART、一個USB、一個CAN、一個SDIO，并集成有3個ADC和一個DAc，具有100個I/O端口。主控單片機管腳排列圖如圖2所示。

　　2.2 前置放大電路的設計

　　前置放大電路是模擬信號采集的前端，也是整個電路設計的關鍵，它不僅要求從人體準確地采集到微弱的心電信號，還要將干擾信號降到最低，由于心電信號屬于差分信號，所以電路應采用差動放大的結構，同時要求系統具有高共模抑制比、高輸入阻抗、低漂移等特點。因此，選擇合適的運算放大器至關重要，這里選擇儀用運放AD620實現前置放大，AD620具有高精度、低噪聲、低輸入偏置電流低功耗等特點，使之適合ECG監測儀等醫療應用。AD620的放大倍數由1與8腳之間的反饋電阻決定，增益G=49.4 kΩRG+1，由于心電信號中含有較大的直流分量，因此前置放大電路的放大倍數不能過大，在這里選擇放大約10倍，因此反饋電阻R6取約5 kΩ，為提高電路的共模抑制能力，這里用一個OP07檢測R10，R4上的共模信號驅動導線屏蔽層，消除分布電容。同時用另一個OP07運放和R5，C3，R7組成右腿驅動電路，在R10，R4上檢測到的共模信號經反相放大器后經R7，反饋到人的右腿，進一步抑制了共模信號和50 Hz工頻干擾，這里右腿驅動有一個對交流電的反饋通路，交流電的干擾可能對人體產生危害，因此這里要注意做好絕緣措施，同時保護電阻R7盡可能大，取1 MΩ以上。此外系統電源的不穩定也對心電信號的采集有較大影響，因此在本系統中，所有運放的電源腳都并聯兩個0.1μF和10μF的電容退耦，提高系統的穩定性，前置放大電路的電路圖如圖3所示。

　　2.3 帶通濾波器的設計

　　從前置放大電路輸出的心電信號還含有較大直流分量和肌電信號，基線漂移等干擾成分，所需采集的有用心電信號在0.03～100 Hz范圍之間，因此需設計合理的濾波器使該范圍內的信號得以充分通過，而該范圍以外的信號得到最大限度的衰減，這里采用具有高精度，低偏置，低功耗特點的兩個OP07運放分別組成二階有源高通濾波器和低通濾波器，高通濾波器由C11，C17，R7，R10組成，截止頻率f1≈0.03 Hz，低通濾波器由R8，R9，C10，C13組成，截止頻率約為f2≈100 Hz，系統帶通濾波器的電路如圖4所示。

　　2.4 50 Hz雙T陷波器設計

　　工頻是心電信號中最主要也最常見的干擾源，雖然前面的右腿驅動電路對其有一定的抑制作用，但是仍有較大部分進入了后面的電路，因此有必要設計截止頻率為50 Hz的帶阻電路來進一步濾除干擾，帶阻電路也稱陷波器，顧名思義，帶阻電路就是使某特定頻率范圍內的信號大幅衰減，而對該頻率范圍外的信號幾乎不產生影響。雙T陷波電路是典型的帶阻電路，在雙T網絡中，兩個T型網絡的參數是對稱的，如圖5所示的50 Hz雙T陷波電路中，R13=R14=2R16=R=32 kΩ，C20=2C19=2C18=C=200 nF，本質上是由兩個T型高通濾波器和低通濾波器并聯組成，圖5所示電路的截止頻率f0=1/2πRC≈50 Hz。

　　2.5 主放大以及電平抬升電路設計