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昆明理工大学信息工程与自动化学院学生实验报告（2016 —2017 学年第一学期）课程名称：生物医学电子学开课实验室：信自111 实验日期：2016.12.28一、实验目的1、掌握三运算放大器组成差动放大器的原理；2、掌握元器件参数变化对放大器性能指标的影响；3、加深对生物电信号和生物电放大器的理解。
二、实验原理三运算放大器组成差动放大器具有高共模抑制比、高输入阻抗和可变增益等一系列优点，它是目前最典型的生理参数测量用的前置放大器，且已在各类生物医学仪器中获得广泛应用。
图2-1 心电图（ECG）前置放大器原理图如图2-1所示，是典型的三运算放大器组成的差动放大器，根据A1、A2、A3的理想特性，R5、R6、R7中的电流相等，得到622721511R U U R U U R U U o i i i i o -=-=- 从而导出（R6=R5）)()(217511i i i o U U R R U U -=- )()(2175022i i i U U R R U U -=- 以上二式相加得))(21()(217521i i o o U U R R U U -+=- 由于)(21810o o o U U R R U --= 则其差模增益为)21(7581012R R R R U U U A i i o d +=-= 只要调节R7，就可改变三运算放大器的增益，而不影响整个电路的对称性。
三、实验内容及步骤1、用EWB 软件按图2-1三电极心电前置放大器电路图接线、设置各元器件参数、创建电路，接入示波器、，并保存电路。
2、激活仿真电路，用示波器、万用表，观察波形、读取实验数据，并记录于表2-1中。
模拟输入 输出示波器（波形） 万 用 表 交流档 直流档正弦波100μV/50H z2.2954mV 1.7997mV0V0 1.7998mV矩形波0.1mV/50H/90%0.6985mV0.2584mV 3模拟输入输出放大倍数放大倍数计算值正弦波100μV/50Hz2.2954mV22.95234；改变R11的数值使其零点漂移最小、记录下R11的数值；将三只运算放大器改设为理想运算放大器，记录有关数据、填入表2-3。
杭州电子科技大学毕业设计（论文）开题报告题目心电信号的采集与实现学院电子信息学院专业电子信息工程姓名徐杰班级08045411学号08041030指导教师胡体玲综述本课题国内外研究动态， 一、 综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义 国内外研究动态心电信号是人类最早研究并应用于医学临床的生物信号之一，它比其它生 物电信号更易于检测，并且具有较直观的规律性，因而心电图分析技术促进了医 学的发展。
心电图检查是临床上诊断心血管疾病的重要方法。
心电图的准确自动 分析与诊断对于心血管疾病起着关键的作用，也是国内外学者所热衷的课题。
以 前的心电图大多采用临床医生手动分析的方法， 这一过程无疑是费时费力且可靠 性不高。
在计算机技术迅速发展的情况下，心电图自动分析得以迅速发展，将医 生从繁重的手工劳动中解脱出来，大大提高了工作效率。
七十年代后，心电图自 动分析技术已有很大发展，并进入实用化和商业化阶段。
自 1903 年心电图引入医学临床以来，无论是在生物医学方面，还是在工程 学方面，心电信号的记录、处理与诊断技术均得到飞速发展，并积累了相当丰富 的资料。
心电图在心脏疾病的临床诊断中具有重要价值，能为心脏疾病的正确分 析、诊 断、治疗和监护提供客观指标。
它不但广泛应用于心血管疾病的常规检 查 ,而且还应用于对运动员、 航空航天飞行人员等特殊专业人员的身体素质检查 和临床医学研究上 ,具有十分重要的社会价值和经济价值 ,在现代医学中得到 了十分广泛的应用。
当前心电信号的处理仍然是生物医学工程界重大研究的对象 之一。
然而，心电图自动诊断还未广泛应用于临床，从国内外的心电图机检测分析 来看，自动分析精度还达不到可以替代医生的水平，仅可以为临床医生提供辅助 信息。
其主要原因是心电波形的识别不准，并且心电图诊断标准不统一。
因此， 探索新的方法以提高波形识别的准确率， 寻找适合计算机实现又具诊断价值的诊 断标准，是改进心电图自动诊断效果，扩大其应用范围的根本途径。
天津大学一ＡＤＩ联合实验室李刚高剑明谌雅琴基于ＡＲＭ的十二导同步心电图机设计Ｄｅｓｉｇｎ０ｆ１２一ＣｈａｎｎｅｌｓＳｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎＳａｍｐ¨ｎｇＥＣＧＢａＳｅｄ０ｎＡＲＭ摘要关键词采用ＡＤｕＣ７０２６微控制器芯片和新的电路设计方法，实现了高性能、低成本、操作简单的微型心电图机。
心电图机；生物电放大电路；ＡＲＭ７ＴＤＭＩ引言根据世界卫生组织统计，心脏疾病是造成人类死亡的三大疾病之一，而且发病率呈上升趋势。
在我国，随着人们的物质生活水平不断提高，生活节奏不断加快，心脏疾病的发病率也在相应增高，社会对心脏疾病的诊断和治疗也比以往更加关注，提出了新的要求。
本文研究了一种既具有技术方面的先进性，又造价低廉，适合中国国情的微型１２导同步心电图机。
该心电图机操作简单，功能强大，可提供标准１２导联心电同步监测和快速心电监测，适用于医院常规门诊，也可用于外出急救。
本设计的１２导同步心电图机采用ＡＤＩ公司的ＡＲＭ７ＴＤＭＩ内核的模拟微控制器ＡＤｕｃ７０２６作为核心，它具有１６通道高达１０００ｋｓｐｓ采样速率的１２位ＡＤｃ，２００５年９月２７日收到本文。
整合了片内参考电平、温度传感器与４通道１２ＢＩＴ高精度ＤＡｃ，支持ＪＴＡＧ方式调试与下载，外接３２ＫＨｚ晶振，通过锁相环可工作在４５ＭＨｚ下。
片内还集成有６２ｋ字节的ＦＬＡｓＨ与８ｋ字节的ｓＲＡＭ，片上外设资源包含有ｕＡＲＴ、ｓＰＩ、双１２ｃ串行接口、４个定时器、看门狗，电源监测模块、３相１６位ＰｗＭ输出和可编程逻辑阵列（ＰＬＡ）等。
心电图机系统框图如图ｌ所示。
在设计时利用模拟微控制器内嵌的ＡＤｃ对经过前级处理的心电信号进行监测。
系统功能在液晶显示的菜单下通过按键选择完成，能够提供友好的人机交互操作提示，使用方便。
ＡＤｕｃ７０２６微处理器可通过ｕＡＲＴ串口在线刷新系统固件，提供了系统升级的廉价解决方案。
心电图机的模拟电路设计模拟电路是心电图机中直接与人体连接的电路，主要负责原始信号的调理。
直流脑电信号放大电路设计报告一、设计目的和意义：2l世纪被世界科学界公认为是生物科学、脑科学的时代。
在全球性的研究划的推动下，对人脑语言、记忆、思维、学习和注意等高级认知功能进行多学科、多层次的综合研究已经成为当代科学发展的主流方向之一，有关人脑高级认知过程的研究正以几何级数增长。
认知功能是一个广为沿用和含义广泛的概念。
一般说来，认知功能是包括感觉知觉、记忆、判断、思维、推理、问题解决、学习、想象、概念形成和语言等内的广泛的脑功能，它是人体大脑高级机能的重要功能之一，认知活动是非常复杂的脑活动过程。
目前认知科学研究的方法多种多样，而脑电信号分析是其中重要的一种。
脑电(electroencephalograph，EEG)信号作为一种特殊而复杂的生物电信号。
反映了大脑的功能状态，是由脑内亿万神经元活动而引起的头皮表面电位变化，检测这些电位的变化对研究大脑的功能状态非常重要。
有效提取脑电信号中蕴藏的信息，可以更深入地了解大脑的功能活动。
脑电(EEG)检测是一种无创的、具有高时间分辨率的、侧重时间上的信息传递和处理的研究方法。
EEG包含了大脑皮层神经活动的信息，其中蕴含着包括思维、情感、精神以及心理等恬动的丰富内容，深入研究EEG对于了解认知和思维过程，揭示大脑工作机理具有重要意义。
此外，脑电图(EEG)是一种有效的神经功能成像和析工具，具有时间分辨率高、信号微弱、非平稳性特点。
它主要用于癫痫、脑外伤、脑肿瘤等疾病的诊断。
脑血管病的脑电图，尽管无特异性改变，但对诊断和预后的判断，以及与脑肿瘤的鉴别仍十分有意义。
随着一系列如高分辨率脑电、脑电成像技、非线性动力学分析、偶极子追踪等现代分析技术发展，EEG 在研究人类思维和疾病的过程中将发挥越来越大的作用。
二、系统设计下图是关于脑电信号放大器设计的整体方案流程图。
其所示整个系统由前置放大器、低通滤波、后置放大器。
此系统的整个流程如下所示：信号通过电极进入前置放大电路，在经过30Hz低通滤波器的滤波后进入主放大器，从主放大器输出的信号接入示波器，显示波形。
简述生物电信号对生物医学放大器的要求生物电信号是生物体内产生的微弱电信号，对于生物医学放大器来说，这些信号的放大和测量至关重要。
以下是生物电信号对生物医学放大器的要求：1.高灵敏度：生物电信号非常微弱，有时只有几毫伏甚至几微伏，因此生物医学放大器需要具有高灵敏度才能检测到这些微弱信号。
高灵敏度的放大器能够将微弱的电信号转换为较大的输出电压或电流，方便后续的处理和测量。
2.低噪声：生物电信号的频率和幅度都存在很大的变化范围，因此生物医学放大器需要具有低噪声性能，以避免对信号的干扰和失真。
低噪声放大器能够将背景噪声降低到最小程度，提高信噪比，从而获得更准确的信号测量结果。
3.宽频带：生物电信号的频率范围很宽，从直流到几百千赫兹不等。
因此，生物医学放大器需要具有宽频带特性，以便能够覆盖生物电信号的整个频率范围。
宽频带放大器能够快速地响应各种频率的信号，并保持稳定的增益和相位响应。
4.低失调：生物电信号的直流电平可以很高，因此生物医学放大器需要具有低失调性能，以确保对信号的准确测量。
低失调放大器能够将输入信号中的直流分量准确地传递到输出端，从而提高测量的准确性和稳定性。
5.高增益：生物电信号的幅度通常很微弱，需要进行大幅度放大才能进行后续处理和测量。
因此，生物医学放大器需要具有高增益性能，以便将微弱信号放大到足够的幅度。
高增益放大器能够将输入信号进行大比例的放大，提高信号的可读性和可处理性。
6.低漂移：生物电信号的幅度和频率可能会随时间发生变化，因此生物医学放大器需要具有低漂移性能，以确保对信号的准确测量。
低漂移放大器能够将输入信号中的频率和幅度变化准确地传递到输出端，从而获得更稳定的测量结果。
7.多通道：生物电信号的采集通常需要同时对多个通道进行测量。
因此，生物医学放大器需要具有多通道特性，以便能够同时对多个信号进行放大和测量。
多通道放大器能够同时接收和放大多个输入信号，提高信号采集的效率和准确性。
8.兼容性：生物医学放大器需要与各种不同的生物医学仪器和系统兼容使用，因此需要具有良好的兼容性。
东南大学硕士学位论文生物电放大器的设计姓名：陈雷申请学位级别：硕士专业：软件工程（IC）指导教师：李文渊;徐永斌20070528第二市ＭＯＳ管的基奉特性第二章ＭＯＳ管的基本特性２．１ＭＯＳ晶体管的结构与几何参数２．１．１ＭＯＳ管的结构圈事品囹，．接■无囚ｈ‘蕾■无一ｈ阱ｒＦｎ■囊亿层口，‘ｒ矗Ｅ口Ｉ．ｒｔＥ图２．１ＭＯＳ晶体管的结构唧图２．１所示的是采用单阱（Ｎ阱）ｍ艺的同一村底上的两种类型的ＭＯＳ晶体管的简化结构，其左半部为ＮＭＯＳ管，而其右半部为一个ＰＭＯＳ管。
每一种ＭＯＳ管都有两个重掺杂区构成器件的两个端口：源端（Ｓ）与漏端（Ｄ），一个重掺杂的多晶硅构成了器件的栅极（Ｇ），在栅极与衬底间用栅氧（薄层ｓｉ岛）隔离．ＮＭＯＳ管的两个重掺杂区内的掺杂为Ｎ型，而ＰＭＯＳ管的两个重掺杂区内的掺杂为Ｐ型。
橱氧以下的沉底区域是器件的有效工作区，一般源区和漏区是对称的．衬底的电位对ＭＯＳ器件特性有很大影响，也就是说ＭＯＳ管是一个四端口器件．一般源塌区的结二极管必须为反偏．２．１．２ＭＯＳ管的几何参数如图２．１所示．ＭＯＳ管有三个主要的凡何参数：沟道长度Ｌ，沟道宽度形及栅氧厚度ｔｏｘ。
由于ＣＭＯＳ工艺的白对准的特点，其沟道长度定义为漏源之间栅的尺寸，一般其最小尺寸即为制造工艺中所给的特征尺寸。
由于在制造漏，源极时会发生边缘扩散，所以源漏之间的实际距离（称之为有效长度Ｌ’）略小于长度厶则有Ｌ’＝Ｌ一Ⅺ，其中工是漏源之间的长度，ｄ是边缘扩散的长度·沟道宽度矿为垂直于沟道长度方向的栅的尺寸。
栅氧厚度ｆｏｘ则为栅极与衬底之间的二氧化硅的厚度。
２．２Ｍｏｓ管的ＩⅣ特性ＭＯＳ管的Ｄｖ特性曲线（以ＮＭＯＳ为倒）如图２．１所示．第四章运算放大嚣韵设计圈４．１４单位增益结构图４．１５运算放大器的转换速率４．３．３运算放大器的仿真结果从表４．２可以看出，设计的运算放大器具有在单电源电压５Ｖ的条件下，开环增益能达９０ｄＢ，共模抑制比达１００ｄＢ，相位裕度达到６３。
实验一：生物电放大电路仿真引言生物电放大电路是用于放大生物电信号的电路，常用于医学领域的生物信号获取与分析。
在本次实验中，我们将使用仿真软件对生物电放大电路进行仿真，通过观察仿真结果，分析放大电路的性能指标。
实验目的1.了解生物电放大电路的基本原理；2.掌握仿真软件的使用方法；3.通过仿真实验，分析放大电路的增益、频率响应等性能指标。
实验仪器和材料1.计算机；2.仿真软件。
实验步骤1.打开仿真软件，并创建新的仿真项目；2.在仿真项目中，选择合适的放大电路模型，并进行放大电路的布局和连线；3.设置放大电路的参数，如放大倍数、输入/输出电阻等；4.添加外部生物电信号源，并配置其参数；5.运行仿真并观察仿真结果；6.分析仿真结果，计算放大电路的增益、频率响应等性能指标。
实验结果通过仿真软件，我们得到了放大电路的输出信号波形。
根据输出信号波形，我们可以计算出放大电路的增益和频率响应等性能指标。
例如，我们设置放大电路的放大倍数为1000，输入生物电信号为10 mV，经过放大电路放大后，输出信号为10 V。
则该放大电路的增益为1000倍。
同时，我们还可以通过调节输入生物电信号的频率，观察输出信号的变化，从而得到放大电路的频率响应特性。
分析与讨论根据仿真结果，我们可以分析和讨论放大电路的性能。
放大电路的增益是衡量放大效果的重要指标。
在本次实验中，我们通过调节放大倍数参数，观察输出信号的幅度变化，以得到放大电路的增益。
此外，放大电路的频率响应也是衡量放大效果的重要指标。
通过改变输入生物电信号的频率，我们可以观察输出信号的幅频特性，从而得到放大电路的频率响应特性。
结论通过本次实验，我们使用仿真软件对生物电放大电路进行了仿真。
通过观察仿真结果，并分析放大电路的性能指标，我们可以得出以下结论：1.放大电路的增益是放大效果的重要指标，可以通过调节放大倍数参数来控制；2.放大电路的频率响应是放大效果的另一个重要指标，可以通过改变输入信号的频率来观察和分析。
实验一BL-410生物机能实验系统及其实验报告书写的要求BL-410生物机能实验系统BL-410生物机能实验系统是配置在微机上的4通道生物信号采集、放大、显示、记录与处理系统。
它具有记录仪+示波器+放大器+剌激器+心电图仪等传统的实验仪器的全部功能。
可记录动作电位、神经放电、肌电、脑电、心电、慢速电信号、压力、张力、呼吸、温度以及液滴计数等信号。
可输出电压、电流用于刺激。
由以下三部分构成：1．微型计算机。
2．BL-410生物信号采集、放大、A／D转换及刺激输出等多功能硬卡和前面板。
3．BL-NewCentury（V er1.1）生物信号显示与处理软件。
BL-410多功能硬卡插在微机主板的PCI插槽上。
前面板固定在计算机前面空余的5寸软驱空间内。
示意图如下：图3－18 BL-410系统的前面板示意图前面板上有4个5芯插座：1通道输入（CH1）、2通道输入（CH2）、3通道输入（CH3）、4通道输入（CH4），根据实验需要，输入插座可接入换能器及信号输入线。
3个2芯插座：记滴、监听输出和刺激输出插座。
一、系统功能特点：1．采用4通道12位、40ksps采样率的A/D转换器；低噪声、高增益宽范围（2~50，000倍）的生物电放大器，适应各种强弱不同的生物电信号；生物电放大器的增益、耦合方式（AC/DC）、时间常数（高通滤波）、高频滤波（低通滤波）、回零控制等均由程序控制；2．功能完善的高性能、高可靠性的程控电刺激器，具有电压输出（0~35V，最小步长5mV）和电流输出（0—10mA，最小步长1.0μA）两种模式，使用方便；3．以中文Windows98、Windows2000或Windows XP为软件平台，全中文的图形化操作界面；4．为几乎所有的生理及大部分药理实验教学项目预设置了包括八大类共计32个实验模块。
当您选择一个实验模块后，计算机会自动设置其所需参数，并启动数据采样，即直接进入到实验状态；5．程控全导联心电选择；6．强大的数据分析功能：可实时地对原始生物信号或您存贮在磁盘上的反演数据信号进行积分、微分、频率直方图、序列密度直方图、频谱分析等运算，并将运算的结果（积分图、微分图、频率直方图、频谱分析图等）与原始波形一起实时、同步地显示在计算机屏幕上；7．强大的数据测量功能：可对原始生物信号或您存贮在磁盘上的反演数据信号进行光标测量、两点测量及区间测量，可得出生物信号的多种指标，如：最大值、最小值、平均值及峰峰值，信号频率、面积、变化率及持续时间等；8．左右双视的设计思想，让BL-NewCentury系统具有了两套独立的显示系统，可以对不同时间段的波形进行比较显示；9．数据反演功能：数据查找滚动条所构成的数据反演方式，不仅操作简单，而且功能强大，便于实验后的数据分析、数据剪辑，并可以根据需要打印出单个或多个通道的实验波形及相关的实验数据；10．自身的网络控制功能：一方面，教师和学生可以利用自己的计算机进行文字信息的相互传递；另一方面，教师也可以在教师计算机上对某一组学生的实验进行监视。
