基于FPGA的腦電信號(hào)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì).pdf

1、腦電是一種微弱的生物電信號(hào)，是腦神經(jīng)細(xì)胞傳導(dǎo)信息時(shí)在大腦皮層或頭皮表面電活動(dòng)的總體反映。腦電信號(hào)一般是通過放置在頭皮的電極來獲取，然后通過電極導(dǎo)聯(lián)耦合到差動(dòng)放大器的輸入端進(jìn)行放大，最后由腦電記錄設(shè)備記錄其波形以便對(duì)腦電信號(hào)做進(jìn)一步的分析處理。 本論文介紹了腦電信號(hào)的獲取、放大、采集、顯示以及記錄的軟硬件設(shè)計(jì)以及對(duì)腦電信號(hào)的分析處理。 在第一章中主要介紹了腦電的基本知識(shí)與分類，從波形頻率上對(duì)腦電信號(hào)的特點(diǎn)作了詳細(xì)闡述，接著

2、對(duì)腦電電極的安裝方法及其導(dǎo)聯(lián)方式作了具體介紹。為了選擇一種合理的設(shè)計(jì)方案，在第二章根據(jù)總體設(shè)計(jì)方案對(duì)方案中的各部分在設(shè)計(jì)思路上作了探討。首先將其分解為模擬和數(shù)字兩大部分，接著根據(jù)腦電信號(hào)的特點(diǎn)對(duì)模擬電路中的信號(hào)調(diào)理方法作了詳細(xì)的論證，然后以FPGA為核心，對(duì)信號(hào)的采集、顯示以及與上位機(jī)的通信方式給出了基本的設(shè)計(jì)思路。 第三章介紹了放大電路的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。腦電信號(hào)是微伏級(jí)信號(hào)，必須經(jīng)過適當(dāng)?shù)姆糯鬂M足采集電路的要求，因此將其進(jìn)行三級(jí)放

3、大，對(duì)每部分電路采取的放大方式、增益作了分析計(jì)算，并通過仿真將設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。 腦電信號(hào)是一種微弱的電信號(hào)，極易受到干擾。因此在第四章中對(duì)腦電信號(hào)的濾波作了詳細(xì)介紹。首先通過高通濾波和低通濾波將腦電信號(hào)頻率范圍外的信號(hào)濾除，然后對(duì)產(chǎn)生干擾最嚴(yán)重的50Hz工頻使用陷波器將其去除。設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)每一部分作了詳細(xì)的理論計(jì)算，并對(duì)仿真的結(jié)果作了說明。最后將放大與濾波聯(lián)合起來進(jìn)行仿真和實(shí)測，分析整體濾波放大器設(shè)計(jì)的性能。 考慮到后級(jí)會(huì)

4、對(duì)前級(jí)的信號(hào)產(chǎn)生干擾，在第五章中介紹了如何進(jìn)行隔離。設(shè)計(jì)中使用了光隔電路對(duì)前后級(jí)實(shí)行隔離，詳細(xì)分析了反饋型光電隔離器的工作原理及調(diào)節(jié)方法。對(duì)可能出現(xiàn)的負(fù)極性信號(hào)使用了箝位電路進(jìn)行了極性轉(zhuǎn)換，并對(duì)轉(zhuǎn)換的結(jié)果進(jìn)行了仿真。 經(jīng)過轉(zhuǎn)換的信號(hào)進(jìn)入采集電路進(jìn)行采集，在第六章介紹了如何選擇合適的采集芯片及與FPGA的連接，以及如何使用FPGA控制采集。經(jīng)采集的數(shù)字信號(hào)可以經(jīng)過一定的處理再送給其它電路，故在第七章中在介紹FPGA的基礎(chǔ)上講述了如

5、何在FPGA上實(shí)現(xiàn)數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)。 經(jīng)過處理的一路信號(hào)送給液晶作顯示，另外一路則送給計(jì)算機(jī)作數(shù)據(jù)保存。在第八章中介紹了如何使用液晶對(duì)采集的波形進(jìn)行顯示。首先闡釋了點(diǎn)陣液晶的結(jié)構(gòu)、與FPGA的連接方法及工作時(shí)序，然后接著說明液晶顯示動(dòng)態(tài)波形的基本原理，最后編寫程序?qū)崿F(xiàn)點(diǎn)陣波形在液晶上顯示。為了保證圖形的穩(wěn)定，文章也介紹了如何使用鍵盤控制液晶的顯示時(shí)序。 第九章對(duì)使用USB接口實(shí)現(xiàn)FPGA與計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)雙向通信作了介紹，在了