基于FPGA的腦電信號采集系統(tǒng)的設(shè)計.pdf

1、腦電是一種微弱的生物電信號，是腦神經(jīng)細胞傳導(dǎo)信息時在大腦皮層或頭皮表面電活動的總體反映。腦電信號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)耦合到差動放大器的輸入端進行放大，最后由腦電記錄設(shè)備記錄其波形以便對腦電信號做進一步的分析處理。 本論文介紹了腦電信號的獲取、放大、采集、顯示以及記錄的軟硬件設(shè)計以及對腦電信號的分析處理。 在第一章中主要介紹了腦電的基本知識與分類，從波形頻率上對腦電信號的特點作了詳細闡述，接著

2、對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)計方案，在第二章根據(jù)總體設(shè)計方案對方案中的各部分在設(shè)計思路上作了探討。首先將其分解為模擬和數(shù)字兩大部分，接著根據(jù)腦電信號的特點對模擬電路中的信號調(diào)理方法作了詳細的論證，然后以FPGA為核心，對信號的采集、顯示以及與上位機的通信方式給出了基本的設(shè)計思路。 第三章介紹了放大電路的設(shè)計與實現(xiàn)。腦電信號是微伏級信號，必須經(jīng)過適當?shù)姆糯鬂M足采集電路的要求，因此將其進行三級放

3、大，對每部分電路采取的放大方式、增益作了分析計算，并通過仿真將設(shè)計結(jié)果進行驗證。 腦電信號是一種微弱的電信號，極易受到干擾。因此在第四章中對腦電信號的濾波作了詳細介紹。首先通過高通濾波和低通濾波將腦電信號頻率范圍外的信號濾除，然后對產(chǎn)生干擾最嚴重的50Hz工頻使用陷波器將其去除。設(shè)計時對每一部分作了詳細的理論計算，并對仿真的結(jié)果作了說明。最后將放大與濾波聯(lián)合起來進行仿真和實測，分析整體濾波放大器設(shè)計的性能。 考慮到后級會

4、對前級的信號產(chǎn)生干擾，在第五章中介紹了如何進行隔離。設(shè)計中使用了光隔電路對前后級實行隔離，詳細分析了反饋型光電隔離器的工作原理及調(diào)節(jié)方法。對可能出現(xiàn)的負極性信號使用了箝位電路進行了極性轉(zhuǎn)換，并對轉(zhuǎn)換的結(jié)果進行了仿真。 經(jīng)過轉(zhuǎn)換的信號進入采集電路進行采集，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上實現(xiàn)數(shù)字濾波器的設(shè)計。 經(jīng)過處理的一路信號送給液晶作顯示，另外一路則送給計算機作數(shù)據(jù)保存。在第八章中介紹了如何使用液晶對采集的波形進行顯示。首先闡釋了點陣液晶的結(jié)構(gòu)、與FPGA的連接方法及工作時序，然后接著說明液晶顯示動態(tài)波形的基本原理，最后編寫程序?qū)崿F(xiàn)點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序。 第九章對使用USB接口實現(xiàn)FPGA與計算機實現(xiàn)雙向通信作了介紹，在了