原标题：基于AD574在心电采集系统中的应用方案

基于AD574 A/D转换芯片+AT89S51单片机在心电采集系统中的应用方案

一、引言

心电监测作为对人体心脏活动进行动态检测与分析的有效手段，在临床医疗和人体健康评估中具有重要意义。心电采集是心电监测的首要步骤，通过高精度的数据采集系统，能够获取准确、可靠的心电信号，为后续的分析和诊断提供有力支持。本文详细介绍了一种基于AD574 A/D转换芯片和AT89S51单片机的心电采集系统应用方案，旨在提供一套完整、实用的心电信号采集与处理解决方案。

二、主控芯片选型及作用

1. AT89S51单片机

型号概述：
AT89S51是美国ATMEL公司生产的一款低功耗、高性能的CMOS 8位单片机。该单片机集成了4K字节的可系统编程Flash只读程序存储器，采用高密度、非易失性存储技术，兼容标准8051指令系统及引脚。其强大的功能和高性价比，使其广泛应用于各种控制领域。

主要特性：

• 程序存储器：4K字节Flash闪速存储器，支持在线系统编程（ISP）。

• RAM：128×8字节内部RAM，满足数据存储需求。

• I/O口：32个可编程I/O口线，支持灵活的输入输出配置。

• 定时器/计数器：2个16位定时/计数器，用于定时控制和计数操作。

• 中断系统：6个中断源，支持中断唤醒和中断服务程序，提高系统响应速度。

• 串行通信：全双工串行UART通道，支持串行数据通信。

• 电源管理：支持空闲和掉电模式，降低功耗。

在设计中的作用：
AT89S51单片机作为心电采集系统的主控芯片，负责整个系统的控制逻辑和数据处理。具体作用包括：

• 控制心电信号的采集过程，包括启动A/D转换、读取转换结果等。

• 存储心电数据到内部RAM或外部存储器，以便后续分析和处理。

• 通过串行通信接口与外部设备（如PC机）进行数据传输，实现远程监控和数据分析。

2. AD574 A/D转换芯片

型号概述：
AD574是美国Analog Devices公司生产的12位逐次逼近式A/D转换器，内部集成了转换时钟、参考电压源和三态输出锁存器，可以直接与8位或16位微型机总线接口。其高分辨率和快速转换时间，使其成为高精度数据采集系统的理想选择。

主要特性：

• 分辨率：12位，提供高精度的模拟到数字转换。

• 转换时间：15～35μs，满足实时数据采集需求。

• 输入范围：支持单极性0～10V和双极性±5V输入，适应不同应用场景。

• 接口方式：三态输出锁存器，可直接连接系统数据总线。

• 电源要求：+15V、-15V和+5V三组电源供电，对电源噪声敏感，需采取抗干扰措施。

在设计中的作用：
AD574 A/D转换芯片在心电采集系统中，负责将心电模拟信号转换为数字信号，供单片机进一步处理。具体作用包括：

• 高精度地转换心电模拟信号为12位数字信号，确保数据准确性。

• 在单片机的控制下，启动转换过程并反馈转换结束信号。

• 通过三态输出锁存器，将转换结果直接送入单片机进行数据处理和存储。

三、系统硬件设计

1. 系统总体结构

心电采集系统主要由心电信号采集电路、A/D转换电路、单片机控制电路和存储电路组成。系统总体结构框图如图1所示。

图1 心电采集系统总体结构框图

1. 心电信号采集电路：通过专用电极从人体拾取心电信号，送入放大和滤波电路进行处理。

2. A/D转换电路：将处理后的心电模拟信号转换为数字信号，供单片机处理。

3. 单片机控制电路：控制A/D转换过程，读取转换结果，并存储到内部RAM或外部存储器。

4. 存储电路：用于存储大量心电数据，供后续分析和处理。

2. 心电信号采集电路

心电信号采集电路主要由电极、放大电路和滤波电路组成。电极作为敏感元件，从人体拾取微弱的心电信号。放大电路对信号进行放大处理，提高信号幅度。滤波电路则用于去除噪声和干扰信号，确保信号的干净和准确。

3. A/D转换电路

A/D转换电路以AD574为核心，将放大和滤波后的心电模拟信号转换为数字信号。AD574采用0～+10V单极性输入方式，与单片机的接口电路如图2所示。

图2 AD574与AT89S51单片机接口电路图

在接口电路中，AD574的启动转换信号由单片机的P1.0脚控制，转换结束信号通过中断或查询方式读取。转换结果分两次输出，高8位和低4位分别通过不同的地址读取。为确保信号的稳定性和准确性，AD574的电源部分需采取滤波和稳压措施。

4. 单片机控制电路

单片机控制电路以AT89S51为核心，通过编程实现对整个系统的控制。控制程序包括A/D转换启动、转换结果读取、数据存储和串行通信等部分。在控制过程中，单片机需根据实际需求设置采样速率和存储容量等参数。

5. 存储电路

存储电路用于存储心电数据，以便后续分析和处理。由于心电数据量较大，通常采用外部存储器进行扩展。在本系统中，扩展了一片静态的6264RAM作为存储介质，该存储器与单片机的接口电路如图3所示。

图3 6264RAM与单片机接口电路图

四、系统软件设计

系统软件设计主要包括A/D转换程序、数据存储程序和串行通信程序等部分。在A/D转换程序中，单片机通过控制AD574的启动转换信号和读取转换结果信号，实现心电信号的模/数转换。数据存储程序则将转换结果存储到内部RAM或外部存储器中。串行通信程序则负责将存储的数据通过串行接口传输到外部设备进行分析和处理。

五、系统性能与误差分析

系统性能主要包括分辨率、转换时间、采样速率和存储容量等指标。在本系统中，AD574的分辨率为12位，转换时间为25μs，采样速率为1kS/s，存储容量为8K字节。这些指标均满足心电采集系统的需求。

误差分析方面，主要考虑A/D转换器的量化误差、电源噪声干扰和电路布局等因素对系统性能的影响。通过采取适当的抗干扰措施和电路设计优化，可以最大限度地减小误差提高系统性能。

六、结论

本文介绍了一种基于AD574 A/D转换芯片和AT89S51单片机的心电采集系统应用方案。该系统具有高精度、高可靠性和实时性等特点，适用于临床医疗和人体健康评估等领域。通过详细的硬件电路设计和软件编程实现心电信号的采集、处理和存储功能，为心电监测提供了一种有效的解决方案。