第1章绪论
课题研究背景及意义
人们早已不再为衣食住行而发愁了，而是开始追求更好、更精致的生活，但随着社会的发展，生活节奏的加快，高血压、心脏病、冠心病等一系列的疾病开始困扰人们，因此，越来越多的人开始注重生活中的细节，时刻观察自己的身体状况，保护自己的健康。
很早以前，许多家庭就备有各种简单的医疗器械，如体温计、听诊器、血压计等。这些简单的医疗器械，方便实用，可以随时体察病人情况，及时就医。但现在，这些老式医疗器械，已经不能满足一些家庭的需要，各种简单实用、功能齐全的新型家庭医疗器械应运而生，如电子血压计、电子体温计、血糖测试仪等。这种家庭式地医疗设备也随着电子技术地发展，不断地更新换代，设备的功能越来越齐全，越来越贴近人们的生活。所以现在家用医疗器械逐渐向高精度、低功耗、高安全系数、多功能、便于携带等方向发展。
医疗设备作为一种特殊的商品，不同普通的家电产品，它不仅要求高质量和高精度，而要满足人的生理和心理需要，必须具有很高的肩{人性、舒适性和安全性。同时，家用医疗器械必须具有使用方便、操作简便，产品设计安全等特点。当越来越多的复杂医疗器械走入家庭，由病人自己操作时，用户对这种特殊产品的使用也提出了更高的要求，设计人性化必将成为他们关注的焦点。
心脏作为人体血液循环的动力装置，它规律地跳动是人体生理状态的重要标志。由于心脏进行有节奏的收缩和舒张，血液才能在闭锁的循环系统中不停地流动。在心脏机械性收缩之前，首先产生电激动，心激动所产生的微小电流可经过身体组织传导到体表，使体表不同部位产生不同的电位，如果在体表放置两个电极，分别用导线联接到心电图机的两端，它会按照心脏激动的时间顺序，将体表两点间的电位差记录下来，形成一条连续的曲线，这就是心电信号。
心电信号(Electrocardiogram, ECG)通常也称为心电图，它包含有人体心脏的丰富消息，记录了心脏细胞的除极和复极过程，在一定程度上客观反映了心脏各部位的生理状况，因而在临床医学中有重要意义。由于心电信号主要反映心脏激动的电学活动，因此对各种心律失常和传导障碍所引起的各种疾病的诊断分析具有很高的参考价值，到目前为止还没有任何一种方法能替代心电在这方面的作用。特征性的心电图改变和演变是诊断心梗塞的一种可靠并而实用的方法。心电图和心电监护已广泛应用于循环系统疾病、手术麻醉、用药观察、航天、登山运动以及危重病人抢救中
由此可见，研制一种既能精确监测人体心电信号，又能适合普通家庭使用的便携式心电监测设备具有重要意义。具体表现在:(1)为医、患双方提供客观准确的生理状况信息。人们可以根据这些信息，在以后的一段时间里，调整生活习惯保证身体健康。(2)心电监测设备作为“家庭保健医生”可以为老年人及一些心脏病患者保驾护航。(3)家庭式的心电监测设备省去了到医院检查的麻烦，让使用者可以在家里随时随地监测自己的健康情况。现在市面上已经有一些可以随身携带的心电监测设备，可以通过网络进行跟踪监测，这些产品必将在未来的市场中占据一席之地。
心电信号采集与电子信息处理系统的开发研制是电子技术、网络技术、信号与信息处理技术同医学应用紧密结合的课题，也是将传统心电诊断方式进行转变的过程。开发研制该系统既可以简便、无创地对疾病的诊断提供有效的基础数据，同日寸也能满足医、患双方的需求，具有很大的经济效益和社会效益。
2国内外发展现状及方向
在1957年美国理学博士Norman J. Holte:成功研制出集收发于一体的心电监护系统，该系统为磁带式记录仪，可以对病人做长时间的连续心电记录，习惯上我们将这种方法称为Holte:监护或动态心电图(Dynamic Electrocardiogram,DCG) o DCG的出现不仅为监测心律失常、心缺血等心脏疾病的诊断提供了一个重要而有效地途径，也积极推动了心脏疾病的早期诊断和治疗。DCG系统同时也为家庭式心电监护系统的发展奠定了坚实地基础
3.3 带通滤波电路......... 26-29
3.3.1 压控高通滤波......... 26-28
3.3.2 压控低通滤波.........28-29
3.4 A/D 转换电路.........29-30
3.5 本章小结......... 30-31
第4章 基于FPGA 的硬件电......... 31-53
4.1 控制器设计......... 31-40
4.1.1 AD 控制模块......... 32-34
4.1.2 FIR 数字滤波器......... 34-39
4.1.3 心率计算......... 39-40
4.2 VGA 控制模块设计......... 40-46
4.2.1 SRAM 读写控制器......... 41-42
4.2.2 SRAM 地址发生器......... 42-43
4.2.3 FIFO 缓存模块......... 43-44
4.2.4 VGA 同步信号发生器......... 44-46
4.3 系统时钟模块......... 46-48
4.4 键盘控制器......... 48-50
4.5 其他模块的......... 50-52
4.6 本章小结......... 52-53
第5章 系统软件部分......... 53-64
5.1 初始化及GUI 界面......... 54-57
5.1.1 初始化......... 54-55
5.1.2 GUI 显示界面的......... 55-57
5.2 网络通信与控制模块......... 57-59
5.2.1 LWIP 协议栈......... 57-58
5.2.2 网络通信的......... 58-59
5.3 波形显示及存储程序......... 59-62
5.3.1 波形显示程序......... 59-61
5.3.2 存储程序......... 61-62
5.4 时间显示及文字信息......... 62
5.5 本章小结......... 62-64
总结
随着现代嵌入式系统技术的不断发展，soPc技术比基于Aslc的soc具有更多的优势:产品的设计周期短，开发成本低，风险低、系统的重构性能好，易于系统的升级等。同时由于提供了标准化图形界面(GUI ) ,自动生成和集成软件与硬件以及一些常用的IP模块，更易于设计人员的使用。使得在医疗监测领域，用基于SOPC技术来实现对生理信号采集，控制以及完成对数字信号的处理已成为可能。
基于SOPC的ECG信息处理模块研究，首先是对人体心电信号进行采集及预处理，这一部分由传统的模拟电路完成，主要实现对模拟心电信号的采集、放大、除噪、A/D转换等前期处理，为心电信号在FPGA中进行的分析处理提供精确的原始信号。第二步是将预处理后的ECG信号送入到FPGA处理模块中进行分析处理。这一部分的硬件电路就是通过硬件描述语言(HDL)在FPGA芯片中实现逻辑功能，达到对数字心电信号的分析、显示、存储等功能，这些操作是在Quartus II开发环境中完成的。在这个开发环境中我们还可以对所设计的功能模块进行功能或时序上的仿真，保证所设计的子模块功能达到所希一望的标准。第二步是在Nios II IDE集成开发环境中进行软件程序的设计，使得第二步所设计的各子模块能够相互协作完成设计的目标。本论文完成的主要工作有: