МА. Для этого подойдут стабилитроны КС212, КС213 или КС512, КС513

20 мА. Для этого подойдут стабилитроны КС212, КС213 или КС512, КС513.

Балластные резисторы R6 и R5 при падении напряжения на них:

обеспечивают ток порядка 15 мА (0.015 А) и имеют сопротивление равное:

2.4 Расчет АЦП

Исходные данные:

Относительная погрешность измерения γ = 2%

Верхняя частота полосы пропускания ОУ f_в = 300;

Ожидаемое максимальное напряжение U_m = 2 В;

Среднее напряжение помех σ_п = 35 μВ

Напряжение сигнала на входе ОУ U₁=3 мВ

Число отведений l = 4

Рассчитаем число разрядов АЦП

2.4.1 Находим необходимое число разрядов кода n_m из условий заданной точности

выбираем первое большее число разрядов n_m = 6

1) Для проверки выбора по помехам и шумам уровень собственных шумов на входе ОУ определяем по формуле:

для расчета принимаем

Уровень шума резисторов на входе:

для расчета принимаем плотность шумов для металлопленочных резисторов группы

Вычислим среднее значение помех на входе канала по формуле:

2) Определяем коэффициент усиления канала:

Определяем число разрядов АЦП с учетом помех:

принимаем n_ш = 3. Т. к. помехи и шумы велики, то необходимо принять специальные меры по снижению их влияния.

Поэтому произведем пересчет числа разрядов с учетом коэффициента подавления помех по формуле:

Принимаем количество разрядов n_ш = 6.

По условию точности нужно 8 разрядов. К1107 ПВ2 с 8-разрядным выходным кодом, T_прб = 100 нс, Р_пот = 2,5 Вт

2.4.2 Разработка общих параметров многоканального цифрового кардиографа

1) Определим число дискретных выборок m за одну секунду при цифровом преобразовании сигнала кардиограммы по одному отведению:

 целесообразно выбрать так, чтобы было удобно отсчитывать текущее время, т.е. кратное 50 Гц.

2) Определяем число точек К_т цифрового преобразователя приходящихся на один короткий зубец ЭКГ с длительностью τ = 0,05 сек.:

3) Определяем величину временного интервала Т_п на ЭКГ между выполняемыми преобразованиями на одном отведении согласно формуле:

4) Находим частоту fп задающего генератора при числе отведений l = 2:

при этом период сигнала задающего генератора Т_г снижается с ростом числа отведений l и составляет:

5) Оценим время τ_пр, необходимое для выполнения цифрового преобразования в одной точке ЭКГ:

где: τ_ацп =100 нс - время преобразования схемой АЦП;

τ_озу =300 нс - время обращения к ОЗУ;

τ_лс=  с - время преобразования логическими схемами;

где:  - число ИМС логики;

 - время задержки сигнала на одной схеме.

6) Максимальное число выборок Nв цифрового преобразования за одну секунду или максимальная частота  преобразования составляет:

7) Максимальная частота преобразования по одному отведению при l = 2:

Эта частота достаточно велика и превышает выбранную в требуемую частоту преобразования.

2.4.3 Расчет количества ИМС ОЗУ

Число разрядов кода = 6;

Частота преобразования по одному отведению f_п = 450 Гц

Определяем время Т_ан записи:

Определяем количество N1 цифровых n-разрядных слов, которые нужно записать в ОЗУ по одному отведению, или число строк:

Для записи ЭКГ нескольких пациентов К_п = 4:

При этом по одному отведению потребуется организация памяти типа  с общим объемом Ф₁:

Выбираем ИМС памяти типа К537 РУ8А с организацией Ф₁=2К^х8

Определяем общий объем памяти по всем отведениям:

6) Определяем число корпусов:

2.5 Синтез логического устройства и его реализация

где:   

Заданная функция

Составляем карту Карно из трех переменных:

	c
ab
āb	1	1
a		1

Рисунок 2.7 - Карта Карно.

После упрощения функции получаем

Для проведения проверки и построения структурной схемы логического устройства прибегнем к помощи программы Electronics Workbench, а точнее устройства Logic Converter, внешний вид которого показан на рис.2.8

Рисунок 2.8 - Внешний вид Logic Converter

1) Проводим проверку упрощения функции сделанную с помощью карт Карно, для этого в Logic Converter вводим исходную функцию для составления таблицы истинности (рис.2.9):

Рисунок 2.9 - Построение таблицы истинности в Logic Converter

2) Производим упрощение логической функции с помощью Logic Converter (рис.2.10):

Рисунок 2.10 - Упрощение логической функции в Logic Converter

После нажатия кнопки  Logic Converter строит схему на разнотипных элементах (рис.2.11)

Рисунок 2.11 - Структурная схема логического узла

По условию задания, к курсовому проекту заданы ИМС серии ТТЛ типа КМ 555. Выберем ИМС типа КМ555ЛИ1, содержащую четыре элемента 2И, и КМ555ЛН2, содержащую шесть элементов НЕ, и КМ555ЛЛ1, содержащую четыре элемента 2ИЛИ, рис 2.12:

Рисунок 2.12 - Схема подключения выбранных ИМС

Теперь не сложно получить принципиальную электрическую схему логического узла изображённого на рис.2.11 (рис.2.13):

Рисунок 2.13 - Принципиальная схема узла

Как видим, остались не использованными несколько элементов логических ИМС, которые могут потребоваться при дальнейшем развитии полной схемы.

Выводы

Цифровая обработка сигналов (ЦОС) является базовым принципом для разработки функциональной структуры современных многоканальных электрокардиографов. Качество ЦОС в значительной мере определяется качеством аналого-цифрового преобразования (АЦП), которое, в свою очередь, в значительной мере зависит от качества выделения электрокардиографического сигнала.

Источником возбуждения усилителя электрокардиосигнала (УсЭКС) является биологический объект - человек, который может быть представлен эквивалентным уравнением электрическим генератором. А, как известно, свойства любого электрического генератора определяются характером изменения ЭДС во времени и внутренним сопротивлением.

Электрокардиосигнал является частью ЭДС сердца, измеряемой на поверхности тела при помощи электродов, расположенных определенным образом. Закон изменения ЭКС во времени может считаться квазипериодическим с периодом кардиокомплексов 0,1 - 3 с. Минимальное значение соответствует фибрилляции желудочков, а максимальное - блокадам сердца. Форма эквивалентного кардиокомплекса близка к треугольной с амплитудой, лежащей в диапазоне 0 - 5 мВ. Полоса принимаемых кардиокомплексом частот охватывает диапазон от 0,05 до 800 Гц.

В ходе расчета функциональных узлов кардиографа было установлено число разрядов АЦП = 6

Коэффициент усиления канала = 667

Время выполнения цифрового преобразования в одной точке = 0,9 ∙ 10^-6 сек.

Общий объем памяти по всем отведением = 64.8 Кбит

Список литературы

1.  Е.Я. Швец, Н.Г. Сидоренко. Методические указания к выполнению курсового проекта "Расчет функциональных узлов электрокардиографов" по дисциплине Цифровая схемотехника. - З. 2002 г.

2.  В.В. Мурашко, А.В. Скрутинский. Электрокардиография - М. 1987 г.

3.  Цифровые и аналоговые интегральные микросхемы. Справочник. М. 1990 г.

4.  Ю.С. Забродин. Промышленная электроника - М. 1982 г.

5.  Клиническая электрокардиография. 2001 г.