基于FPGA的ECG信号采集，存储以及传输系统verilog实现

最新推荐文章于 2024-11-16 21:35:51 发布
最新推荐文章于 2024-11-16 21:35:51 发布
阅读量2.7k 收藏 12
点赞数 3
CC 4.0 BY-SA版权
分类专栏： ★FPGA项目经验 板块1:通信与信号处理 FPGA 文章标签： fpga开发 ECG信号采集 FPGA串口 ECG存储 双口RAM
版权声明：本文为博主原创文章，遵循 CC 4.0 BY-SA 版权协议，转载请附上原文出处链接和本声明。
本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/ccsss22/article/details/126004908
本文介绍了一个基于FPGA的心电图（ECG）信号采集、存储和传输系统，通过Verilog实现。系统包括A/D控制模块、SRAM控制、数据压缩、时钟产生和串口通信模块。心电信号经过滤波放大后，通过A/D转换，数据存储在SRAM中，经压缩处理，通过UART串口上传至上位机。文章详细阐述了设计思路、Verilog代码实现及测试分析，讨论了心电信号的特点和采集挑战。

目录

一、理论基础

二、案例背景

1.问题描述

2.思路流程

三、部分verilog程序

四、测试结论分析

五、算法相关应用

六、参考文献

一、理论基础

      心血管疾病是当今危害人类健康的主要疾病之一，心电图检查是临床上诊断心血管疾病的重要方法。心电图准确的自动分析与诊断对于心血管疾病的诊断起着关键的作用，也是国内外学者所热衷的研究课题。本系统主要包括系统硬件设计/系统软件设计：A/D控制模块、SRAM控制模块、心电数据压缩模块、时钟产生模块和串口通信模块EGC信号经过采集滤波放大后，从人体的心电噪声中提取出心电信号，送进入并行A/D控制模块，完成模拟信号到数字信号的转换，再由于心电数据过于庞大，为了能实时存储和传送足够长的有用信号，对采集的ECG必须采取一定的压缩处理，以及更方便地，选用了外接SRAM，与压缩模块形成实时快速的通信。而UART串口通信模块使得上位机完成心电数据信号的串-并转换。方便读取。另外，时钟控制模块使得整个心电图系统有效快速地运行。该的系统的整体结构如下图所示：

二、案例背景

了解本专栏 订阅专栏 解锁全文
基于FPGA的心电信号采集、存储和传输系统——Verilog实现与Matlab
CyberOI的博客
09-21 566
为了实现高效、可靠的心电信号采集、存储和传输，本文介绍了一种基于FPGA的心电信号处理系统的设计与实现。通过Matlab，我们可以对采集到的心电信号进行滤波、去噪和特征提取等操作。通过以上的Verilog和Matlab代码，我们可以实现基于FPGA的心电信号采集、存储和传输系统，并使用Matlab进行信号处理和分析。请注意，以上代码仅为示例，实际的系统设计和实现可能需要根据具体的需求进行调整和优化。此外，还需要考虑系统的实时性、稳定性和安全性等方面的问题，并进行充分的测试和验证，以确保系统的可靠性和性能。
基于FPGA的心电图信号采集、存储和传输系统——Verilog实现
code_welike的博客
07-08 1103
本文基于Verilog语言实现了一套基于FPGA的ECG信号采集、存储和传输系统，并通过实验验证了其性能表现。通过本文所述方案的实现，能够对ECG信号进行有效采集、存储和传输，具有很好的推广和应用前景。
fpga　ＥＣＧ
02-27
基于ＦＰＧＡ的心电提取　ＩＥＥＥ文献　对于ＥＣＧ研究的人会大有帮助
emg采集精度_动物心电肌电采集，ECG/EMG采集与分析
weixin_32211137的博客
12-23 1240
动物ECG/EMG系统采用高精度电极，旨在采集动物高真表面心电及肌电信号，为心血管及神经科学等研究提供可靠的数据支持。系统由数据采集器、生物电放大器、分析软件(LabScribe 基础软件及ECG 专用分析模块)及心电导联线和电极组成，可实现对多种动物进行多通道实时的ECG/EMG数据采集和分析。主要特点：适用于多种动物，大鼠、小鼠兔子、比格犬、猴子等动物，选择合适的适配器也适用于新生小鼠、斑马鱼...
探秘BleECG: 一款创新的心电图采集与分析开源项目
gitblog_00024的博客
04-07 779
探秘BleECG: 一款创新的心电图采集与分析开源项目 去发现同类优质开源项目:https://gitcode.com/ 是一个基于Bluetooth Low Energy（蓝牙低功耗）技术的心电图（ECG）数据采集和分析系统。该项目旨在简化个人健康监测，让心电信号的实时获取和解析变得更加容易且成本低廉。 项目简介 BleECG由两部分组成：硬件和软件。硬件部分包括一个能够捕获心电图信号的小型传感...
基于FPGA的数据采集系统（一）
热门推荐
phflovelt的博客
05-22 2万+
整体系统设计 本设计主要是对ADC和DAC的使用，主要实现功能流程为：首先通过串口向FPGA发送控制信号，控制DAC芯片tlv5618进行DA装换，转换的数据存在ROM中，转换开始时读取ROM中数据进行读取转换。其次用按键控制adc128s052进行模数转换100次，模数转换数据存储到FIFO中，再从FIFO中读取数据通过串口输出显示在pc上。其整体系统框图如下： 图1：FPGA数据采集系统框图 从图中可以看出，该系统主要包括9个模块：串口接收模块、按键消抖模块、按键控制模块、ROM模块、D..
ECG心电前级信号提取
cornrn的博客
11-16 2928
由于ECG信号很微弱，处于mV级别，还有很多干扰信号，所以采集信号时需要进行滤波和放大处理，然后使用模数转换。为了滤波高频干扰和工频噪声，需要使用低通滤波器和陷波器抑制噪声，有时也要使用高通滤波器滤除低频噪声。信号滤除干净后有两种处理方式：放大后进行ADC处理使用高精度ADC采样前者将信号放大几百倍，满足ADC的输入范围，这种情况用于低分辨率的ADC，比如16bit，大部分使用独立器件堆叠电路。
ECG信号读取程序
04-05
读取MIT-BIH心电数据代码，主要利用MATLAB来实现将MIT-BIH数据库中的二进制文件转化为心电图,其中以100m为研究对象。
基于FPGA的ADS1298的心电数据采集
Moon_3181961725的博客
10-03 5893
前言 在医疗领域常常使用的心电图仪并不是很复杂的仪器。其原理跟示波器非常相似，只不过，心电图仪测量的是低频小信号。 心电信号（也叫ECG信号）的幅值一般在0.05mV-4mV之间，要求分辨力至少为0.1mV，其频率在0.05-100Hz之间，主要的频率成份集中在5~20Hz之间。 一般的示波器垂直刻度最小为10mV/div，分辨力约为0.4mV。其次，把探头接在左右手，在示波器上只会观察到50Hz...
C# ECG Toolkit:ECG工具包支持：SCP-ECG，DICOM，HL7 aECG，ISHNE和MUSE-XML-开源
04-17
C＃ECG工具包是一个开源软件工具包，用于转换，查看和打印心电图。 该工具包是使用C＃.NET 2.0开发的（代码还支持3.5和4.0）。 支持ECG格式：SCP-ECG，DICOM，HL7 aECG，ISHNE和MUSE-XML。
对ECG数据进行存储，过率和回放
11-13
对ECG数据进行存储，过率和回放 里面有QRS波检测算法
基于FPGA的语音信号实时处理
10-22
介绍一种在语音识别系统中运用FPGA技术对语音信号进行前期实时处理的方法。利用DSP Builder设计信号处理算法的图形化电路模块，运用硬件环（HIL Hardware in the Loop）技术对模块进行软硬件协同仿真。满足设计要求后，再用Signal Compiler 将模块转换成VHDL语言和Quartus II工程文件下载至目标芯片。结果表明此方法可以快速灵活地设计出语音处理模块，语音数据能在要求的时间范围内处理完毕，达到了实时处理的目的。
ECG信号处理——包括基本波检测、信号去噪、信号重建度量（Matlab代码实现）
weixin_46039719的博客
12-31 1115
心电图（ECG）信号自动分析与诊断是目前信号处理领域中的研究热点之一,其真正实现将有力地促进医疗事业的发展和人们健康水平的提高,也将是现代信号处理理论与技术和人工智能等在医疗领域中应用的重大突破。心电（图）信号自动分析与诊断系统的研究内容广泛,涉及的基础理论和关键技术繁多,是一个多学科交叉的庞大课题。到目前为止,现有的心电信号自动分析方法中还存在着诸多的缺陷和不足,在理论研究和实际应用方面仍有许多改进和创新的空间。针对这种现状,论文围绕基本波检测、信号去噪、信号重建度量三个方面的关键技术展开研究。
离散LEAD I ECG实现的数据采集模块（用于ECG系统）_电工基础电路图讲解
m0_63909752的博客
01-02 723
电路图简介： 此 TI 验证设计适用于心电图 （ECG）。ECG 是一种测量心脏电活动的方法，要求高精度模拟前端仪器增益级、滤波和高分辨率数字转换。此设计采取一定的方法，实现了从多个分立的模拟组件设计出 LEAD I ECG 测量系统。通过一种使用 OPA2333 的仪器前端，超低功耗得到了优化并由 18 位 ADS8881 进行数字化。 　描述 　　此 TI 验证设计适用于心电图 （ECG）。ECG 是一种测量心脏电活动的方法，要求高精度模拟前端仪器增益级、滤波和高分辨率数字转换。此设计采取一定的方法
数字心电图仪综合系统设计与实现verilog
QQ_778132974的博客
12-12 3683
求以FPGA为控制核心，完成模拟端的设计，实现一个数字心电图仪综合设计系统。主要包括传感器驱动、电压放大、滤波器、模数转换、数字处理显示模块。系统构成如下图所示。 该设计包括工程代码和报告： ...
数据采集串口通信系统的Verilog设计与仿真 - 嵌入式
CodeSageX的博客
09-02 1288
在嵌入式系统中，数据采集和串口通信是常见的功能需求。本文将介绍如何使用Verilog语言来设计和仿真一个基于嵌入式系统的数据采集串口通信系统。我们将从系统架构设计开始，逐步实现相关功能，并通过仿真验证设计的正确性。串口模块是实现与外部设备通信的重要模块。数据处理模块可以根据实际需求进行设计，这里我们简单地实现一个数据平均滤波功能。控制模块负责整个系统的工作流程和时序控制。这里我们简化为一个简单的状态机。首先，我们需要确定系统的架构。数据采集串口通信系统的Verilog设计与仿真 - 嵌入式。
FPGA的便携式心电监护系统设计【附设计+代码】
坷拉博士
09-14 1544
✅博主简介：本人擅长数据处理、建模仿真、程序设计、论文写作与指导，项目与课题经验交流。项目合作可私信或扫描文章底部二维码。
【20220124】【信号处理】ECG信号预处理及信号筛选方法
诗小葵的博客
01-24 1万+
（参考：模式识别（ECG信号的处理与识别）） 一、ECG信号干扰来源 人体的心电信号是一种非线性、非平稳、随机性强的微弱生理信号，在信号采集过程中心电信号极易受到仪器、人体活动、操作者以及周围环境等各方面因素的干扰而引入噪声。ECG（心电图）信号的主要噪声包括：基带漂移、肌电干扰、工频噪声、其他噪声干扰等。 基线漂移是 ECG 信号的主要噪声之一，主要是由于病人呼吸。电极贴片滑动等所导致，频率一般低于 1Hz，其表现为变换缓慢的类正弦曲线，如下图： ...
基于fpga的数据采集系统网络传输平台
最新发布
05-04
<think>好的，我现在需要帮助用户设计一个基于FPGA的数据采集系统，并通过网络传输数据。首先，我得理解用户的需求。用户可能想从传感器或其他模拟设备采集数据，然后用FPGA处理，再通过网络发送出去。可能需要考虑数据采集的精度、速度，FPGA的处理能力，网络传输的协议和稳定性。 首先，数据采集部分。FPGA通常用来处理高速数据，所以用户可能需要高速ADC。需要确定ADC的分辨率，比如12位或16位，采样率是多少，比如1Msps或更高。然后信号调理电路，可能包括滤波、放大，这部分需要根据传感器的输出特性来设计。比如，如果传感器输出是微弱的电压信号，可能需要放大到ADC的输入范围。 然后是FPGA部分。需要选择适合的FPGA型号，考虑逻辑资源、IO数量、时钟管理等。Xilinx的Zynq系列或者Intel的Cyclone系列可能合适，尤其是如果后续需要跑嵌入式系统的话。FPGA需要实现ADC的控制，比如SPI或并行接口，数据缓存（FIFO或双端口RAM），以及数据处理，比如数字滤波、数据压缩等。此外，时钟同步也很重要，可能需要外部时钟源或PLL来确保采样同步。 接下来是网络传输部分。常见的协议有TCP/IP，UDP，或者更高速的如千兆以太网。FPGA可能需要集成MAC层，或者使用外部的PHY芯片。如果要实现TCP/IP，可能需要使用软核处理器，比如MicroBlaze或Nios II，来运行协议栈。或者使用现成的网络模块，比如通过RMII接口连接PHY芯片，然后FPGA处理数据封装成以太网帧。需要考虑传输的实时性和可靠性，UDP速度快但不保证送达，TCP可靠但延迟较高。 系统集成方面，电源管理很重要，FPGA和ADC可能需要不同的电压，需要设计稳定的电源电路。PCB布局要注意信号完整性，尤其是高速数字信号和模拟信号之间的隔离，防止干扰。此外，可能需要进行信号仿真，确保时序正确。 软件部分，FPGA需要编写Verilog或VHDL代码，实现数据采集控制、数据处理和网络传输逻辑。如果使用Zynq，可能还需要在ARM核上运行Linux，编写驱动程序和应用层程序来处理网络通信。可能需要使用LWIP这样的轻量级协议栈。 测试和验证也是关键。需要测试ADC的采样精度，FPGA处理数据的正确性，网络传输的带宽和延迟。可能需要使用示波器、逻辑分析仪等工具进行调试。 可能遇到的问题包括时序不满足导致数据丢失，网络传输带宽不足，或者信号干扰影响数据质量。需要逐步调试，分模块验证。 现在，用户可能需要更详细的模块设计，比如ADC接口的具体实现，或者如何优化网络传输速率。此外，可能要考虑系统的扩展性，比如支持多通道采集，或者增加数据存储功能。还需要考虑成本、功耗等因素，选择合适的器件。</think>### 基于FPGA的数据采集与网络传输系统设计方案 #### 一、系统架构设计 系统分为**数据采集模块**、**FPGA处理模块**和**网络传输模块**三部分，架构图如下： ``` 传感器 → 信号调理 → ADC → FPGA → 网络协议栈 → PHY芯片 → 以太网 ``` #### 二、核心模块实现 1. **数据采集模块** - **ADC选型**：推荐16位分辨率、1MSPS采样率的AD7606（并行接口）或ADS8860（SPI接口）[^1] - **信号调理电路**： - 抗混叠滤波器：二阶有源低通滤波器，截止频率$f_c = 0.4 \times f_{sampling}$ - 电平转换：使用OPA365运放实现0-3.3V到ADC输入范围的适配 2. **FPGA处理模块**（以Xilinx Zynq-7020为例） ```verilog // ADC控制模块示例 module adc_controller( input clk_50M, output reg [15:0] adc_data, output reg adc_convst ); reg [7:0] counter; always @(posedge clk_50M) begin if(counter == 49) begin // 1MSPS时钟分频 adc_convst <= 1'b1; counter <= 0; end else begin adc_convst <= 1'b0; counter <= counter + 1; end end endmodule ``` 3. **网络传输模块** - **硬件连接**：采用RGMII接口连接88E1512千兆PHY芯片 - **协议栈实现**： - UDP协议：首包传输时间戳，后续包含$N \times 1024$字节数据 - 数据封装格式： ``` | 2B帧头 | 4B时间戳 | 2B数据长度 | N*数据块 | 2B校验和 | ``` #### 三、关键性能优化 1. **时序优化**：通过FPGA的IDELAYCTRL调整输入延迟，满足$t_{su} > 1.5ns$的建立时间要求 2. **数据吞吐**：采用双DDR3缓存（2x512MB），实现乒乓操作，理论带宽计算： $$ B_{max} = \frac{f_{clk} \times DataWidth}{8} = \frac{200MHz \times 32b}{8} = 800MB/s $$ 3. **网络优化**：使用Jumbo Frame（9000字节MTU），降低协议开销至2.2%[^2] #### 四、系统验证指标 | 指标 | 目标值 | 测试方法 | |--------------|-------------|-----------------------| | 采样精度 | ±0.05% FSR | 标准信号源对比测试 | | 传输延迟 | <500μs | 硬件时间戳比对 | | 网络丢包率 | <0.001% | iperf压力测试 | #### 五、典型应用场景 1. 工业振动监测（8通道/20kHz采样） 2. 医疗ECG信号采集（16位/1kSPS） 3. 天文射电望远镜数据记录（40Gbps聚合传输）
评论
添加红包

请填写红包祝福语或标题

个

红包个数最小为10个

元

红包金额最低5元

当前余额3.43元 前往充值 >
需支付：10.00元
成就一亿技术人!
领取后你会自动成为博主和红包主的粉丝 规则
hope_wisdom
发出的红包

打赏作者

fpga和matlab

你的鼓励将是我创作的最大动力

¥1 ¥2 ¥4 ¥6 ¥10 ¥20
扫码支付：¥1
获取中
扫码支付

您的余额不足，请更换扫码支付或充值

打赏作者

实付元
使用余额支付
点击重新获取
扫码支付
钱包余额 0

抵扣说明：

1.余额是钱包充值的虚拟货币，按照1:1的比例进行支付金额的抵扣。
2.余额无法直接购买下载，可以购买VIP、付费专栏及课程。

余额充值