心音信號(hào)是人體重要的生理信號(hào)之一。由于心音的產(chǎn)生機(jī)理,，它能夠很好地反映心臟活動(dòng),、血液流動(dòng)和心臟的健康狀況。音信檢測(cè)與分析能夠準(zhǔn)確判斷心音信號(hào),，提早發(fā)現(xiàn)心血管疾病，是了解心臟和血管狀態(tài)的一種不可缺少的手段,。但是心音信號(hào)中含有心血管病變的許多信息,，單純依靠心臟聽診很難判斷心血管是否健康。目前廣泛應(yīng)用的心電圖檢查是心臟變時(shí)性和變傳導(dǎo)性的最佳檢測(cè)方法,，但不能檢測(cè)心臟的變力性先天心臟瓣膜受損,。心電傳導(dǎo)組織病變引起的心臟機(jī)械活動(dòng)障礙不會(huì)首先反映在心電信號(hào)(ECG)上,，但卻能首先在心音上反映出來(lái)，因此,，心音具有心電信號(hào)不可替代的診斷信息[1],。韋哲等人設(shè)計(jì)了基于聲卡的心音信號(hào)采集與處理系統(tǒng)[2]，實(shí)驗(yàn)表明該系統(tǒng)采集到的信號(hào)信噪比較低不利于后期的處理,。王曉燕等人設(shè)計(jì)了基于串口的采集系統(tǒng)[3],，但串口的傳輸速度慢，同時(shí)由于現(xiàn)在一般的計(jì)算機(jī)都不存在串口,，不利于推廣,。本文設(shè)計(jì)了基于USB的實(shí)時(shí)信號(hào)采集系統(tǒng)。系統(tǒng)總體框圖如圖1所示,。

    該系統(tǒng)主要由心音信號(hào)采集電路,、A/D轉(zhuǎn)換、USB通信和上位機(jī)顯示部分組成,。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該系統(tǒng)可以高效,、實(shí)時(shí)地顯示采集到的心音信號(hào)，并且可以達(dá)到視聽合一的目的,，得到的信號(hào)信噪比高,，利于后續(xù)的研究。
1 心音信號(hào)采集電路
    利用自制的心音傳感器采集到的信號(hào)為毫伏級(jí)信號(hào),，經(jīng)過前置放大電路進(jìn)行初步放大,，對(duì)放大后的信號(hào)進(jìn)行低通濾波，然后經(jīng)過中間級(jí)放大,，通過耳機(jī)輸出,，因?yàn)榇藭r(shí)的信號(hào)僅有幾百毫伏，為了便于后期處理,，需經(jīng)過后級(jí)可調(diào)放大,得到伏級(jí)信號(hào)可經(jīng)過A/D等后期處理,。
1.1 前置放大電路設(shè)計(jì)
    由于心音信號(hào)十分微弱，而前置放大電路又是微弱信號(hào)檢測(cè)的第一級(jí),，擔(dān)負(fù)著將微弱信號(hào)放大的任務(wù),，應(yīng)該盡量減少測(cè)量過程中引入的觀測(cè)噪聲。而前置放大器則是引入噪聲的主要部件之一,，所以要求前置放大器應(yīng)該具有很好的低噪聲性能[4],。又因?yàn)樘幚淼氖锹曇粜盘?hào)，所以選取了具有超低失真低噪聲的OPA2134運(yùn)算放大器,，同時(shí)還具有高輸入阻抗,、高共模抑制比、低漂移等特點(diǎn),。前置放大電路如圖2所示,。

1.4 后級(jí)放大電路設(shè)計(jì)
    由于從中間級(jí)得到的信號(hào)只有幾百毫伏,，不便于后期的處理,所以在這里又加了一級(jí)放大，可以得~-5 V到+5 V之間的信號(hào),，便于A/D采樣,。
2 A/D轉(zhuǎn)換
   本系統(tǒng)采用STC12C5A60S2單片機(jī)作為主控芯片。該單片機(jī)自帶8路10位高速A/D轉(zhuǎn)換器,速度可達(dá)250 kHz(25萬(wàn)次/s),。STC12C5A60S2系列單片機(jī)ADC由多路選擇開關(guān),、比較器、逐次比較寄存器,、10 bit DAC,、轉(zhuǎn)換結(jié)果寄存器(ADC_RES和ADC_RESL)以及ADC_CONTR構(gòu)成。
   STC12C5A60S2系列單片機(jī)的ADC是逐次比較型ADC,。逐次比較型ADC由一個(gè)比較器和D/A轉(zhuǎn)換器構(gòu)成,，通過逐次比較邏輯,從最高位(MSB)開始，順序地對(duì)每一輸入電壓與內(nèi)置D/A轉(zhuǎn)換器輸出進(jìn)行比較,。經(jīng)過多次比較,，使轉(zhuǎn)換所得的數(shù)字量逐次逼近輸入模擬量對(duì)應(yīng)值。逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器具有速度高,、功耗低等優(yōu)點(diǎn),。
3 USB通信
    本文采用南京沁恒公司的USB芯片CH372,該芯片可以實(shí)現(xiàn)1 MB/s的傳輸速度，全速USB 設(shè)備接口,，兼容USB V2.0,即插即用,外圍元器件只需要晶體和電容,。提供一對(duì)主端點(diǎn)和一對(duì)輔助端點(diǎn)，支持控制傳輸,、批量傳輸,、中斷傳輸,具有簡(jiǎn)便的內(nèi)置固件模式和靈活的外部固件模式。內(nèi)置固件模式屏蔽了相關(guān)的USB 協(xié)議,，自動(dòng)完成標(biāo)準(zhǔn)的USB 枚舉配置過程,，完全不需要本地端控制器作任何處理，簡(jiǎn)化了單片機(jī)的固件編程,。本文中采用STC12C5A60S2來(lái)控制CH372實(shí)現(xiàn)下位機(jī)與上位機(jī)的USB通信,。
4 上位機(jī)軟件的編寫
    上位機(jī)利用VS2010平臺(tái)開發(fā)， 開發(fā)的界面要比Microsoft Visual C++ 6.0美觀,。主要采用MFC的位圖雙緩沖機(jī)制對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行圖形繪制[6],，得到的圖形是連續(xù)的，而不是一屏一屏地刷新,。雙緩沖的原理可以形象地理解為:把電腦屏幕看作一塊黑板,。首先在內(nèi)存環(huán)境中建立一個(gè) “虛擬”的黑板，然后在這塊黑板上繪制復(fù)雜的圖形,。圖形全部繪制完畢時(shí),，再一次性地把內(nèi)存中繪制好的圖形“拷貝”到另一塊黑板(屏幕)上。采取這種方法可以提高繪圖速度,極大地改善繪圖效果,。
5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
      該系統(tǒng)已經(jīng)成功采集了多例心音樣本,，采集時(shí)需保持現(xiàn)場(chǎng)安靜，輕壓傳感器,。圖5所示為一例正常心音,，從該圖可清晰地分辨出心音的各種成分,其中的有效成分得到了很好的保留。

     實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,，該系統(tǒng)能夠很好地顯示采集到的心音波形,，利于醫(yī)生對(duì)心音進(jìn)行分析。該系統(tǒng)采用廉價(jià)的STC12C5A60S2(市場(chǎng)價(jià)6元)作為單片機(jī),，利用其自帶的AD大大降低了設(shè)備的成本,。同時(shí)可以進(jìn)一步完善該設(shè)備，使之成為大眾可用的便攜式醫(yī)療器械,。
參考文獻(xiàn)
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[2] 韋哲，李戰(zhàn)明,，程自峰.基于聲卡的心音信號(hào)采集與處理系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究[J].中國(guó)醫(yī)療設(shè)備,，2008，23(10)：7-10.
[3] 王曉燕,曾慶寧,粟秀尹.基于FPGA的心音信號(hào)采集[J].微型機(jī)與應(yīng)用,，2012,，31(11):28-30.
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[5] 高吉祥.模擬電子技術(shù)[M].北京:電子工業(yè)出版社，2008.
[6] 孫鑫. VC++深入詳解[M].北京：電子工業(yè)出版社,，2006.