心电图（ECG）方案基于 STM32 芯片开发，主要应用于医疗领域的心电图机设备。该设备通过采集人体体表电信号，记录心脏电活动的波形，为心脏疾病诊断提供关键数据支持。其典型应用包括：

• 临床诊断：用于常规体检、心脏病患者的日常监测及病情评估。

• 重症监护：与多参数监护仪集成，实时监测患者心脏功能。

• 家庭医疗：便携式心电图机可满足家庭用户的日常健康监测需求。

工作原理

ECG组成框图

心脏在收缩和舒张过程中产生电激动，其微小电流经身体组织传导至体表，形成不同部位的电位差。心电图机通过体表电极采集这些电位差，经信号调理、模数转换和数据处理后，生成心电图波形。具体流程如下：

1. 信号采集：通过 10 个体表电极（如右手 VR、左手 VL 等）获取 12 导联心电信号。

2. 信号调理：经仪表运放（如 INA126）前级放大、精密运放（如 ISL28248）后级放大，以及高通 / 低通滤波（HPF/LPF）去除噪声。

3. 模数转换：利用高精度 ADC（如 ADS1258）将模拟信号转换为数字信号。

4. 数据处理：STM32 芯片对数字信号进行滤波、放大倍数校准等处理。

5. 显示与存储：将处理后的波形显示在 LCD 上，并存储历史数据。

系统组成与 IC 选型

程序示例

以下是基于 STM32F103 的心电图数据采集与处理程序示例（使用 HAL 库）：

/* 包含头文件 */#include "stm32f10x_hal.h"#include "stdio.h"#include "math.h"/* 定义参数 */#define SAMPLE_RATE 1000        // 采样率1000Hz#define FILTER_ORDER 32         // FIR滤波器阶数#define ECG_CHANNEL 8           // 心电通道数#define BUFFER_SIZE 1024        // 数据缓冲区大小/* 全局变量 */ADC_HandleTypeDef hadc;
DMA_HandleTypeDef hdma_adc;uint16_t adcBuffer[ECG_CHANNEL][BUFFER_SIZE];  // ADC数据缓冲区float ecgData[ECG_CHANNEL][BUFFER_SIZE];       // 心电数据数组float firCoeff[FILTER_ORDER] = {0};            // FIR滤波器系数uint32_t sampleCount = 0;                      // 采样计数/* 函数声明 */void SystemInit(void);void MX_GPIO_Init(void);void MX_ADC_Init(void);void MX_DMA_Init(void);void FIRFilter_Init(void);void FIRFilter_Process(float* input, float* output, uint32_t length);void ECG_Process(void);void LCD_DisplayECG(float* ecgData, uint32_t length);/* 主函数 */int main(void){  /* 系统初始化 */
  HAL_Init();
  SystemInit();  
  /* 外设初始化 */
  MX_GPIO_Init();
  MX_ADC_Init();
  MX_DMA_Init();
  FIRFilter_Init();  // 初始化FIR滤波器
  
  /* 启动ADC_DMA传输 */
  HAL_ADC_Start_DMA(&hadc, (uint32_t*)adcBuffer, BUFFER_SIZE * ECG_CHANNEL);  
  /* 主循环 */
  while (1)
  {    /* 心电数据处理 */
    if (sampleCount >= BUFFER_SIZE)
    {
      ECG_Process();  // 处理采集到的心电数据
      LCD_DisplayECG(ecgData[0], BUFFER_SIZE);  // 显示第一通道心电波形
      sampleCount = 0;
    }    
    /* 其他系统任务 */
    HAL_Delay(1);
  }
}/* ADC初始化 */void MX_ADC_Init(void){
  ADC_ChannelConfTypeDef sConfig = {0};

  hadc.Instance = ADC1;
  hadc.Init.ClockPrescaler = ADC_CLOCK_SYNC_PCLK_DIV4;
  hadc.Init.Resolution = ADC_RESOLUTION_12B;
  hadc.Init.DataAlign = ADC_DATAALIGN_RIGHT;
  hadc.Init.ScanConvMode = ADC_SCAN_DIRECTION_FORWARD;
  hadc.Init.EOCSelection = ADC_EOC_SEQ_CONV;
  hadc.Init.LowPowerAutoWait = DISABLE;
  hadc.Init.LowPowerAutoPowerOff = DISABLE;
  hadc.Init.ContinuousConvMode = ENABLE;
  hadc.Init.NbrOfConversion = ECG_CHANNEL;
  hadc.Init.DiscontinuousConvMode = DISABLE;
  HAL_ADC_Init(&hadc);  /* 配置心电通道 */
  for (uint8_t i = 0; i < ECG_CHANNEL; i++)
  {
    sConfig.Channel = ADC_CHANNEL_0 + i;  // 假设通道0-7为心电通道
    sConfig.Rank = i + 1;
    sConfig.SamplingTime = ADC_SAMPLETIME_71CYCLES_5;
    HAL_ADC_ConfigChannel(&hadc, &sConfig);
  }
}/* DMA初始化 */void MX_DMA_Init(void){
  hdma_adc.Instance = DMA1_Channel1;
  hdma_adc.Init.Direction = DMA_PERIPH_TO_MEMORY;
  hdma_adc.Init.PeriphInc = DMA_PINC_DISABLE;
  hdma_adc.Init.MemInc = DMA_MINC_ENABLE;
  hdma_adc.Init.PeriphDataAlignment = DMA_PDATAALIGN_HALFWORD;
  hdma_adc.Init.MemDataAlignment = DMA_MDATAALIGN_HALFWORD;
  hdma_adc.Init.Mode = DMA_CIRCULAR;
  hdma_adc.Init.Priority = DMA_PRIORITY_HIGH;
  HAL_DMA_Init(&hdma_adc);

  __HAL_LINKDMA(&hadc, DMA_Handle, hdma_adc);
}/* FIR滤波器初始化 */void FIRFilter_Init(void){  /* 生成低通FIR滤波器系数（截止频率50Hz，采样率1000Hz） */
  float fc = 50.0f / 1000.0f;  // 归一化截止频率
  for (int i = 0; i < FILTER_ORDER; i++) 
  {    if (i == FILTER_ORDER / 2)
      firCoeff[i] = 2.0f * fc;    else 
      firCoeff[i] = sinf(2.0f * PI * fc * (i - FILTER_ORDER / 2)) / (PI * (i - FILTER_ORDER / 2));    
    /* 汉明窗加权 */
    firCoeff[i] *= 0.54f - 0.46f * cosf(2.0f * PI * i / (FILTER_ORDER - 1));
  }  
  /* 系数归一化 */
  float sum = 0;  for (int i = 0; i < FILTER_ORDER; i++)
    sum += firCoeff[i];    
  for (int i = 0; i < FILTER_ORDER; i++)
    firCoeff[i] /= sum;
}/* FIR滤波器处理 */void FIRFilter_Process(float* input, float* output, uint32_t length){  static float buffer[FILTER_ORDER] = {0};  // 滤波器缓冲区
  
  for (uint32_t i = 0; i < length; i++) 
  {    /* 移存输入数据 */
    for (int j = FILTER_ORDER - 1; j > 0; j--)
      buffer[j] = buffer[j - 1];
    buffer[0] = input[i];    
    /* 卷积计算 */
    output[i] = 0;    for (int j = 0; j < FILTER_ORDER; j++)
      output[i] += buffer[j] * firCoeff[j];
  }
}/* 心电数据处理 */void ECG_Process(void){  /* ADC数据转换为电压值（假设参考电压3.3V） */
  for (uint8_t ch = 0; ch < ECG_CHANNEL; ch++) 
  {    for (uint32_t i = 0; i < BUFFER_SIZE; i++) 
    {
      ecgData[ch][i] = (float)adcBuffer[ch][i] * 3.3f / 4096.0f;
    }    
    /* 应用FIR滤波器去除噪声 */
    FIRFilter_Process(ecgData[ch], ecgData[ch], BUFFER_SIZE);    
    /* 基线漂移校正（简单直流分量去除） */
    float dcOffset = 0;    for (uint32_t i = 0; i < BUFFER_SIZE; i++)
      dcOffset += ecgData[ch][i];
    dcOffset /= BUFFER_SIZE;    
    for (uint32_t i = 0; i < BUFFER_SIZE; i++)
      ecgData[ch][i] -= dcOffset;
  }
  
  sampleCount += BUFFER_SIZE;
}

方案特点与优势

1. 高精度采集：采用 12 位 ADC（如 ADS1258）和精密运放，确保信号采集精度。

2. 抗干扰设计：通过多级滤波（高通、低通、FIR）有效抑制工频干扰、基线漂移等噪声。

3. 多导联支持：可同时采集 12 导联心电信号，满足临床诊断需求。

4. 实时处理：STM32 的高速运算能力实现数据的实时采集、处理与显示。

5. 低功耗设计：采用 LDO 和 DC/DC 电源管理芯片，适合便携式设备应用。

关键词： STM32