32导脑电放大器设计

发布时间：2017-09-12 15:48

  本文关键词：32导脑电放大器设计

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【摘要】：大脑是人体最为复杂和重要的器官。时至今日,大脑依旧是人类认知的黑洞,人类迫切地希望了解大脑的工作方式。随着世界范围的“脑计划”开展,脑功能研究被推向高潮。脑功能研究中脑电图技术(Electroencephalography,简称EEG)因其无损害、低成本、易采集和高时间分辨率等优势,成为大脑研究的重要工具。脑功能研究的不断深入要求脑电放大器在采集脑电过程中获得更多的脑电信息。一方面,脑电采集过程生成的数据量增大,对采集系统结构设计和系统中处理数据能力提出新挑战;另一方面,脑电信号在频率种类上有了新发现,传统国内采集系统在采集带宽上并不能完全满足要求,需要针对性地提高脑电采集系统的带宽频段范围。此外,由于脑电信号为微伏级微弱信号,采集时容易受到噪声干扰。脑电放大器的抗干扰能力和噪声抑制能力同样需要关注。目前国内脑电放大器在性能上较国外产品还比较落后,国内相关脑科学研究领域比较依赖国外设备。发展具有自主知识产权的高性能脑电放大器对于国内脑功能研究的可持续发展具有深远意义。为提高国内脑电放大器性能,设计开发本32导脑电放大器。放大器采用板卡结构,包括四个8导采集板卡和一个主控制板卡。采集板卡上涉及放大、滤波、模数转换、数据缓存和控制器单元等电路。设计直流矫正电路和提高通带高频截止频率,扩大放大器的采集带宽,满足脑电采集新需求;设计了解决数据量过大问题的数据缓冲电路,提高了放大器的性能。主控制板卡包括DSP和USB电路,主要负责对数据的整合和数据上传至PC端。通过电路板布局和芯片选型的优化降低系统噪声,并提高了放大器的其它关键性能。根据放大器的性能测试结果,证明本放大器的部分关键性能指标与国内同类产品相比有了明显提高。在实际脑电采集和相关脑电实验验证过程中,本系统表现出较高的稳定性和可靠性。
【关键词】：脑电采集 32导联 数据缓冲 高性能
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：R338
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-14
• 1.1 课题背景及其研究意义10
• 1.2 脑电采集系统发展现状10-11
• 1.3 脑电放大器存在的难点和解决方案11-12
• 1.4 本论文的主要工作内容和计划安排12-14
• 第二章 脑电相关背景知识及系统设计方案14-20
• 2.1 人类脑电信号相关介绍14-15
• 2.1.1 自发脑电信号及其特点14
• 2.1.2 诱发脑电信号及其特点14-15
• 2.2 脑电图机的导联15-16
• 2.3 脑电放大器的关键性能指标16-17
• 2.4 脑电放大器整体设计方案17-19
• 2.5 本章小结19-20
• 第三章 脑电放大器的设计与实现20-53
• 3.1 脑电采集板卡部分20-37
• 3.1.1 前置放大电路设计20
• 3.1.2 直流电压矫正电路设计20-22
• 3.1.3 右腿驱动电路设计22
• 3.1.4 滤波器设计22-27
• 3.1.5 模数转换部分电路设计27-29
• 3.1.6 阻抗检测电路设计29-30
• 3.1.7 控制器STM32F103电路设计30-34
• 3.1.8 数据缓冲部分设计34-36
• 3.1.9 采集板卡电路板制作36-37
• 3.2 主控制板卡部分设计37-45
• 3.2.1 DSP硬件电路设计38-41
• 3.2.2 USB电路设计41-44
• 3.2.3 主控制板卡电路板制作44-45
• 3.3 嵌入式驱动程序设计45-51
• 3.3.1 采集板卡STM32单片机驱动程序46-48
• 3.3.2 主控板DSP程序设计48-50
• 3.3.3 USB部分的程序设计50-51
• 3.4 PC端软件设计51-52
• 3.5 本章小结52-53
• 第四章 系统测试与结果分析53-60
• 4.1 脑电放大器的性能测试53-56
• 4.2 脑电实验测试放大器性能56-59
• 4.3 本章小结59-60
• 第五章 结论60-62
• 5.1 总结60
• 5.2 展望60-62
• 致谢62-63
• 参考文献63-65
• 附录Ⅰ65-66
• 附录Ⅱ66-71

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本文编号：838134