心電圖（ECG）方案基于 STM32 芯片開發，主要應用于醫療領域的心電圖機設備。該設備通過采集人體體表電信號，記錄心臟電活動的波形，為心臟疾病診斷提供關鍵數據支持。其典型應用包括：

• 臨床診斷：用于常規體檢、心臟病患者的日常監測及病情評估。

• 重癥監護：與多參數監護儀集成，實時監測患者心臟功能。

• 家庭醫療：便攜式心電圖機可滿足家庭用戶的日常健康監測需求。

工作原理

ECG組成框圖

心臟在收縮和舒張過程中產生電激動，其微小電流經身體組織傳導至體表，形成不同部位的電位差。心電圖機通過體表電極采集這些電位差，經信號調理、模數轉換和數據處理后，生成心電圖波形。具體流程如下：

1. 信號采集：通過 10 個體表電極（如右手 VR、左手 VL 等）獲取 12 導聯心電信號。

2. 信號調理：經儀表運放（如 INA126）前級放大、精密運放（如 ISL28248）后級放大，以及高通 / 低通濾波（HPF/LPF）去除噪聲。

3. 模數轉換：利用高精度 ADC（如 ADS1258）將模擬信號轉換為數字信號。

4. 數據處理：STM32 芯片對數字信號進行濾波、放大倍數校準等處理。

5. 顯示與存儲：將處理后的波形顯示在 LCD 上，并存儲歷史數據。

系統組成與 IC 選型

程序示例

以下是基于 STM32F103 的心電圖數據采集與處理程序示例（使用 HAL 庫）：

/* 包含頭文件 */#include "stm32f10x_hal.h"#include "stdio.h"#include "math.h"/* 定義參數 */#define SAMPLE_RATE 1000        // 采樣率1000Hz#define FILTER_ORDER 32         // FIR濾波器階數#define ECG_CHANNEL 8           // 心電通道數#define BUFFER_SIZE 1024        // 數據緩沖區大小/* 全局變量 */ADC_HandleTypeDef hadc;
DMA_HandleTypeDef hdma_adc;uint16_t adcBuffer[ECG_CHANNEL][BUFFER_SIZE];  // ADC數據緩沖區float ecgData[ECG_CHANNEL][BUFFER_SIZE];       // 心電數據數組float firCoeff[FILTER_ORDER] = {0};            // FIR濾波器系數uint32_t sampleCount = 0;                      // 采樣計數/* 函數聲明 */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);/* 主函數 */int main(void){  /* 系統初始化 */
  HAL_Init();
  SystemInit();  
  /* 外設初始化 */
  MX_GPIO_Init();
  MX_ADC_Init();
  MX_DMA_Init();
  FIRFilter_Init();  // 初始化FIR濾波器
  
  /* 啟動ADC_DMA傳輸 */
  HAL_ADC_Start_DMA(&hadc, (uint32_t*)adcBuffer, BUFFER_SIZE * ECG_CHANNEL);  
  /* 主循環 */
  while (1)
  {    /* 心電數據處理 */
    if (sampleCount >= BUFFER_SIZE)
    {
      ECG_Process();  // 處理采集到的心電數據
      LCD_DisplayECG(ecgData[0], BUFFER_SIZE);  // 顯示第一通道心電波形
      sampleCount = 0;
    }    
    /* 其他系統任務 */
    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);  /* 配置心電通道 */
  for (uint8_t i = 0; i < ECG_CHANNEL; i++)
  {
    sConfig.Channel = ADC_CHANNEL_0 + i;  // 假設通道0-7為心電通道
    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濾波器初始化 */void FIRFilter_Init(void){  /* 生成低通FIR濾波器系數（截止頻率50Hz，采樣率1000Hz） */
  float fc = 50.0f / 1000.0f;  // 歸一化截止頻率
  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));    
    /* 漢明窗加權 */
    firCoeff[i] *= 0.54f - 0.46f * cosf(2.0f * PI * i / (FILTER_ORDER - 1));
  }  
  /* 系數歸一化 */
  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濾波器處理 */void FIRFilter_Process(float* input, float* output, uint32_t length){  static float buffer[FILTER_ORDER] = {0};  // 濾波器緩沖區
  
  for (uint32_t i = 0; i < length; i++) 
  {    /* 移存輸入數據 */
    for (int j = FILTER_ORDER - 1; j > 0; j--)
      buffer[j] = buffer[j - 1];
    buffer[0] = input[i];    
    /* 卷積計算 */
    output[i] = 0;    for (int j = 0; j < FILTER_ORDER; j++)
      output[i] += buffer[j] * firCoeff[j];
  }
}/* 心電數據處理 */void ECG_Process(void){  /* ADC數據轉換為電壓值（假設參考電壓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;
    }    
    /* 應用FIR濾波器去除噪聲 */
    FIRFilter_Process(ecgData[ch], ecgData[ch], BUFFER_SIZE);    
    /* 基線漂移校正（簡單直流分量去除） */
    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;
}

方案特點與優勢

1. 高精度采集：采用 12 位 ADC（如 ADS1258）和精密運放，確保信號采集精度。

2. 抗干擾設計：通過多級濾波（高通、低通、FIR）有效抑制工頻干擾、基線漂移等噪聲。

3. 多導聯支持：可同時采集 12 導聯心電信號，滿足臨床診斷需求。

4. 實時處理：STM32 的高速運算能力實現數據的實時采集、處理與顯示。

5. 低功耗設計：采用 LDO 和 DC/DC 電源管理芯片，適合便攜式設備應用。