文档介绍：河北工业大学
硕士学位论文
基于FPGA的心电信号自动诊断技术研究
姓名:张岩
申请学位级别:硕士
专业:通信与信息系统
指导教师:高振斌
2011-03
河北工业大学硕士学位论文

基于 FPGA 的心电信号自动诊断技术研究

摘要
随着人们生活水平的提高、生活节奏的加快,心血管疾病的发病率迅速上升,已成为
威胁人类身体健康的主要因素之一。由于心脏病发作具有突发性的特点,患者不可能长时
间地静卧在医院,但又需实时得到医护人员的监护,所以研发高性能的便携式心电监护仪
就具有十分重要的意义。在现有的医疗、社会、科技背景下,医学监护领域己经朝着个人
化、便携化和多功能化的方向发展。
针对以上所述,本文进行了一种基于SOPC技术的心电监护系统的方案设计,构建了
以Altera公司CycloneII系列EP2C20为核心芯片的FPGA系统平台。系统的硬件设计包括心电
信号的预处理模块和FPGA内部功能模块的设计。嵌入式软核NiosII作为系统的处理器,系
统的软件设计主要在NiosII IDE中进行,采用NiosII定制指令的方式编写C语言应用程序,
应用程序包括对基于FAT文件系统的SD卡存储程序、LCD显示控制程序、A/D,D/A转换控
制程序。
心电信号的预处理模块由模拟滤波和数字滤波两部分组成。模拟滤波主要是由心电调
理模块来完成,包括心电信号提取电路、滤波电路、放大电路,对心电信号进行了前端滤
波和放大,使放大后的心电信号偏置到A/D转换电路的输入范围,并对工频干扰有一定的
抑制作用。针对数字滤波器的设计,采用Altera公司提供的FIR滤波器IP核进行设计,首先
在DSP builder里进行功能的仿真,再通过MIT-BIH数据库中的数据对其进行了验证。
将已经实现的各个功能模块和其他外部接口集成到Avalon总线上来,构成一个基于
NiosII处理器的嵌入式系统。充分利用NiosII处理器灵活性能来完成数据采集、传输、存储、
通信和显示等整个系统工作流程的控制。
论文还针对国内外近年内发展起来的各种心电自动诊断方法进行了总结,采用支持向
量机方法对心电相关数据进行处理,建立分类模型,训练分类器,进而对冠心病进行辅助
诊断。该算法在Matlab软件上进行了建模仿真,并结合UCI冠心病数据库中的数据进行实
验分析,使用网格优化算法对分类器的参数进行寻优,最后得到了较高的分类准确率。

关键词:心电信号,支持向量机,FPGA,NiosII
i
基于 FPGA 的心电信号自动诊断技术研究

The research on automatic diagnosis technology of
ECG signal based on FPGA
ABSTRACT
With the improvement of living standards and accelerated pace of life,the Ineidence of
cardiovascular disease has e a main threat to human the characteristics of
sudden attack,It is impossible to be supine in the hospital for a long time,so the real-time
health monitor work is very needed,therefore,researching high-performance and portable ECG
monitor has great significance. With the background of the existing medical、social、science and
technology,the field of medical care has been developed toward personalization、portability、
multifunction.
For the above,this paper put forward a ECG monitoring system solutions based on SOPC,
Altera corporation CycloneII series chip EP2C20 as the core chip of FPGA hardware platform.
System hardware design inclu