一、前言。
在医疗领域常常使用的心电图仪并不是很复杂的仪器。其原理跟示波器非常相似，只不过，心电图仪测量的是低频小信号。
心电信号（也叫ECG信号）的幅值一般在0.05mV~4mV之间，要求分辨力至少为0.1mV，其频率在0.05~100Hz之间，主要的频率成份集中在5~20Hz之间。
一般的示波器垂直刻度最小为10mV/div，分辨力约为0.4mV。其次，把探头接在左右手，在示波器上只会观察到50Hz的工频干扰。所以，示波器并不适合测量心电信号。
制作心电图仪，可以使用多级放大，再配合低精度的ADC来达到采样的要求。但是这种方案比较烦琐，而且使用的元器件太多，不利于产品的小型化。
二、方案。
本文是采用TI的ADS1298，一块芯片集成了EMI抑制器、PGA、高精度24位ADC、高精度内部基准源、SPI接口。其方案如下图所示。
该方案有以下特点：
1、模拟电源和数字电源独立供电，模拟地和数字地通过0R电阻隔离，可以大大减少ECG前端采集的干扰。
2、模拟电源用干电源供电，没有50Hz工频干扰，信噪比非常高，ADS1298输入短路噪声均值约为250uV，输入引起噪声约为4uVpp。
3、选用STM32单片机，可以利用ST官方提供的驱动库，大大提高了开发效率。
4、LDO选用TPS73201MDBVREP，其差压非常低，在250mA满载的情况下只有40mV差压，其静态电流达到uA级，可以让干电源使用更长的时间。
5、使用USB转TTL电平的串口线，让STM32和PC机通信，成本低，又能达到通信速率的要求。
6、使用ADS1298的集成方案，大大缩小的产品的体积，让产品更便携。
三、实物图。
实物如下图所示。
四、导联的连接方式
五、导联与ADS1298的ADC通道连接，如下图所示。
六、硬件调试。
硬件设计部分遇到LDO啸叫的问题。
C67设定为0.1uF，发现LDO啸叫，将其改为47pF即可。
七、ADS1298的读写操作。
ADS1298有连续采样和突发采样两种工作方式，本文采样突发采样。
STM32通过SPI接口从ADS1298获取3个状态寄存器和8个通道的数据，其时序图如下图所示。
ADS1298读写寄存器时，操作码1（OPCODE1）是0x20加上要读写的寄存器地址，操作码2（OPCODE2）是要读写的字节数-1。
假设只读ID一个寄存器，操作码1只需要发送(0x20 | 0x00)，0x00是ID号的寄存器地址，而操作码2只需要发送0x00，这里读一个字节，1-1=0。代码如下所图所示，cmd可以是任意寄存器地址，这里只能读一个字节。
而写操作与读操作相似，这里不再赘述。
八、ADS1298内部寄存器的设置，可以参考下图。
其中CH1SET到CH8SET，要设为0x00，才是采集外部的ECG信号。
八、上位机。
利用上位机采集到的心电信号，如下图所示，存在基线漂移。
增加了中值滤波后，修正了基线，如下图所示。
九、温度补偿。
可以利用上图的温度曲线，做折线法来补偿ADC的参考源。
十、注意事项。
1、导联必须连接正确，否则波形有异常。
2、增加右腿驱动，可以抵消人体的共模干扰，否则难以观察到心电信号。
3、芯片虚焊，可能导致采集到的数据异常。
4、先采集ADS1298内部的测试信号，如果没问题，再去采集外部的心电信号。
5、可以先用电位器接到ADS1298的各个ADC通道，调整电位器，观察采集到的数据是否正确。
6、ADS1298采集到的数据，是以二进制补码的形式存储，需要转成原码，再计算电压值。
7、去耦电容，建议使用NPO或C0G材质的电容，可以减少干扰，提高系统的稳定性。
8、ADS1298的SPI接口，CPOL=0，CPHA=1，编写单片机代码时，需要特别注意。
9、配置好ADS1298，在24号引脚才会出现2.4V的参考电压，否则不出现。
10、ADS1298的通道悬空时，采集到的电压为Vref，因为其差分输入的正端有上拉电阻，而负端有下拉电阻。
11、右腿驱动，可以使用内部的参考源。
12、可以通过光耦再配合STM32内部的ADC来获取干电源的电压，从而得知其电量是否充足。
13、ADS1298虚焊或外部晶振虚焊时，测到37号引脚CLK，电压为2.3V，正常工作时，电压为VDD的一半（即1.6V），这里的VDD为3.3V。
14、ADS1298的START、RESET操作，可以通过SPI读写寄存器来完成，也可以通过拉引脚电平来完成（其作用没有区别），这里START是拉引脚电平，而RESET是读写寄存器。
15、ADS1298复位时间建议设置大一些，这里为1.5秒。
16、静坐也是可以测到心电图，但是建议平躺着测。
十一、其它问题。
1、怎样做12导联？
标准I是可以通过计算得到的。
由上图所示（参考标准 YY 1139-2013）。II-III=(F-R)-(F-L)=L-R=I。 而aVR,aVL,aVF均可以计算得到。
也就是说只要用一片ADS1298采样v1~v6，II，III，这8路，可以满足12导联的要求。
而12导联只有10根信号线，分别是v1~v6，左手、右手、左腿、右腿。
十二、参考资料
ADS1298评估板固件和上位机源码（固件为DSP的C5509，上位机为LabView）