msp430头皮脑电信号采集系统设计(附件)
在临床上，通常利用脑电信号产生的病理和生理信息进行神经系统的研究，特别是在诊断癫痫这一方面。脑电信号是大脑皮层上的微小的神经元集体作用下产生的生物电信号，其信号较弱且不易被采集和提取，目前大多数设备都存在价格比较贵，体积比较大的缺陷，针对以上的问题，本次毕业设计提出了采用基于数字系统采集的方法，将采集到的脑电信号经过放大和滤波,使其具有一定的辨识度，然后采用430单片机自带的转换器进行数模转换，最后将数字信息通过上位机进行显示，以便于后期的分析。关键词 数字系统, 脑电信号，MSP430
目 录
1 绪论 1
1.1 课题研究的背景和意义 1
1.2 国内外的研究现状 1
1.3 课题的主要工作 2
2 脑电信号概述 3
2.1 脑电信号产生机理 3
2.2 脑电信号采集系统总体设计 5
3 脑电信号采集系统硬件电路设计 6
3.1 前置级放大电路 6
3.2 高通滤波电路 7
3.3 低通滤波电路 8
3.4 陷波电路 11
3.5 电平抬升电路 12
3.6 后置放大电路 13
4 单片机系统介绍 14
4.1 MSP430系列单片机简介 14
4.2 单片机外接电路介绍 17
4.3 ADC介绍 18
4.4 程序简介 19
4.5 pc端以及实物展示 24
结 论 26
致 谢 27
参 考 文 献 28
附录A 30
附录B 31
1 绪论
1.1 课题研究的背景和意义
众所周知，地球上的一切生物的行为都受大脑的控制，大脑的活动通过脑电信号表现出来。脑电信号里面有着大量的病理和生理信息，在当今社会，临床医学越来越受到专家学者的重视，脑电信号的原理是大脑皮层上神经细胞多次生理电活动集合产生的信号。在这样的背景下，脑电信号成为当今专业学者研究的一门新领域。刚开始由于设备不先进且脑电信号微弱，幅值较小，而且容易受 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
到外界干扰,专家学者很难通过这种方法进行有效的采集和分析。在科学信息技术快速发展的新时代大背景下，设备更加趋于智能化，科技化，基本可以实现微控制器控制的脑电信号采集。例如，现在在临床上大量使用的脑电图机就是其中的代表。但是也存在好多问题，比如设备价格比较贵，携带不方便等问题。一台日本生产的32路的脑电图机价格在6万美元左右，一台美国生产的128路脑电图机在30万美元左右，在国际上由于对脑电图机技术的限制，不利于其普及，所以设计一套价格便宜，便携式脑电信号采集设备具有里程碑意义，有助于医学的普及和发展。
1.2 国内外的研究现状
1885年，一位名叫卡顿的英国医学家开启了人类对脑电信号研究的先河【2】 ，他直接将脑电生物电极插入到动物的大脑皮层里进行脑电生物信号的采集和提取。1905年，来自德国的科学家通过使用针状生物电极，将其放在额头进行脑电信号的采集，并成功记录到了脑电信号，这种创新式的方法具有革命性的象征意义。因此这种方法被他命名为“脑电图采集技术”，之后慢慢将脑电信号研究的重点往临床上发展。
在此之后脑电图机得到了比较大的发展。1932年，科学家将模拟电子技术推向了比较高的发展水平，在当时那个年代，脑电图机里面已经开始配备了电子管等部件，使其具有一定的采集生物电信号的能力【4】。1954年计算机技术得到了充分的发展，科学家尝试开始利用电子计算机技术研究脑电信号，这样测到的脑电信号相对稳定。直至上世纪七十年代，人类在脑电图机器里面配备了专业的集成设备并且引进了共模抑制技术【16】，通过这样的技术使得脑电图机的个体体积得到了比较大改善，体积变得更小，更加方便携带，且专业性能也得到了质的飞跃。
科技技术的发展速度是非常快的，现在我们可以通过各种方法来采集脑电信号并且进行分析。比较流行的是核磁共振成像技术，近红外成像技术，正电子成像技术，脑磁图技术以及这里专门提到的脑电图技术等。
相对于其他的专业测量脑电技术，脑电图机有着无法比拟的优势，比如它通用性比较高、分辨率非常好、价格低廉、方便性比较高，体积相对于其他设备也是比较小的，在临床上得到了较大应用。
由于正常情况下，脑电信号比较微弱，这就对脑电信号的放大和滤波提出了更大的要求。1955年出现了真空管脑电图机，产生了颠覆性的进展【9】，1965年计算机技术快速发展使脑电信号技术进一步成熟，1975年出现了第二代的脑电图机。1980年脑电信号技术趋于成熟。微处理技术由此而来，这种技术精确度更高。脑电图技术发展至今大约有了七八十年的时间，这一段的时间内出现了具有革命性的技术，诸如有来自日本的一个名叫4418的脑电图机，还有来自美国电子公司生产的动态脑电信号设备【23】。在经济全球化的背景下，一些巨头厂商扑面而来，主要厂商来自美国的电子公司以及欧洲德国和英国的电子设备等巨头公司。美国凭借自己的全球领先的科技技术，在很短的时间内就推出各种具有革命性的产品，比较出名的是 Syn Amps2 【30】：在它的内部装备了大约具80 个放大器系统，通道有单电极、双电极以及高等级通道；在每个通道上面我们都装有转换芯片，芯片位数为24位，这样以保证采集的精度，此外还可以滤除其他掺杂在脑电信号中的干扰信号。
国外由于起步比较早，技术相对成熟。受到技术条件限制，一套完整的脑电信号采集系统价格比较昂贵，国外对技术垄断。随着科技的进步，科学家想到了用干电极来代替湿电极以及采用植入式的方法，这样的方法或许会感到比较大胆，但是可以采集到更加稳定的信号。
我国在这一方面起步相对来说比较晚，国内高新电子设备厂商也在加快这一块的研究，生产过各种各样高规格的脑电图机，并且精度也是比较高的，可以满足使用，这里以动态脑电图机居多，受到较多医疗专家的青睐，大量使用在医疗领域。
1.3 课题的主要工作
论文的组织结构安排如下：
第一章是绪论。本次论文在这一块具体讨论课题背景和国内外研究现状，介绍了脑电接口的原理，工作流程和关键技术，工作步骤。然后进行了本章的总结和文章的大致结构。
目 录
1 绪论 1
1.1 课题研究的背景和意义 1
1.2 国内外的研究现状 1
1.3 课题的主要工作 2
2 脑电信号概述 3
2.1 脑电信号产生机理 3
2.2 脑电信号采集系统总体设计 5
3 脑电信号采集系统硬件电路设计 6
3.1 前置级放大电路 6
3.2 高通滤波电路 7
3.3 低通滤波电路 8
3.4 陷波电路 11
3.5 电平抬升电路 12
3.6 后置放大电路 13
4 单片机系统介绍 14
4.1 MSP430系列单片机简介 14
4.2 单片机外接电路介绍 17
4.3 ADC介绍 18
4.4 程序简介 19
4.5 pc端以及实物展示 24
结 论 26
致 谢 27
参 考 文 献 28
附录A 30
附录B 31
1 绪论
1.1 课题研究的背景和意义
众所周知，地球上的一切生物的行为都受大脑的控制，大脑的活动通过脑电信号表现出来。脑电信号里面有着大量的病理和生理信息，在当今社会，临床医学越来越受到专家学者的重视，脑电信号的原理是大脑皮层上神经细胞多次生理电活动集合产生的信号。在这样的背景下，脑电信号成为当今专业学者研究的一门新领域。刚开始由于设备不先进且脑电信号微弱，幅值较小，而且容易受 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
到外界干扰,专家学者很难通过这种方法进行有效的采集和分析。在科学信息技术快速发展的新时代大背景下，设备更加趋于智能化，科技化，基本可以实现微控制器控制的脑电信号采集。例如，现在在临床上大量使用的脑电图机就是其中的代表。但是也存在好多问题，比如设备价格比较贵，携带不方便等问题。一台日本生产的32路的脑电图机价格在6万美元左右，一台美国生产的128路脑电图机在30万美元左右，在国际上由于对脑电图机技术的限制，不利于其普及，所以设计一套价格便宜，便携式脑电信号采集设备具有里程碑意义，有助于医学的普及和发展。
1.2 国内外的研究现状
1885年，一位名叫卡顿的英国医学家开启了人类对脑电信号研究的先河【2】 ，他直接将脑电生物电极插入到动物的大脑皮层里进行脑电生物信号的采集和提取。1905年，来自德国的科学家通过使用针状生物电极，将其放在额头进行脑电信号的采集，并成功记录到了脑电信号，这种创新式的方法具有革命性的象征意义。因此这种方法被他命名为“脑电图采集技术”，之后慢慢将脑电信号研究的重点往临床上发展。
在此之后脑电图机得到了比较大的发展。1932年，科学家将模拟电子技术推向了比较高的发展水平，在当时那个年代，脑电图机里面已经开始配备了电子管等部件，使其具有一定的采集生物电信号的能力【4】。1954年计算机技术得到了充分的发展，科学家尝试开始利用电子计算机技术研究脑电信号，这样测到的脑电信号相对稳定。直至上世纪七十年代，人类在脑电图机器里面配备了专业的集成设备并且引进了共模抑制技术【16】，通过这样的技术使得脑电图机的个体体积得到了比较大改善，体积变得更小，更加方便携带，且专业性能也得到了质的飞跃。
科技技术的发展速度是非常快的，现在我们可以通过各种方法来采集脑电信号并且进行分析。比较流行的是核磁共振成像技术，近红外成像技术，正电子成像技术，脑磁图技术以及这里专门提到的脑电图技术等。
相对于其他的专业测量脑电技术，脑电图机有着无法比拟的优势，比如它通用性比较高、分辨率非常好、价格低廉、方便性比较高，体积相对于其他设备也是比较小的，在临床上得到了较大应用。
由于正常情况下，脑电信号比较微弱，这就对脑电信号的放大和滤波提出了更大的要求。1955年出现了真空管脑电图机，产生了颠覆性的进展【9】，1965年计算机技术快速发展使脑电信号技术进一步成熟，1975年出现了第二代的脑电图机。1980年脑电信号技术趋于成熟。微处理技术由此而来，这种技术精确度更高。脑电图技术发展至今大约有了七八十年的时间，这一段的时间内出现了具有革命性的技术，诸如有来自日本的一个名叫4418的脑电图机，还有来自美国电子公司生产的动态脑电信号设备【23】。在经济全球化的背景下，一些巨头厂商扑面而来，主要厂商来自美国的电子公司以及欧洲德国和英国的电子设备等巨头公司。美国凭借自己的全球领先的科技技术，在很短的时间内就推出各种具有革命性的产品，比较出名的是 Syn Amps2 【30】：在它的内部装备了大约具80 个放大器系统，通道有单电极、双电极以及高等级通道；在每个通道上面我们都装有转换芯片，芯片位数为24位，这样以保证采集的精度，此外还可以滤除其他掺杂在脑电信号中的干扰信号。
国外由于起步比较早，技术相对成熟。受到技术条件限制，一套完整的脑电信号采集系统价格比较昂贵，国外对技术垄断。随着科技的进步，科学家想到了用干电极来代替湿电极以及采用植入式的方法，这样的方法或许会感到比较大胆，但是可以采集到更加稳定的信号。
我国在这一方面起步相对来说比较晚，国内高新电子设备厂商也在加快这一块的研究，生产过各种各样高规格的脑电图机，并且精度也是比较高的，可以满足使用，这里以动态脑电图机居多，受到较多医疗专家的青睐，大量使用在医疗领域。
1.3 课题的主要工作
论文的组织结构安排如下：
第一章是绪论。本次论文在这一块具体讨论课题背景和国内外研究现状，介绍了脑电接口的原理，工作流程和关键技术，工作步骤。然后进行了本章的总结和文章的大致结构。
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