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總體設計方案
1) 心電的特點：
1、微弱性。人體體表的心電信號很微弱，一般只有0.05-5mV。在測量中，對于如此微弱的信號，很難進行直接記錄或處理，必須通過放大器適當放大，同時必須濾波處理。
2、低頻特性。人體心電信號的頻譜范圍在0.05-100Hz，其能量譜主要集中在0.5-35Hz，頻率是比較低的。
3、高阻抗特性。作為心電的信號源，人體源阻抗一般較大，可達幾千歐姆至幾萬歐姆，這將給心電測量帶來誤差和失真。
4、不穩定性和隨機性。人體是在內部環境與外部環境相適應的條件下維持新陳代謝的，為適應外部環境的變化，人體內各種系統的活動都會在相互影響中不斷調整，以便與外部環境保持平衡，同時遺傳等因素也會造成人體的個體差異性，這使得人體心電信號表現出不穩定性和隨機性。
2) 心電信號的干擾
1、工頻干擾。由于日常供電網絡的存在，50Hz工頻干擾是最常見的干擾，它是心電信號主要的干擾源之一。50Hz工頻干擾主要通過人體和測量系統輸入導線的電容藕合，以位移電流的形式引入，其強度足以淹沒心電信號。
2、電極極化電壓干擾。心電信號是通過緊貼在人體體表的電極提取的，而與電極接觸的是電解質溶液（導電膏、汁液或組織液等），這會形成一個金屬與電解質溶液的界面。由于電化學的作用，在二者之間會產生一定的電位差，稱為極化電壓。極化電壓的幅度一般較高，在幾毫伏到幾百毫伏之間。當兩個電極的狀態不能保持對稱時，極化電壓就會產生干擾，特別是在電極與皮膚接觸不良以致脫落的情況下更為嚴重，而且電極在皮膚表面的移動也會引起電位差變化。
3、肌電信號干擾。肌肉的興奮與收縮會引起生物電變化，而這些生物電將在人體表面產生一定的電位差。由于心電信號必須通過貼在人體表面的電極進行提取，因此同時肌電干擾信號也會被提取出來。肌電干擾信號是一種快速變化的電壓信號，其頻率范圍為20-5000Hz。
4、測量設備自身產生的干擾。信號處理所采用的電子設備本身也會產生噪聲，這種干擾一般都是高頻干擾，用低通濾波器就可濾除。
5、高頻電磁場干擾。隨著無線電技術的發展，各種頻段的無線電廣播、電視發射臺、通訊設備、雷達等電子設備的工作使空間存在著大量的電磁波。這些高頻電磁干擾可通過測量系統與人體連接的導線引入，并引起測量結果的不穩定，嚴重時會使測量系統不能正常工作，必須加以消除。
3) 電極的選取
電極是來攝取人體內各種生物電現象的金屬導體，也稱作導引電極。它的阻抗，極化特性、穩定性等對測量的精確度影響很大。
1、金屬平板電極。金屬平板電極是測量心電圖時常用的一種肢體電極，它是一塊鎳銀合金或銅質鍍銀制成的凹形金屬板，這種電極比較簡單，其抗腐蝕性能、抗干擾和抗噪聲能力較差，在微電流通過時容易產生極化，而且電位不穩定和電位隨時間漂移嚴重，信號失真也較大缺點。
2、吸附電極。吸附電極是用鍍銀金屬或鎳銀合制而成，呈圓筒形，其背部有一個通氣孔，與橡皮吸球相通，它是測量心電時作為胸部電極的一種常用電極。該電極不用扣帶而靠吸力將電極吸附在皮膚上，易于從胸廓上一個部位換到另一部位。使用時擠壓橡皮球，排出球內空氣，將電極放在所需部位，然后放松橡皮球，由于球內減壓，使電極吸附在皮膚上。但這種電極，由于只有圓筒底部的面積與皮膚接觸（即接觸面積小），從而使得它的阻抗和對皮膚的壓力很大，因此，不適用于輸入阻抗低的放大器和不宜作長時間監護之用。
3、圓盤電極。圓盤電極多數采用銀質材料，其背面有一根導線。有的電極為了減輕基線漂移及移位偽差在其凹面處鍍上一層氯化銀。值得注意的是，該電極在使用一段時間后必須重新鍍上氯化銀。
4、懸浮電極。懸浮電極分為永久性和一次性使用的二種。其中永久性懸浮電極又叫作帽式電極，其結構是把鍍氯化銀或燒結的Ag-AgCI電極安裝在凹槽內，它與皮膚表面有一空隙。使用時，應在凹槽內涂滿導電膏，用中空的雙面膠布把電極貼在皮膚上。由于導電膏的性質柔軟，它粘附著皮膚，也粘附著電極，當肌肉運動時，電極導電膏和皮膚接觸處不易發生變化，起到接觸穩定的作用。一次性懸浮電極也叫作鈕扣式電極，其結構是將氯化銀電極固定在泡沫墊上，底部也吸附著一個涂有導電膏的泡沫塑料圓盤，使用前，圓盤周圍粘有一層保護紙，封裝在金屬箔制成的箱袋內，用時取出，剝去保護紙，即可使用。
5、軟電極。為了克服由于各種硬質電極與皮膚貼附不緊密而當人體有所活動時，電極與體表之間的接觸可能會改變原來的狀態而引起意外的移位偽差，而生產出了軟電極。一種常見的軟電極是貼在膠布上的銀絲網電極。使用時，只需把銀絲網涂上導電膏后貼在所需的人體部位即可。另一種軟電極是在13um厚的，聚脂薄膜（Mylar）上鍍一層1um厚的氯化銀膜而制成的。整個電極的厚度僅為15um，質地十分柔軟。它適用于檢測、監護早產兒心臟變化功能。
6、干電極。干電極是利用固態技術，將放大器與電極組裝在一起所示。使用時不必涂上導電膏而波形又不失真，但必須要一個輸入阻抗很高（Zsr>109Ω）的前置放大器相匹配。
出于對本設計方案的綜合考慮，使用平板電極。
4）總體設計方案
在了解了心電信號的特點之后，綜合考慮諸如：環境干擾、電極選擇、心電導聯體系、本設計的預期目標、以及USB Startkit & Etherner Startkit的優勢，總體設計框圖如下：
硬件設計
心電信號輸入緩沖電路
圖二：心電信號輸入緩沖電路圖
心電信號從人體經電極首先進入緩沖電路，包括低通濾波和電壓跟隨兩部分。無源低通濾波的截止頻率為：
放大和右腿驅動電路
圖三： 放大和右腿驅動電路
由于心電信號具有微弱、低頻、不穩定、易受干擾等特點，使得心電信號的模擬放大環節非常關鍵，尤其是心電前置放大器直接跟被測信號相連，其設計和選擇直接影響整個測量系統的工作性能。這就要求所采用的放大器必須有低噪聲、低漂移、低失調參數、高共模抑制比、高輸入阻抗、非線性度小等特點。儀表放大器可以很好的滿足上述要求。
右腿信號采集電路專門用來消除由人體引入的共模干擾，又稱右腿驅動電路。該電路一般從前級放大電路的增益調節電阻處提取反饋信號，并將反饋信號輸入反向放大器的負端，放大后接到人體右腿。右腿驅動電路可等效為以人體為相加點的共模電壓并聯負反饋放大電路，它可以大大降低人體共模電壓的影響，使共模干擾降低到1%以下，而不會損失心電信號中的有效信號。
高通和低通濾波電路
圖四：高通和低通濾波電路
50Hz陷波電路
圖五：50Hz陷波器電路
導聯選擇
本設計采用模擬開關CD4051控制導聯通道切換。
軟件設計
本設計中軟件部分主要分為兩部分：一部分是PIC32進行信號采集和存儲部分，一部分是PC機信號處理部分。
信號采集和存儲流程圖
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