基于FPGA的數字式心率計

　　測量心率有模擬和數字兩種方法。模擬方法是在給定的時(shí)間間隔內計算R波（或脈搏波）的脈沖個(gè)數，然后將脈沖計數乘以一個(gè)適當的常數測量心率的。這種方法的缺點(diǎn)是測量誤差較大、元件參數調試困難、可靠性差。數字方法是先測量相鄰R波之間的時(shí)間，再將這個(gè)時(shí)間轉換為每分鐘的心跳數測量心率的。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是測量精度高、可靠性好，并且能同時(shí)測量瞬時(shí)心率和平均心率。用數字方法測量心率的電路又分為兩種類(lèi)型：一種是使用一個(gè)可預置的計數器實(shí)現現除法電路；另一種是通過(guò)自動(dòng)下降的時(shí)鐘頻率測量相鄰R波之間的時(shí)間。   

　　本心率計在數字式心率計的基礎上，采用FPGA和VHDL語(yǔ)言實(shí)現，減少了元器件使用數量，提高了測量精度和可靠性。該電路能夠實(shí)時(shí)采集并測量人體心跳的瞬時(shí)和平均心跳速率，判斷并顯示心率狀態(tài)（即心跳是否正常、是否過(guò)快或過(guò)慢、是否有心率不齊現象）。如果心率過(guò)快或過(guò)慢或者有心率不齊現象，那么將用不同顏色發(fā)光管進(jìn)行閃爍報警顯示。

1 測量方法及電路組成

　　1．1 測試方法

　　如上所述，采用數字方法測量瞬時(shí)心率（Intantaneous Heart Rate,IHR）時(shí)，先測量?jì)上噜廟波之間的時(shí)間（即心率周期），再將這個(gè)心率周期轉換為每分鐘的心跳數。如圖1所示，設心率周期為T(mén)秒，則瞬時(shí)心率的計算公式為IHR=60/T。如果用頻率為f0的時(shí)鐘脈沖作為測量時(shí)間基準，在T秒時(shí)間內對時(shí)鐘脈沖計烽，并設計數值為N，則T=N/f0秒，故瞬時(shí)心率的計算公式為IHR=60f0/N。當f0=1kHz時(shí)，IHR=60