基于AD574A的脑电信号采集及在线仿真 - FPGA/ASIC技术 -

一、引言

脑电信号EEG（Electroencephalogram）是一种微弱的低频生理信号。它由脑部神经活动产生的自发性电位活动，含有非常丰富的大脑活动信息，是进行临床脑疾病诊断的一种重要方法，因此获取脑电信号具有重要的现实意义。目前的大多数脑电信号采集系统均采用单片机作为控制器，由于脑电信号是毫伏级或微伏级的信号，精度较低。本文根据脑电信号的特点，将电极采集到的模拟信号经信号调理后，采用FPGA芯片EP2C8Q208C8来控制AD574A的转换，给出了硬件连接电路和软件实现，并且在QuartusII9.0中进行仿真验证，从而提高系统的可靠性和通用性，具有实际应用参考价值。

二、脑电信号采集系统概述

脑电信号监测在临床疾病诊断中具有一定的应用价值。系统首先采用电极获取大脑皮层的电信号，再通过信号调理电路进行处理，然后以FPGA为核心控制AD574A进行模数转换与存储，最后对采集的信号作进一步的算法分析，并实现与上位机的通信从而实现在线监测。系统的结构框图如图1所示。

三、系统硬件设计

系统的硬件电路包括信号放大和滤波电路，A/D转换电路，FPGA控制电路，FPGA与PC机通信电路构成。本文主要介绍采用FPGA来控制AD574A的采样过程。

1、AD574A简介

AD574A是一种高速12位逐次比较型模数转换器，它由美国AD公司推出，内置混合集成转换芯片，具有外接元器件较少、低功耗、高精度等优点，还具有自动校零和极性转换功能。其主要特性表现为：分辨率12位；非线性误差小于±1/2LBS或±1LBS；转换时间25μs；模拟输入电压有0~10V、1~20V、0~±10V和0~±5V四种；电源电压为±15V和15V；数据输出12位或8位；可工作在全速工作和单一工作两种模式下。

AD574A的逻辑控制真值表和工作时序图分别如表1和图2所示。由图表可知AD574A的工作过程包括：启动转换和读出数据。

进行启动转换时，先令CS/=0、CE=1，根据所需转换的位数A0取1或0，然后使R/C＝0，转换开始。转换完成时，STS由高电平变为低电平。通过读入STS的状态，判断转换是否完成。进行数据输出时，先根据输出数据的方式，来确定是接高电平还是低电平；接着令CE=1、CS/＝1、R/C=1，确定A0的取值。如果分两次输出12位数据，A0为0时输出高8位，A0为1时输出低4位；如果是12位并行输出，A取值任意。

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