基于FPGA的ECG信号滤波与心率计算verilog实现,包含testbench

news2024/11/28 14:38:55

1.算法运行效果图预览

2.算法运行软件版本

3.部分核心程序

4.算法理论概述

4.1 ECG信号的特点与噪声

4.2 FPGA在ECG信号处理中的应用

4.3 ECG信号滤波原理

4.4 心率计算原理

4.5 FPGA在ECG信号处理中的优势

5.算法完整程序工程

1.算法运行效果图预览

其RTL结构如下：

2.算法运行软件版本

vivado2019.2

3.部分核心程序

...................................................................

//调用心率数据
ECG_data ECG_data_u(
    .i_clk (i_clk), 
    .i_rst (i_rst), 
    .o_data(o_data)
    );


//low filter
wire signed[31:0]w_channel_output1;

fir_lower fir_lower_u(
	.aresetn            (~i_rst), // input sclr
	.aclk               (i_clk), // input clk
	.s_axis_data_tvalid (1'b1), // output rfd
	.s_axis_data_tready (),
	.s_axis_data_tdata  ({o_data[11],o_data[11],o_data[11],o_data[11],o_data}), 
    .m_axis_data_tvalid (), 
	.m_axis_data_tdata(w_channel_output1) // output [24 : 0] dout
);
assign o_data_filter1=w_channel_output1[25:10];

//high filter//这里和论文不一样，我再增加一个高频滤波
wire signed[31:0]w_channel_output2;
fir_higher higher_filter_u(
	.aresetn            (~i_rst), // input sclr
	.aclk               (i_clk), // input clk
	.s_axis_data_tvalid (1'b1), // output rfd
	.s_axis_data_tready (),
	.s_axis_data_tdata  ({o_data_filter1}), 
    .m_axis_data_tvalid (), 
	.m_axis_data_tdata(w_channel_output2) // output [24 : 0] dout
);
	
assign o_data_filter2=w_channel_output2[25:10];

//平均滤波
avg_filters avg_filters_u(
    .i_clk       (i_clk), 
    .i_rst       (i_rst), 
    .i_data      (o_data_filter2), 
    .o_avg_filter(o_data_avgfilter)
    );


//===============================================================
wire[15:0]o_pv2_1;

dyn_lvl dyn_lvl_u(
    .i_clk   (i_clk), 
    .i_rst   (i_rst), 
    .i_agcamp(16'd1500), 
    .i_pv2_1 (o_pv2_1), 
    .o_lvl   (o_lvl)
    );



find_heart_max find_heart_max_u(
    .i_clk      (i_clk), 
    .i_rst      (i_rst), 
    .i_lvl      (o_lvl), 
    .i_peak     (o_data_avgfilter), 
	 
    .o_pv2_1    (o_pv2_1), 
    .o_idx_1    (o_idx_1), 
    .o_delay_cnt(o_delay_cnt), 
    .o_syn      (o_syn), 
    .curr_state (), 
    .cnten      (), 
	 
    .cnt0       (), 
    .cnt1       (), 
    .cnt2       (), 
    .cnt3       (), 
    .cnt4       (), 
	 
    .max_1      (), 
    .max_2      (), 
    .max_3      (), 
    .max_4      ()
    );

assign o_peaks = o_pv2_1;

//计算心率
heart_rate_cal heart_rate_cal_u(
    .i_clk(i_clk), 
    .i_rst(i_rst), 
    .i_heart    (o_syn), 
    .o_heartrate(o_heartrate), 
    .o_heartcnt (o_heartcnt)
    );





endmodule
37_006m

4.算法理论概述

心电图（ECG）是医学领域中常用的一种无创检测技术，用于记录和分析心脏的电活动。由于ECG信号微弱且易受到噪声干扰，因此在采集和处理过程中需要进行滤波以提取有效信息。同时，根据滤波后的ECG信号，可以进一步计算心率等生理参数。现场可编程门阵列（FPGA）以其并行处理能力和可重构性，在ECG信号处理中发挥着重要作用。