NI平台在医学电子仪器课程设计中的应用

沈晓燕，章国安，张士兵

(南通大学电子信息学院，江苏南通 226019)

“医学电子仪器原理与设计”是工科生物医学工程专业的一门重要的专业课程［1］，其课程设计是加强专业实践，培养学生运用理论知识解决医学电子仪器设计中的实际问题，提高设计技能和培养学生创新能力和综合实践能力的重要环节。

NI公司的电子学教育平台(以下简称 NI平台)，可应用于“医学电子仪器原理与设计”的课程设计中。该平台包括Multisim 11.0软件和ELVIS虚拟仪器教学实验套件。ELVIS是NI公司于2004年推出的一套基于LabVIEW设计和原型创建的实验装置。是一个将硬件和软件组合成一体的完整的虚拟仪器实验教学套件，主要包括数据采集硬件和LabVIEW测量软件。该装置集成了多个实验室通用仪器的功能，实现了教学仪器、数据采集和实验设计一体化，可以进行电子线路设计、信号处理及系统分析与设计［2］。

1 基于NI平台的课程设计流程

基于NI平台的课程设计硬件需要一台可运行LabVIEW的计算机、一根电缆和集成了多功能数据采集卡NI ELVIS的教学实验操控工作台;软件则包括LabVIEW开发环境和一个基于LabVIEW设计虚拟仪器软件包。基于NI平台的医学电子仪器课程设计一般包括以下几个环节。

(1)学习和熟悉使用NI平台;

(2)学生根据设计要求，通过查阅资料确定总体设计方案，确定电路结构，选择合适的元器件，估算元器件的相关参数，并利用Multisim仿真软件画出电路原理图;

(3)进行原理图仿真，根据仿真结果和系统性能指标微调元器件参数;

(4)根据仿真分析电路图，领取电路用元器件，在ELVIS提供的面包板上搭建电路，用LabVIEW虚拟仪器对电路进行性能测试;

(5)撰写医学电子仪器课程设计报告;

(6)参加答辩。

2 带通滤波器设计举例

带通滤波器是生物医学电子仪器设计中的重要环节，直接关系到能否有效采集到期望的生物电信号。如生物神经峰电位信号的频率范围是50Hz-10kHz，所以在神经信号采集系统中有必要设计一个通带范围为50Hz-10kHz的带通滤波器。

我们采用如下的设计步骤。

(1)确定一个高通滤波器和一个低通滤波器电路结构，并通过理论计算初步确定元器件参数;

(2)利用Multisim创建带通滤波器电路图。平台的显示屏幕上方是元器件模型库，右侧是仪器仪表库，屏幕中央用于创建电路图。将元器件从元件模型库中拖至屏幕中央，连接形成电路图。再加上从仪器表库选出的输入信号源、监测示波器和观察带宽的波特仪。带通滤波器电路如图1所示;

图1 Multisim中带通滤波器电路图

(3)设置信号发生器中正弦信号的幅值和频率参数(如图2a)，用示波器查看仿真输出波形(如图2b)，用波特仪测带通滤波器的频率响应特性曲线(如图2c)。验证元器件参数设置是否合理，使得带通频率范围为50Hz-10kHz;

图2 Multisim中带通滤波器仿真设置及结果

(4)列出原器件清单，在ELVIS提供的面包板上搭建硬件电路。对电路进行性能测试的结果如图3所示。

图3基于LabVIEW的频率特性测试结果

3 结语

本文介绍NI平台可帮助学生高效、快速进行电路分析与设计。该平台与其他EDA仿真不同的是，既可避免只用硬件不用仿真技术造成的设计周期长，也避免了只用仿真技术不做实际电路造成的脱离实际的缺点。

［1］ 余学飞，医学电子仪器原理与设计［M］.广州，华南理工大学出版社，2000:14-68

［2］ 杨智，袁媛，贾延江.虚拟仪器教学实验简明教程—基于Lab-VIEW的NI ELVIS［M］.北京:北京航天航空大学出版社，2008.3