对ECG信号采集采用模块化的设计方式，主要由前端的导联传感器、信号滤波放大调理电路和A/D采样电路组成。人体心电信号的主要频率范围为0.05～100Hz ,幅度约为0～4mV, 信号十分微弱。同时心电信号中通常混杂有其它生物电信号，加之体外以50Hz工频干扰为主的电磁场干扰，使得心电噪声背景较强，测量条件比较复杂。因此器件的选择显的非常重要，要求器件误差要很小，且工作性能稳定。综合考虑，本设计心电信号采集调理模块大部分元器件选用村田制作所的。
首先心电导联采集过来的微弱心电信号通过前置放大电路进行放大，此部分包括右腿驱动以抑制共模干扰、屏蔽线驱动以xx引线干扰，增益设成10倍左右。设计前置放大电路主要采用美国模拟器件公司生产的医用放大器AD620与村田制作所的电阻与电容。AD620由传统的三运算放大器发展而成，为同相并联差动放大器的集成。其具有电源范围宽（±2.3～±18V） ,设计体积小，功耗低（{zd0}供电电流仅1.3mA） 的特点，因而适用于低电压、低功耗的应用场合。此外还具有有较高的共模抑制比，温度稳定性好，放大频带宽，噪声系数小等优点。同时该部分还选用了村田制作所的误差范围在0.1%的ERJM1系列精密电阻和容量范围在0.3pF～100uF的GRM系列电容。放大后的信号经滤波、50Hz陷波处理后再进行二次放大，后级增益设成100倍左右。其中高（低）通滤波电路电阻选用村田的精密电阻，电容选用低ESL系列电容，其范围和精度满足滤波要求。陷波电路电阻选用ERJM1系列精密电阻，电容采用LLL系列低ESL宽幅型电容。由于ECG信号幅度{zd0}就几mV，而A/D转换中输入信号的幅度要求在1V以上，所以总增益设成1000倍左右。其中，滤波采用压控电压源二阶高（低）通滤波电路，用于xx0.05Hz~100Hz频带以外的肌电等干扰信号，工频中的其余高次谐波也可被滤除掉。同时，采用有源双T带阻滤波电路进一步抑制50Hz工频干扰。
在自TLC549的I/O CLOCK端输入8个外部时钟信号期间需要完成以下工作：读入前次A/D转换结果；对本次转换的输入模拟信号采样并保持；启动本次A/D转换。则一路采集时间为：0.5us×（3＋8×2＋1）＝10us，而芯片转换时间小于17us，则整个过程时间花费为27us。为了有效的利用该控制器，在一路A/D转换期间，同时进行另外一路A/D采样，这样就可以在40us时间内完成对四路信号的采集，大大提高了工作效率。同时，设计中还加入了一个FSM信号来控制采样时间，从而适应不同频率信号的采样频率。以下是AD芯片的时序仿真图：
Din 为采集数据的串行输入，时钟由系统时钟通过分频系数得到。设计中，设置了fsm作为采样控制时钟，这样可以根据需要来调整采样速率。由于进行一次AD采样的时间很短，无论采用查询还是中断直接读取都是不现实的，这就需要利用缓冲设计，通过把N次转换的数据暂存在缓冲存储器中来降低中断次数。为了取得连续和正确的采集数据，实现无缝缓冲，鉴于FPGA设计的灵活性，本设计采用了双缓冲存储的乒乓操作结构。本设计通过将AD采样时序控制器交替存储在两个512Byte的双口RAM（DPRAM）中实现数据的缓存，当其中一个DPRAM1存储满后即转为存储到另一个DPRAM2中并产生一次中断，这样在控制器写数据到DPRAM2中时系统将有非常充足的时间将DPRAM1中的数据取出。
为了能够直观的显示出采集的心电波形，需要显示设备的支持。本设计采用的LCD面板是TFT 320*240 LCD。该LCD模块没有显示控制器，因此需要设计显示控制器IP核来驱动LCD面板。本设计实现的显示控制器IP核采用Verilog HDL设计，支持多种颜色模式，包括18bpp、16bpp、8bpp和自定义模式。图像存储器lcd_fifo是采用片内FIFO，可以根据需要进行调整。256色的颜色查找表采用片内RAM来存储。图像信息能够通过Avalon总线主端口写入的突发块传输方式进行传输，利用DMA从内存中自动读取，在SDRAM图像存储器image_ram与片上图像数据缓存器lcd_fifo之间建立了一条专用DMA通道，该控制器结构如下图4：
时序模块：严格按照LCD的时序编写，其中LCD时钟为5M。通过控制数据使能信号启动lcd_fifo数据输出，逐行扫描显示。同时，设计该模块时，在数据有效信号（DE）有效前，须检查lcd_fifo中是否存有数据，以确定是否进行数据读取和传输；须进行调色板模式设置，在帧传输过程中需要进行模式锁定，以免出现传输错误；须根据不同bpp模式，确定不同的读取时间段，18bpp每次都读取，16bpp间隔1次读取，8bpp间隔4次读取。
本设计选用SD卡作为外接存储硬盘。SD存储卡具有大容量、高性能、安全性好等特点的多功能存储卡，被广泛用于数码相机、掌上电脑和手机等便携式设备中。SD卡上所有单元由内部时钟发生器提供时钟，接口驱动单元同步外部时钟的DAT和CMD信号到内部所用时钟。SD卡有两种通信协议，即SD通信协议和SPI通信协议，与SPI通信协议相比，SD通信协议的{zd0}优点是读写速度快，单根数据线理论上可以达到25MB/秒，四线传输可以达到100M/s，本设计采用的是四线SD通信协议。
为了实现远程的数据交换，本系统采用以太网络进行数据传输。设计采用DM9000A作为以太网控制。DM9000A是DAVICOM公司的一款高速网络控制器，具有通用处理器接口、一个10/100M PHY和4K字节的SRAM。为了实现数据的网络传输，设计需要完成的任务有：在NiosII上移植了uClinux操作系统、完成网络底层驱动程序的设计、基于网络协议的应用程序开发。其中在NiosII上移植了uClinux操作系统的工作已经完成[4]，因此本设计的关键任务是完成网络驱动程序设计与应用程序开发。
心电信号采集调理模块是自行设计的采集板，主要测量参数为前置放大器的通道带宽、放大能力和陷波特性。经测试，测试信号在1--1KHz的频带带宽内放大增益基本稳定在12.1dB，即其通道带宽能≥ 1kHz；在频率为20Hz和50Hz时，放大器对40--800mV信号的放大能力增益并无明显变化，基本稳定在11.7 dB--13.1 dB；同时，陷波器在对50Hz信号滤波时能将放大增益控制到0.5 dB以下。因此，基于心电信号的特点所设计的采集调理模块能稳定的获得人体的心电信号。
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