脑电是一种微弱的生物电信号，是脑神经细胞传导信息时在大脑皮层或头皮表面电活动的总体反映。脑电信号一般是通过放置在头皮的电极来获取，然后通过电极导联耦合到差动放大器的输入端进行放大，最后由脑电记录设备记录其波形以便对脑电信号做进一步的分析处理。 本论文介绍了脑电信号的获取、放大、采集、显示以及记录的软硬件设计以及对脑电信号的分析处理。 在第一章中主要介绍了脑电的基本知识与分类，从波形频率上对脑电信号的特点作了详细阐述，接着对脑电电极的安装方法及其导联方式作了具体介绍。为了选择一种合理的设计方案，在第二章根据总体设计方案对方案中的各部分在设计思路上作了探讨。首先将其分解为模拟和数字两大部分，接着根据脑电信号的特点对模拟电路中的信号调理方法作了详细的论证，然后以FPGA为核心，对信号的采集、显示以及与上位机的通信方式给出了基本的设计思路。 第三章介绍了放大电路的设计与实现。脑电信号是微伏级信号，必须经过适当的放大满足采集电路的要求，因此将其进行三级放大，对每部分电路采取的放大方式、增益作了分析计算，并通过仿真将设计结果进行验证。 脑电信号是一种微弱的电信号，极易受到干扰。因此在第四章中对脑电信号的滤波作了详细介绍。首先通过高通滤波和低通滤波将脑电信号频率范围外的信号滤除，然后对产生干扰最严重的50Hz工频使用陷波器将其去除。设计时对每一部分作了详细的理论计算，并对仿真的结果作了说明。最后将放大与滤波联合起来进行仿真和实测，分析整体滤波放大器设计的性能。 考虑到后级会对前级的信号产生干扰，在第五章中介绍了如何进行隔离。设计中使用了光隔电路对前后级实行隔离，详细分析了反馈型光电隔离器的工作原理及调节方法。对可能出现的负极性信号使用了箝位电路进行了极性转换，并对转换的结果进行了仿真。 经过转换的信号进入采集电路进行采集，在第六章介绍了如何选择合适的采集芯片及与FPGA的连接，以及如何使用FPGA控制采集。经采集的数字信号可以经过一定的处理再送给其它电路，故在第七章中在介绍FPGA的基础上讲述了如何在FPGA上实现数字滤波器的设计。 经过处理的一路信号送给液晶作显示，另外一路则送给计算机作数据保存。在第八章中介绍了如何使用液晶对采集的波形进行显示。首先阐释了点阵液晶的结构、与FPGA的连接方法及工作时序，然后接着说明液晶显示动态波形的基本原理，最后编写程序实现点阵波形在液晶上显示。为了保证图形的稳定，文章也介绍了如何使用键盘控制液晶的显示时序。 第九章对使用USB接口实现FPGA与计算机实现双向通信作了介绍，在了解USB结构及与FPGA连接的基础上，首先研究如何实现FPGA对USB的控制实现数据的收发，然后编写上位机程序实现计算机对USB接口数据收发的控制。最终实现将FPGA采集的数据送给计算机保存。 最后，对设计中存在的一些问题及需要进一步改进的地方做了简要的阐述。
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