TESIS FINALIZADA

5/15/2018 TESIS FINALIZADA - slidepdf.com

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DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN

SISTEMA PARA LA DETECCIÓN

DE SEÑALES

ELECTROMIOGRÁFICAS

TESIS

Presentada por:Irving Aaron Cifuentes González

En opción al título de:

Licenciado en Ingeniería en Computación

Asesor:

Dr. Francisco José Heredia López

Mérida, Yucatán, Septiembre 2010



RESUMEN

Este trabajo presenta el diseño y construcción de un sistema para la

adquisición de señales electromiográficas provenientes de los músculos

bíceps y tríceps, así como la metodología seguida para obtener los

resultados obtenidos. La finalidad del trabajo consiste en plantear la

primera etapa para la construcción de un sistema de prótesis mioeléctrica

que pueda reconocer los potenciales de acción generados por los

músculos y mediante un algoritmo de aprendizaje como el de las redes

neuronales, sea capaz de reconocer los potenciales de disparo de

Electromiografía y catalogarlos como alguno de los movimiento del brazo.

I



DEDICATORIA

Esta Tesis se la dedico a mis padres:

Ana Gabriela González Salazar

José Guadalupe Cifuentes Kú

II



AGRADECIMIENTOS

Primeramente agradecer a Dios por estar conmigo en cada momento y

por haber dado una maravillosa familia, por darme salud, bienestar y

consuelo en tiempos difíciles.

Seguidamente agradezco a mi familia por estar a mi lado y apoyarme

siempre, por ser mi soporte y motivación. A mi Madre por todos los

sacrificios hechos para protegerme y asegurarse que tenga educación,

por cuidarme y darme todos los valores que tengo; A mi Padre por todos los esfuerzos hechos para lograr que no nos falte nunca lo indispensable

y por todos sus sabios consejos. Gracias por todo, ni con una vida

completa podría pagarles por todo lo que hicieron y hacen por mí,

Muchas gracias, saben que los quiero mucho y que siempre están en mi

corazón. A mis hermanitos, abuelas, abuelos y tías por todo su cariño y

su apoyo incondicional.

A mi asesor F.J.H.L. y profesores por compartir parte de sus

conocimientos y experiencias, así como también a mis amigos y en

especial a mi mejor amiga L.P.D.C por apoyarme y ayudarme

incondicionalmente cuando lo necesitaba.

Aaron

III



TABLA DE CONTENIDO PAG.

1. INTRODUCCION……………………………………………………...1

2. MARCO TEORICO……………………………………………………2

2.1 ELECTRODOS...................................................................5

2.2 ELECTROMIOGRAFÍA………………………………………6

2.2.1 ELECTROMIOGRAFÍA INVASIVA…………………7

2.2.1.1 ELECTRODOS DE AGUJA………………..8

2.2.2 ELECTROMIOGRAFÍA SUPERFICIAL……………92.2.2.1 ELECTRODOS SUPERFICIALES……....10

2.2.3 LOCALIZACIÓN DE LOS ELECTRODOS,FORMA, TAMAÑO, DISTANCIA INTER-ELECTRODOY MATERIAL………………………………………………13

2.3 FUNDAMENTOS ELECTRÓNICOS………………………16

2.3.1 AMPLIFICADOR OPERACIONAL………………..16

2.3.1.1 LA CONFIGURACIÓN INVERSORA…....17

2.3.1.2 CONFIGURACIÓN NO INVERSORA…...18

2.3.1.3 EL SEGUIDOR DE VOLTAJE……………19

2.3.1.4 AMPLIFICADOR DIFERENCIAL………...19

2.3.1.5 RECTIFICADOR DE MEDIA ONDA DEPRECISIÓN…..…………………………………….20

2.3.1.6 CIRCUITO COMPARADOR……………...21

2.3.1.7 CIRCUITO INTEGRADOR……………….22

2.4 EL ELECTROMIÓGRAFO………………………………....23

2.4.1 ETAPA DE PRE AMPLIFICACIÓN……………….24

2.4.2 ETAPA DE FILTRADO………………………….....25

IV



2.4.3 CONVERSIÓN ANÁLOGA DIGITAL…………......26

3. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA……………………………..27

4. OBJETIVO DE LA TESIS………………………………………......28

5. METODOLOGIA……………………………………………………..28

5.1 DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DEL PROTOTIPOPARA LA ADQUISICIÓN DE SEÑALESELECTROMIOGRÁFICAS CON FUENTEBIPOLAR……………………………………..............................29

5.1.1 ELECTRODOS……………………………………..30

5.1.2 ETAPA DE PRE AMPLIFICACIÓN……………….32

5.1.3 ETAPA DE FILTRADO………………………….....37

5.1.4 ETAPA DE AMPLIFICACIÓN FINAL……………..42

5.1.5 ETAPA DE RECTIFICACIÓN DE MEDIA

ONDA...………………………………………………….....42

5.1.6 ETAPA DE PULSOS CUADRADOS……………..44

5.2 CONSTRUCCIÓN DEL CIRCUITO IMPRESO…………..465.3 CAPTURA DE REGISTROS DE EMG……………………47

5.4 RESULTADOS……………………………………………….49

5.6 DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DEL

PROTOTIPO DE ADQUISICIÓN DE EMG DE

UN SOLO CANAL LVTTL…...................................................53

5.6.1 ELECTRODOS……………………………………..56

5.6.1.1 CONSTRUCCIÓN…………………………56

5.6.1.2 MONTAJE Y UBICACIÓN………………..58

5.6.2 GANANCIAS………………………………………..59

5.6.3 ETAPA DE PRE AMPLIFICACIÓN……………....60

V



5.6.3 ETAPA DE FILTRADO…………………………….67

5.6.4 ETAPA DE AMPLIFICACIÓN FINAL……………..69

5.6.5 ETAPA DE RECTIFICACIÓN DE MEDIA

ONDA……………………………………………………….70

5.6.6 PULSOS DIGITALES……………………………....71

5.6.7 CONVERSIÓN ANALÓGICA DIGITAL…………..74

5.6.8 PROGRAMA EN ENSAMBLADOR……..………..79

5.6.9 PROBANDO EL CONVERTIDOR

ANALÓGICO DIGITAL DEL PIC………………………...80

5.6.10 RESULTADOS…………………………………….86

5.7 DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DEL PROTOTIPO

DE ADQUISICIÓN DE EMG DE DOS CANALES.………......91

5.7.1 RESULTADOS……………………………………...94

6. DISCUSION DE LOS RESULTADOS……………………………..95

7. CONCLUSIONES……………………………………………………96 8. TRABAJO FUTURO…………………………………………………97

9. BIBLIOGRAFIA………………………………………………………98

10. APENDICE I……………………………………………………….100

VI



LISTA DE TABLAS PAG.

TABLA 1. Fuentes de señales bioelestricas sensadas porelectrodos……………………………………………………5

TABLA 2. Tabla comparativa del desempeño de variosbioelectrodos………………………………………………12

TABLA 3. Tabla comparativa de los amplificadores deinstrumentacion usados en el prototipo…………………53

TABLA 4. Tabla comparativa de los amplificadores deoperacionales usados en el prototipo………………......54

TABLA 5. Principales caracteristicas de los amplificadores deauto zero usados en el prototipo………………………...54

TABLA 6. Valores de resistencias y capacitores del INA326…….61

TABLA 7. Principales caracteristicas del PIC16687……………….75

TABLA 8. Carcteristicas del reloj para el ADC……………………..77

TABLA 9. Precios de algunos componentes usados en el

prototipo…………………………………………………….96

VII



1

1. INTRODUCCION

La ingeniería biomédica es una vertiente de las ciencias exactas que incluye el

estudio, desarrollo e innovación de tecnologías para fines médicos, de terapia o

rehabilitación así como técnicas de administración de recursos hospitalarios. Es

dentro de esta disciplina que se encuentra inmerso el desarrollo de interfaces

mioeléctricas; una interfaz mioeléctrica es un dispositivo electrónico que hace uso

de señales biológicas producidas por los músculos del cuerpo, las cuales son

procesadas por circuitos electrónicos y traducidas para recrear la acción de algún

miembro funcional. Hoy en día el desarrollo de estos dispositivos va en ascenso, y

su uso ya no solo se centra en el desarrollo de aplicaciones terapéuticas y de

rehabilitación, tal es el caso de las prótesis mioeléctricas, las cuales se utilizanpara suplir la perdida de algún miembro, principalmente de brazos, manos o

piernas; estas nuevas tendencias están orillando el desarrollo de interfaces

mioeléctricas para el uso diario, ya sea para facilitar la vida diaria o también para

usos de recreación y entretenimiento; por ejemplo el uso de dispositivos

mioeléctricos en videojuegos o para en un futuro no muy lejano reemplazar

dispositivos de entrada salida de una PC como el mouse o el teclado.

Debido a esto surge la idea de desarrollar una interfaz robusta capaz de

monitorear las acciones producidas por un grupo muscular para posteriormente

tener una aplicación final en el campo de las prótesis inteligentes. Este trabajo

presenta el diseño y construcción de una interfaz que procesa las señales

mioeléctricas para diferentes grupos musculares, el cual puede ser usado para

construir prótesis autoajustables, interfaces para la ejecución de tareas sin

contacto directo por parte del operador o sistemas de simulación y animación en

3D.



2

2. MARCO TEORICO

La electricidad se encuentra presente de muchas formas en la naturaleza, de tal

forma que el cuerpo humano no es la excepción, en él podemos encontrar

pequeños impulsos eléctricos mediante los cuales se llevan a cabo funciones

importantes del organismo: latir del corazón, respirar, pensar, el fenómeno de la

vista etc. Uno de los primeros en contribuir en el campo de la actividad eléctrica en

el cuerpo fue Luigi Galvani[18] , quien en 1786 descubrió la electricidad animal en

una extremidad de rana haciendo pasar corriente eléctrica en los nervios de la

extremidad y se percató que se producía un movimiento como respuesta al

estimulo eléctrico.

Las funciones realizadas por el cuerpo humano son llevadas a cabo a través de

impulsos eléctricos, estos impulsos son el resultado de la acción electroquímica de

ciertos tipos de células, las cuales generan la diferencia de potencial mediante

partículas ionizadas tales como iones de potasio, calcio, así como la

despolarización de sus membranas celulares [2]. Muchos de estos intercambios de

potenciales tienen lugar en el cerebro, el cual envía la orden en forma de impulsos

electicos, los cuales son transportados a otra parte del cuerpo a través de losnervios [2]. El sistema nervioso se divide en sistema nervioso central y sistema

nervioso periférico; el sistema nervioso central está formado por el cerebro y la

espina dorsal, mientras que el periférico lo conforman los nervios periféricos y sus

terminaciones motoras [4]. La unidad básica del sistema nervioso es la neurona; la

neurona es una célula especializada en recibir y transmitir impulsos eléctricos

denominados potenciales de acción (Figura 1), estas descargas eléctricas viajan

atreves de la membrana celular y es el principal medio de comunicación entre

tejidos y células dentro del cuerpo humano [2].



3

La comunicación entre neuronas es realizada a través de extensiones celulares

llamadas dendritas, la unión celular entre dendritas es conocida como sinapsis [4].

Existe un tipo de neuronas especializadas que conforman el sistema motor

humano, estas neuronas reciben el nombre de motoneuronas; las motoneuronas

son las encargadas de mandar y recibir impulsos eléctricos desde la espina dorsal

hasta las fibras musculares [2]. El sistema músculo-esquelético está formado

principalmente por motoneuronas, fibras musculares, músculos y el esqueleto, juntos proveen soporte al cuerpo y la capacidad de realizar movimientos [4]. En el

músculo podemos distinguir entre 2 unidades principalmente, la unidad anatómica

y la unidad funcional; la primera es la llamada fibra muscular, mientras que la

segunda recibe el nombre de unidad motora. La unidad motora (UM) (Figura 2) [18]

es un grupo de fibras musculares inervado por una sola neurona motora. Realizar

un simple movimiento requiere la intervención de muchas neuronas tanto

sensoriales como motoras, que trabajando en conjunto logran ejecutar la acciónindicada; el funcionamiento es el siguiente: se genera la orden en el cerebro en

forma de un impulso eléctrico; este impulso viaja a través de la espina dorsal y

llega hasta las motoneuronas responsables de inervar el músculo que realizará la

acción estimulando las fibras musculares, produciendo así la expansión o inhibición

del músculo. Cabe mencionar que para realizar un movimiento complejo, digamos

la extensión o flexión del brazo, intervienen muchas motoneuronas, y no puede

lograrse solo estimulando un solo músculo, el cual está ligado a más de una UM(Figura 3).



4



5

2.1 Electrodos

La manera de obtener información acerca de nuestro entorno y transferirla a algún

aparato electrónico se lleva a cabo mediante un transductor, un transductor es un

dispositivo capaz de transformar un tipo de energía de entrada a otro tipo de

energía de salida. En el campo de la bioelectricidad los transductores utilizados

son llamados electrodos; los electrodos hacen una transferencia iónica del tejido

vivo del cuerpo hacia un dispositivo electrónico, el cual se encarga de procesarla

para posteriormente obtener información útil de la medición [20]; entre las señales

biológicas más estudiadas y registradas se en encuentran las Electrocardiográficas

(ECG), Electroencefalográficas (EEG), electromiográficas (EMG), por citar algunas.

(Tabla 1). Para el registros de estas señales se suelen utilizar principalmente dos

tipos de electrodos, los electrodos de superficie y los electrodos invasivos; los

electrodos de superficie son colocados en la superficie de la piel y son capaces de

tomar registros poblacionales de la actividad bioeléctrica [17]; mientras que los

electrodos invasivos son insertados en el tejido para tomar directamente la

diferencia de potencial existente entre la membrana celular y la piel [17].



6

2.2 Electromiografía

Una de las principales técnicas para adquirir información del cuerpo es la

electromiografía. La electromiografía (EMG) es el estudio de los potenciales

eléctrico generados por los musculas durante el movimiento. H. Piper fue el primer

investigador en estudiar EMG en 1912 Alemania, construyó un prototipo basado en

un galvanómetro; en 1924 Gasser y Erlanger hicieron un estudio similar, pero

ahora utilizando un osciloscopio; cuatro años después Proebster observo las

señales producidas por la denervación de los músculos, abriendo así el campo de

la EMG clínica [18]. A partir de 1980 con la introducción de las computadoras se

pudieron realizar grandes estudios y descomposición de las señales EMG en

pocos segundos, unos de los pioneros en ello fueron LeFever y De Luca. [18].

Como la electromiografía tiene por objeto el estudio de la actividad muscular, no se

puede pasar por alto la actividad de las unidades motoras [2]; en una contracción

muscular voluntaria la fuerza es modulada por un serie de cambios en la frecuencia

de la actividad de las UMs, es decir, que la frecuencia de disparo de los

potenciales de las UMs depende de la fuerza aplicada y la velocidad de

contracción muscular. El espectro de frecuencia de las unidades motoras durante

una contracción muscular voluntaria o (MVC) puede apreciarse en la Figura 4

mientras que en la Figura 5 se aprecia la relación entre la contracción muscular

voluntaria y la señal electromiográfica de superficie [8]. En base a estas figuras, se

puede observar que la mayor cantidad de actividad electromiográficas está

presente alrededor de los 50Hz [18]. En una contracción del musculo esquelético,

los rangos de potenciales van desde los 50µV hasta los 5mV [17]. Existen dos

formas principales de registrar las señales electromiográficas; la electromiografía

de superficie o no invasiva y la electromiografía invasiva.



7

2.2.1 Electromiografía Invasiva

Entre la electromiografía destacan dos técnicas principales para la adquisición delos potenciales generados por las unidades motoras, estas técnicas son la

electromiografía invasiva y la electromiografía de superficie [17]. Los músculos del

cuerpo están conformados por varias moto neuronas, las cuales inervan una zona

especifica de las fibras musculares; la electromiografía invasiva se encarga de

obtener el registro del potencial generado por una unidad motora en particular; es

una técnica muy útil para diversas especialidades, sobre todo en rehabilitación,

medicina interna o traumatología, sirve para localizar el área lesionada,concretando si es un problema de una mano, brazo o pierna, o si es algo más



8

difuso, y definiendo si la lesión es de un músculo, nervio, tronco o raíz nerviosa, o

de más de uno [18].

2.2.1.1 Electrodos de aguja

Para medir los potenciales generados por las unidades motoras, la electromiografía

invasiva hace uso de electrodos de aguja; un electrodo de aguja consiste en una

delgada aguja de metal la cual es insertada en el musculo directamente. La Figura

(6) muestra distintos tipos de electrodos de aguja [18].

La amplitud de la señal registrada por los electrodos de aguja depende del área deregistro que ocupan, así como también de la distancia del electrodo a la fuente de

la señal (UM); siendo la amplitud más grande mientras el electrodo está más cerca

de la unidad motora; la amplitud disminuye mientras más lejano este el electrodo

de la fuente [18].

Debido a que la inserción de los electrodos de aguja es bastante dolorosa y

además requiere la supervisión médica, la electromiografía invasiva se limita a

usos clínicos y de carácter medico, principalmente es usada para diagnosticar



9

enfermedades motoras, esta característica hace difícil su uso en investigaciones

para el desarrollo de prótesis ya que muchas personas consideran muy molesto el

procedimiento de inserción.

2.2.2 Electromiografía superficial

La electromiografía de superficie o SEMG [18] es una técnica que se basa en el

uso de electrodos superficiales; estos electrodos son colocados directamente sobre

la piel del musculo del cual se quiere obtener información. La SEMG tiene la

peculiaridad de que los registros obtenidos mediante ella muestran actividad

poblacional de las unidades motoras, esto es debido a que los electrodos, al estar

en la superficie del musculo, no son capaces de captar la señal de una sola unidad

motora, sino que por el contrario, captan la información de varias UMs [17]. Es por

esta razón que esta técnica no es muy utilizada para diagnósticos médicos muy

precisos. Por otro lado el uso de los electrodos superficiales es mucho más

adecuado para el estudio del comportamiento promedio de la actividad eléctrica de

un musculo o grupo de músculos, lo cual es muy utilizado para detectar fatiga

muscular y para monitoreo del rendimiento de deportistas; la SEMG es la técnica

que se utiliza principalmente para el desarrollo de prótesis mioeléctricas, donde el

uso de los electrodos de aguja no sería muy cómodo para el paciente. Gracias a

las aportaciones de De Luca [18], se abrió el campo de la descomposición y

detección de señales de EMG superficiales, ya que fue el pionero en sugerir el

estudio de la electromiografía en potenciales de acción unitarios. Figura (7).



10

2.2.2.1 Electrodos superficiales

Los electrodos superficiales son colocados sobre la piel, estos electrodos son

principalmente superficies de metal, sin embargo, debido al estar en contactodirecto con la piel hay que tomar ciertas consideraciones[18]: la piel es un tejido

conductivo cuyo material intracelular y extracelular está compuesto de soluciones

electrolíticas, en la cual la corriente es transportada por iones; mientras que el

metal es un material altamente conductivo, en el cual la corriente es transportada

por electrones, en consecuencia, la interfaz electrodo piel es en sí muy ruidosa[18].

Existen varios tipos de electrodos de superficie, estos se dividen principal mente en

dos grandes grupos: electrodos secos y electrodos húmedos [21]. Los electrodos

húmedos son aquellos en los que entre la placa de metal y la piel se encuentra una

substancia electrolítica o gel conductor [17], esto se hace con el fin de minimizar el

ruido intrínseco que se genera entre el contacto de la piel y el metal, este gel

conductor mejora la conductividad y el flujo de la corriente.



11

Los materiales de los que se constituyen la mayoría de los electrodos de superficie

son muy variables, entre ellos están la plata, el oro, acero inoxidable, platino entre

otros. En cuanto a los electrodos secos, A. Searle y L. Kirkup [21] realizaron untrabajo de comparación entre electrodos secos construidos, tomando como

antecedentes los trabajos de varios autores que ya habían desarrollado electrodos

secos (Tabla 2). El experimento consistió en ensamblar tres arreglos de electrodos

secos de metales diferentes (aluminio, acero inoxidable y titanio) y fueron

comparados contra los electrodos húmedos de Ag/AgCl Figura 9 [21]. Las

mediciones realizadas fueron sobre la impedancia de contacto; los resultados son

mostrados en la Figura 10 [21], las graficas muestran la impedancia con respectoal tiempo; es importante mencionar que se desea que la impedancia de contacto

entre el electrodo y la piel se mantenga constante en el tiempo o lo mas constante

posible; en los experimentos realizados se observa que la interfaz electrolítica de

Ag/clAg es bastante constante, sin embargo, el propósito de este experimento era

hacer una comparación entre los electrodos de Ag/AgCl y los electrodos secos de

metales altamente conductores, encontrando que los electrodos de titanio y acero

inoxidable presentan una respuesta de impedancia de contacto bastante parecida y

muy aceptable cuando se les compara con los electrodos de Ag/AgCl.



12



13

Una de las condiciones deseables en un electrodo, es que no sea polarizado, esto

significa que el potencial en el electrodo no debe de variar considerablemente cada

vez que la corriente pase a través de él; el electrodo de plata cloruro de plata

(Ag/AgCl) ha demostrado tener los estándares adecuados para lograr esta

característica; además, la interfaz piel-plata o piel-Ag/AgCl tiene la mayor

impedancia resistiva en el dominio de la frecuencia en EMG [21].

2.2.3 Localización de los electrodos, forma, tamaño, distancia

inter-electrodo y material.

Uno de los puntos más discutidos en la EMG de superficie es la localización de los

electrodos. Debido a esto, se originó una iniciativa europea para tratar de

estandarizar estos factores; localización, tamaño y forma de los electrodos; es así

que en 1996 surge el SENIAM (Surface Electromiography for Noninvasive

Assessment of Muscles) para tratar de dar ciertas recomendaciones en cuanto a

estas variables [5]. En muchas referencias bibliográficas, en las que su tema es la

SEMG se tienen varios registros de diferentes configuraciones en cuanto al tamaño

y posición de los electrodos la Figura 11 a) muestra los valores del diámetro de

los electrodos tomados por varias publicaciones y trabajos europeos, en ella se



14

puede observar que las medidas preferidas para diámetro del electrodo son de

10mm [18]. La distancia inter-electrodo es definida como la distancia centro a

centro del área conductiva de los electrodos [18], la figura [11 b)] muestra

información recabada en referencias sobre la distancia inter-electrodo usada en

ellas. La forma del electrodo es definida como el área conductora que entra en

contacto con la piel; la mayoría de las referencias bibliográficas coincide en la

forma circular como la más utilizada [18].

El material más utilizado para los electrodos es el de la combinación plata-cloruro

de plata (Ag/AgCl); estos electrodos son fabricados normalmente por electrolisis.

Se toman dos discos de plata y son sumergidos en una solución salina. El polo

positivo de una fuente de DC es conectada al disco a ser clorado de plata y el polonegativo es conectado al otro disco. Una corriente a una taza de 1mA/cm2 es

pasada a través del electrodo por algunos minutos. Una capa de cloruro de plata

es entonces depositada en la superficie del ánodo [18].



15

El SENIAM [5] proporciona una serie de pasos antes de realiza las mediciones de

SEMG: (1) selección de los electrodos para SEMG. (2) Preparación de la piel, esto

implica ya sea la amplificación de algún gel conductor o limpiar con alcohol la zona

donde se van a colocar los electrodos. (3) posicionar la paciente en la postura

inicial, esta postura puede variar dependiendo del estudio a realizar. (4) Determinar

la localización de los electrodos. (5) Fijar los electrodos. (6) finalmente testear las

conexiones. Estas medidas por tratar de poner un estándar en los métodos,

materiales, posiciones y tamaño de los electrodos, son bien merecidos, ya que una

medición de SEMG es bastante variable y es muy difícil repetir experimentos y

obtener los [mismos valores [5]; uno de los factores que interviene es que la

amplitud de la señal de SEMG aumenta en relación al desplazamiento longitudinaldel electrodo sobre el músculo. la Figura [12] muestra variaciones en amplitud de la

señal de SEMG en diferentes posiciones.



16

2.3 Fundamentos electrónicos

Para la construcción de un electromiógrafo, el cual es un dispositivo para

adquisición de las señales provenientes de los músculos, es necesario tener en

cuenta varios factores, entre ellos están la etapa de pre amplificación de la señal,

filtrado de la señal y conversión analógica digital. Antes de hablar de las etapas del

electromiógrafo, es conveniente definir algunos conceptos de electrónica.

2.3.1 Amplificador operacional.

El amplificador operacional es un circuito integrado compuesto por una grancantidad de transistores [1]. Este circuito es muy popular debido a su gran

versatilidad, pueden ser usados en múltiples configuración y son capaces de hacer

operaciones aritméticas tales como la suma, resta, integración y derivación. El

diagrama de un amplificador es presentado en la Figura 13; se aprecian las

terminales con las que cuenta; la terminal Vout es la terminal de salida, la terminal

V- es la entrada no inversora, la terminal V+ es la entrada no inversora, mientras

que las terminales Vs+ y Vs- son las terminales de alimentación, la Vs- es negativay la Vs+ es la alimentación positiva. Los amplificadores operacionales [1] tiene la

característica de amplificar la diferencia de potencial que aparezca en sus

terminales V+ y V- dándole una ganancia A, idealmente infinita; Vout = A(V+ - V-).

Se considera el modelo de amplificador operacional ideal como aquel circuito que

cuenta con las siguientes características [1]: impedancia de entrada infinita, esdecir, que la corriente neta que entra al amplificador por las terminales no inversora



17

e inversora es cero; impedancia de salida cero; ganancia de modo común cero,

esto se traduce al hecho de que al aplicar voltajes iguales a las entradas, la salida

del amplificador deberá ser cero [1]; ganancia de lazo abierto A infinita, en otras

palabras, se puede amplificar el factor (V+ - V-) a valores infinitos; y el ancho de

banda es infinito, esto es que los amplificadores operacionales ideales pueden

amplificar señales en los rangos de frecuencias de 0 a infinito con una ganancia

infinita [3]. Sin embargo, estas características no pueden ser alcanzadas del todo

en la realidad, un ejemplo muy simple es el hecho que no podemos dar ganancias

infinitas, ya que el amplificador operacional real solo puede dar un ganancia

dependiendo del rango de sus fuentes de alimentación, dar una ganancia infinita

equivaldría a tener fuentes de alimentación infinitas, lo cual no es posible en la

práctica; mientras que por el lado de las impedancias de entrada infinitas, tampoco

es posible, pero en el mercado existen amplificadores que tienen impedancias de

entrada de varios cientos de mega ohms, con lo que se pueden hacer

aproximaciones al modelo del amplificador operacional ideal.

Los amplificadores operaciones cuentan con varios tipos de configuraciones, entre

las más utilizadas se encuentran:

2.3.1.1 La configuración inversora

Recibe su nombre debido a la operación que realiza, su diagrama es mostrado en

la Figura 14 [1]; esta configuración da como salida el valor amplificado del voltaje

de entrada Vin en base a la siguiente fórmula [1]:



18

2.3.1.2 Configuración no inversora.

Esta configuración es mostrada en la Figura 15. Recibe el nombre debido a que la

salida Vout tiene como resultado el valor amplificado del voltaje de entrada (Vin) en

base a la siguiente fórmula [1]:

( )



19

2.3.1.3 El seguidor de voltaje.

La configuración seguidor de voltaje es bastante simple, el valor del voltaje de

salida es igual al del voltaje de entrada, se dice que la salida sigue a la entrada. Su

configuración es mostrada en la figura 16 [1].

2.3.1.4 Amplificador diferencial

Un amplificador diferencial es aquel que amplifica la diferencia de los potenciales

en sus entradas.



20

2.3.1.5 Rectificador de media onda de precisión

Un circuito rectificador es aquel que convierte los componentes negativos de una

señal a positivos; existen dos tipos de rectificación: rectificación de media onda y

de onda completa, el de media onda conserva los componentes positivos de laseñal mientras que el de onda completa convierte los componentes negativos de la

señal de entrada a positivos dejando los componentes positivos intactos, los

diferentes tipos de rectificación se muestran en la Figura 18 [2].

El rectificador de media onda de precisión o “súper diodo” [1], recibe su nombre

porque se comporta como un diodo pero no presenta la pérdida de 0.7 volts de

voltaje típica de los diodos [1], de esta manera es capaz de rectificar la señal que

se le aplique con gran exactitud. La Figura 19 muestra la configuración de este

circuito.



21

2.3.1.6 Circuito comparador

Los circuitos comparadores son muy usados para detectar cuando una señal

sobrepasa un nivel de voltaje [1]; comparan el valor del voltaje de una señal de

entrada (Vin) contra un valor de un voltaje de referencia (Vref), su funcionamiento

es muy simple, únicamente cambia la salda de los valores de saturación –Vsat a

+Vsat a su salida cuando la señal Vin sobre pasa el límite impuesto por el voltaje

de referencia Vref (comparador no inversor) Figura 20. En otras palabras, el

comparador solo tendrá dos salidas:

Vout = +Vsat cuando Vin > Vref

Vout = -Vsat cuando Vin < Vref



22

2.3.1.7 Circuito Integrador

El circuito integrador es una configuración más del amplificador operacional Figura21 [1]; este circuito tiene como salida un voltaje proporcional al área debajo de la

curva del voltaje de entrada; es decir, la integral del voltaje de entrada pero

invertido en fase, esto se debe a que la configuración de amplificador es la

configuración inversora.



23

2.4 El electromiógrafo

El electromiógrafo es un dispositivo electrónico usado para registrar la actividad

eléctrica de los músculos, este dispositivo normalmente cuenta con una pantalla en

la cual se puede visualizar los potenciales de acción de las unidades motoras,

también cuenta con varios juegos de electrodos y una pequeña interfaz para

controlar las mediciones [17]. Para registrar EMG se utiliza frecuentemente

electrodos de aguja, los cuales se insertan directamente en el músculo; también es

posible usar electrodos de superficie. Para hacer mediciones de SEMG se

requieren tres electrodos superficiales dos electrodos para captar la diferencia de

potencial en el músculo y un electrodo de tierra, el cual sirve como punto de

referencia para las mediciones. Los electrodos captan los potenciales de acción de

acción de las unidades motoras, el cual es amplificado para poder ser procesado y

mostrado en la pantalla [17].



24

2.4.1 Etapa de pre amplificación

La amplitud de las señales de EMG depende de varios factores; la posición, el tipo

y material de los electrodos usados; una típica señal de EMG tiene rangos de

amplitud que van desde 0.1 a 0.5 mV. Esta señal puede contener componentes de

frecuencia que se extienden hasta los 10kHz [17]. El preamplificador usado para

EMG es generalmente del tipo diferencial y su impedancia de entrada debe ser de

109 - 1012Ω en paralelo con un capacitor de 2 – 10pF; también es recomendable

ubicar el preamplificador bastante cerca de los electrodos y el sujeto, de esta forma

se evitan capacitancias parasitas y problemas producidos por el movimiento de los

artefactos y del cable. Otra de las características importantes es el rechazo de

modo común o CMRR por sus siglas en ingles (Common Mode Rejection Ratio) [1],este término se define para los amplificadores diferenciales como:

( )

El CMRR se mide en decibeles y es la razón entre la ganancia de modo diferencia

(V2 – V1) y la ganancia en modo común (idealmente cero). Para las mediciones de

EMG se requiere un rechazo de modo común mínimo de 90db.

Uno de los arreglos con amplificadores operaciones más utilizados como

preamplificador es el amplificador de instrumentación [1]; este circuito consta de

tres amplificadores y tiene la función de amplificar la diferencia de los voltajes

presentes en sus entradas (V1 y V2). El amplificador de instrumentación tiene la

característica de tener impedancias de entrada bastante elevadas y un alta CMRR.

Son utilizados frecuentemente para amplificar señales muy pequeñas, por ejemplo

las señales del cuerpo humano Figura 22.



25

2.4.2 Etapa de filtrado

La señal amplificada proveniente de la etapa de pre amplificación contiene una

mezcla de señales biológicas, por ejemplo, se encuentran inmersas las señales de

ECG, respiración y dependiendo del lugar se podrían encontrar rastros de EEG. Es

por esta razón que para tener registros claros de EMG es necesario depurar o

filtrar la información; esto se logra usando amplificadores operaciones con loscuales se construyen filtros analógicos para obtener registros únicamente de EMG,

estas señales se presentan en el rango de frecuencia de 10 a 500Hz [18]. Sin

embargo las señales de ruido provenientes por el movimiento de los cables y de

los artefactos se encuentran entre 0 y 15, es por eso que en muchos trabajos

publicados se prefiere tener un filtro de 15 a 500Hz o de 20 a 500Hz, dependiendo

de lo que se desee. Otra técnica para evitar el ruido de la toma de corriente y del

ambiente es anexar un filtro rechaza bandas de muesca de 50 o 60Hz, sinembargo esto tiene algunas complicaciones, en el caso particular de la EMG el

mayor número de componentes de estos potenciales se encuentran alrededor de

50 y 60Hz [17], por lo que si se aplicará esta técnica de reducción de ruido se

perdería información muy valiosa. Para hacer el filtrado de la señal, se cuenta con

múltiples configuraciones, también se tiene que tomar en cuenta el orden del filtro;

el orden del filtro es un factor importante y ayuda en gran medida a la reducción del

ruido. La Figura 23 [18] muestra un potencial típico de EMG al cual se le ha

aplicado filtrados de primero y segundo orden; es posible observar como el filtrado



26

ayuda a procesar mejor las señales reduciendo el ruido y definiendo más los

potenciales de acción.

2.4.3 Conversión análoga digital

La conversión analógica digital (A/D), es el proceso mediante el cual se

transforman señales continuas o del mundo real a niveles de voltaje que

representan un código binario [17]. Una señal continua es aquella que en teoría

puede tomar cualquier valor en amplitud y no se encuentra limitada a un número de

puntos finitos. Un convertidor A/D acepta señales en un rango especifico de

voltaje, por ejemplo ±5V, el cual es subdivido en un numero de niveles discretos,

este número esta dado por la fórmula 2n-1, donde n es el numero de bits del

convertidor A/D. El proceso de digitalización consta de varios pasos: muestreo,

retención, cuantificación y codificación. El muestreo, es la etapa en la que se

toman muestras de la señal continua; la velocidad de muestreo depende de un

reloj interno y recibe el nombre de frecuencia de muestreo. La etapa de retención

se encarga de mantener el valor de la muestra el tiempo suficiente para que pueda

ser procesado. El proceso de cuantificación consiste en medir el valor del voltaje



27

recibido y asignarle un único valor de salida. Finalmente la etapa de codificación

consiste en traducir el valor cuantificado a un valor binario. Una de las principales

desventajas del proceso de conversión A/D es la perdida de información debido a

truncamientos y redondeos a la hora de codificación y la aparición del efecto

denominado “aliasing”; el efecto “aliasing” consiste en obtener una señal diferente

a la muestreada cuando se intenta reconstruir la señal analógica original. Para

evitar este efecto, es conveniente hacer uso del teorema de muestréo de Nyquist

[18]; este teorema dice que una señal puede ser completamente reconstruida sin

pérdida de información si se muestréa a una frecuencia de cuando menos del

doble del armónico más grande presente en la señal analógica. En el caso de los

músculos, la frecuencia con el armónico más grande para electromiografía de

superficie está en el rango de 400 – 450Hz [18].

3. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

Las personas que presentan problemas motores, ya sea atrofia muscular,

amputaciones o ausencia de alguna extremidad desde el nacimiento no puedenrealizar ciertas tareas de la vida cotidiana. Sin embargo, gracias a los avances de

la medicina y la electrónica, se desarrolló el campo de las prótesis mioeléctricas,

estos sistemas se encargan de registrar y traducir los impulsos eléctricos del

músculo en los movimientos naturales del brazo. Para ayudar a las personas con

problemas motores surge el campo de las prótesis mioeléctricas cómodas y que no

le presenten dificultades o inconvenientes al paciente Este trabajo se diseñó

tomando en cuenta las necesidades de los pacientes y la versatilidad del

dispositivo final, ya que al ser empleado por ejemplo en una prótesis, esta debe de

ser removida constantemente y esto conlleva al uso de materiales que soporten

estos usos.



28

4. OBJETIVO DE LA TESIS

La tesis se centra en la adquisición y tratamiento de las señales mioeléctricas,

específicamente de los músculos del brazo para posteriormente obtener un pulso

LVTTL (Low Voltage Transistor –Transistor Logic) [1] correspondiente a las

acciones de los potenciales de las fibras musculares. En un futuro, con esta salida

LVTTL se pretende hacer una etapa de paralelización de tal forma que a cada

movimiento le corresponda un número binario de 10 bits único. El sistema final

actual funciona con 3.3 volts y puede adquirir las señales de los músculos bíceps y

tríceps [4]; este sistema produce pulsos de niveles LVTTL conforme a la excitación

muscular detectada, para en un futuro por ejemplo utilizar estas salidas y

conectarlas a una red neuronal artificial para el reconocimiento de patrones de

movimiento.

5. METODOLOGIA

El desarrollo del sistema se dividió en varias etapas antes de tener el prototipo

finalizado. El primer desarrollo fué un sistema de adquisición con ciertas

limitaciones; este prototipo sirvió de referencia para los desarrollos posteriores,

llamaremos a este prototipo “Prototipo de Adquisición de EMG con Fuente Bipolar”.

El desarrollo siguiente al que denominaremos “Prototipo de Adquisición de EMG de

un Solo Canal LVTTL” presenta grandes mejoras con respecto al anterior, tanto en

diseño como en eficiencia, sin embargo solo se puede tomar las señales de EMG

de un solo músculo; finalmente se desarrolló el “Prototipo de Adquisición de EMGde dos Canales“, el cual es capaz de tomar al mismo tiempo las señales de EMG

de dos músculos diferentes.

El sistema de adquisición de señales electromiográficas desarrollado consta de

varias etapas. La Figura 24 muestra el diagrama a bloques del sistema para la

adquisición de EMG de un solo canal.



29

5.1 Diseño y Construcción del Prototipo para laAdquisición de Señales Electromiográficas con Fuente

Bipolar

El primer prototipo construido siguió las etapas mostradas en la Figura 24, por lo

cual su desarrollo consta de las etapas de pre amplificación, filtrado, amplificación

final, rectificación y con la única excepción de que en vez de la etapa de

conversión A/D este prototipo hace uso de un circuito comparador para convertirlas señales de EMG a pulsos cuadrados.

Debido a que la señal electromiográfica presenta amplitudes en el rango de 500µV

[17], es necesario hacer una serie de amplificaciones en cascada. En este

prototipo, la cadena de ganancias se muestra en la Figura 25; siendo la

amplificación total del sistema de 2107; de esta forma la señal de EMG de 500µV

tendrá un valor de 1.053 Volts. Para lograr las amplificaciones, se usan

Figura 24 Diagrama a bloques del sistema de adquisición de E.MG



30

amplificadores operacionales en configuración no inversora, esto se hace con el fin

de no alterar la fase de la salida.

Un punto importante en la construcción de este prototipo es el uso de dos fuentes

de alimentación (pilas de 9V), de ahí el nombre de “con fuente bipolar”; esta

característica tiene ciertas desventajas, y la más evidente es el uso de las dos pilas

de 9V (Figura 26), esto se debe a las características de los circuitos integrados

usados, ya que estos no fueron fabricados para trabajar a niveles de voltaje másbajos a 5V.

5.1.1 Electrodos

Lo primero para ser considerado antes de la adquisición de las señales de EMG es

el tipo de electrodos que se utilizarán; en este primer prototipo, los electrodos

tienen que cumplir con ciertas características para poder realizar las diversaspruebas de una manera sencilla y practica; estas características son:

Figura 25. Diagrama del proceso de amplificación en cascada del sistema

Figura 26. Alimentación bipolar del circuito con dos pilas de 9V.



31

Los electrodos deben poder ser montados y desmontados de una manera

limpia y fácil evitando la supervisión médica.

Los electrodos deben ser capaces de captar la señal de EMG con un nivel

de ruido adecuado.Tomando en cuenta estas características, se optó por trabajar con electrodos

desechables de superficie de Ag/AgCl de la marca 3M Figura 27.

Esto electrodos son muy utilizados para ECG y son capaces de captar señales de

EMG [17]; además no se requiere la supervisión médica en el momento de la

aplicación sobre el musculo. Los electrodos fueron colocados para registrar la

actividad muscular del musculo bíceps. Se usaron tres electrodos para la

adquisición, el electrodo inversor, el no inversor y el de referencia; los electrodos

inversor y no inversor se encuentran separados por una distancia inter electrodo de2cm, mientras que el electrodos de referencia se colocó en la muñeca. La Figura

28 muestra la posición de los electrodos con respecto al brazo.

Figura 27. Electrodos de superficie de Ag/AgCl utilizados.



32

5.1.2 Etapa de Pre amplificación

En la etapa de pre amplificación se usó un amplificador de instrumentación; este a

su vez debe de cumplir con ciertas características para tener un buen rendimiento

en la adquisición de señales biológicas, estas características son principalmente:

Impedancia de entrada debe ser de 109 - 1012Ω || 2 – 10pF.

CMRR ≥ 90dB Corriente de polarización de entrada (input bias current) ≤ 20nA.

Tomando encuentra estas características, se eligió usar el amplificador de

instrumentación INA129 de Texas Instruments (Figura 29), este amplificador tiene

las siguientes características:

Input bias current: 5nA max.

CMRR: 120dB min. Fuente de alimentación de ±2,25V a ±18V.

Figura 28. Electrodos de superficie de Ag/AgCl montados alrededor del musculo bíceps.



33

Impedancia de entrada diferencial: 1010Ω || 2pF.

El INA129 es uno los amplificadores de instrumentación más usados por tener

características muy buenas, como por ejemplo su alto CMRR (120dB), sin embargo

este amplificador es del tipo de fuente bipolar, es decir, su funcionamiento está

destinado a trabajar con dos fuentes de alimentación.

La ganancia de la etapa de pre amplificación se divide en dos, la ganancia del

amplificador de instrumentación y la ganancia de un amplificador operacional en

configuración no inversora. A continuación se muestra el cálculo de la resistencia

para fijar la ganancia del INA129, teniendo en cuenta que la ganancia deseada esde 10; se hace uso de la fórmula que proporciona el fabricante [8]:

Adicionalmente se integró un circuito de retroalimentación o driver de pierna

derecha propuesto por el fabricante [8] utilizado para registrar señales de

electrocardiografía o ECG (Figura 30). En caso de EMG se modificó la posición de

los electrodos de RA y LA colocándolos alrededor del musculo y el electrodo de RL

como el electrodo de referencia el cual se coloca en la muñeca. Este circuito de

retroalimentación sirve para evitar las corrientes de desbalance y para compensar

problemas de ruido de modo común en la entrada diferencial del amplificador deinstrumentación.

Figura 29. Diagrama del amplificador de instrumentación INA129 de Texas Instruments.



34

Las modificaciones hechas al circuito de pierna derecha de ECG se muestran en el

diagrama esquemático de la Figura 31; nótese que existe una salida etiquetada

como “Malla”, esta salida va conectada a la capa de blindaje con que debe de

contar el cable conductor de los electrodos. La ventaja de contar con el blindaje de

la malla es que se evitan las corrientes de fuga que pudieran aparecer entre los

conductores de los electrodos.

Figura 31. Circuito de retroalimentación para disminuir las corrientes de desbalance y ruido en modo

común (circuito de pierna derecha) con modificaciones para EMG.



35

De igual forma se usó un circuito integrador (Figura 32) para disminuir el voltaje de

offset a la salida del amplificador de instrumentación para evitar que el dispositivo

entre en saturación. Este circuito se diseñó tomando en cuenta la frecuencia más

alta esperada, es decir, 500Hz, tomando 10 muestras. Los valores de R y C se

obtuvieron de la siguiente manera [1]:

,

Finalmente la última amplificación de la etapa de pre amplificación es

proporcionada por un amplificador operacional TL074 en configuración no

inversora (Figura 33); a continuación se muestran los cálculos de las resistencias

para obtener la ganancia [1] deseada de 9.2.

Figura 32. Diagrama esquemático del circuito integrador de la etapa de pre amplificación



36

La Figura 34 muestra el diagrama esquemático de la etapa de pre amplificación,

cuya salida está conectada directamente a la etapa de Filtrado.

Figura33. Diagrama esquemático del circuito no inversor de la etapa de pre amplificación

Figura 34. Diagrama esquemático de la etapa preamplificadora.



37

5.1.3 Etapa de Filtrado

En la etapa de pre amplificación, la señal proveniente de los electrodos es obtenidade manera diferencial por el amplificador de instrumentación, el cual le da una

ganancia de 10; posteriormente se aplica una ganancia de 9.2 por el amplificador

operacional TL074. Desde este punto la señal proveniente de los electrodos ya

está lista para ser filtrada. Para la etapa de filtrado se usaron amplificadores

operaciones en configuración de filtros Sallen Key. Sin embargo existen 3

configuraciones bastante usadas de filtros Sallen Key, estas son la configuración

Butterworth, Chebyshev y Bessel [2], cada uno de los cuales tiene ciertascaracterísticas:

Filtro de Butterworth, este tipo de filtro presenta una banda de paso suave y

un corte agudo. También es el filtro que presenta la respuesta más plana

mientras más se acerca a la frecuencia de corte, es por eso que recibe el

nombre de máximamente plana.

Filtro de Chebyshev, es filtro presenta la respuesta más aguda, pero

también se generan algunas ondulaciones antes de llegar a la frecuencia decorte, estas ondulaciones se reducen conforme aumenta el orden del filtro.

Filtro de Bessel, presenta una variación de fase constante.

Figura 35. Grafica de magnitud vs frecuencia de los diferentes tipos de filtros a una frecuencia

de corte de 10kHz.



38

La Figura 35 muestra los diferentes tipos de filtros con sus respuestas en

frecuencia características. La Figura 36 muestra la respuesta en magnitud de los

filtros, se puede observar cómo se reducen las ondulaciones del filtro Chebyshev y

como se hace más plana la respuesta del filtro Butterworth.

Teniendo en cuenta las características que presentan los diferentes tipos de filtro,

se eligió usar la configuración de Butterworth debido a que presenta una respuesta

en magnitud muy plana y su pendiente desciende rápido al acercarse a lafrecuencia de corte. En la Figura 37 se muestra la respuesta en magnitud de un

filtro Butterworth variando su orden [3].

Figura 36. Curvas de respuesta de filtros Butterworth, Chebyshev y Bessel de segundo orden.



39

Se generó un filtro activo pasa banda de 20 a 500Hz a partir de dos filtros activosde segundo orden Butterworth con la configuración clásica de Sallen-Key con la

finalidad de obtener las señales de EMG, las cuales se encuentran en ese rango

de frecuencias. El filtro pasa bandas se diseñó en forma de cascada, es decir,

primero se presenta un filtro pasa altas dejando pasar frecuencias mayores a 20Hz

y a la salida de éste se conecta un filtro pasa bajas para evitar el paso de

frecuencias mayores de 500Hz. En la Figura 23 podemos observar que después

del orden 1 las variaciones no son muy significativas, es por esa razón que seeligió construir el filtro activo de segundo orden.

Para el diseño del filtro pasa altas con frecuencia de corte (f c) a 20Hz de Sallen

Key se usó la siguiente fórmula [3]:

Figura 37. Variación de la respuesta en magnitud del filtro Butterworth a distintos órdenes.



40

Como se desea una configuración Butterworth de segundo orden, el filtro debe

tener una ganancia de aproximadamente 1.58 [3], donde R2 es la resistencia a

tierra y R1 es la que une la salida no inversora con la salida del amplificador.

Tomando los siguientes valores de R, tenemos:

El diseño del filtro pasa bajas se realizo como sigue:

De igual manera que en el filtro pasa altas, el filtro pasa bajas (Figura 39) tiene

configuración Butterworth por lo que los valores de la ganancia son similares al del

filtro pasa altas [3]. La Figura 40 muestra el filtro completo.

Figura 38. Diagrama esquemático del filtro pasa altas de 20Hz



41

Figura 40. Diagrama esquemático del filtro pasa bandas 20-500Hz

Figura 39. Diagrama esquemático del filtro pasa bajas de 500Hz



42

5.1.4 Etapa de Amplificación Final

Esta etapa tiene como finalidad estabilizar la señal filtrada y amplificarla por un

factor de 9.2 Figura 41. El cálculo de los valores de las resistencias se muestra a

continuación [1]:

, ,

5.1.5 Etapa de rectificación de media onda

Un solo potencial de acción (Figura 42) está compuesto por una señal con un

componente positivo y uno negativo, es por esta razón que se eligió el método de

rectificación de media onda, así evitamos tomar los componentes negativos y solo

tomamos los positivos por cada potencial de acción [18].

Figura 41 Diagrama esquemático del amplificador final en configuración no inversora



43

El circuito rectificador usado es un rectificador de media onda de presición, tambienconocido como super diodo[1] (Figura 43).

Figura 42 Diferentes potenciales provenientes de las UM.

Figura 43. Diagrama esquemático del rectificador de media onda de precisión,



44

5.1.6 Etapa de pulsos cuadrados.

Con la señal rectificada, se procede a hacer uso de un circuito comparador no

inversor; este circuito tiene la función de transformar la información de la duración

(segundos) del potencial de acción de la UM a un pulso cuadrado con igual

duración. Este proceso se lleva acabo haciendo una comparación de la señal

rectificada con un promedio de la misma; de esta forma, cuando se presente un

potencial de acción, la señal superara al promedio de la misma y el comparador

dispara un pulso cuadrado, en este caso el pulso generado tendrá un valor que irá

desde 0 Volts hasta el voltaje de saturación positivo que en este caso es 9V; para

el comparador se usó un amplificador especifico para realizar la función (LM311)

[16]. Para realizar el promedio de la señal se construyó un arreglo de capacitor yresistencia cuyos valores fueron calculados de forma experimental. La Figura 44

muestra el diagrama esquemático del circuito que genera los pulsos. Finalmente se

puede apreciar el diagrama esquemático de todo el sistema (Figura 45).

Figura 44. Diagrama esquemático del circuito comparador que genera los pulsos cuadrados,



45

Figura 45. Diagrama esquemático del sistema completo para la adquisición de señales EMG con

fuentes bipolares



46

5.2 Construcción del circuito impreso

El diseño del PCB del circuito de este primer prototipo fue desarrollado con el

programa Proteus. Fue elaborado en varias tarjetas de circuito impreso (Figura 46)

debido a que se trataba de un prototipo experimental; en la tarjeta principal se

encuentra la etapa de pre amplificación, filtrado y amplificación final, en otra tarjeta

se encuentran la etapa de retroalimentación, en otra el circuito integrador y en otra

más la etapa de rectificación de media onda y la etapa de pulsos cuadrados

(Figura 47).

Figura 46. Primer prototipo construido para la adquisición de señales de EMG



47

5.3 Captura de registros de EMG

Una vez funcionando el prototipo, era necesario tomar muestras y guardar los

registros capturados por el sistema; en primera instancia se podían observar los

potenciales en el osciloscopio, sin embargo surge la necesidad de tener los

registros de estos potenciales en la computadora para poder graficarlos y

compararlos con registros posteriores, es por eso que se utilizó una herramienta

muy poderosa en el campo de la instrumentación electrónica, la instrumentación

virtual. La instrumentación virtual es una forma de hacer mediciones yprocesamiento de señales sin la necesidad de contar con el hardware con el que

normalmente se haría en un laboratorio de electrónica; es un software en el que se

pueden realizar procesamiento de señales tanto analógicas como digitales sin la

necesidad de tener equipo físicamente, sino más bien se hace de manera “virtual”,

se pueden programar todas las funciones que se necesiten. Este concepto nace

con la idea de usar la PC para hacer mediciones, por ejemplo de temperatura,

presión, etc. La instrumentación virtual es una capa de software y hardware que lepermiten al usuario el uso de herramientas personalizadas hechas a la medida del

usuario.

En nuestro caso, se usó la instrumentación virtual para digitalizar los potenciales

EMG y guardarlos para graficarlos posteriormente. Para esta tarea se uso el

software LabView de National Instruments. Para realizar la tarea de la digitalización

de los datos de EMG se usó la tarjeta de adquisición de National Instruments NI-

USB-6009. La tarjeta NI-USB-6009 se configuró para tener una tasa de muestreo

Figura 47. Acercamiento a la tarjeta principal y a la tarjeta de rectificación con los pulsos

cuadrados.



48

de 10kHz, tomando una escala de voltaje de 5V máximo y el modo de adquisición

que se le configuro al DAQ fué el referenciado.

Posteriormente se desarrolló una pequeña aplicación en Lab View para graficar y

guardar los datos de adquisición al presionar un botón (Figura 48).

Figura 48. Programa en Lab View para guardar los registros de EMG.



49

5.4 Resultados

Con el prototipo conectado a un voluntario se realizaron registros de actividad

EMG, y por medio de la tarjeta de adquisición de datos de National Instruments fue

posible la conversión analógico-digital de dichas señales. Los movimientos

registrados fueron los de flexión suave y fuerte. La Figura 49, muestra un registro

correspondiente al movimiento de flexión suave, se capturaron 1000 muestras en

1segundo valiéndonos de la tarjeta de adquisición de datos NI-USB-6009.

-1.30

-0.80

-0.30

0.20

0.70

1.20

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 V

o l t a j e ( V )

Número de muestrasen 100ms

EMG

Movimiento: Flexión suaveEMG

Figura 49. Registro de la señal de EMG. El registro corresponde al movimiento de flexión suave.

Los registros corresponden a 1000 muestras tomadas a una frecuencia de 10kHz, correspondiendo

la captura a 100ms.



50

La Figura 50 muestra una gráfica de los mismos datos registrados

correspondientes al movimiento de flexión suave, mostrando 500 muestrastomadas en 500ms. En esta grafica se puede apreciar la señal de EMG, la señal de

EMG rectificada y los pulsos cuadrados generados por el circuito comparador; se

puede observar claramente como los pulsos cuadrados corresponden exactamente

a los potenciales de acción.

-1.50

0.50

2.50

4.50

6.50

8.50

10.50

0 100 200 300 400 500

V o l t a j

e ( V )

Número de muestras en 500ms

Captura de señales EMG y salida digital

Movimiento: Flexión suave

EMG

EMG Rectificada

Pulsos digitales

Figura 50. Registro del movimiento de flexión suave. En la grafica se observa la señal de EMG

pura (azul), la señal EMG rectificada (roja) y los pulsos cuadrados generados por cada

potencial de acción (verde).



51

Figura 51. Registro del movimiento de flexión fuerte del brazo durante 100ms.

Figura 52. Placa principal capturando una señal de EMG.



52

La Figura 51 muestra los registros de la actividad de EMG correspondientes a la

flexión del brazo haciendo fuerza con el musculo bíceps; se observa que esta señal

es superior en amplitud a la graficada en la Figura 49. . La imagen de la Figura 52

muestra una captura de EMG hecha con el osciloscopio durante una flexión fuerte

-2.50

-2.00

-1.50

-1.00

-0.50

0.00

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

3.00

3.50

4.00

4.50

5.00

5.50

6.006.50

7.00

7.50

8.00

8.50

9.00

9.50

0 100 200 300 400 500

V o l t a j e ( V )

Numero de Muestras en 500ms

Captura de señales EMG y salida digital

Movimiento: Flexión fuerte

EMG

EMG Rectificada

Pulsos digitales

Figura 53. Registro del movimiento de flexión fuerte. En la grafica se observa la señal de

EMG pura (azul), la señal EMG rectificada (roja) y los pulsos cuadrados generados por

cada potencial de acción (verde).



53

del brazo. La grafica de la Figura 53 muestra los pulsos generados con el circuito

comparador durante el movimiento de flexión fuerte, este movimiento genera más

actividad poblacional de potenciales de acción así como el aumento de la amplitud

de estos potenciales; de igual forma se nota que los pulsos cuadrados coinciden en

duración con los potenciales de acción.

5.6 Diseño y construcción del Prototipo de Adquisición de

EMG de un Solo Canal LVTTL

Este prototipo presenta varias mejoras con respecto al anterior, una de ellas es eluso de circuitos integrados más precisos, las Tablas 3, 4, 5 muestran una

comparación de las características más significativas de los chips usados en la

construcción del prototipo anterior y los chips usados en el nuevo prototipo.

INA129

(Prototipo fuente

bipolar)

INA326

(Prototipo

LVTTL)

Unidades

CMRR 120 114 dB

Voltaje de Offset 50 100 µV

Impedancia de

entrada

1010 || 2 1010 || 2 Ω || pF

Fuentes de

alimentación

±2.25 a ±18 +2.7 a +5.5 V

Ruido a 1kHz 8 33 nV/ √

Corriente de

polarización

5 ±2 nA

nica fuente de

alimentación

No Si

Tabla 3 .Tablas comparativas de los amplificadores de instrumentación usados en los prototipos.



54

TL074

(Prototipo fuente

bipolar)

OPA4376

(Prototipo

LVTTL)

Unidades


CMRR 85 90 dB

Fuentes de

alimentación

±18 2 a 5.5 V

Ruido a 1kHz 15 0.8 nV/ √

OPA2333

(Prototipo

LVTTL)

OPA2335

(Prototipo

LVTTL)

Unidades


CMRR 130 130 dB

Fuentes de

alimentación

2.7 a 5.5 2.7 a 5.5 V

Uno de los cambios más significativos con los que cuenta el prototipo de LVTTLcon respecto al Bipolar, es el uso de una sola fuente de alimentación, la cual es de

3.3V a diferencia de la alimentación usada anteriormente (±9V), de ahí el nombre

LVTTL (Low Voltage Transistor –Transistor Logic). Debido a que los potenciales de

EMG presentan componentes positivos y negativos, es necesario manejar dos

niveles de voltaje, uno más positivo y otro menos positivo. Por este motivo se

implemento una referencia o “tierra virtual” haciendo un divisor de voltaje activo.

Esta “tierra virtual” tendrá el valor de la mitad de la fuente de alimentación de 3.3V

(1.65 V) y es sobre esta referencia de voltaje que estará montada la señal de EMG,

Tabla 4 .Tablas comparativas de los amplificadores operacionales usados.

Tabla 5. Principales características de los amplificadores operacionales de auto cero usados

en el prototipo LVTTL.



55

mientras que las fuentes de alimentación de los chips serán de 0V para V- y de

3.3V para V+.

Un problema que hay que considerar es el consumo y la vida útil de la fuente de

alimentación que se usará para alimentar al sistema; en nuestro caso, el sistemadebe ser capaz de funcionar con baterías ya sean de Ion-Li, de Carbón o de Níquel

metal Hidruro. Al trabajar con baterías se deben de tener en cuenta algunos

aspectos, por ejemplo se debe de mantener un voltaje en la alimentación lo más

invariante que se pueda; esto se debe a que el convertidor A/D tomará como

referencia de la conversión los valores de la fuente de alimentación y si estos

varían con el tiempo, se tendrá un dato erróneo al finalizar la conversión. La

solución fue incorporar un circuito de bomba de carga el cual tiene como entrada elvoltaje proveniente las baterías; estos circuitos se encargan de mantener un voltaje

en un nivel fijo sin importar los cambios de la fuente de alimentación, es decir, si el

voltaje está por encima del valor deseado (3.3V) entonces actúa como regulador y

disminuye el valor de voltaje a 3.3V mientras que si se encentra en un nivel inferior

a 3.3, por ejemplo 2V entonces actúa como un circuito step-up el cual eleva el

valor de voltaje a los 3.3V deseados; el circuito utilizado para realizar esta tarea fue

el REG-711[15] de la Texas Instruments , el cual admite voltajes de entrada de1.8V a 5.5V teniendo como salida un valor de 3.3V. La Figura 54 muestra el

diagrama esquemático del divisor de voltaje activo y el circuito de bomba de carga.

Figura 54. Diagrama esquemático para regular el voltaje de entrada y establecer el voltaje de

referencia o “tierra virtual”.



56

5.6.1 Electrodos

Se realizaron cambios en cuanto al tipo de electrodos usados; anteriormente se

usaron los electrodos de plata cloruro de plata (Ag/AgCl), estos electrodos son

desechables y vienen con una capa de gel conductor que se encarga de mejorar el

contacto entre el metal y la piel. La desventaja presente en este tipo de electrodos

es su uso limitado, ya que solo se usan una vez y usarlos por un largo periodo de

tiempo propicia que la orilla auto adherible con la que cuenta pierda su adherencia

y con esto se caiga del cuerpo, limitando así los registros; es por esta razón que se

diseñaron electrodos secos [18] de superficie de acero inoxidable. Esto electrodos

tienen forma rectangular, cuyas dimensiones se muestran en la Figura 55.

5.6.1.1 Construcción

El material usado para la construcción fue acero inoxidable; los rectángulos de

1.5cm x 1.2cm fueron cortados de una lámina de acero de inoxidable de 30cm x

30cm. Se procuró lijar y limpiar bien la cara de la plaquita conductora que estaríaen contacto con la piel, Figura 56, mientras que en la otra cara se soldó un tornillo

de acero inoxidable para que en un futuro el electrodo pueda ser atornillado a una

placa de circuito impreso donde se localizaría el amplificador de instrumentación

Figura 57. Antes de llegar a las medidas finales (1.5 x 1.2cm), se hicieron pruebas

con rectangulos de varios tamaños, principalmente se buscaba hacer más pequeña

el area de la placa conductora; sin embargo, las pruebas realizadas con placas con

dimensiones más pequeñas a 1cm no fueron muy alentadoras debido a que la

señal EMG no podia ser registrada.



57



58

5.6.1.2 Montaje y ubicación

En total fueron 3 electrodos los que se construyeron, el electrodo inversor, el no

inversor y el de referencia. Estos electrodos fueron montados en una banda para

ajustarse alrededor del bazo Figura 58.

La distancia de separación entre los electrodos inversor y no inversor fue de 1 cm,

se trató de usar la distancia de separación más pequeña posible, ya que de esta

forma se obtiene una mejor selectividad [5]. También se hicieron modificaciones en

cuanto a la ubicación del electrodo de referencia, el cual en el prototipo anterior se

colocaba en la muñeca, en esta ocasión fue colocado en el centro del musculo

tríceps, tal como muestra la Figura 59.



59

5.6.2 Ganancias

Debido al cambio de la distancia inter electrodo, es necesario cambiar la cadena de

ganancias en cascada, esto se debe a que la señal de EMG de superficie depende

de la distancia inter electrodo; a mayor distancia de separación, mayor amplitud de

la señal y a menor distancia menor amplitud; sin embargo si se excede en esta

distancia ya sea muy grande o muy pequeña tendrá como resultado la distorsión

de señal o la desaparición de la misma. La distancia inter electrodo usadaanteriormente fue de 2 cm y la actual es de 1cm, sin embargo estas variables

(distancia inter electrodo y amplitud de EMG) no tienen una relación directamente

proporcional, es por esto que se calculó la nueva cadena de ganancias de manera

experimental, quedado finalmente con una ganancia total de 2205.85. (Figura 60).

Figura 59. Nueva Posición de los electrodos.



60

5.6.3 Etapa de Pre amplificación

En la etapa de pre amplificación se utilizo el amplificador de instrumentación

INA326. Este amplificador presenta unas cuantas diferencias en cuanto a su

estructura interna, con lo cual la forma de calcular la ganancia cambia

significativamente (Figura 61).

La Tabla 6, muestra los valores de resistencias en paralelo con el capacitorrecomendado por el fabricante para conseguir la ganancia deseada, cabemencionar que los valores cambian si se usa una configuración unipolar o bipolar.

Figura 60. Nuevos valores de ganancias por etapas.



61

En este caso como la ganancia deseada es de 10, y la configuración es unipolar,

se tomaron los valores de R1 = 40k y R2 || C2 = 200k || 0.5nF.

De la misma manera que en el prototipo de fuente bipolar, se incluyó un circuito de

pierna derecha como el que se propone en la hoja de datos del INA129 [8]; con la

única diferencia que en vez de tomar como referencia la tierra 0V se tomó la “tierravirtual” como la nueva referencia; además en vez de usar los amplificadores TL074

se usaron amplificadores de auto cero de la familia OPA2333 tal como se

recomienda por la hoja de datos. El esquemático del circuito de pierna derecha

modificado se muestra en la Figura 62.



62

La salida denominada como “Malla” se conecta la malla del blindaje con que

cuenta el cable de los electrodos; como se mencionó en el diseño del prototipo

bipolar, la malla tiene la finalidad de mantener bajos los niveles de corrientes de

fuga. El cable usado fue uno blindado con tres conductores internos uno para el

electrodo no inversor, uno para el inversor y uno para el electrodo de referencia;

esta cable a su vez tiene un conector DB9 el cual se usó para conectarlo a latarjeta de adquisición en la que se encuentra el amplificador de instrumentación y

la demás circuitería. La Figura 63 muestra el cable usado para la conexión de los

electrodos, mientras que la Figura 64 muestra la conexión de los cables

conductores de los electrodos y la malla con el conector DB9.

Figura 62. Diagrama esquemático del circuito de pierna derecha para el prototipo

de 3.3V.



63

Figura 63. Cable de tres conductores recubierto con una malla conductora usado

para la conexión de los electrodos y la placa de circuito impreso.

Figura 64. Conexión entre el conector DB9 y los cables conductores.



64

Se modifico adecuadamente el circuito integrador usado en el prototipo de fuente

bipolar con el fin de adecuarlo a la tierra virtual. Los valores de capacitor y

resistencia mantuvieron su valor. El amplificador operacional utilizado fue el

OPA2335 [11] (Figura 65). El cálculo de las resistencias se muestra a continuación,

tomando un valor de 10 muestras de la señal con el componente más alto en

frecuencia de la señal de EMG (500Hz).

,

Inmediatamente después del amplificador de instrumentación, se colocó una etapa

de amplificación con un valor de 11, el diagrama esquemático es mostrado en la

Figura 66. Se uso un amplificador OPA4376 [12] en configuración no inversora. El

cálculo de las resistencias se muestra a continuación:

Figura 65. Diagrama esquemático del circuito integrador con los cambios

necesarios para trabajar a 3.3V usando en OPA2335.



65

La Figura 67, muestra el diagrama esquemático de la etapa de pre amplificación

del prototipo de 3.3 Volts. Ahora todas las referencias de los amplificadores están

conectadas la tierra virtual.

Figura 66. Diagrama esquemático del circuito amplificación a la salida del INA326

y antes de entrar a la etapa de filtrado.



66

Figura 67. Diagrama esquemático de la etapa de pre amplificación.



67

5.6.3 Etapa de Filtrado

Para la etapa de filtrado se siguió el mismo criterio que en el prototipo anterior; se

consideraron componentes de EMG con frecuencias de 20 a 500Hz solo que se

cambio la referencia de la señal ya que ahora está montada sobre la “tierra virtual”.

Para realizar el filtrado se usó un filtro pasa altas (20Hz) (Figura 68) seguido por un

filtro pasa bajas (500Hz), (Figura 69), para formar el filtro pasa bandas 20-500Hz.

De igual manera los filtros tienen configuración Butterworth de segundo orden [3]:

Tomando los siguientes valores de R, tenemos:

El cálculo de los valores del filtro pasa altas [3] se muestra a continuación:



68

El diseño del filtro pasa bajas [3] se realizo como sigue:

El diagrama esquemático completo del filtro pasa bandas 20-500Hz se muestra en

la figura 70.

Figura 69. Diagrama esquemático del filtro pasa altas de 500Hz de segundo orden

configuración Butterworth.



69

5.6.4 Etapa de Amplificación Final

La ganancia de la etapa de amplificación (Figura 71) fue de 8, usando un

amplificador no inversor; el cálculo de las resistencias para fijar la ganancia se

presenta a continuación:

,

Figura 70. Diagrama esquemático del filtro pasa bandas completo de de 20- 500Hz.



70

5.6.5 Etapa de rectificación de media onda

Luego de ser filtrada y amplificada la señal de EMG, se procede a la etapa de

rectificación de media onda; Figura 72 en esta etapa se usó un amplificador de

auto cero OPA2335; la salida de esta etapa se conecta a la etapa de pulsos

digitales o directamente hacia en convertidor analógico digital.

Figura 71. Diagrama esquemático del amplificador final en configuración no inversora

Figura 72. Diagrama esquemático de circuito de rectificación de media onda.



71

5.6.6 Pulsos digitales

La etapa de pulsos digitales fue agregada con el fin de obtener información de las

señales de EMG en forma digital. En esta etapa, los pulsos digitales generados

tienen una amplitud de 3.3V, por lo que pueden ser interpretados por cualquier chip

que trabaje con tecnología LVTTL. Se utilizó un circuito comparador TLV302 de la

Texas Instruments para realizar la comparación entre la señal de EMG rectificada y

el promedio de la misma, de esta forma en el momento que se presente un

potencial de alguna unidad motora, la señal de EMG rectificada superará a su

promedio y por lo tanto el comparador cambiará su estado actual (0V) por el estado

de saturación positiva de 3.3V (comparador no inversor), de esta forma se genera

un pulso cuadrado de igual duración que el potencial de acción de la UM. La Figura73 muestra el diagrama esquemático del circuito comparador.

Sin embargo esta salida es de forma serial, y consiste en un tren de pulsos

continuos, y para una aplicación futura con una red neuronal artificial se requiere

una salida en forma paralela.

Figura 73. Circuito comparador encargado de generar los pulsos digitales de 3.3V.



72

Las redes neuronales artificiales están construidas imitando en lo posible la

arquitectura de una red neuronal biológica, esto es se usan “neuronas” que están

arregladas en capas, conexiones o “sinapsis” entre las neuronas y estas

conexiones pueden ser excitatorias o inhibitorias.

Así una red neuronal artificial tiene n número de entradas, kr numero de capas

intermedias y m número de salidas (Figura 74).

Una forma de crear una compatibilidad entre los trenes de pulsos digitales y la

entrada de una red neuronal es usando un circuito de cambio (shift register) [23].Estos circuitos realizan la conversión de una señal TTL de entrada serial a una con

el mismo valor TTL pero paralela (Figura 75), de esta forma pudiéramos usar un

circuito de este tipo y en su entrada serial conectarle la salida de los pulsos

digitales para posteriormente tener la salida paralela. Sin embargo, se presenta

una dificultad; los circuitos de registros de cambio requieren un reloj interno o

externo para realizar la conversión; de esta forma requeriremos un circuito que

opere a una frecuencia de por lo menos 10kHz, ya que la frecuencia más alta de

Figura 74. Red neurona artificial de n entradas y 1 salida.



73

EMG es de 500Hz, de esta forma se tendría tiempo suficiente para entregar la

salida de hasta 20 datos paralelos.

El introducir un circuito de registro de cambio serial- paralelo presenta varias

dificultades, como por ejemplo encontrar uno que pueda operar con una frecuencia

de reloj interno de cuando menos 10kHz; y que sea compatible con la lógica

LVTTL, es por esta razón que en el desarrollo del sistema para adquisición de

EMG no se tomó en cuenta este circuito; en su lugar se optó usar un convertidor

análogo digital.

Figura 75. Circuito de cambio de serial a paralelo con 4 salidas.



74

5.6.7 Conversión analógica digital

Con la señal de EMG rectificada, se procede a la etapa de conversión analógico

digital. Para seleccionar un convertidor A/D adecuado era necesario hacerse

preguntas como por ejemplo: ¿A qué frecuencia de muestreo?

Debido a que los componentes más grandes en frecuencia de la señal de EMG

tienen lugar al rededor de los 500Hz y por el teorema de muestreo de Nyquist, se

requiere un convertidor que muestree la señal a una frecuencia cuando menos del

doble del armónico mayor (500Hz), entonces se requiere como mínimo una

frecuencia de muestreo de 1kHz.

En el mercado existen muchos convertidores analógicos digitales; sin embargo,estos circuitos requieren otros componentes complementarios, por ejemplo

osciladores, circuitos de referencia de voltaje, reguladores etc. Por otro lado están

los convertidores analógico digitales internos de los micro controladores, estos

circuitos tienen la ventaja de ser configurados por software y presentan mucha más

versatilidad al menos para esta aplicación en particular; en cuanto a los bits de

resolución, estos convertidores nos ofrecen de 8 a 10 bits.

Una de las principales ventajas que ofrece el convertidor A/D interno de un micro

controlador, es el poder presentar el valor de la conversión en los pines de salida

con los que cuenta el micro, de esta forma obtenemos la entrada en paralelo que

requiere la red neuronal artificial.

Para la conversión se utilizó el convertidor analógico digital interno de un micro

controlador PIC de Microchip: PIC16F687 [7] (Figura 76), el cual fue alimentado

con un voltaje (VDD) de 3.3V; las principales características de estemicrocontrolador son mostradas en la Tabla 7.



75

Características del PIC16F687

Oscilador interno de 8Mhz – 32kHz

Oscilador externo de 4Mhz – 20MHz

Voltaje de operación de 2.0V a 5.5V

12 canales de Conversión A/D con 10 bit de resolución

Interfaz RS-23217 pines de entrada/salida y 1 pin como entrada únicamente

Una vez elegido el microcontrolador, se centró la atención en las características de

su convertidor A/D, principalmente en la frecuencia de muestreo y los bits de

conversión.

Primero se debe de establecer el voltaje de referencia para la conversión, en base

a este voltaje se medirá la señal de EMG rectificada la cual tiene 1V de amplitud

promedio, por tanto se necesita un valor de voltaje de referencia mucho mayor a

1V, pero recordemos que la señal de EMG está montada sobre 1.65V, por lo tanto,

en realidad necesitamos un voltaje mayor que 2.65V. El PIC16F687 da la opción

de elegir un voltaje de referencia externo (el cual debe de colocarse en el PIN RA1)

o usar el voltaje de alimentación del PIC (3.3V); así que para ahorrarse

Figura 76. Diagrama de pines del PIC16F687

Tabla7. Principales características del PIC16F687



76

componentes extras se prefirió usar VDD (3.3V) como voltaje de referencia para el

convertidor A/D. Recuérdese que en este diseño el voltaje de 3.3V es suministrado

por un circuito de bomba de carga el cual se encarga de mantener siempre fijo el

nivel de voltaje (lo regula).

Para realizar sus funciones, el convertidor A/D necesita un oscilador o reloj

mediante el cual se fijará su frecuencia de muestreo; en el caso del A/D del

PIC16f687 existe la posibilidad de elegir usar un oscilador interno el cual trabaja de

32kHz a 8Mhz o un oscilador externo de 4MHz a 20MHz; sin embargo, debido a

que las señales biológicas que se procesan son demasiado propensas al ruido y

considerando que el oscilador externo puede interferir con estas, se prefirió usar el

oscilador interno a la frecuencia de 8MHz, de este modo cada ciclo de instruccióndel microcontrolador solo toma 0.5µs. Una vez elegido el oscilador, lo siguiente es

seleccionar la frecuencia de muestreo del A/D; ésta estará en proporción a la

frecuencia del oscilador (FOSC=8MHz), la Tabla 8 muestra los diferentes valores

de frecuencias para la conversión recomendadas por el fabricante.

Un punto importante es el tiempo para completar la conversión de un solo bit

(TAD); ya que para completar una conversión de 10 bits se requieren 11 TADs.



77

Reloj ADC Frecuencia del dispositivo (FOSC)

20MHz 8MHz 4MHz 1MHz

FOSC/2 100ns(2) 250ns(2) 500ns(2) 2.0µs

FOSC/4 200ns(2)

500ns(2)

1.0µs(2)

4.0µsFOSC/8 400ns(2) 1.0µs(2) 2.0µs 8.0µs(3)

FOSC/16 800ns(2) 2.0µs 4.0µs 16.0µs(3)

FOSC/32 1.6µs 4.0µs 8.0µs(3) 32.0µs(3)

FOSC/64 3.2µs 8.0µs 16.0µs(3) 64.0µs(3)

FRC 2-6µs(1,4) 2-6µs(1,4) 2-6µs(1,4) 2-6µs(1,4)

Debido a que una conversión completa de 10bits al usar la frecuencia del oscilador

interno (FOSC/16) toma típicamente 11*TAD y un TAD para voltajes mayores a

3.0V toma 2µs, entonces el tiempo completo para realizar la conversión de 10bits

nos toma:

Este tiempo de conversión () equivale a una frecuencia de muestreo de:

Como la frecuencia mínima a la que deberíamos de muestrear la señal de EMG

para evitar el “aliasing” es de 1kHz, y nuestra frecuencia de muestreo obtenida

para la conversión de los 10 bits es de 45.45kHz, entonces podemos muestrear la

señal de EMG sin problemas.

Tabla 8. Las celdas grises indican un valor no recomendado.

Notas (súper índices):

(1): El TAD para FCR tiene un tiempo típico de 4µs para VDD>3.0V

(2): Estos valores violan en TAD mínimo requerido.

(3): Para conversiones más rápidas, seleccionar otro reloj.

(4): Cuando la frecuencia del dispositivo es más grande de 1MHz, el FCR solo se recomienda con

el modo sleep.



78

Se usaron los 10 bits de conversión para el dato digital, de esta forma tenemos 2 n-

1 valores (1023). Tomando en cuenta que la amplitud promedio de las señal de

EMG está alrededor de 1V y que está montada sobre el nivel de voltaje de 1.65V

(tierra virtual), se tiene un valor de voltaje de 1V + 1.65V = 2.65de valor promedio.

La Figura 77 muestra la señal de EMG rectificada medida desde los 0 Volts, estos

valores de voltaje son los que tomará el convertidor analógico digital. Finalmente el

circuito del convertidor analógico queda como se muestra en la Figura 78.

Figura 77. Grafica que muestra los valores de la señal de EMG rectificada correspondiente al

movimiento de flexión, medida desde los 0V.



79

5.6.8 Programa en Ensamblador

Para tener un mejor desempeño y realizar las operaciones de conversión de datos

con el convertidor A/D con mayor velocidad, se usó el lenguaje ensamblador. El

diagrama de flujo del programa desarrollado se muestra en la figura 79, y el listado

del programa se encuentra en el apéndice 1. Básicamente el trabajo del

microcontrolador es realizar la conversión A/D y desplegar el dato binario en sus

puertos; adicionalmente se toma a consideración la red neuronal la cual tomará el

valor binario entregado por el micro; esto se hace de la siguiente manera: cuando

el PIC termina la conversión A/D pone a uno lógico su pin (RB5) “LISTO” para

indicarle a la red neuronal que puede tomar el dato completo, inmediatamente

después el microcontrolador se pone a esperar que la red le indique que ha leído el

dato binario mediante el monitoreo continuo de uno de sus pines, el RB7, el cual

tiene asociada la variable “RECIBIDO” y se pondrá a uno lógico cuando la red

termine de leer el dato binario.

Figura 78. Diagrama esquemático del PIC16f687



80

5.6.9 Probando el Convertidor Analógico Digital del PIC

Una vez cargado el programar al microcontrolador se procedió a realizar una

prueba; esta consistió en tomar los 10 bits entregados por los puertos del PIC y

hacerles una conversión de digital a analógico (DAC) por medio de la tarjeta de

adquisición de datos de National Instruments NI-USB-6009; de esta forma

obtendremos una vista rápida de la capacidad del convertidor analógico del PIC

para captar las señales de EMG. El programa que se encarga de hacer la

conversión de digital a analógico fue hecho en Labview y la tarea realizada esbastante simple, primero se adquiere el dato binario de 10 bits y se obtiene el

Figura 79. Diagrama de flujo del programa en ensamblador del PIC16F687.



81

numero decimal que representa; al ser un valor de 10bits este número puede tomar

valores del 0 al 1024, seguidamente este valor escalar se multiplica por una

constante de escala (C); esta constantes es conocida como el paso del convertidor

analógico digital y se calcula dividiendo el voltaje de referencia de ADC entre el

número de bits con que cuenta el convertidor; la constante se calculo de la

siguiente manera:

Finalmente el valor resultante entre la multiplicación de la constante C y el dato

decimal nos da el valor analógico correspondiente a la conversión de digital a

analógico. El programa se presenta en la Figura (80):

Figura 80. Programa en Labview para la conversión de Digital a analógico.



82

Una vez preparado el programa para la conversión de Digital a Analogico, se

procedió a conectar los 10 bits de salida del convertidor analógico digital de PIC al

convertidor de digital analógico de NI-USB-6009 y se realizaron varias pruebas de

conversión de datos de EMG. El resultado de esta conversión fue graficado para

mostrar los patrones de las señales de EMG, los cuales pueden apreciarse en las

Figuras (89 - 90); también se muestran registros de la señal de EMG rectificada

(Figura 91 -92) registrada con el ADC de la tarjeta NI-USB-6009.

Figura 81. Grafica de la señal de EMG adquirida por el ADC del PIC, fueron tomadas 1000

muestras en 1 segundo. La captura corresponde al movimiento de flexión fuerte tomada del

musculo bíceps.



83

Figura 82. Grafica de la señal de EMG adquirida por el ADC del PIC, fueron tomadas 1000

muestras en 1 segundo. La captura corresponde al movimiento de flexión fuerte del bíceps.

Figura 83. Grafica de la señal de EMG adquirida por el ADC de la tarjeta NI-USB-6009, fueron

tomadas 1000 muestras en 1 segundo. La captura corresponde al movimiento de flexión fuerte

tomada del musculo bíceps.



84

De los registros capturados y mostrados en las graficas anteriores se observa que

la información adquirida por el convertidor analógico digital de PIC es muy similar a

la captada por en NI-USB-6009.

Finalmente la Figura (81) muestra el diagrama esquemático correspondiente a este

prototipo de adquisición de EMG a 3.3V.

Figura 84. Grafica de la señal de EMG adquirida por el ADC de la tarjeta NI-USB-6009,

fueron tomadas 1000 muestras en 1 segundo. La captura corresponde al movimiento de

flexión fuerte tomada del musculo bíceps.



85

3 . 3 v

B i t 7

C 1 3

1 n

- +

U 2 A

OP A 2 3 3 3

3 2

1

84

C 1 7 4

.7 u

B i t 2

C 1 0

.1 u

3 . 3 V

3 . 3 v

B i t 6

3 . 3 v

U 5

P I C 1 6 F 6 8 7

8 7 9 6 1 2 3 4 5

2 0

1 9

1 8

1 7

1 6

1 5

1 4

1 3

1 2

1 1

1 0

R C 6

R C 3

R C 7

R C 4

V D D

R A 5

R A 4

R A 3

R C 5

V S S

R A 0

R A 1

R A 2

R C 0

R C 1

R C 2

R B 4

R B 5

R B 6

R B 7

M al l a

C 9

0 .2 2 u

R 7

1 0 k

3 . 3 v

3 . 3 V

R 5 1

0 K

R 5

8 2 k

C 1 6

4 .7 u

C 6

0 . 5

n

R 3

3 3 k

D 1

D 1 N 4 1 4 8

3 . 3 V

- + U 4 B

OP A 2 3 3 5

5 6

7

8 4

B i t 1

R 1 9

1 0 k

C 2

1 u

C 1 9

0 .1 u

- +

U 4 B

M C P 6 0 2 1

5 6

7

84

R 1 4

2 0 k

R 8

3 . 3 k

U 4

R E

G7 1 1 - 3 . 3

8

1 2 3 4

5 6 7

V O U T

N C

E N

V I N

GN D

P GN D

C p um p-

C p um p +

C 1 1

1 n

R 1 3

1 0 k

R 1 2

1 0 0 k

R 6

8 2 k

C 4

1 n

- +

U 1 B

OP A 4 3 7 6

5 6

7

411

S al i d a

R

4

3 . 3 k

3 . 3 v

3 . 3 v

B i t 0

C 1 5

0 .1 u

R 1 7

2 0 k

- +

U 1

A

OP A 4

3 7 6

3 2

1

411

E l e c t r o d oV +

C 7 0

.1 u

R 2 0

8 2 0

R 6

8 2 k

R 2

8 2 k

3 . 3 v

E M G r e c t i f i c a d a

C 1 4

0 .1 u

V 1

1 . 8 - 5 . 5 V

R

1 5

5

6 k

- +

U 4 B

T L V 3 7 0 2

5 6

7

84

B i t 9

3 . 3 V

U 6

I N A 3 2 6

2 3 4

6

7 5 1 8

-V I N

+V I N

V -

V O

V +

R 2

R 1

R 1

R 1 2

1 0 0 k

C 1 3

1 n

E l e c t r o d o d er ef er en c i a

- + U 2 A

OP A 2 3 3 5

3 2

1

8 4

B i t 8

C 3

0 .1 u

- +

U 2 C

OP A 4 3 7 6

1 0 9

8

4 11

E l e c t r o d oV -

3 . 3 v

R 9

3 9 0 k

C 1 8

4 .7 u

R 1 6 5

6 k

3 . 3 v

C 9

4 .7 u

- + U 2 B

OP A 2 3 3 3

5 6

7

8 4

3 . 3 k

C 5

0 .1 u

C 2 0

0 .1 u

- +

U 1 D

OP A 4 3 7 6

1 2

1 3

1 4

4 11

R 1 0

3 3 k

R 1

2 0 0 k

R 1 1

3 9 0

k

B i t 5

C 2 1

2 .2 u

R 2 1

2 7 0 k

B i t 3

3 . 3 v

B i t 4

S al i d a d i gi t al

Figura 85. Diagrama esquemático del sistema de adquisición de EMG de 3.3V.



86

5.6.10 Resultados

Este segundo prototipo fue desarrollado en una solo placa de circuito impreso, a

diferencia del primer prototipo. La Figura (86) muestra la vista de la parte de arriba

de la placa de circuito impreso construida, la parte de debajo de circuito es

mostrada en la Figura 87, en la cual se encuentran soldados los integrados de

montaje superficial,

Figura 86. Placa de circuito impreso del sistema de adquisición de EMG, vista por arriba.

Figura 87. Placa de circuito impreso del sistema de adquisición de EMG, vista por debajo.

Los chips de montaje superficial aparecen encerrados en círculos amarillos.



87

Para la adquisicion de los registros de EMG se usó el mismo programa de

LabVIEW que sirvió en el prototipo anterior. Las grafica presentada en la Figura 88

muestra el registro de la señal de EMG correspondiente a un movimiento de flexión

suave en un perido de tiempo de 700ms; en esta grafica tambien se muestran los

pulsos digitales y se puede observar que van desde -1.65 V hasta 1.65 V, teniendo

una amplitu de 3.3V, a diferencia del prototipo anterior el cual generaba pulsos

cuadrados con amplitudes de 9V.

Figura 88. Grafica de EMG correspondiente al movimiento de flexión suave durante 700ms.



88

La grafica de la Figura 89 muestra la señal de EMG correspondiente al movimiento

de flexion fuerte; se puede apreciar que el numero de potenciales de accion es

mayor que los presentes en la grafica de la Figura 88 correspondiente a la flexion

suave, de igual forma se aprecia que los potenciales presentan una amplitud

mucho mayor; la Figura 90 presenta la comparacion entre la señal de EMG de

flexion suave y la señal de EMG correspendiente a la flexion fuerte.

Figura 89. Grafica de EMG correspondiente al movimiento de flexión fuerte durante 700ms.



89

Figura 90. Comparación entre las señales de EMG registradas correspondientes a la flexión

suave y la flexión fuerte.



90

A continuación se muestran los registros capturados de la actividad muscular

durante un segundo a una frecuencia de 10kHz en el musculo tríceps, estas

señales ya fueron rectificadas (Figuras 91 y 92).

Figura 91. Registro de actividad de EMG tomada del musculo Tríceps al realizar un

movimiento de flexión aplicando fuerza.

Figura 92. Registro de actividad de EMG tomada del musculo Tríceps al realizar un

movimiento de flexión de forma relajada.



91

5.7 Diseño y Construcción del Prototipo de Adquisición

de EMG de dos Canales

Finalmente se construyó el prototipo de adquisicion de EMG de dos canales; esteprototipo resulta ser una extención del prototipo visto anteriormete el cual solo

podía monitorear un canal, y por ende un solo musculo. El desarrollo de este

último prototipo consistió en la union de dos sistemas de adquisicion de EMG de un

solo canal identicos al presentrado en el diagrama esquematico de la Figura 81.

Esta union se hace de tal forma que los dos sistemas compartan el electrodo de

referencia; teniendo de esta forma el electrodo inversor 1. Inversor 2, no inversor 1

, no inversor 2 y un solo electrodo de referencia. El diagrama esquematico de este

sistema se muestra en la Figura 93.



92

3.3v

R6

82k

R282k

3.3V

-

+

U1B

OPA4376

5

67

4

1 1

3.3v

-

+

U2A

OPA23333

21

8

4

C14

0.1u

R19

10k

R5 82k

R16

56k

R11 390k

C4

1n

R282k

-

+

U2C

OPA4376

10

98

4

1 1

3.3v

R7

10k

-

+

U1A

OPA4376

3

21

4

1 1

Bit 1

C7

0.1u

R6

82k

R21270k

C20

0.1u

R21270k

R12

100k

C13

1nSalida

R5

10K

3.3V

-

+

U4B

OPA2335

5

67

8

4

R15

56k

C5

0.1u

3.3v

R9390k

C18

4.7u

-

+

U1D

OPA4376

12

1314

4

1 1

3.3v

C3 0 .1 u

C3 0 .1 u

3.3v

Bit 9

Malla

Bit 3

C6

0.5n

Bit 2

Salida

Bit 5

Bit 3

-

+

U1D

OPA4376

12

1314

4

1 1

3.3v

-

+

U2A

OPA23333

21

8

4

C7

0.1u

C13

1n

R4 3.3k

R13

10k

Electrodo2 V+

Electrodo1 V-

3.3v

Electrodo de referencia

-

+

U1A

OPA4376

3

21

4

1 1

3.3 V

C1

0.1u

-

+

U4B

MCP60215

67

8

4

C15

0.1uC9

0.22u

R8

3.3k

-

+

U2C

OPA4376

10

98

4

1 1

3.3v

R15

56k

R5

10K

R5 82k

C164.7u

R7

10k

R13

10k

R1

200k

3.3v

R19

10k

R12100k

R6

82k

R17

20k

U5

PIC16F687

87

9

6

12345

2019181716

15141312

1110

RC6RC3

RC7

RC4

VDDRA5RA4RA3RC5

VSSRA0RA1RA2RC0

RC1RC2RB4RB5

RB6RB7

3.3v

3.3k

R6

82k

C21

2.2u

C174.7u

R8

3.3k

-

+

U2A

OPA2335

3

21

8

4

C9

4.7u

C1

0.1u

Bit 9

3.3v

Bit 6

Bit 8

3.3v

U6

INA326

23

4

6

7

518

-VIN+VIN

V-

VO

V+

R2R1R1

Bit 1

Bit 6

3.3v

Electrodo1 V+

Electrodo2 V-

EMG rectificada

Bit 8

R14

20k

-

+

U1B

OPA4376

5

67

4

1 1

R3 33k

C13

1n

-

+

U4B

OPA2335

5

67

8

4

D1

D1N4148

R16

56k

3.3k

R10 33k

U4 REG711-3.3

81

2

3

4 5

6

7

VOUTNC

EN

VIN

GN D PGN D

Cpump-

Cpump+

Malla

R4 3.3k

R14

20k

R3 33k

C11

1n

U5

PIC16F687

87

9

6

12345

2019181716

15141312

1110

RC6RC3

RC7

RC4

VDDRA5RA4RA3RC5

VSSRA0RA1RA2RC0

RC1RC2RB4RB5

RB6RB7

C11

1n

3.3v

C5

0.1u

3.3v

C6

0.5n

C20

0.1u

U6

INA326

23

4

6

7

5

18

-VIN+VIN

V-

VO

V+

R2R1R1

3.3 V

3.3v

V11.8 -5.5 V

C4

1n

-

+

U2A

OPA2335

3

21

8

4

Bit 2

Bit 4

R17

20k

Bit 0

Bit 5

Bit 4

Bit 0

Bit 7

3.3 V

R1

200k

R10 33k

-

+

U2B

OPA2333

5

67

8

4

Bit 7

D1

D1N4148

EMG rectificada

C13

1n

Figura 93. Diagrama esquemático del sistema de adquisición de EMG de dos canales.



93

Para el desarrollo del sistema de adquiscion de EMG de dos canales se usaron

dos placas de circuito impreso de adquisición de un solo canal. Estas placas se

unen de tal forma que comparten el electrodo de referecia. La Figura 94 muestra el

circuito impreso correspondiente al segundo canal de adquisición de EMG, en la

Figura 95 se observa como se unen las dos placas para el monitoreo de las

señales musculares.

Figura 94. Vista del circuito impreso correspondiente al canal 2 para registro de EMG.

Figura 95. Placas de circuito impreso que conforman el sistema de adquisición de EMG de dos

canales



94

5.7.1 Resultados

La Figura 96 muestra la gráfica de los datos registrados por el sistema de

adquisición de EMG de dos canales correspondientes a los musculos biceps y

triceps durante el movimiento de flexión suave; se puede observar que la señal

producida por el biceps es ligeramente mayor en amplitud a la señal del triceps,

esto se debe a que al realizar el movimiento de flexión, el musculo biceps realiza

más esfuerzo que el triceps y esto se ve reflejado en la actividad de los potenciales

de acción y por ende en las graficas.

Figura 96. Gráfica de la señal de EMG adquirida de los músculos bíceps (rojo) y tríceps (verde).

El registro del bíceps se encuentra desplazado 0.5 volts para que no se monte con el registro del



95

6. DISCUSION DE LOS RESULTADOS

En este trabajo de investigacion se presenta un sistema de adquisición de señales

de EMG usando electrodos secos, los cuales resultan mas convenientes que los

electrodos desechables de Ag/AgCl debido a que pueden reutilizarce sin mayor

problema y como se pudo observar con los resultados graficados, estos electrodos

son capaces de captar las señales de EMG sin mayor problema. Se observó

variaciones de las señales de EMG, las cuales son dependientes de la posición,

ubicación, tamaño y material de los electrodos con los que son registradas, de

igual manera, estas señales ganan amplitud conforme se aplica mas fuerza sobreel musculo en el cual se realiza el registro.

La idea del sistema de adquisición de señales de EMG es que sea capaz de

adquirir información de los impulsos electricos de mas de un músculo, es por esta

razón que se optó por usar dos juegos de electrodos para monitorear un grupo

muscular, por ejemplo, el grupo muscular del brazo, en este caso en particular, los

electrodos fueron colocados sobre el músculo biceps y sobre el músculo triceps,

esto con la intención de que se tengan varias respuestas o combinaciones de

patrones de EMG al ejecutar algun movimento complejo, por ejemplo flexiones,

estirar, o rotar el brazo.

Para realizar los prototipos, se trató de usar componentes que sean faciles de

conseguir, se usaron componentes principalmente de la empresa Texas

Instruments, ya que presentaba muchas opciones en cuanto a chips para diseños

analógicos.

A continuacion se presenta el presupuesto (Tabla 9) para realizar el prototipo para

la adquiscicion de señales de EMG de un solo canal a 3.3V; este presupuesto fue

hecho tomando en cuenta los precios en dolares de un proveedor por internet de

circuitos integrados (http://www.newark.com/).

http://www.newark.com/

http://www.newark.com/



96

Circuito integrado Precio (Dolares) Descripcion Cantidad

INA326 $5.00 Instrumentation

Amplifier IC

1

OPA2333 $4.12 Operational Amplifier(Op-Amp) IC

1


1


1

Reg-711 $1.86 DC/DC Converter 1

PIC16F687 $1.45 8-Bit MicrocontrollerIC

1

7. CONCLUSIONES

Hasta ahora se ha completado la adquisición de las señales de EMG usando

electrodos secos de superficie de Acero inoxidable; se construyó un dispositivo de

registro de potenciales de acción muscular de dos canales, teniendo de esta

manera los registros de dos músculos a la vez. Esta información además se

digitaliza y se entrega en forma paralela. Estos datos pueden pasarse en el futuro

posiblemente a una red neuronal para que sean aprendidos por este dispositivo, de

esta forma un movimiento sería descrito por la actividad mioeléctrica de un par de

músculos: Por ejemplo para el movimiento de flexión, extensión, pronación y

supinación se tendrá la información del músculo bíceps y tríceps.

Este sistema es la base para una posible aplicación en una prótesis inteligente, sin

embargo su utilidad se podría extender a otros usos, tales como exoesqueletosrobóticos, simulaciones en 3D para una interface de usuario tele operado, entre

Tabla 9. Precios de los circuitos integrados usados en el prototipo.



97

otras. La meta final de este prototipo a largo plazo es tener una prótesis inteligente

que se adapte al usuario y no viceversa, haciendo más fácil el proceso de

adaptación clínico y reduciendo el costo para que pueda estar al alcance de la

mayoría de la población.

8. TRABAJO FUTURO

El trabajo a futuro para este prototipo consiste en incluir la red neuronal artificial

para completar el sistema de reconocimiento de patrones. Tambien se puede

mejorar el sistema de adquisición, especificamente en cuanto a los electrodos

usados (en forma de rectangulos), los cuales pueden ser reemplazandos por los

electrodos propuestos en el trabajo de H. K. Bhullar [6], en el que se describe la

construcción de un electrodo concentrico seco para tomar registros de EMG de

superficie, asegurando que se obtiene más selectividad [6]. Otra mejora que se

puede considerar es cambiar los dispositivos pasivos (resistencias y capacitores)

por componentes de montaje superficial para reducir el tamaño del circuito

impreso.



98

9. BIBLIOGRAFIA

[1] Adel S. Sedra y C. Smith “Circuitos microelectronicos”.

[2] Cameron John R. “Medical physics”.

[3] Franco Sergio ,“Diseño con amplificadores operacionales y circuitos integrados

analogicos”

[4] Gardner Ernest, M.D, Donald J. Gray, M.S, Ronan O´rahilly, M.Sc. “Anatomia,

estudio por regiones del cuerpo humano”.

[5] Hermens, H. B. Frenks, “SENIAM 5 : the state of the art on sensors and sensors

placement procedures for surface electromiography “.

[6] H. K. Bhullar, G. H. Loudon, J. C. Fothergill, and N. B. Jones, “Selective non

invasive electrode to study myoelectric signals,” Med. Biol. Eng. Comput., vol. 28,

pp. 581 –590, 1990.

[7] Hoja de datos PIC16F687 Microchip.

[8] Hoja de datos INA129 Texas Instruments.

[9] Hoja de datos INA326 Texas Instruments.

[10] Hoja de datos OPA2333 Texas Instruments.



[13] Hoja de datos TLV3702 Texas Instruments.


[15] Hoja de datos REG711-3.3 Texas Instruments.

[16] Hoja de datos LM311 Texas Instruments.

[17] Khandpur R.S. “Biomedical instrumentations. Technology and aplications”,

MacGraw-Hill.



99

[18] Merletti, Roberto “Electromyography - Physiology, Engineering, and

Noninvasive Applications”. Editado por: Merletti, Roberto; Parker, Philip © 2004

John Wiley & Sons

[19] Moritani, T., and H. A. deVries, “Reexamination of the relationship between thesurface inte-grated electromyogram (IEMG) and force of isometric contraction,” Am

J Phys Med 57,263 –277 (1978).

[20] Neuman, M. R. “Biopotential Electrodes.”The Biomedical Engineering

Handbook: Second Edition. Ed. Joseph D. Bronzino Boca Raton: CRC Press LLC,

2000.

[21] Searle A. and L Kirkup “A direct comparison of wet, dry and isolatingbioelectric recordings electrodes ”. Departament of Applied Physics, university of

technology, Sydney, Broadway, NSW, 2007, Australia.

[22] Sale, D. G., “Neural adaptation to strength training,” in P. V. Komi, ed.,

Strength and power in sport, Blackwell Publishing, Oxford, 1991.

[23] www.TI.com. Página web de la Texas Instruments.

http://www.ti.com/

http://www.ti.com/

http://www.ti.com/

http://www.ti.com/



100

10. APENDICE I

Programa en ensamblador

LIST P=PIC16F687

#INCLUDE<P16F687.INC>

__config 0x00C4

;; Oscilador Interno.

;; WatchDog disable.

;; Power up timer on.

;; Code protection disable.

;; Brown-out Reset disable.

;; Fail safe clock monitor disable.

ERRORLEVEL -302

UDATA

BIT8 res 1 ;Variable donde se guarda la parte baja de 8 bit del dato de la conversion

BIT2 res 1 ;Variable donde se guarda la parte Alta de 10 bit del dato de la conversion

VALOR1 res 1 ;Variable para el retardo de 7 micro segundo

VALOR2 res 1 ;Variable par el retardo de 7 micro segundos

LISTO res 1 ;Bandera para indicar que la conversión A/D ha terminado

RECIBIDO res 1 ;Bandeta para indicar que el dato binario ha sido leido por la red neuronal

ORG 0X00

;---------configuracion del oscilador interno a 8Mhz---------

BANKSEL OSCCON

MOVLW b'01110111'

MOVWF OSCCON

;------------------------------------------------------------

;SELECCION DE LOS CANALES A/D

BANKSEL ANSEL

CLRF ANSEL

BANKSEL ANSELH



101

CLRF ANSELH

BANKSEL ANSEL

BSF ANSEL,1 ;Set RA1 to analog

;-------------------------------------------------------------

BANKSEL PORTB

CLRF PORTB

BANKSEL TRISB

CLRF TRISB ;CONFIGURA EL PORTB COMO SALIDA

;------------------------------------------------------------

BANKSEL PORTC

CLRF PORTC

BANKSEL TRISC

CLRF TRISC ;CONFIGURA EL PORTC COMO SALIDA

;-------------------------------------------------------------

BANKSEL ADCON1

MOVLW b'01010000' ;ADC INTERNAL OSCILATOR 8MHz FOSC/16 = 2us

MOVWF ADCON1

BANKSEL TRISA ;PONER EL RA1 COMO ENTRADA

BSF TRISA,1 ;Set RA1 to input

BANKSEL ANSEL

BSF ANSEL,1 ;Set RA1 to analog

BANKSEL ADCON0

MOVLW B'10000101' ;Right justify,

MOVWF ADCON0 ; Vdd Vref, AN1, On

CALL SAMPLETIME ;Acquisiton delay

;-------------------------------------------------------------

INICIO

BSF ADCON0,GO ;inicia la conversión



102

BTFSC ADCON0,GO ;se completo la conversión?

GOTO $-1 ;No, esperar a que se termine

;CONVERSION TERMINADA

BANKSEL ADRESL ;

MOVF ADRESL,W ;leer la parte baja del dato binario

BANKSEL PORTC

MOVWF PORTC ;MOSTRAR EN PORTC

BANKSEL ADRESH ;leer la parte lata del dato binaro

CLRF BIT2 ;limpiar la variable BIT2

BTFSC ADRESH,0 ;preguntar si el bit 0 de la variale BIT2 es 0

BSF BIT2,4 ;el bit 0 de BIT2 es 1, pone en lato el bit 4 de BIT2

BTFSC ADRESH,1 ;pregunta si el bit 6 de BIT2 es 0

BSF BIT2,6 ;el bit 6 de BIT2 es 1, pone a uno logico el bit 6 de BIT2

MOVF BIT2,w ;despliega el valor en el pueto B

MOVWF PORTB

BSF LISTO,0 ;poner a uno logico la bandera de LISTO

BTFSS RECIBIDO,0 ;pregunta si la bandera RECIBIDO vale 1 logico

GOTO $-1 ;esperar hasta que la bandera RECIBIDO sea uno logico.

BCF LISTO,0

GOTO INICIO

;----------------------------------------------------------------

SAMPLETIME ;funcion de retardo de 7 micro segundos

MOVLW 04H

MOVWF VALOR1

UNO

decfsz VALOR1,f

goto UNO

return

END

Documents

TESIS FINALIZADA