專利名稱：基于lpc2144的開放式多功能醫(yī)用信號(hào)發(fā)生儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種醫(yī)用信號(hào)發(fā)生儀，尤其是一種基于LPC2144的開放式多功能 醫(yī)用信號(hào)發(fā)生儀。
背景技術(shù)：
在臨床、醫(yī)學(xué)科研和實(shí)驗(yàn)中，需要對(duì)生理信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)、測(cè)量及分析；在醫(yī)療設(shè)備 及其它醫(yī)用設(shè)備的研究、維修或調(diào)試中，經(jīng)常需要輸入模擬心電、腦電等標(biāo)準(zhǔn)或異常的生理 信號(hào)；在醫(yī)學(xué)上，對(duì)人耳頻率特性和人體阻抗特性的研究和教學(xué)中，需要高頻率精度、高驅(qū) 動(dòng)能力、高純度的正弦信號(hào)，這很多現(xiàn)有信號(hào)發(fā)生器根本無法滿足要求；在各大院校的物理 等相關(guān)教學(xué)中，經(jīng)常會(huì)演示或?qū)嶒?yàn)兩簡(jiǎn)諧振動(dòng)不同情況下的合成波形，這對(duì)于醫(yī)學(xué)生來說， 理解生理信號(hào)的頻譜分析有著及其重要的意義，常見的如拍頻、李薩如圖形等，現(xiàn)有相關(guān)儀 器演示或?qū)嶒?yàn)起來極不方便，尤其是學(xué)生作實(shí)驗(yàn)則是更加困難，調(diào)試會(huì)花大量時(shí)間，甚至根 本調(diào)不出來。目前很多醫(yī)學(xué)信號(hào)發(fā)生器或信號(hào)發(fā)生儀只有產(chǎn)生常見的生理信號(hào)，且其波形 一般是固定的，沒有常用的常信號(hào)如正弦、三角和方波等，且輸出驅(qū)動(dòng)能力非常有限。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于LPC2144的開放式 多功能醫(yī)用信號(hào)發(fā)生儀，利用單片機(jī)控制產(chǎn)生常用正常和異常生理信號(hào)、常用的雙道高精 度頻率和位相差的正弦、三角波和方波信號(hào)，其輸出具有很強(qiáng)的帶負(fù)載能力，可作為醫(yī)學(xué)儀 器的維修、高等院校中的實(shí)驗(yàn)、教學(xué)和科研，尤其是醫(yī)學(xué)中的人耳特性和人體阻抗特性的測(cè) 量；而且，其生理信號(hào)的波形可通過USB接口改變，這具有很好的開放性；同時(shí)，它的性能穩(wěn) 定、可靠，體積小、使用直觀、方便、靈活、便于攜帶，成本低。本實(shí)用新型為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，采用了如下技術(shù)方案一種基于LPC2144的 開放式多功能醫(yī)用信號(hào)發(fā)生儀，其特征是包括有單片機(jī)控制單元、雙道數(shù)控常用信號(hào)產(chǎn)生 單元、濾波處理單元、信號(hào)選擇單元、信號(hào)幅度調(diào)節(jié)單元、功率放大單元、信號(hào)輸出接口、數(shù) 控幅度調(diào)節(jié)單元、LCD顯示單元、按鈕單元、USB接口和存儲(chǔ)單元；單片機(jī)控制單元內(nèi)部有D/ A轉(zhuǎn)換、A/D轉(zhuǎn)換、USB引擎；單片機(jī)控制單元的控制輸出端口與雙道數(shù)控常用信號(hào)產(chǎn)生單元 的輸入端連接，其輸出端與信號(hào)選擇單元的輸入端連接；濾波處理單元的輸入端與單片機(jī) 控制單元內(nèi)部的D/A轉(zhuǎn)換輸出端口連接，其輸出端與信號(hào)選擇單元的輸入端連接；信號(hào)選 擇單元的輸出端與信號(hào)幅度調(diào)節(jié)單元輸入端連接，信號(hào)幅度調(diào)節(jié)單元的控制輸入端和輸出 端分別與單片機(jī)控制單元控制輸出端和功率放大單元的輸入端連接，功率放大單元的輸出 端與信號(hào)輸出接口和數(shù)控幅度調(diào)節(jié)單元輸入端連接，數(shù)控幅度調(diào)節(jié)單元輸出端與單片機(jī)控 制單元內(nèi)部的A/D轉(zhuǎn)換輸入端口連接；USB接口和存儲(chǔ)單元的輸出口、存儲(chǔ)單元的輸入輸出 接口、USB接口的輸入輸出接口及按鈕輸入單元的輸出端分別與單片機(jī)控制單元的輸入輸 出接口、USB引擎及信號(hào)輸入端連接。按本實(shí)用新型提供的基于LPC2144的開放式多功能醫(yī)用信號(hào)發(fā)生儀，利用32位單片機(jī)控制產(chǎn)生常用正常和異常生理信號(hào)、常用的雙道高精度頻率和位相差的正弦、三角波 和方波信號(hào)，其輸出具有很強(qiáng)的帶負(fù)載能力可作為醫(yī)學(xué)儀器的維修、高等院校中的實(shí)驗(yàn)、教 學(xué)和科研，尤其是醫(yī)學(xué)中的人耳特性和人體阻抗特性的測(cè)量。另外，其生理信號(hào)的波形可通 過USB接口改變，這具有很好的開放性。具有能同時(shí)輸出采用數(shù)控頻率和位相產(chǎn)生的兩道 生理信號(hào)、常用信號(hào)，且兩道信號(hào)的位相可控。本實(shí)用新型由于使用了極其方便的USB接口技術(shù)、顯示直觀的IXD液晶顯示技 術(shù)、控制及處理功能強(qiáng)大的32位高性能單片機(jī)等技術(shù)，這使得該智能儀器性能穩(wěn)定、可靠， 同時(shí)具有體積小、使用直觀、方便、靈活、便于攜帶、成本低等特點(diǎn)；可通過USB接口實(shí)現(xiàn)計(jì) 算機(jī)與單片機(jī)的通信，隨時(shí)增加、各種需要產(chǎn)生的模擬生理信號(hào)，且對(duì)同一生理信號(hào)可提供 了幾種頻率，以方便用一般的示波器觀察，使該儀器具有很好的開放性；其高驅(qū)動(dòng)能力的輸 出，可直接驅(qū)動(dòng)耳機(jī)用于人耳頻率特性的測(cè)量、實(shí)驗(yàn)和研究，也利用其能輸出高頻率精度、 高純度、高驅(qū)動(dòng)能力的正弦信號(hào)，可極其方便地用于人體阻抗特性的研究和教學(xué)等；可以非 常方便地演示與頻譜分析相關(guān)的兩簡(jiǎn)諧振動(dòng)在不同頻率、相同頻率、不同相位等情況下的 合成(同方向、相互垂直——拍頻、李薩如圖形等)，這比現(xiàn)有儀器使用起來方便很多，同時(shí) 因?yàn)椴捎玫臄?shù)控頻率和位相IC，因此該儀器能提供高精度頻率和位相差，這可供科研等提 供高精度的信號(hào)源。

本實(shí)用新型有如下附圖圖1為本實(shí)用新型的電路原理框圖；圖2為單片機(jī)控制單元的電路圖；圖3為雙道數(shù)控常用信號(hào)產(chǎn)生單元的電路圖；圖4為濾波處理單元的電路圖；圖5信號(hào)選擇單元的電路圖；圖6為信號(hào)幅度調(diào)節(jié)單元的電路圖；圖7為功率放大單元的電路圖；圖8為數(shù)控幅度調(diào)節(jié)單元的電路圖；圖9為IXD顯示單元的電路圖；圖10為存儲(chǔ)單元的電路圖。
具體實(shí)施方式
下面參照附圖說明本實(shí)用新型的實(shí)施方案。在圖1所示的實(shí)施方案中，一種基于 LPC2144的開放式多功能醫(yī)用信號(hào)發(fā)生儀，包括有單片機(jī)控制單元、雙道數(shù)控常用信號(hào)產(chǎn)生 單元、濾波處理單元、信號(hào)選擇單元、信號(hào)幅度調(diào)節(jié)單元、功率放大單元、信號(hào)輸出接口、數(shù) 控幅度調(diào)節(jié)單元、IXD顯示單元、按鈕單元、USB接口和存儲(chǔ)單元；單片機(jī)控制單元內(nèi)部有D/ A轉(zhuǎn)換、A/D轉(zhuǎn)換、USB引擎；單片機(jī)控制單元的控制輸出端口與雙道數(shù)控常用信號(hào)產(chǎn)生單元 的輸入端連接，其輸出端與信號(hào)選擇單元的輸入端連接；濾波處理單元的輸入端與單片機(jī) 控制單元內(nèi)部的D/A轉(zhuǎn)換輸出端口連接，其輸出端與信號(hào)選擇單元的輸入端連接；信號(hào)選 擇單元的輸出端與信號(hào)幅度調(diào)節(jié)單元輸入端連接，信號(hào)幅度調(diào)節(jié)單元的控制輸入端和輸出端分別與單片機(jī)控制單元控制輸出端和功率放大單元的輸入端連接，功率放大單元的輸出 端與信號(hào)輸出接口和數(shù)控幅度調(diào)節(jié)單元輸入端連接，數(shù)控幅度調(diào)節(jié)單元輸出端與單片機(jī)控 制單元內(nèi)部的A/D轉(zhuǎn)換輸入端口連接；USB接口和存儲(chǔ)單元的輸出口、存儲(chǔ)單元的輸入輸出 接口、USB接口的輸入輸出接口及按鈕輸入單元的輸出端分別與單片機(jī)控制單元的輸入輸 出接口、USB引擎及信號(hào)輸入端連接。前述單片機(jī)控制單元包括單片機(jī)Ul和相應(yīng)的外圍元件，單片機(jī)Ul采用32位 LPC2144芯片，內(nèi)部有D/A轉(zhuǎn)換、A/D轉(zhuǎn)換、USB引擎；單片機(jī)Ul的模擬信號(hào)輸入口、控制信 號(hào)輸入輸出口分別與數(shù)控幅度調(diào)節(jié)單元中的模擬輸出、控制輸入相連；單片機(jī)D/A輸出口、 PWM輸出口分別與濾波處理單元中的生理信號(hào)輸入、濾波脈沖相連；單片機(jī)數(shù)據(jù)輸入輸出 PO 口分別與按鈕輸入單元中的輸出端、信號(hào)選擇單元中的控制輸入端口、信號(hào)幅度調(diào)節(jié)單 元中的控制輸入端口、雙道數(shù)控常用信號(hào)產(chǎn)生單元中的同步控制、時(shí)鐘、數(shù)據(jù)輸入端口及存 儲(chǔ)單元中的數(shù)據(jù)和時(shí)鐘輸入輸出端口相連；單片機(jī)輸入輸出Pl 口分別與IXD顯示單元中 的數(shù)據(jù)輸入輸出端口和輸入控制端口相連。如圖2所示的實(shí)施例中，單片機(jī)Ul采用32位 單片機(jī)LPC2144，其內(nèi)部具有D/A轉(zhuǎn)換、A/D轉(zhuǎn)換、USB引擎，可方便與計(jì)算機(jī)通信，同時(shí)對(duì)通 過按鈕輸入的信息進(jìn)行分析，并向其它部分發(fā)送相應(yīng)的數(shù)據(jù)或控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)從輸出端輸 出相應(yīng)參數(shù)的音頻信號(hào)，并控制LCD液晶實(shí)現(xiàn)各種相關(guān)信息的顯示。單片機(jī)模擬信號(hào)輸入 口節(jié)點(diǎn) AmpADIN、輸入輸出 口 PeakCtrlAO、PeakCtrlAU PeakAmpA, PeakAmpB, PeakAmpC 分 別與數(shù)控幅度調(diào)節(jié)單元中的模擬輸出、控制輸入相連；單片機(jī)D/A輸出口節(jié)點(diǎn)BioSigruPWM 輸出口節(jié)點(diǎn)MAX291_CLK分別與濾波處理單元中的生理信號(hào)輸入、濾波脈沖相連；單片機(jī)輸 入輸出口節(jié)點(diǎn)Keyl、Key2、Key3、Key4、Key5分別與按鈕輸入單元中的輸出相連，當(dāng)有按鍵 按下時(shí)，節(jié)點(diǎn)Pl. 29引腳就輸出高電平，同時(shí)通過三極管Q2使蜂鳴器BUZZ發(fā)出聲音；單片 機(jī)輸入輸出節(jié)點(diǎn) SelSignCtrlU SelSignCtrl2, SelSignCtrl3、SelSignCtrl4、DG201_IN1、 DG201_IN2、DG201_IN3、DG201_IN4分別與信號(hào)選擇單元中的控制輸入端相連；單片機(jī)輸入 輸出節(jié)點(diǎn)Pl. 16—Pl. 28分別與IXD顯示單元中的數(shù)據(jù)輸入輸出端和控制輸入端相連；單 片機(jī)的輸入輸出口節(jié)點(diǎn)SDA、SCL分別與存儲(chǔ)單元中的數(shù)據(jù)和時(shí)鐘輸入輸出相連；單片機(jī)的 輸入輸出 口節(jié)點(diǎn) SellSignAmpAO、SelISignAmpAl、Sel2SignAmpA0、Sel2SignAmpAl 分別與 信號(hào)幅度調(diào)節(jié)單元中的控制輸入相連；單片機(jī)的輸入輸出口節(jié)點(diǎn)AD9833_FSYNC、AD9833_ CLK、AD9833_Data分別與單道數(shù)控常用信號(hào)產(chǎn)生單元中的同步控制、時(shí)鐘、數(shù)據(jù)輸入相連。前述雙道數(shù)控常用信號(hào)產(chǎn)生單元包括兩片數(shù)控信號(hào)發(fā)生芯片U2、U3和晶振U4，數(shù) 控信號(hào)發(fā)生芯片U2、U3的數(shù)據(jù)輸入端口、同步控制輸入端口、時(shí)鐘輸入端口分別與單片機(jī) 控制單元中單片機(jī)Ul的數(shù)據(jù)輸入輸出PO 口連接，兩片數(shù)控信號(hào)發(fā)生芯片U2、U3的常用信 號(hào)輸出端口與信號(hào)選擇單元中第一模擬開關(guān)U6的常用信號(hào)輸入連接。在圖3所示的實(shí)施例 中，兩片數(shù)控信號(hào)發(fā)生芯片U2、U3采用數(shù)控信號(hào)發(fā)生芯片AD9833，晶振U4采用12MHz晶振。 AD9833集成芯片是一種高性能28位數(shù)控頻率和12位數(shù)控位相芯片，能產(chǎn)生高精度的正弦、 三角、方波。用12MHz時(shí)鐘晶振時(shí)，其數(shù)控頻率分辨率可達(dá)12M/228約為0. 04470，其數(shù)控位 相分辨率可達(dá)360度/212約為0. 087890度，由此可知其頻率和位相精度均很高。當(dāng)需要輸 出正弦、三角、方波時(shí)，利用單片機(jī)向數(shù)控信號(hào)發(fā)生芯片傳送頻率、位相和信號(hào)類型控制字， 產(chǎn)生相應(yīng)頻率、位相和類型的信號(hào)，經(jīng)信號(hào)處理電路后輸出信號(hào)，可作為人耳頻率特性和人 體阻抗特性的研究及教學(xué)、也可作為演示簡(jiǎn)諧振動(dòng)合成的信號(hào)源，也可作為一般醫(yī)學(xué)電子學(xué)的高精度數(shù)控信號(hào)源等。兩片數(shù)控信號(hào)發(fā)生芯片U2、U3的數(shù)據(jù)輸入節(jié)點(diǎn)AD9833_lData 和AD9833_2Data、同步控制輸入節(jié)點(diǎn)AD9833_FSYNC、時(shí)鐘輸入節(jié)點(diǎn)AD9833_CLK分別與單 片機(jī)控制單元中單片機(jī)的輸入輸出口相連，單片機(jī)按照一定的時(shí)序輸入數(shù)據(jù)，通過AD9833 芯片產(chǎn)生所需頻率、波形的常用信號(hào)，該信號(hào)從第一數(shù)控信號(hào)發(fā)生芯片U2的輸出端節(jié)點(diǎn) Normal_Signall和第二數(shù)控信號(hào)發(fā)生芯片U3的輸出端節(jié)點(diǎn)Normal_Signa2輸出與信號(hào)選 擇單元中的常用信號(hào)輸入相接。前述濾波處理單元由數(shù)字濾波芯片U5及相應(yīng)的外圍元件構(gòu)成，數(shù)字濾波芯片U5 信號(hào)輸入端與前述單片機(jī)Ul的D/A轉(zhuǎn)換輸出端連接，濾波脈沖的輸入端與單片機(jī)Ul的PWM 輸出接口連接，數(shù)字濾波芯片U5的生理信號(hào)輸出端OUT與前述信號(hào)選擇單元中的第一運(yùn)算 放大器U8的生理信號(hào)輸入端連接。如圖4所示，數(shù)字濾波芯片U5采用MAX291，其主要實(shí)現(xiàn) 對(duì)單片機(jī)LPC2144內(nèi)部D/A轉(zhuǎn)換輸出的生理信號(hào)進(jìn)行濾波及放大，以滿足后級(jí)處理。數(shù)字 濾波芯片TO的信號(hào)輸入端節(jié)點(diǎn)BioSign與單片機(jī)控制單元中單片機(jī)Ul的D/A輸出經(jīng)簡(jiǎn)單 濾波的輸出相接，并輸入到數(shù)字濾波芯片U5的輸入端，輸入濾波脈沖從節(jié)點(diǎn)MAX291_CLK輸 入，并與單片機(jī)控制單元中單片機(jī)的PWM(脈寬)輸出接口相連，輸入不同的脈沖頻率實(shí)現(xiàn) 不同頻率的低通濾波，從而得到較理想的生理信號(hào)，并從輸出節(jié)點(diǎn)BioSignOut輸出生理信 號(hào)，與信號(hào)選擇單元中的輸入端相接。前述信號(hào)選擇單元包括兩個(gè)模擬開關(guān)U6、U7、第一運(yùn)算放大器U8和相應(yīng)外圍元 件，兩個(gè)模擬開關(guān)U6、U7的輸入控制端口分別與前述單片機(jī)Ul的數(shù)據(jù)輸入輸出PO 口連接， 第一模擬開關(guān)U6的常用信號(hào)輸入端口與前述雙道數(shù)控常用信號(hào)產(chǎn)生單元中的兩片數(shù)控信 號(hào)發(fā)生芯片U2、U3的常用信號(hào)輸出端口連接，第二模擬開關(guān)U7的輸出端口與信號(hào)幅度調(diào) 節(jié)單元中的第二運(yùn)算放大器UlO的輸入端口連接，第一運(yùn)算放大器U8的生理信號(hào)輸入端與 濾波處理單元的數(shù)字濾波芯片TO的生理信號(hào)輸出端連接。在圖5所示的實(shí)施例中，兩個(gè)模 擬開關(guān)U6、U7采用模擬開關(guān)芯片DG201，第一運(yùn)算放大器U8采用高性能運(yùn)放LT1364。其 中DG201模擬開關(guān)，在單片機(jī)的控制下實(shí)現(xiàn)信號(hào)源的選擇；第一運(yùn)算放大器LT1364主要實(shí) 現(xiàn)模擬開關(guān)輸出信號(hào)的阻抗變化，提高帶負(fù)載能力，減少信號(hào)的失真和幅度的損失。第一模 擬開關(guān)U6的常用信號(hào)輸入節(jié)點(diǎn)N0rmal_Signall、N0rmal_Signa12和第一運(yùn)算放大器U8的 生理信號(hào)輸入節(jié)點(diǎn)BioSignOut分別與雙道數(shù)控常用信號(hào)產(chǎn)生單元的輸出端和濾波處理單 元中的輸出端相連，作為常用信號(hào)和生理信號(hào)的輸入，第一、第二模擬開關(guān)U6、U7的輸入控 制端節(jié)點(diǎn) DG201_IN1、DG201_IN2、DG201_IN3、DG201_IN4 和 SelSignCtrl 1、SelSignCtrl2、 SelSignCtrl3、SelSignCtrl4分別與單片機(jī)控制單元中單片機(jī)的輸入輸出PO 口相連，用于 選擇需要輸出的信號(hào)類型，并經(jīng)第一運(yùn)算放大器U8芯片TL1364放大和跟隨后，從第一運(yùn)算 放大器的輸出端節(jié)點(diǎn)SelectedSignall、SelectedSignaU輸出，與信號(hào)幅度調(diào)節(jié)中的輸入 端相接。前述信號(hào)幅度調(diào)節(jié)單元包括兩個(gè)模擬選擇開關(guān)U9、U11、第二運(yùn)算放大器U10、兩 個(gè)電位器Wl、W2和相應(yīng)外圍元件，第二運(yùn)算放大器UlO的輸入端口與前述信號(hào)選擇單元中 的第二模擬開關(guān)U7的輸出端口連接，兩個(gè)模擬選擇開關(guān)U9、Ull的控制輸入端口分別與前 述的單片機(jī)數(shù)據(jù)輸入輸出PO 口連接，第二運(yùn)算放大器UlO的信號(hào)輸出經(jīng)兩個(gè)電位器W1、 W2的滑動(dòng)端與功率放大單元中的功率放大器U12的信號(hào)輸入端口連接。如圖6所示，兩個(gè) 模擬選擇開關(guān)U9、Ull采用ADG1404芯片，第二運(yùn)算放大器UlO采用高性能運(yùn)放LT1364芯片，主要實(shí)現(xiàn)信號(hào)幅度的控制。第二運(yùn)算放大器UlO信號(hào)輸入端節(jié)點(diǎn)SelectedSignall、 SelectedSignal2與信號(hào)選擇單元中的信號(hào)輸出端相連，第一模擬開關(guān)U9的輸入控制節(jié)點(diǎn) SignlAmpAO,SignlAmpAl 和第二模擬開關(guān) Ull 的輸入控制節(jié)點(diǎn) Sign2AmpA0、Sign2AmpAl 分 別與單片控制單元中單片機(jī)Ul的輸入輸出PO 口相連，控制模擬選擇開關(guān)選擇不同的放大 倍數(shù)，并經(jīng)過集成運(yùn)算放大器放大和電位器Wl、W2調(diào)節(jié)后得到滿足幅度要求的信號(hào)，并從 兩只電位器Wl、W2滑動(dòng)臂端節(jié)點(diǎn)SignlAmp、Sign2Amp輸出，其輸出端與信號(hào)功率放大單元 中的功率放大器U12信號(hào)輸入端相接。前述功率放大單元由功率放大器U12及相應(yīng)的外圍元件構(gòu)成，功率放大器U12的 信號(hào)輸入端口與前述信號(hào)幅度調(diào)節(jié)單元中的第二運(yùn)算放大器UlO的信號(hào)輸出的兩個(gè)電位 器Wl、W2的滑動(dòng)臂端連接，功率放大器U12的信號(hào)輸出端口與信號(hào)輸出接口和數(shù)控幅度調(diào) 節(jié)單元輸入端口連接。如圖7所示，功率放大器U12采用THS6042放大器芯片，其具有很高 信號(hào)的驅(qū)動(dòng)能力，可提供最大350mA的驅(qū)動(dòng)電流，并具有自動(dòng)短路和熱保護(hù)功能。功率放大 器U12的信號(hào)輸入端節(jié)點(diǎn)SignlAmp、Sign2Amp與信號(hào)幅度調(diào)節(jié)單元中的信號(hào)輸出端相連， 經(jīng)過功率放大器THS6042放大后，從信號(hào)輸出端節(jié)點(diǎn)Sign10ut、Sign20ut輸出，與信號(hào)輸出 接口和數(shù)控幅度調(diào)節(jié)單元中的輸入相連。信號(hào)輸出接口由信號(hào)輸出插座和音頻輸出插座構(gòu)成，它們與功功率放大單元的信 號(hào)輸出端連接，音頻輸出插座用以與耳機(jī)連接。前述數(shù)控幅度調(diào)節(jié)單元包括數(shù)字通道選擇器U17、模擬通道選擇器U18、四個(gè)運(yùn)算 放大器U13、U14、U15、U16和相應(yīng)外圍元件，第三運(yùn)算放大器U13的兩個(gè)輸入端與功率放大 單元中的功率放大器U12的信號(hào)輸出端連接，數(shù)字通道選擇器U17和模擬通道選擇器U18 的控制輸入端口與前述單片機(jī)Ul的控制信號(hào)輸入輸出口連接，第六運(yùn)算放大器U16的輸出 端與前述單片機(jī)Ul的模擬信號(hào)輸入口連接。在圖8所示的實(shí)施方案中，數(shù)字通道選擇器 U17采用數(shù)字選擇通道⑶4051芯片，模擬通道選擇器U18采用模擬選擇通道ADG1404芯片， 四個(gè)運(yùn)算放大器采用LT1364放大器芯片、TL084放大器芯片、兩片LM358放大器芯片，用以 實(shí)現(xiàn)將輸出信號(hào)經(jīng)放大倍數(shù)變換、峰值檢波、阻抗變換后送入LPC2144單片機(jī)Ul內(nèi)部的A/D 轉(zhuǎn)換，以實(shí)現(xiàn)峰值檢波。第六運(yùn)算放大器U16輸出端節(jié)點(diǎn)Amp_ADIN為處理后峰值電壓的輸 出，送入單片機(jī)控制單元單片機(jī)Ul中的模擬輸入口實(shí)現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換，模擬通道選擇器U18和 數(shù)字通道選擇器U17的輸入控制端節(jié)點(diǎn)PeakCtrlAO、PeakCtrlAl和PeakAmpA、PeakAmpB, PeakAmpC與單片機(jī)Ul的控制信號(hào)輸入輸出PO 口連接。實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)幅度以滿足模數(shù)轉(zhuǎn)換 所需幅度。如圖9所示，IXD顯示單元主要由192X64圖形點(diǎn)陣液晶芯片U19及相應(yīng)外圍元件 構(gòu)成，在單片機(jī)控制下，顯示當(dāng)前輸出信號(hào)波形、幅度等各種相關(guān)信息，實(shí)現(xiàn)人機(jī)信息交換。 數(shù)據(jù)輸入輸出端節(jié)點(diǎn)Pl. 16—Pl. 23、輸入控制端節(jié)點(diǎn)Pl. 24—Pl. 28分別與單片機(jī)控制 單元中的單片機(jī)的輸入輸出Pl接口相連，用于控制IXD顯示信息。按鈕輸入單元主要由觸摸按鈕、電阻、電容等構(gòu)成，其輸出口與單片機(jī)控制單元中 單片機(jī)的輸入輸出PO 口相連，主要是實(shí)現(xiàn)各種功能轉(zhuǎn)換、音量改變等信息的輸入。USB接口主要由USB插座及相連接線等構(gòu)成，USB接口的輸入輸出接口與單片機(jī)控 制單元中單片機(jī)Ul的USB引擎的信號(hào)輸入輸出端連接，方便與計(jì)算機(jī)進(jìn)行連接。利用LPC 內(nèi)帶的USB引擎可以實(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī)通訊，實(shí)現(xiàn)生理信號(hào)、自定義波形的改變等。[0030]存儲(chǔ)單元由4片F(xiàn)lash存儲(chǔ)(掉電數(shù)據(jù)不丟失)AT24C512芯片U20-U23及外圍元 器件構(gòu)成，如圖10所示。每片F(xiàn)lash存儲(chǔ)芯片具有64K字節(jié)的存儲(chǔ)空間，主要用于存儲(chǔ)測(cè) 量的生理信號(hào)的數(shù)據(jù)或產(chǎn)生各常用生理信號(hào)的數(shù)據(jù)。當(dāng)需要保存測(cè)量生理信號(hào)時(shí)，在單片 機(jī)的控制下，將其經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)保存到特定的Flash存儲(chǔ)區(qū)；當(dāng)需要輸出生理信號(hào)時(shí)， 在單片機(jī)的控制下，不斷間隔相同時(shí)間從特定的Flash存儲(chǔ)芯片中讀取數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)送 入D/A轉(zhuǎn)換，從而產(chǎn)生相應(yīng)的生理信號(hào)。存儲(chǔ)器AT24C512的數(shù)據(jù)輸入端節(jié)點(diǎn)SDA、時(shí)鐘節(jié)點(diǎn) SCL輸入端與單片機(jī)控制單元中的單片機(jī)的輸入輸出PO 口相連。本實(shí)用新型能同時(shí)輸出兩道常見的正常和異常生理信號(hào)，如心電、脈搏、心音、呼 吸波等，同時(shí)可通過USB接口實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與32位單片機(jī)的通信，隨時(shí)增加各種需要產(chǎn)生的 模擬生理信號(hào)，并對(duì)同一生理信號(hào)可提供幾種頻率，以方便用一般的示波器觀察。能同時(shí) 輸出兩道高頻率精度和高精度相位差的常用正弦、三角和方波信號(hào)，可極其方便地用于人 體阻抗特性的實(shí)驗(yàn)、研究和教學(xué)等?？梢苑浅７奖愕匮菔九c頻譜分析相關(guān)的兩簡(jiǎn)諧振動(dòng)在 不同頻率、相同頻率、不同相位等情況下的合成(同方向、相互垂直——拍頻、李薩如圖形
寸乂 O
權(quán)利要求一種基于LPC2144的開放式多功能醫(yī)用信號(hào)發(fā)生儀，其特征是1)、包括有單片機(jī)控制單元、雙道數(shù)控常用信號(hào)產(chǎn)生單元、濾波處理單元、信號(hào)選擇單元、信號(hào)幅度調(diào)節(jié)單元、功率放大單元、信號(hào)輸出接口、數(shù)控幅度調(diào)節(jié)單元、LCD顯示單元、按鈕單元、USB接口和存儲(chǔ)單元；2)、單片機(jī)控制單元內(nèi)部有D/A轉(zhuǎn)換、A/D轉(zhuǎn)換、USB引擎；單片機(jī)控制單元的控制輸出端口與雙道數(shù)控常用信號(hào)產(chǎn)生單元的輸入端連接，其輸出端與信號(hào)選擇單元的輸入端連接；濾波處理單元的輸入端與單片機(jī)控制單元內(nèi)部的D/A轉(zhuǎn)換輸出端口連接，其輸出端與信號(hào)選擇單元的輸入端連接；信號(hào)選擇單元的輸出端與信號(hào)幅度調(diào)節(jié)單元輸入端連接，信號(hào)幅度調(diào)節(jié)單元的控制輸入端和輸出端分別與單片機(jī)控制單元控制輸出端和功率放大單元的輸入端連接，功率放大單元的輸出端與信號(hào)輸出接口和數(shù)控幅度調(diào)節(jié)單元輸入端連接，數(shù)控幅度調(diào)節(jié)單元輸出端與單片機(jī)控制單元內(nèi)部的A/D轉(zhuǎn)換輸入端口連接；USB接口和存儲(chǔ)單元的輸出口、存儲(chǔ)單元的輸入輸出接口、USB接口的輸入輸出接口及按鈕輸入單元的輸出端分別與單片機(jī)控制單元的輸入輸出接口、USB引擎及信號(hào)輸入端連接。
2.基于LPC2144的開放式多功能醫(yī)用信號(hào)發(fā)生儀，其特征是前述單片機(jī)控制單元包括 單片機(jī)(Ul)和相應(yīng)的外圍元件，單片機(jī)(Ul)采用32位LPC2144芯片，內(nèi)部有D/A轉(zhuǎn)換、A/ D轉(zhuǎn)換、USB引擎；單片機(jī)(Ul)的模擬信號(hào)輸入口、控制信號(hào)輸入輸出口分別與數(shù)控幅度調(diào) 節(jié)單元中的模擬輸出、控制輸入相連；單片機(jī)D/A輸出口、PWM輸出口分別與濾波處理單元 中的生理信號(hào)輸入、濾波脈沖相連；單片機(jī)數(shù)據(jù)輸入輸出PO 口分別與按鈕輸入單元中的輸 出端、信號(hào)選擇單元中的控制輸入端口、信號(hào)幅度調(diào)節(jié)單元中的控制輸入端口、雙道數(shù)控常 用信號(hào)產(chǎn)生單元中的同步控制、時(shí)鐘、數(shù)據(jù)輸入端口及存儲(chǔ)單元中的數(shù)據(jù)和時(shí)鐘輸入輸出 端口相連；單片機(jī)輸入輸出Pl 口分別與IXD顯示單元中的數(shù)據(jù)輸入輸出端口和輸入控制端 口相連。
3.基于LPC2144的開放式多功能醫(yī)用信號(hào)發(fā)生儀，其特征是前述雙道數(shù)控常用信號(hào)產(chǎn) 生單元包括兩片數(shù)控信號(hào)發(fā)生芯片(U2、U3)和晶振(U4)，數(shù)控信號(hào)發(fā)生芯片(U2、U3)的數(shù) 據(jù)輸入端口、同步控制輸入端口、時(shí)鐘輸入端口分別與單片機(jī)控制單元中單片機(jī)(Ul)的數(shù) 據(jù)輸入輸出PO 口連接，兩片數(shù)控信號(hào)發(fā)生芯片(U2、U3)的常用信號(hào)輸出端口與信號(hào)選擇單 元中第一模擬開關(guān)(U6)的常用信號(hào)輸入連接。
4.基于LPC2144的開放式多功能醫(yī)用信號(hào)發(fā)生儀，其特征是前述濾波處理單元由數(shù)字 濾波芯片(U5)及相應(yīng)的外圍元件構(gòu)成，數(shù)字濾波芯片(U5)信號(hào)輸入端與前述單片機(jī)(Ul) 的D/A轉(zhuǎn)換輸出端連接，濾波脈沖的輸入端與單片機(jī)(Ul)的PWM輸出接口連接，數(shù)字濾波 芯片(U5)的生理信號(hào)輸出端OUT與前述信號(hào)選擇單元中的第一運(yùn)算放大器(U8)的生理信 號(hào)輸入端連接。
5.基于LPC2144的開放式多功能醫(yī)用信號(hào)發(fā)生儀，其特征是前述信號(hào)選擇單元包括兩 個(gè)模擬開關(guān)(U6、U7)、第一運(yùn)算放大器(U8)和相應(yīng)外圍元件，兩個(gè)模擬開關(guān)(U6、U7)的輸 入控制端口分別與前述單片機(jī)(Ul)的數(shù)據(jù)輸入輸出PO 口連接，第一模擬開關(guān)(U6)的常用 信號(hào)輸入端口與前述雙道數(shù)控常用信號(hào)產(chǎn)生單元中的兩片數(shù)控信號(hào)發(fā)生芯片(U2、U3)的 常用信號(hào)輸出端口連接，第二模擬開關(guān)(U7)的輸出端口與信號(hào)幅度調(diào)節(jié)單元中的第二運(yùn) 算放大器(UlO)的輸入端口連接，第一運(yùn)算放大器(U8)的生理信號(hào)輸入端與濾波處理單元 的數(shù)字濾波芯片(U5)的生理信號(hào)輸出端連接。2
6.基于LPC2144的開放式多功能醫(yī)用信號(hào)發(fā)生儀，其特征是前述信號(hào)幅度調(diào)節(jié)單元包 括兩個(gè)模擬選擇開關(guān)(U9、U11)、第二運(yùn)算放大器(UlO)、兩個(gè)電位器(W1、W2)和相應(yīng)外圍元 件，第二運(yùn)算放大器(UlO)的輸入端口與前述信號(hào)選擇單元中的第二模擬開關(guān)(U7)的輸出 端口連接，兩個(gè)模擬選擇開關(guān)(U9、U11)的控制輸入端口分別與前述的單片機(jī)數(shù)據(jù)輸入輸 出PO 口連接，第二運(yùn)算放大器(UlO)的信號(hào)輸出經(jīng)兩個(gè)電位器(W1、W2)的滑動(dòng)臂端與功率 放大單元中的功率放大器(U12)的信號(hào)輸入端口連接。
7.基于LPC2144的開放式多功能醫(yī)用信號(hào)發(fā)生儀，其特征是前述功率放大單元由功率 放大器(U12)及相應(yīng)的外圍元件構(gòu)成，功率放大器(U12)的信號(hào)輸入端口與前述信號(hào)幅度 調(diào)節(jié)單元中的第二運(yùn)算放大器(UlO)的信號(hào)輸出的兩個(gè)電位器(W1、W2)的滑動(dòng)臂端連接， 功率放大器(U12)的信號(hào)輸出端口與信號(hào)輸出接口和數(shù)控幅度調(diào)節(jié)單元輸入端口連接。
8.基于LPC2144的開放式多功能醫(yī)用信號(hào)發(fā)生儀，其特征是前述數(shù)控幅度調(diào)節(jié)單元 包括數(shù)字通道選擇器(U17)、模擬通道選擇器(U18)、四個(gè)運(yùn)算放大器(U13、U14、U15、U16) 和相應(yīng)外圍元件，第三運(yùn)算放大器(U13)的兩個(gè)輸入端與功率放大單元中的功率放大器 (U12)的信號(hào)輸出端連接，數(shù)字通道選擇器(U17)和模擬通道選擇器(U18)的控制輸入端口 與前述單片機(jī)(Ul)的控制信號(hào)輸入輸出口連接，第六運(yùn)算放大器(U16)的輸出端與前述單 片機(jī)(Ul)的模擬信號(hào)輸入口連接。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種醫(yī)用信號(hào)發(fā)生儀，尤其是一種基于LPC2144的開放式多功能醫(yī)用信號(hào)發(fā)生儀，包括有單片機(jī)控制單元、雙道數(shù)控常用信號(hào)產(chǎn)生單元、濾波處理單元、信號(hào)選擇單元、信號(hào)幅度調(diào)節(jié)單元、功率放大單元、信號(hào)輸出接口、數(shù)控幅度調(diào)吊單元、LCD顯示單元、按鈕單元、USB接口和存儲(chǔ)單元；利用32位單片機(jī)控制產(chǎn)生常用正常和異常生理信號(hào)、常用的雙道高精度頻率和位相差的正弦、三角波和方波信號(hào)，結(jié)合USB接口、LCD液晶顯示，其輸出具有很強(qiáng)的帶負(fù)載能力，可作為醫(yī)學(xué)儀器的維修、高等院校中的實(shí)驗(yàn)、教學(xué)和科研，尤其是醫(yī)學(xué)中的人耳特性和人體阻抗特性的測(cè)量。另外，其生理信號(hào)的波形可通過USB接口改變，這具有很好的開放性。
文檔編號(hào)H03K3/02GK201726375SQ20102024164
公開日2011年1月26日 申請(qǐng)日期2010年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月29日
發(fā)明者劉亞濤, 奉嬌, 熊興良, 甘平, 蘇愛華, 陳萍, 陳龍聰, 高斌 申請(qǐng)人:重慶醫(yī)科大學(xué)