電子聽(tīng)診器完整版

1、河南工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)電子聽(tīng)診器的設(shè)計(jì)與制作學(xué)生姓名： 吳倩文（201310711250） 學(xué) 院： 電氣信息工程學(xué)院 專(zhuān)業(yè)班級(jí)： 電子科學(xué)與技術(shù)1342 專(zhuān)業(yè)課程： 自動(dòng)檢測(cè)課程設(shè)計(jì) 指導(dǎo)教師： 張秋慧 201 6 年 6 月 3 日課程設(shè)計(jì)成績(jī)?cè)u(píng)定標(biāo)準(zhǔn)及成績(jī)序號(hào)評(píng)審項(xiàng)目指 標(biāo)滿(mǎn)分評(píng)分1工作態(tài)度遵守紀(jì)律，學(xué)習(xí)認(rèn)真；作風(fēng)嚴(yán)謹(jǐn)，踏實(shí)肯干。 5分2工作量按期圓滿(mǎn)完成規(guī)定的任務(wù)，難易程度和工作量符合要求。 20分3出勤情況全勤： 得10分10分有遲到、早退、請(qǐng)假現(xiàn)象： 得8分曠課1天： 得5分曠課2天： 得2分曠課超過(guò)2天： 得0分4設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)方案能靈活運(yùn)用相關(guān)專(zhuān)業(yè)知識(shí)，有較強(qiáng)的創(chuàng)新意識(shí)，有獨(dú)特見(jiàn)解，

2、設(shè)計(jì)有一定應(yīng)用價(jià)值。30分5實(shí)驗(yàn)技能動(dòng)手能力強(qiáng)，能獨(dú)立完成安裝、調(diào)試等實(shí)際操作，能解決設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題。10分6小組表現(xiàn)注重團(tuán)隊(duì)合作，在小組中表現(xiàn)突出，對(duì)設(shè)計(jì)方案的制定及選取起主要作用，在實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程中，承擔(dān)主要執(zhí)行者。5分7設(shè)計(jì)報(bào)告質(zhì)量報(bào)告結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)合理；文理通順，技術(shù)用語(yǔ)準(zhǔn)確，符合規(guī)范；圖表完備、正確，繪圖準(zhǔn)確、符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)；。20分合 計(jì)評(píng)語(yǔ)：等 級(jí)： （優(yōu)秀、良好、中等、及格、不及格）評(píng)閱人： 職稱(chēng)： 日 期： 年 月 日目 錄1 .引言41.1 課題目的與意義41.2電子聽(tīng)診器基本原理41.3本設(shè)計(jì)的主要工作42 .設(shè)計(jì)方案52.1 方案一：52.2方案二：53. 硬件設(shè)計(jì)5

3、3.1前置放大電路53.2濾波電路63.3主要元器件的介紹73.3.1 STC89C51的引腳圖和功能73.3.2 LM358N引腳圖及特點(diǎn)83.3.3 LM393P引腳及功能83.3.4原器件清單：94. 軟件設(shè)計(jì)94.1單片機(jī)程序設(shè)計(jì)95.調(diào)試運(yùn)行及結(jié)果115.1調(diào)試結(jié)果與分析：115.2仿真原理圖：115.3信號(hào)調(diào)理電路116.總結(jié)126.1設(shè)計(jì)所做的工作126.2不足與待改進(jìn)之處126.3設(shè)計(jì)心得體會(huì)121 .引言心音、呼吸音信號(hào)是重要的臨床醫(yī)學(xué)信號(hào),是進(jìn)行心臟疾病、呼吸系統(tǒng)疾病判別的重要依據(jù),是醫(yī)生進(jìn)行病因、病灶分析的重要信息?，F(xiàn)如今,在心臟疾病和呼吸系統(tǒng)疾病診斷中,聽(tīng)診仍舊是醫(yī)生進(jìn)

4、行檢查的主要手段,并且,聽(tīng)診具有體外檢查無(wú)創(chuàng)傷、便捷、經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn),是廣為應(yīng)用且不可替代。傳統(tǒng)的醫(yī)用聽(tīng)診器無(wú)放大作用，聲音較微弱，受環(huán)境噪聲的影響較大，電子聽(tīng)診器采用多級(jí)低噪聲放大器，其放大倍數(shù)適當(dāng)，頻響效果好，背景噪聲小，有LED顯示功能。1.1 課題目的與意義 通過(guò)課程設(shè)計(jì)，了解聽(tīng)診器的基本原理，熟練掌握傳感器信號(hào)采集和電子電路的基本設(shè)計(jì)方法，將理論聯(lián)系到實(shí)踐中去，提高綜合運(yùn)用專(zhuān)業(yè)知識(shí)的能力。本次課程設(shè)計(jì)的電子聽(tīng)診器包括放大電路、濾波電路、電壓比較器電路，還包括輸出端的音頻放大器，此設(shè)備具有良好的分析波形能力，能夠?qū)⒃O(shè)置好的頻率段以外的聲音頻率濾除，故可以清晰的得到放大以后的心音信號(hào)，這樣有

5、助于醫(yī)務(wù)人員提高初診的準(zhǔn)確度，也為進(jìn)一步診斷做好了基礎(chǔ)。1.2電子聽(tīng)診器基本原理聽(tīng)診器前端是一個(gè)面積較大的膜腔，體內(nèi)聲波鼓動(dòng)膜腔后，聽(tīng)診器內(nèi)的密閉氣體隨之震動(dòng)，而塞入耳朵的一端，由于腔道細(xì)窄，氣體震動(dòng)幅度就比前端大很多，由此放大了患者體內(nèi)的聲波震動(dòng)。電子聽(tīng)診器是利用電子技術(shù)放大身體的聲音，克服了聲學(xué)聽(tīng)診器噪音高的bug。電子聽(tīng)診器需要轉(zhuǎn)換的聲的聲波的電信號(hào)，然后被放大和處理，以獲得最佳聆聽(tīng)。與聲學(xué)聽(tīng)診器相比，它們都是基于相同的物理原理。電子聽(tīng)診器也可與計(jì)算機(jī)輔助聽(tīng)診計(jì)劃的分析所記錄的心的聲音病理或無(wú)辜的心臟雜音。拾音器的主要作用就是采集聽(tīng)診音，功能相當(dāng)于“麥克風(fēng)”；放大及濾波裝置則是“音箱”，

6、把聽(tīng)診音放大；處理芯片則用于降低雜音的干擾，保證獲得理想的聲音數(shù)據(jù)；通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，經(jīng)液晶顯示屏顯示。1.3本設(shè)計(jì)的主要工作該電子聽(tīng)診器電路由拾音傳感器、前置放大器、低通濾波放大器、控制電路和LED顯示電路等組成，將微弱的心音信號(hào)通過(guò)拾音傳感器之后，經(jīng)放大電路將其放大，然后通過(guò)濾波電路將干擾信號(hào)濾除，相應(yīng)的編程下載到單片機(jī)中，把調(diào)理電路的模擬輸出信號(hào)用A/D轉(zhuǎn)換器變成數(shù)字量后，再由單片機(jī)送到液晶顯示屏顯示，除此之外，可以通過(guò)按鍵進(jìn)行有要求的切換想要的信號(hào)。2 .設(shè)計(jì)方案2.1 方案一原理參考框圖如圖1所示： 圖1 電子聽(tīng)診器的總結(jié)構(gòu)框圖這個(gè)題目可以通過(guò)單片機(jī)實(shí)現(xiàn)，將各部

7、分電路接在單片機(jī)上，通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)，本次課程設(shè)計(jì)時(shí)通過(guò)方案一來(lái)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)的。2.2方案二功率放大器濾波器拾音頭MIC放大電路比較器揚(yáng)聲器顯示器譯碼器計(jì)數(shù)器圖2 電子聽(tīng)診器的結(jié)構(gòu)框圖3. 硬件設(shè)計(jì)3.1前置放大電路采用三極管運(yùn)放結(jié)構(gòu)組成前置放大電路，該放大器的帶寬為0.5HZ2.258HZ，該放大電路具有高輸入阻抗，高共模抑制比，從而減少干擾等。該放大器的增益為：A=(R8+R9)*R6/(R9*R4)*（1+2*R2/R3） 3.2濾波電路該濾波電路的設(shè)計(jì)，與方案設(shè)計(jì)中的介紹一樣。本課程設(shè)計(jì)采用通頻帶為15.9Hz1592.4Hz的級(jí)聯(lián)型一階帶通濾波電路。全頻道包括的振動(dòng)頻率范圍較廣，低頻道適用于

8、聽(tīng)診低頻雜音。所以我們可以根據(jù)不同的通頻帶計(jì)算出相應(yīng)的器件參數(shù)，可以通過(guò)編程可按鍵來(lái)進(jìn)行控制。圖3濾波電路圖4濾波電路仿真圖3.3主要元器件的介紹3.3.1 STC89C51的引腳圖和功能 89C51單片機(jī)采用40只引腳的雙列直插封裝DIP方式，目前大多數(shù)為此類(lèi)封裝方式，89C51除采用方形封裝方式，為44只引腳。89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱(chēng)單片機(jī)。 STC系列單片機(jī)是美國(guó)STC公司最新推出的一種新型51內(nèi)核的單片機(jī)。片內(nèi)含有Flash程序存儲(chǔ)器、SRAM、UART、SPI、AD、PWM等模塊。該器件的基本功能與普通的51單片機(jī)

9、完全兼容。其主要功能、性能參數(shù):(1)內(nèi)置標(biāo)準(zhǔn)51內(nèi)核，機(jī)器周期：增強(qiáng)型為6時(shí)鐘，普通型為12時(shí)鐘; (2)工作頻率范圍：040MHZ，相當(dāng)于普通8051的080MHZ; (3)STC89C5xRC對(duì)應(yīng)Flash空間：4KB8KB15KB; (4)內(nèi)部存儲(chǔ)器（RAM)：512B; (5)定時(shí)器計(jì)數(shù)器：3個(gè)16位；(6)通用異步通信口（UART）1個(gè)；(7)中斷源:8個(gè)；(8)有ISP(在系統(tǒng)可編程）IAP(在應(yīng)用可編程),無(wú)需專(zhuān)用編程器仿真器；(9)通用IO口：3236個(gè)； (10)工作電壓：3.85.5V； 圖5 89C51實(shí)物圖 圖6 89C51引腳圖 3.3.2 LM358N引腳圖及特點(diǎn)

10、LM358N里面包括有兩個(gè)高增益、獨(dú)立的、內(nèi)部頻率補(bǔ)償?shù)碾p運(yùn)放，適用于電壓范圍很寬的單電源，而且也適用于雙電源工作方式，它的應(yīng)用范圍包括傳感放大器、直流增益模塊和其他所有可用單電源供電的使用運(yùn)放的地方使用。LM358N的特點(diǎn):（1）內(nèi)部頻率補(bǔ)償 （2）低輸入偏流 （3）低輸入失調(diào)電壓和失調(diào)電流（4）共模輸入電壓范圍寬，包括接地 （5）差模輸入電壓范圍寬，等于電源電壓范圍    (6)直流電壓增益高(約100dB)    (7)單位增益頻帶寬(約1MHz) (8)電源電壓范圍寬

11、：?jiǎn)坞娫?330V)；  (9)雙電源(±1.5 一±15V) (10)低功耗電流，適合于電池供電 (11)輸出電壓擺幅大(0 至Vcc-1.5V) 圖7 LM358N引腳圖3.3.3 LM393P引腳及功能LM393P是雙電壓比較器集成電路,其內(nèi)部采用雙列直插8腳塑料封裝（DIP8）和微形的雙列8 腳塑料封裝（SOP8）。 輸出負(fù)載電阻能銜接在可允許電源電壓范圍內(nèi)的任何電源電壓上，不受 Vcc端電壓值的限制.此輸出能作為一個(gè)簡(jiǎn)單的對(duì)地SPS開(kāi)路(當(dāng)不用負(fù)載電阻沒(méi)被運(yùn)用)，輸出部分的陷電流被可能得到的驅(qū)動(dòng)

12、和器件的值所限制.當(dāng)達(dá)到極限電流(16mA)時(shí)，輸出晶體管將退出而且輸出電壓將很快上升。 圖8 LM393引腳圖3.3.4原器件清單：STC89C51RC 1個(gè) LM358N 1個(gè) LCD1602 1個(gè) LM393P 1個(gè) 蜂鳴器 1個(gè) 傳聲器1個(gè) 4*2底座3個(gè) 按鍵1個(gè)10K可調(diào)電阻3個(gè) 定值電阻若干定值電容若干4. 軟件設(shè)計(jì)4.1單片機(jī)程序設(shè)計(jì)基于51單片機(jī)的設(shè)計(jì)，將其對(duì)信號(hào)轉(zhuǎn)換的編程下載到單片機(jī)中。其系統(tǒng)流程圖如下圖所示：圖9程序流程圖5.調(diào)試運(yùn)行及結(jié)果5.1調(diào)試結(jié)果與分析： 經(jīng)傳感器收集信號(hào)，經(jīng)過(guò)放大電路和濾波電路，得到有用的信號(hào)，并且經(jīng)過(guò)單片機(jī)編程控制，然后通過(guò)按鍵可以進(jìn)行心音、肺

13、音的切換，當(dāng)被檢測(cè)的心音不在所設(shè)定的正常頻率范圍內(nèi)時(shí)，蜂鳴器就會(huì)響起，發(fā)出警報(bào)，這時(shí)顯示頻上會(huì)出現(xiàn)跳動(dòng)次數(shù)，無(wú)論測(cè)得的心音是否正常，顯示頻上都會(huì)顯示出結(jié)果。焊接完整電路后，經(jīng)調(diào)試發(fā)現(xiàn)結(jié)果運(yùn)行正常，蜂鳴器聲音正常，顯示器顯示正常。5.2仿真原理圖：圖10 仿真原理圖5.3信號(hào)調(diào)理電路信號(hào)調(diào)理電路主要是由音頻信號(hào)采集、前置放大電路、高低通濾波電路組成，音頻信號(hào)采集是通過(guò)拾音傳感器MIC，人的通心音信號(hào)一般只有幾十毫伏，本設(shè)計(jì)的把采樣信號(hào)通過(guò)前置放大電路，把心音放大30倍，放大倍數(shù)A=1+Rf/R1,本次前置放大中Rf和R1的取值為6k和200；濾波電路分為高通濾波電路和低通濾波電路，由于心音的頻帶

14、在20Hz-1000Hz，由=2f,=1/RC,可得f=1/2RC。由此可得高通濾波中R1=R2=1.6K,C1=C2=0.1u;由于實(shí)際實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)誤差，故本次設(shè)計(jì)的低通為R1=R2=1.2K,C1=C2=0.1u。經(jīng)過(guò)濾波處理之后的信號(hào)，是一個(gè)帶寬在15.9Hz1592.4Hz之間的信號(hào)，它代表了心率信號(hào)的頻率范圍。波形整理電路的意義在于，將模擬信號(hào)量轉(zhuǎn)換成可供單片機(jī)識(shí)別的邊沿信號(hào)，以供程序進(jìn)行計(jì)數(shù)分析。濾波之后的信號(hào)由電壓比較器的反向輸入端輸入給電壓比較器，而電壓比較器的同向輸入端經(jīng)由分壓電路，提供給電路一個(gè)基準(zhǔn)電壓，根據(jù)關(guān)系式：判斷比較器比較輸出值。6.總結(jié)6.1設(shè)計(jì)所做的工作在本次課程

15、設(shè)計(jì)中，我們是四個(gè)人分為一組，按照流程來(lái)，每個(gè)人都有了相應(yīng)的分工，在各自獨(dú)立完成自己的那份工作的同時(shí)，會(huì)認(rèn)真學(xué)習(xí)和記錄課程中其他部分的進(jìn)度與設(shè)計(jì)。我主要負(fù)責(zé)的是濾波電路那一部分，雖然最終的實(shí)際結(jié)果與理論上存在了一定的誤差，但是通過(guò)反復(fù)的計(jì)算與調(diào)試，對(duì)電阻的阻值和電容的大小做出了相應(yīng)的改變，誤差在可觀(guān)范圍內(nèi)。除此之外，我還進(jìn)行了部分焊接。6.2不足與待改進(jìn)之處 在進(jìn)行仿真過(guò)程中，由于對(duì)各個(gè)電阻，電容等的大小沒(méi)有準(zhǔn)確的把握，導(dǎo)致進(jìn)行調(diào)試時(shí)出現(xiàn)各種問(wèn)題； 在A/D轉(zhuǎn)換的過(guò)程中出現(xiàn)信號(hào)失真，上半波波形不完整，經(jīng)發(fā)現(xiàn)失真的原因是工作電壓范圍較小，當(dāng)超出最大電壓或低于最小電壓時(shí)，便會(huì)出現(xiàn)失真；焊接電路板的外觀(guān)不太美觀(guān)，出現(xiàn)焊錫溢出的現(xiàn)象，從而出現(xiàn)信號(hào)噪聲較大，這就需要我們進(jìn)行對(duì)焊接熟練的掌握；6.3設(shè)計(jì)心得體會(huì)通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)，在不斷收集資料的過(guò)程中，讓我對(duì)本專(zhuān)業(yè)有了更進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)，同時(shí)發(fā)現(xiàn)自己一點(diǎn)一點(diǎn)地在進(jìn)步，我們以小組的形式認(rèn)真負(fù)責(zé)地完成自己負(fù)責(zé)的那份工作，我對(duì)濾波電路的分類(lèi)、原理、應(yīng)用等都有了更加明確的了解，除此之外，在我們小組成員的幫助下，我對(duì)各級(jí)放大電路及單片機(jī)的編程等都有了比