電子聽(tīng)診器設(shè)計(jì)初步方案完整版

1、標(biāo)準(zhǔn)化管理處編碼BBX968T-XBB8968-NNJ668-MM9N電子聽(tīng)診器初步方案系統(tǒng)電路主要可分為以下兒個(gè)模塊：電子聽(tīng)診器探頭、信號(hào)調(diào)理電路（包括初級(jí)放大 模塊、濾波模塊、主放大模塊）、功率放大模塊。本電子聽(tīng)診器制作所需的材料為：1/4英寸直徑的超小型駐極體話(huà)筒（1個(gè)）、普通 聽(tīng)診頭（一個(gè)）、廣2英寸橡皮管（一根）、屏蔽電纜（兩根）、集成運(yùn)算放大器芯片 A741 （3 片）、470pf 電容（1 個(gè)）、470uf 電容（兩個(gè)）、IOUf 電容（1 個(gè)）、 0. 047Uf電容（1個(gè)）、0. 022uf電容（1個(gè)）、2.2k電阻（兩個(gè)）、22k電阻（1個(gè)）、 68k電阻（2個(gè)）、22k電

2、阻（1個(gè)）、IIk電阻（1個(gè)）、Iok電阻（3個(gè)）、IM電阻（1 個(gè)）、680k（可變電阻器一個(gè)）、直插式音頻功率放大器LM386（1片）、揚(yáng)聲器（1）個(gè)、焊 錫若干、洞洞板若干、9v電池若干、排針若干、芯片座（4個(gè)）：把心音（振動(dòng)）轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的裝置就是心音傳感器，一般用聽(tīng)診器檢測(cè)心音。本系統(tǒng) 使用的是自制的基于聽(tīng)診頭和駐極體電容的心音傳感器。心音的頻率較低（20-6OOHZ）,在人耳所能聽(tīng)到的聲音范圍的低頻段，因此我們選用話(huà) 筒（也就是麥克風(fēng)）作為聲音傳感器。設(shè)計(jì)中選用駐極體話(huà)筒。駐極體話(huà)筒高的阻抗是不能直接與音頻放大器相匹配的。所以在話(huà)筒內(nèi)接入一只結(jié)型 場(chǎng)效應(yīng)晶體三極管來(lái)進(jìn)行阻抗變換。駐

3、極體話(huà)筒與電路的接法有兩種，分為兩端式和三端式，兩端式話(huà)筒的靈敬度比較 高，但動(dòng)態(tài)范圍比較小，IJ前市售的駐極體話(huà)筒大多是這種方式連接，在本傳感器中采用 二端輸出方式。不管是源極輸出或漏極輸出，駐極體話(huà)筒必須提供直流電圧才能工作，因 為它內(nèi)部裝有場(chǎng)效應(yīng)管。拾音頭的制作拾音器MlC的制作，可在醫(yī)用器材商店購(gòu)買(mǎi)廉價(jià)的老式聽(tīng)診器振膜頭，在振膜耳把 上套上2英寸長(zhǎng)的橡皮管，另一頭擠壓入一只1/4英寸直徑的超小型駐極體話(huà)筒，話(huà) 筒的兩根導(dǎo)線(xiàn)用屏蔽電纜接到電路中的MlC處，山于話(huà)筒封裝在膠管中，因此對(duì)心音的 靈敏度是比較高的，對(duì)外界的聲音兒乎無(wú)反映。心音模擬電路的設(shè)計(jì)模擬部分包括前置放大、低通濾波、主放大

4、、功率放大電路。心音傳感器用自己制作 的傳感器，山聽(tīng)診器探頭，導(dǎo)管和駐極體話(huà)筒組成。初級(jí)放大電路信號(hào)的初級(jí)放大采用的是集成運(yùn)算放大器。它是一種高放大倍數(shù)、高輸入阻抗、低輸 出阻抗的直接耦合多級(jí)放大電路，具有兩個(gè)輸入端，一個(gè)輸出端?？蓪?duì)直流信號(hào)和交流信 號(hào)進(jìn)行放大。我們使用的是一款集成運(yùn)算放大器芯片PA741 oPA741構(gòu)成的心音前置放大電路。SENSOR是駐極體電容式傳聲器為了使電子聽(tīng)診器外形小巧，便于攜帶，在本次設(shè)計(jì)中的理想運(yùn)算放大器釆用9V電 池供電。9V電源經(jīng)過(guò)IOK限流電阻和470PF去耦電容給駐極體傳聲器供電，為避免電路 中直流噪聲的影響，同時(shí)為耦合拾音頭產(chǎn)生的交流小信號(hào)以便傳送給

5、后面的運(yùn)算放大器進(jìn) 行電壓放大，須在電路中串聯(lián)473PF的電容。該電路的放大倍數(shù)AV為：AV=-R5/R6濾波電路本設(shè)計(jì)中仍采用集成運(yùn)放PA741構(gòu)成低通濾波器構(gòu)成合適的濾波電路。圧控電壓源二階濾波電路的特點(diǎn)是：運(yùn)算放大器為同相接法，濾波器的輸入阻抗很高，輸出阻抗很低，濾波器相當(dāng)于一個(gè)電壓源。其優(yōu)點(diǎn)是：電路性能穩(wěn)定，增益容易調(diào)節(jié)。本次設(shè)汁采用壓控電壓源二階濾波電路主放大模塊經(jīng)過(guò)濾波處理后，我們得到的心音信號(hào)己經(jīng)比較純正，但信號(hào)的大小還是不能滿(mǎn)足功放的要求，所以有必要對(duì)濾波后的心音信號(hào)再進(jìn)行放大處理。那么為什 么不在初級(jí)放大的時(shí)候多放大一些，直接滿(mǎn)足功放的要求呢？原因就是在濾波后 進(jìn)行信號(hào)的主放

6、大處理，不會(huì)把一些干擾噪聲也同時(shí)放大，提高信號(hào)的信噪比。所以在濾波模塊后我們乂設(shè)置了主放大模塊。所用芯片依然為PA741,其特性前面已介紹，此處不再贅述。功率放大模塊心音電子聽(tīng)診系統(tǒng)其中一個(gè)非常重要的功能就是實(shí)現(xiàn)對(duì)心音的聽(tīng)診，幫助醫(yī)生診斷病 悄。然而心音信號(hào)經(jīng)過(guò)主放大模塊后，電壓幅值己經(jīng)達(dá)到AD轉(zhuǎn)換器的要求了，但它尚不 能驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)聲。必須對(duì)信號(hào)進(jìn)行功率放大，才能實(shí)現(xiàn)聽(tīng)診功能。在這里我們使用NS公司生產(chǎn)的LM386作為集成功放電路。LM386是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的音頻功率放大器，主要應(yīng)用于低電壓消費(fèi)類(lèi)產(chǎn) 品。LM386是一種音頻集成功放，具有自身功耗低、電壓增益可調(diào)整、電源電壓范圍大、

7、外接元件少和總諧波失真小等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于錄音機(jī)和收音機(jī)之中。LM386的封裝形 式有塑封8引線(xiàn)雙列直插式和貼片式。本文選擇的為前者。電路中470Uf的電容Cl是一個(gè)隔直電容，因?yàn)長(zhǎng)M386的輸入信號(hào)中不可以有直流分 量，所以這個(gè)電容是必須的；可變電阻680K是用來(lái)調(diào)節(jié)音量的。單片機(jī)：AT89S52單片機(jī)心音頻率f在20HZ600HZ之間，根據(jù)香農(nóng)(ShannOn)采樣定理，只要采樣 的頻率高于或等于原來(lái)頻率的2倍，就可以完整地重現(xiàn)原波形，因此選擇的A/D轉(zhuǎn)換器的 轉(zhuǎn)換速率應(yīng)在120OHZ以上，故設(shè)計(jì)中選用了審行A/D轉(zhuǎn)換器TLC0831。信號(hào)釆樣電路的 工作原理：把調(diào)理電路的模擬輸出信號(hào)用A

8、/D轉(zhuǎn)換器變成數(shù)字量后，再山單片機(jī)送到液晶 顯示屏顯示。本系統(tǒng)選用了精電蓬遠(yuǎn)的QH12864T點(diǎn)陣式液晶顯示(LCD)模塊。該模塊山控制器 T6963C.列驅(qū)動(dòng)器T6A39、行驅(qū)動(dòng)器T6A40及與外部設(shè)備的接口等部分組成，它既能顯示 字符(中文和西文字符)，乂能顯示圖形，還能夠?qū)⒆址c圖形混合顯示。LCD與單片機(jī)的接口方法分為直接訪(fǎng)問(wèn)方式和間接控制方式。直接訪(fǎng)問(wèn)方式是把液晶 模塊作為存儲(chǔ)器接在CPU的數(shù)據(jù)線(xiàn)、地址線(xiàn)和控制線(xiàn)上，同時(shí)把它的數(shù)據(jù)總線(xiàn)接在89S52 的PO 口上，片選以及寄存器選擇信號(hào)線(xiàn)由P2 口提供，讀寫(xiě)操作由單片機(jī)的讀寫(xiě)操作信號(hào) 控制。這種方式是以訪(fǎng)問(wèn)存儲(chǔ)器的方式來(lái)訪(fǎng)問(wèn)液晶顯示模

9、塊。間接控制方式不使用單片機(jī) 的數(shù)據(jù)系統(tǒng)，而是利用它的I/O 口來(lái)實(shí)現(xiàn)與顯示模塊的通信，即將液晶顯示模塊的數(shù)據(jù)線(xiàn) 與單片機(jī)的PO 口連接作為數(shù)據(jù)總線(xiàn)，另外3根時(shí)序控制信號(hào)線(xiàn)通常利用89S52的P3 口中 未被使用的I/O 口來(lái)控制。這種訪(fǎng)問(wèn)方式不占用CPU的存儲(chǔ)器空間，它的接口電路與時(shí)序 無(wú)關(guān)，其時(shí)序完全靠軟件編程實(shí)現(xiàn)。間接控制方式的速度較直接訪(fǎng)問(wèn)方式快，所以本設(shè)計(jì) 中采用的是間接控制方式。系統(tǒng)選用的LCD是在圖形工作方式下，通過(guò)建立坐標(biāo)系，利用位操作實(shí)現(xiàn)對(duì)心音波形 的逼真顯示。下面詳細(xì)介紹液晶顯示屏繪圖編程的算法和波形連續(xù)顯示。系統(tǒng)選用的是128X64點(diǎn)陣式圖形液晶顯示模塊。要繪制心音波形只

10、要根據(jù)A/D轉(zhuǎn)換 來(lái)的數(shù)據(jù)在液晶顯示器的對(duì)應(yīng)位置上繪點(diǎn)顯示。首先在液晶平面上建立如圖6所示的顯示 坐標(biāo)系。圖中畫(huà)出了液晶顯示器在圖形工作方式下液晶平面的每一處所對(duì)應(yīng)的顯示緩沖區(qū)地址 悄況，數(shù)據(jù)為十六進(jìn)制，并建立以左下角為坐標(biāo)原點(diǎn)的坐標(biāo)系。這樣坐標(biāo)（X, Y）的值都 為正值，簡(jiǎn)化了算法。其中X表示1128個(gè)點(diǎn)，Y表示各個(gè)點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的幅值。由于A/D 采樣的數(shù)值為0255,而LCD的行取值為O63,所以把幅值縮小一定的倍數(shù)，即 Y=DB, D為A/D采集的數(shù)字量，B為該數(shù)縮小的倍數(shù)。山圖可以看出幅值Y加1,顯示緩 沖區(qū)地址K就減少1OH,從而得到緩沖區(qū)地址的表達(dá)式：K=X8-10H*Y+0BF0Ho而緩沖區(qū) 地址字節(jié)中對(duì)應(yīng)X除以8的余數(shù)的位就正好是要繪點(diǎn)的位置。只要利用位操作命令對(duì)它 置位就可實(shí)現(xiàn)繪點(diǎn)。把采集的數(shù)據(jù)存放在RAM中，RAM共存了 8KB波形數(shù)據(jù)。而液晶顯示器1次只能顯示 128個(gè)點(diǎn)，因此可以通過(guò)改變?cè)赗AM中讀數(shù)間隔來(lái)控制波形的橫向顯示，即每顯示完1個(gè) 數(shù)據(jù)，RAM地址加通過(guò)改變N的大小來(lái)拉開(kāi)或回縮信號(hào)波形，以便于觀(guān)察。如果相鄰2個(gè)點(diǎn)的幅值稍有不同，2個(gè)點(diǎn)的距離就會(huì)分開(kāi)，