腦機接口論文

1、 電子課程設(shè)計報告 題 目 基于51單片機的心音采集系統(tǒng) 學(xué) 院 生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院 專 業(yè) 生物醫(yī)學(xué)工程 （儀器） 年 級 11級 姓 名 張雙柱 學(xué) 號 11161062 指導(dǎo)老師 謝勤嵐 目 錄1、 設(shè)計背景.12、 設(shè)計目的.23、 設(shè)計思路.24、 系統(tǒng)框圖.35、 系統(tǒng)主控模塊原理.46、 軟件設(shè)計.77、 結(jié)果仿真.12八、報告總結(jié).13九、參考文獻(xiàn).141、 設(shè)計背景 隨著人們的生活水平不斷提高，自我保健的意識和要求不斷加強。通過心臟診斷實現(xiàn)心臟病的預(yù)防就更為重要。這可減少心臟病的死亡人數(shù)，繼而改進防治技術(shù)將有極大的經(jīng)濟社會價值。 心音是能反映心臟正?；蛘卟±淼囊繇?，是由心臟搏動

2、工程中各瓣膜的開閉以及心肌和血液運動所產(chǎn)生的震動形成的。它含有關(guān)于心臟各個部分如心房、心室、大血管、心血管及各個瓣膜功能狀態(tài)的大量病理信息，是臨床評估心臟功能狀態(tài)的最基本方法，是心臟及大血管機械運動狀況的反映。它是人體最重要的生理信號之一，是臨床評估心血管系統(tǒng)功能狀態(tài)的一種基本方法，是心臟及大血管機械運動狀況的反映。在一些心血管疾病尚未發(fā)展到足以產(chǎn)生病理形態(tài)學(xué)改變及臨床癥狀以前，心音中出現(xiàn)的雜音和畸變是重要的診斷信息，可以通過對這些病理特征進行分析而提前對疾病進行預(yù)防。當(dāng)心血管疾病尚未發(fā)展到足以產(chǎn)生臨床及病理改變（如ecg變化）以前，心音中出現(xiàn)的雜音和畸變就是重要的診斷信息。更值得一提的是，心

3、音在心血管疾病中具有重要價值，是心血管疾病無創(chuàng)性檢測的重要方法，具有心電圖、超聲心電圖不可取代的優(yōu)勢。因此，進行心音分析具有重要的意義。2、 設(shè)計目的（1） 培養(yǎng)生醫(yī)儀器設(shè)計的專業(yè)素養(yǎng)；（2） 了解信號采集與顯示裝置的設(shè)計步驟；（3） 掌握a/d轉(zhuǎn)換與單片機的接口方法；（4） 了解單片機如何進行數(shù)據(jù)采集；（5） 熟練掌握keil和labview軟件的使用；（6） 學(xué)會軟件設(shè)計與編程；（7） 基于51單片機設(shè)計一個心音采集裝置。3、 設(shè)計思路 采集系統(tǒng)首先要解決的是如何將心音信號轉(zhuǎn)化為電信號,進行數(shù)字處理,由于心音的頻率較低20hz600hz,在人耳所能聽到的低頻段,因此首先要選用一個聲音傳感器

4、，從人體采集心音信號。對傳感器的選取原則是:靈敏度高，抗干擾能力強，除了要提取微弱的心音信號外，還要求它不受人聲、工頻等信號的干擾。由于心音和脈搏傳感器輸出的信號微弱并夾雜著噪聲干擾，所以完成了信號的初步采集之后，就要將信號經(jīng)前置放大、濾波、后置放大、a/d轉(zhuǎn)換和進一步處理。而在本學(xué)期的課程設(shè)計內(nèi)容中，我們要做的重點工作就是在已有的硬件電路基礎(chǔ)上，以at89c51單片機為核心，完成系統(tǒng)主控電路的設(shè)計。而這一部分內(nèi)容主要是將前期處理后的心音信號經(jīng)過a/d轉(zhuǎn)換器傳給單片機控制存儲、輸出，最后通過串口通信輸出到pc機，直接顯示出來。4、 系統(tǒng)框圖 心音后置放大電路心音信號低通濾波電路心音信號前置放大

5、電路 心音傳感器 單片機 pc顯示機 串口通信電路 a/d轉(zhuǎn)換電路 心音采集系統(tǒng)的整體設(shè)計框圖5、 系統(tǒng)主控模塊原理1、cpu的選擇本次設(shè)計我們采用的是c51單片機，主要的芯片型號是12c5a32s2。引腳圖如下：芯片功能介紹：p0.0p0.7(3932)：p0口是一個漏極開路型準(zhǔn)雙向i/o口。在訪問外部存儲器時它是分時多路轉(zhuǎn)換的地址(低8位)和數(shù)據(jù)總線，在訪問期間激活了內(nèi)部的上拉電阻。在eprom編程時，它接收指令字節(jié)，而在驗證程序時，則輸出指令字節(jié)。驗證時，要求外接上拉電阻。p1.0p1.7(1-8)：p1口是帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向i/o口。在eprom編程和程序驗證時，它接收低8位地址

6、。p2.0p2.7(21-28)：p2口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向i/o口。在訪問外部存儲器時，它送出高8位地址。在對efrom編程和程序驗證期間，它接收高8位地址。p3.0p3.7(10-17)：p3口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向i/o口。 在12c5a32s2上的adc模塊具有十位精度，8個輸入通道（對應(yīng)p1.0p1.7口），最高采樣率可達(dá)250khz。參考電壓源為vcc，如果vcc電壓不穩(wěn)定，會影響adc轉(zhuǎn)換結(jié)果精度，可外接穩(wěn)定參考電壓。2、a/d轉(zhuǎn)換模塊 adc是一個將模擬信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號的電子元件。通常的模數(shù)轉(zhuǎn)換器是將一個輸入電壓信號轉(zhuǎn)換為一個輸出的數(shù)字信號。由于數(shù)字信號本身

7、不具有實際意義，僅僅表示一個相對大小。故任何一個模數(shù)轉(zhuǎn)換器都需要一個參考模擬量作為轉(zhuǎn)換的標(biāo)準(zhǔn)，比較常見的參考標(biāo)準(zhǔn)為最大的可轉(zhuǎn)換信號大小。而輸出的數(shù)字量則表示輸入信號相對于參考信號的大小。在本次設(shè)計的中我們主要的任務(wù)是將采集的心音信號轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號并用軟件顯示其波形和大小。輸入電壓與adc轉(zhuǎn)換結(jié)果的關(guān)系如下： vin：輸入電壓 vref:參考電壓（在stc51系統(tǒng)上是5v）ad_res:adc轉(zhuǎn)換結(jié)果 adc的軟件處理流程圖：adc初始化開啟adc轉(zhuǎn)換中斷或查詢讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果返回采樣結(jié)果并顯示軟件濾波處理是否達(dá)到采樣次數(shù)是否3、串口通信模塊 串口通信是指外設(shè)和計算機間，通過數(shù)據(jù)信號線 、地線、控制

8、線等，按位進行傳輸數(shù)據(jù)的一種通訊方式。我們的串口主要是用于數(shù)據(jù)的交換傳輸。對串口通信的設(shè)置有以下幾個關(guān)鍵參數(shù)：波特率，數(shù)據(jù)位，停止位，校驗方式，。通信兩端的參數(shù)設(shè)置要嚴(yán)格一致才可以實驗數(shù)據(jù)傳輸。一般設(shè)置成8位數(shù)據(jù)位，1位停止位，無校驗。關(guān)于波特率的計算：在我們使用的單片機中方式0和方式2的波特率是固定的，而方式1和方式3的波特率是可變的。方式0的波特率fosc12方式2的波特率=方式l和方式3的波特率方式1和方式3的移位時鐘脈沖由定時器t1的溢出率決定，故波特宰由定時器t1的溢出率與smod值同時決定，即：方式1和方式3的波特率6、 軟件設(shè)計在本次課程設(shè)計中，要求實現(xiàn)的功能是：（1）將從示波器

9、輸出的模擬信號轉(zhuǎn)換成能夠在labview軟件中觀察到的波形。（2）實現(xiàn)采集心音信號，并能夠在labview軟件中觀察到的波形。 （3）實現(xiàn)串口的基本參數(shù)設(shè)定，如波特率、緩存區(qū)大小，奇偶校驗位、數(shù)據(jù)數(shù)和是否包含結(jié)束比特等；（4）實現(xiàn)計算機與pc之間的數(shù)據(jù)傳輸。本程序中，波特率選用9600，8bit數(shù)據(jù)比特，不進行奇偶校驗，1bit停止比特，每次通信的間隔為0.5s。adc程序設(shè)流程圖：開始芯片初始化啟動adad完好嗎芯片數(shù)據(jù)輸出 是否 串口通信框圖：源代碼： #include #include #definefosc 11059200#definebaud 9600typedef unsigne

10、d charbyte;typedef unsigned intword;sfr adc_contr =0xbc;sfradc_res=0xbd;sfradc_low2=0xbe;sfrp1asf=0x9d;#define adc_power 0x80#define adc_flag0x10#define adc_start 0x08#define adc_speedll 0x00#define adc_speedl 0x20#define adc_speedh 0x40#define adc_speedhh 0x60void inituart(); void senddata(byte dat

11、); void delay(word n); void initadc();byte ch = 0; void main() inituart(); initadc(); ie = 0xa0; while (1);void adc_isr() interrupt 5 using 1 adc_contr &= ! adc_flag; senddata(adc_res); senddata(adc_low2); if (+ch 7) ch = 0; adc_contr = adc_power | adc_speedll | adc_start | ch;void initadc() p1asf =

12、 0xff; adc_res=0; adc_contr = adc_power | adc_speedll | adc_start | ch; delay(2); void inituart() scon = 0x5a; tmod = 0x20; th1 = tl1 =0xfd -(fosc/12/32/baud); tr1 = 1; void senddata(byte dat) while (!ti); ti = 0; sbuf=dat; void delay(word n) word x; while(n-) x = 5000; while(x-); 7、 結(jié)果仿真測試的時候我們輸入的是：10hz的頻率 輸入電壓為：2v8、 報告總結(jié) 通過本次課程設(shè)計，有效運用課時所學(xué)專業(yè)知識，以及多方面查找資料，基本實現(xiàn)了基于51單片機的心音信號采集系統(tǒng)的設(shè)計與仿真，從信號的采集、放大、濾波再到a/d 轉(zhuǎn)換、串口通信發(fā)送、pc端的labview軟件顯示。但是由于各種誤差，我們的實驗結(jié)果始終不理想。本次實驗，讓我明白了動手能力的重要性。并且，最主要的是自己主動去研究，自己要感興趣要專注。自己主動去學(xué)，就會記住很多知識，但是如果自己不愿意去記，別人