電子聽診器設(shè)計初步方案

1、電子聽診器初步方案系統(tǒng)電路主要可分為以下幾個模塊：電子聽診器探頭、信號調(diào)理電路(包括初級放大模塊、濾波模塊、主放大模塊)、功率放大模塊。本電子聽診器制作所需的材料為：1/4 英寸直徑的超小型駐極體話筒（1個）、普通聽診頭（一個）、12 英寸橡皮管（一根）、屏蔽電纜（兩根）、集成運算放大器芯片 A741（3片）、470pf電容（1個）、470uf電容（兩個）、10uf電容（1個）、0.047uf電容（1個）、0.022uf電容（1個）、2.2k電阻（兩個）、22k電阻（1個）、68k電阻（2個）、22k電阻（1個）、11k電阻（1個）、10k電阻（3個）、1M電阻（1個）、680k(可變電阻器一

2、個)、直插式音頻功率放大器LM386(1片)、揚聲器（1）個、焊錫若干、洞洞板若干、9v電池若干、排針若干、芯片座（4個）；把心音(振動)轉(zhuǎn)換成電信號的裝置就是心音傳感器，一般用聽診器檢測心音。本系統(tǒng)使用的是自制的基于聽診頭和駐極體電容的心音傳感器。心音的頻率較低(20-600Hz)，在人耳所能聽到的聲音范圍的低頻段，因此我們選用話筒(也就是麥克風(fēng))作為聲音傳感器。設(shè)計中選用駐極體話筒。駐極體話筒高的阻抗是不能直接與音頻放大器相匹配的。所以在話筒內(nèi)接入一只結(jié)型場效應(yīng)晶體三極管來進行阻抗變換。駐極體話筒與電路的接法有兩種，分為兩端式和三端式，兩端式話筒的靈敏度比較高，但動態(tài)范圍比較小，目前市售的

3、駐極體話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，駐極體話筒必須提供直流電壓才能工作，因為它內(nèi)部裝有場效應(yīng)管。拾音頭的制作 拾音器 MIC 的制作，可在醫(yī)用器材商店購買廉價的老式聽診器振膜頭，在振膜耳把上套上 12 英寸長的橡皮管，另一頭擠壓入一只 1/4 英寸直徑的超小型駐極體話筒，話筒的兩根導(dǎo)線用屏蔽電纜接到電路中的 MIC 處，由于話筒封裝在膠管中，因此對心音的靈敏度是比較高的，對外界的聲音幾乎無反映。 心音模擬電路的設(shè)計 模擬部分包括前置放大、低通濾波、主放大、功率放大電路。心音傳感器用自己制作的傳感器，由聽診器探頭，導(dǎo)管和駐極體話筒組成。初級放大電

4、路 信號的初級放大采用的是集成運算放大器。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放大電路，具有兩個輸入端，一個輸出端?？蓪χ绷餍盘柡徒涣餍盘栠M行放大。我們使用的是一款集成運算放大器芯片 A741 。 A741 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診器外形小巧，便于攜帶，在本次設(shè)計中的理想運算放大器采用 9V 電池供電。+9V電源經(jīng)過10K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，同時為耦合拾音頭產(chǎn)生的交流小信號以便傳送給后面的運算放大器進行電壓放大，須在電路中串聯(lián)473PF的電容。該電路的放大倍數(shù)Av為：A

5、v=-R5/R6濾波電路 本設(shè)計中仍采用集成運放 A741 構(gòu)成低通濾波器構(gòu)成合適的濾波電路。 壓控電壓源二階濾波電路的特點是：運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)于一個電壓源。其優(yōu)點是：電路性能穩(wěn)定，增益容易調(diào)節(jié)。本次設(shè)計采用壓控電壓源二階濾波電路主放大模塊 經(jīng)過濾波處理后，我們得到的心音信號己經(jīng)比較純正，但信號的大小還是不能滿足功放的要求，所以有必要對濾波后的心音信號再進行放大處理。那么為什么不在初級放大的時候多放大一些，直接滿足功放的要求呢？原因就是在濾波后進行信號的主放大處理，不會把一些干擾噪聲也同時放大，提高信號的信噪比。所以在濾波模塊后我們又設(shè)置了主

6、放大模塊。所用芯片依然為 A741，其特性前面已介紹，此處不再贅述。 功率放大模塊 心音電子聽診系統(tǒng)其中一個非常重要的功能就是實現(xiàn)對心音的聽診，幫助醫(yī)生診斷病情。然而心音信號經(jīng)過主放大模塊后，電壓幅值己經(jīng)達到 AD 轉(zhuǎn)換器的要求了，但它尚不能驅(qū)動揚聲器發(fā)聲。必須對信號進行功率放大，才能實現(xiàn)聽診功能。 在這里我們使用 NS 公司生產(chǎn)的 LM386 作為集成功放電路。LM386 是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的音頻功率放大器,主要應(yīng)用于低電壓消費類產(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、外接元件少和總諧波失真小等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于錄音機和收音機之中。 LM38

7、6 的封裝形式有塑封 8 引線雙列直插式和貼片式。本文選擇的為前者。 電路中470uf的電容C1是一個隔直電容，因為 LM386 的輸入信號中不可以有直流分量，所以這個電容是必須的；可變電阻 680K 是用來調(diào)節(jié)音量的。 單片機：AT89S52單片機心音頻率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1 200Hz以上，故設(shè)計中選用了串行A/D轉(zhuǎn)換器TLC0831。信號采樣電路的工作原理：把調(diào)理電路的模擬輸出信號用A/D轉(zhuǎn)換器變成數(shù)字量后，再由單片機送到液晶顯示屏顯

8、示。本系統(tǒng)選用了精電蓬遠的QH12864T點陣式液晶顯示(LCD)模塊。該模塊由控制器T6963C、列驅(qū)動器T6A39、行驅(qū)動器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），又能顯示圖形，還能夠?qū)⒆址c圖形混合顯示。 LCD與單片機的接口方法分為直接訪問方式和間接控制方式。直接訪問方式是把液晶模塊作為存儲器接在CPU的數(shù)據(jù)線、地址線和控制線上，同時把它的數(shù)據(jù)總 線接在89S52的P0口上，片選以及寄存器選擇信號線由P2口提供，讀寫操作由單片機的讀寫操作信號控制。這種方式是以訪問存儲器的方式來訪問液晶顯示 模塊。間接控制方式不使用單片機的

9、數(shù)據(jù)系統(tǒng)，而是利用它的I/O口來實現(xiàn)與顯示模塊的通信，即將液晶顯示模塊的數(shù)據(jù)線與單片機的P0口連接作為數(shù)據(jù)總線， 另外3根時序控制信號線通常利用89S52的P3口中未被使用的I/O口來控制。這種訪問方式不占用CPU的存儲器空間，它的接口電路與時序無關(guān)，其時序 完全靠軟件編程實現(xiàn)。間接控制方式的速度較直接訪問方式快，所以本設(shè)計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，通過建立坐標(biāo)系，利用位操作實現(xiàn)對心音波形的逼真顯示。下面詳細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128×64點陣式圖形液晶顯示模塊。要繪制心音波形只要根據(jù)A/D轉(zhuǎn)換

10、來的數(shù)據(jù)在液晶顯示器的對應(yīng)位置上繪點顯示。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應(yīng)的顯示緩沖區(qū)地址情況，數(shù)據(jù)為十六進制，并建立以左下角為坐標(biāo)原點的坐標(biāo)系。這樣坐標(biāo) (X，Y)的值都為正值，簡化了算法。其中X表示1128個點，Y表示各個點所對應(yīng)的幅值。由于A/D采樣的數(shù)值為0255，而LCD的行取值為 063，所以把幅值縮小一定的倍數(shù)，即Y=D/B，D為A/D采集的數(shù)字量，B為該數(shù)縮小的倍數(shù)。由圖可以看出幅值Y加1，顯示緩沖區(qū)地址K就減少 10H，從而得到緩沖區(qū)地址的表達式：K=X/8-10H*Y0BF0H。而緩沖區(qū)地址字節(jié)中對應(yīng)X除以8的余數(shù)的位就正好是要繪點的位置。只要利用位 操作命令對它置位就可實現(xiàn)繪點。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個點，因此可以通過改變在RAM中讀數(shù)間隔來控制波形的橫向顯示，即每顯示完1個數(shù)據(jù)，RAM地址加N，通過改變N的大小來拉開或回縮信號波形，以便于觀察。 如果相鄰2個點的幅值稍有不同，2個點的距離就會分