電子聽診器完整設(shè)計編輯版

1、H河南工程學(xué)院課程設(shè)計電子聽診器的設(shè)計與制作201 6年 6月 3 日學(xué)生姓名:吳倩文(201310711250)學(xué) 院:電氣信息工程學(xué)院專業(yè)班級:電子科學(xué)與技術(shù)1342專業(yè)課程:自動檢測課程設(shè)計張秋慧指導(dǎo)教師:H課程設(shè)計成績評定標準及成績序號評審項目指標滿分1評分1工作態(tài)度遵守紀律，學(xué)習認真；作風嚴謹，踏實肯干。5分2工作量按期圓滿完成規(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2天：得0分4設(shè)計、實驗 方案能靈活運用相關(guān)專業(yè)知識，有較強的創(chuàng)新意 識，有獨特見解，設(shè)計有一定應(yīng)用價值。30分5

2、實驗技能動手能力強，能獨立完成安裝、調(diào)試等實際 操作，能解決設(shè)計及實驗過程中出現(xiàn)的問 題。10分6小組表現(xiàn)注重團隊合作，在小組中表現(xiàn)突出，對設(shè)計 方案的制定及選取起主要作用，在實驗操作 過程中，承擔主要執(zhí)行者。5分7設(shè)計報告質(zhì) 量報告結(jié)構(gòu)嚴謹合理； 文理通順，技術(shù)用語準 確，符合規(guī)范；圖表完備、正確，繪圖準確、 符合國家標準；。20分合計評語：等級:（優(yōu)秀、良好、中等、及格、不及格）職稱:評閱人:日期:H131 引言1.1課題目的與意義1.2電子聽診器基本原理 1.3本設(shè)計的主要工作 2. 設(shè)計方案2.1 方案一：2.2方案二：3. 硬件設(shè)計3.1前置放大電路 3.2濾波電路3.3主要元器件的

3、介紹 3.3.1 STC89C51的引腳圖和功能3.3.2 LM358N引腳圖及特點.3.3.3 LM393P引腳及功能3.3.4原器件清單：4. 軟件設(shè)計4.1單片機程序設(shè)計5. 調(diào)試運行及結(jié)果5.1調(diào)試結(jié)果與分析： 5.2仿真原理圖：5.3信號調(diào)理電路6. 總結(jié)6.1設(shè)計所做的工作6.2不足與待改進之處6.3設(shè)計心得體會55566679101012121212131313H1 .引言心音、呼吸音信號是重要的臨床醫(yī)學(xué)信號，是進行心臟疾病、呼吸系統(tǒng)疾病判別的重要依據(jù)，是醫(yī)生進行病因、病灶分析的重要信息。現(xiàn)如今,在心臟疾病和呼 吸系統(tǒng)疾病診斷中，聽診仍舊是醫(yī)生進行檢查的主要手段，并且，聽診具有體

4、外檢 查無創(chuàng)傷、便捷、經(jīng)濟等優(yōu)點，是廣為應(yīng)用且不可替代。傳統(tǒng)的醫(yī)用聽診器無放 大作用，聲音較微弱，受環(huán)境噪聲的影響較大，電子聽診器采用多級低噪聲放大器，其放大倍數(shù)適當，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課程設(shè)計，了解聽診器的基本原理，熟練掌握傳感器信號采集和電子電 路的基本設(shè)計方法，將理論聯(lián)系到實踐中去，提高綜合運用專業(yè)知識的能力。 本 次課程設(shè)計的電子聽診器包括放大電路、 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， 這樣有助于醫(yī)務(wù)人 員提高初

5、診的準確度，也為進一步診斷做好了基礎(chǔ)。1.2電子聽診器基本原理聽診器前端是一個面積較大的膜腔，體內(nèi)聲波鼓動膜腔后，聽診器內(nèi)的密閉氣體隨之震 動，而塞入耳朵的一端，由于腔道細窄，氣體震動幅度就比前端大很多，由此放大了患者體 內(nèi)的聲波震動。電子聽診器是利用電子技術(shù)放大身體的聲音，克服了聲學(xué)聽診器噪音高的 bug。電子聽診器需要轉(zhuǎn)換的聲的聲波的電信號，然后被放大和處理，以獲得最佳聆聽。與 聲學(xué)聽診器相比,它們都是基于相同的物理原理。電子聽診器也可與計算機輔助聽診計劃的_分析所記錄的心的聲音病理或無辜的心臟雜音。拾音器的主要作用就是采集聽診音，功能相當于麥克風”；放大及濾波裝置則是音箱”把聽診音放大；

6、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 A/D轉(zhuǎn)換將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，經(jīng)液晶顯示屏 顯、/ 示。1.3本設(shè)計的主要工作該電子聽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，將微弱的心音信號通過拾音傳感器之后， 經(jīng)放大電路將 其放大，然后通過濾波電路將干擾信號濾除，相應(yīng)的編程下載到單片機中，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 顯示，除此之外，可以通過按鍵進行有要求的切換想要的信號。2. 設(shè)計方案2.1方案一原理參考框圖如圖1所示:圖1電子聽診器的總結(jié)構(gòu)框圖這個題目可以通過單片機實現(xiàn)，將各

7、部分電路接在單片機上，通過編程實現(xiàn),本次課程設(shè)計時通過方案一來進行實現(xiàn)的。2.2方案二圖2電子聽診器的結(jié)構(gòu)框圖3. 硬件設(shè)計3.1前置放大電路采用三極管運放結(jié)構(gòu)組成前置放大電路，該放大器的帶寬為0.5HZ2.258HZ,該放大電路具有咼輸入阻抗，咼共模抑制比，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，與方案設(shè)計中的介紹一樣。本課程設(shè)計采用通頻帶為 15.9Hz1592.4Hz的級聯(lián)型一階帶通濾波電路。全頻道包括的振動頻率范圍較廣, 低頻道適用于聽診低頻雜音。所以我們可以根據(jù)不同的通頻帶計算出相應(yīng)的器件 參數(shù)

8、，可以通過編程可按鍵來進行控制。M -0L 3040 K-M5I LLJ古-I圖3濾波電路H圖4濾波電路仿真圖3.3主要元器件的介紹331 STC89C51的引腳圖和功能89C51單片機采用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器的低電壓，高性能 CMOS位微處理器，俗稱單片機。STC系列單片機是美國STC公司最新推出的一種新型51內(nèi)核的單片機。片內(nèi)含有Flash程序存儲器、SRAM UART SPI、AD、PWM等模塊。該器件的基本功能與普通的51單片機完全兼容。其主要

9、功能、性能參數(shù)（1）內(nèi)置標準51內(nèi)核，機器周期：增強型為6時鐘，普通型為12時鐘; 工作頻率范圍：040MHZ相當于普通8051的080MHZ;(3)STC89C5xRCM應(yīng) Flash 空間：4KB8KB15KB; 內(nèi)部存儲器（RAM） 512B;定時器計數(shù)器：3個16位; 通用異步通信口（ UART 1個;中斷源:8個；（8）有ISP（在系統(tǒng)可編程）IAP（在應(yīng)用可編程）,無需專用編程器 仿真器;（9）通用 IO 口： 3236 個；1TT工T10TTTTn16T?ItFIO PllP12 ?iS PHP15 Pl&P17 RESET PaO.KXD P31'DiD 旳I

10、MO PS3/INT1 Pj4/ID P3y n 円尺菟 ?3hRD X2XI GNDVC c POO POl PM pd? PW PO?一f麗EAV? ALE?P旺卑3931J7TG15143332JITOC 55口 11172615242322314020H(10)工作電壓：3.85.5V ;圖5 89C51實物圖圖6 89C51弓I腳圖3.3.2 LM358N引腳圖及特點LM358N里面包括有兩個高增益、獨立的、內(nèi)部頻率補償?shù)碾p運放，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放的地方使用。LM358N

11、勺特點:(1)內(nèi)部頻率補償?shù)洼斎肫?低輸入失調(diào)電壓和失調(diào)電流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 直流電壓增益高(約100dB) 單位增益頻帶寬(約1MHz)(8)電源電壓范圍寬：單電源(3 30V);(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)VCCownIM1阿圖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（S0P8 ）。輸出負載電阻 能銜接在

12、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.此輸出能作為一個簡單的對地SPS開路（當不用負載電阻沒被運用），輸出部分的陷電流被可能得到的驅(qū)動和器件的B值所限制.當達到極限電流 （16mA）時，輸出晶體管將退出而且輸出電壓將很快上升。PIN CONNECTIONSOutput A T 叵 叵 Gnd叵Inputs A3 Vccn Output BInputs B(Top View)圖8 LM393引腳圖3.3.4原器件清單:STC89C51RC 1 個LM358N 1 個LCD1602 1 個LM393P 1 個蜂鳴器1個傳聲器1個4*2底座3個按鍵1個10K可調(diào)電阻3個定

13、值電阻若干定值電容若干4. 軟件設(shè)計4.1單片機程序設(shè)計基于51單片機的設(shè)計，將其對信號轉(zhuǎn)換的編程下載到單片機中。其系統(tǒng)流程圖如下圖所示:是JC是1圖9程序流程圖H5調(diào)試運行及結(jié)果5.1調(diào)試結(jié)果與分析:經(jīng)傳感器收集信號， 經(jīng)過放大電路和濾波電路， 得到有用的信號，并且經(jīng)過單片機編程 控制，然后通過按鍵可以進行心音、 肺音的切換，當被檢測的心音不在所設(shè)定的正常頻率范 圍內(nèi)時，蜂鳴器就會響起，發(fā)出警報，這時顯示頻上會出現(xiàn)跳動次數(shù)，無論測得的心音是否正常，顯示頻上都會顯示出結(jié)果。焊接完整電路后，經(jīng)調(diào)試發(fā)現(xiàn)結(jié)果運行正常，蜂鳴器聲音 正常，顯示器顯示正常。5.2仿真原理圖: n卜5 b心：小曲ij叮IM

14、.r: >L；ii ILI ； r- hh III h -訂 L -h -=f . L 斗亠 J、 ： i. II. I'： fl I WIT IJIh , < N jgWF=E- vr-.-II. L祁fTEu I： E即* |韭亠盂際實驗中出現(xiàn)誤差，故本次設(shè)計的低通為R1=R2=1.2K,C1=C2=0.1u。圖10仿真原理圖5.3信號調(diào)理電路高低通濾波電路組成， 音頻信號采集信號調(diào)理電路主要是由音頻信號采集、前置放大電路、 是通過拾音傳感器 MIC，人的通心音信號一般只有幾十毫伏，本設(shè)計的把采樣信號通過前置放大電路，把心音放大30倍，放大倍數(shù) A=1+Rf/R1,本次

15、前置放大中 Rf和R1的取值為20HZ-1000HZ，6k和200 ;濾波電路分為高通濾波電路和低通濾波電路，由于心音的頻帶在 由3 =2 n f, 3 =1/RC,可得f=1/2 n RC。由此可得高通濾波中 R1=R2=1.6K,C1=C2=0.1u;由于實H經(jīng)過濾波處理之后的信號，是一個帶寬在15.9Hz1592.4Hz之間的信號，它代表了心率信號的頻率范圍。波形整理電路的意義在于，將模擬信號量轉(zhuǎn)換成可供單片機識別的邊沿信號，以供程序進行計數(shù)分析。濾波之后的信號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,提供給電路一個基準電壓，根據(jù)關(guān)系式:VoVCC判

16、斷比較器比較輸出值。6.總結(jié)6.1設(shè)計所做的工作在本次課程設(shè)計中，我們是四個人分為一組，按照流程來，每個人都有了相應(yīng)的分工，在各自獨立完成自己的那份工作的同時， 會認真學(xué)習和記錄課程中其他部分的進度與設(shè)計。我主要負責的是濾波電路那一部分,雖然最終的實際結(jié)果與理論上存在了一定的誤差，但是通過反復(fù)的計算與調(diào)試, 的大小做出了相應(yīng)的改變，誤差在可觀范圍內(nèi)。除此之外,對電阻的阻值和電容我還進行了部分焊接。6.2不足與待改進之處在進行仿真過程中，由于對各個電阻，電容等的大小沒有準確的把握，導(dǎo)致進行調(diào)試時出現(xiàn)各種問題；在A/D轉(zhuǎn)換的過程中出現(xiàn)信號失真，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，當超出最大電壓或低于最小電壓時，便會出現(xiàn)失真；焊接電路板的外觀不太美觀，出現(xiàn)焊錫溢出的現(xiàn)象，從而出現(xiàn)信號噪聲較大,這就需要我們進行對焊接熟練的掌握;6.3設(shè)計心得體會通過本次課程設(shè)計，在不斷收集資料的過程中，讓我對本專業(yè)有了更進一步的認識，同時發(fā)現(xiàn)自己一點一點地在進步，我們以小組的形式認真負責地完成自己負責的那份工作，我對濾波電路的分類、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，我對各級放大電路及單片機的編程等都有 了比之前更好的掌握，同時讓我們深刻了解到了團結(jié)的重要性， 在齊心協(xié)力的情況下我們互相幫助，在老師的耐心指導(dǎo)下我們及時改正， 所