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1、目 录1 .引言41.1 课题目的与意义4电子听诊器根本原理4本设计的主要工作42 .设计方案52.1 方案一：5方案二：53. 硬件设计5前置放大电路5滤波电路6主要元器件的介绍73.3.1 STC89C51的引脚图和功能73.3.2 LM358N引脚图与特点83.3.3 LM393P引脚与功能8原器件清单：94. 软件设计9单片机程序设计95.调试运行与结果11调试结果与分析：11仿真原理图：11信号调理电路116.总结12设计所做的工作12不足与待改良之处12设计心得体会121 .引言心音、呼吸音信号是重要的临床医学信号,是进展心脏疾病、呼吸系统疾病判别的重要依据,是医生进展病因、病灶分
2、析的重要信息。现如今,在心脏疾病和呼吸系统疾病诊断中,听诊仍旧是医生进展检查的主要手段,并且,听诊具有体外检查无创伤、便捷、经济等优点,是广为应用且不可替代。传统的医用听诊器无放大作用，声音较微弱，受环境噪声的影响较大，电子听诊器采用多级低噪声放大器，其放大倍数适当，频响效果好，背景噪声小，有LED显示功能。1.1 课题目的与意义 通过课程设计，了解听诊器的根本原理，熟练掌握传感器信号采集和电子电路的根本设计方法，将理论联系到实践中去，提高综合运用专业知识的能力。本次课程设计的电子听诊器包括放大电路、滤波电路、电压比拟器电路，还包括输出端的音频放大器，此设备具有良好的分析波形能力，能够将设置好
3、的频率段以外的声音频率滤除，故可以清晰的得到放大以后的心音信号，这样有助于医务人员提高初诊的准确度，也为进一步诊断做好了根底。听诊器前端是一个面积较大的膜腔，体内声波鼓动膜腔后，听诊器内的密闭气体随之震动，而塞入耳朵的一端，由于腔道细窄，气体震动幅度就比前端大很多，由此放大了患者体内的声波震动。电子听诊器是利用电子技术放大身体的声音，克制了声学听诊器噪音高的bug。电子听诊器需要转换的声的声波的电信号，然后被放大和处理，以获得最优聆听。与声学听诊器相比，它们都是基于一样的物理原理。电子听诊器也可与计算机辅助听诊计划的分析所记录的心的声音病理或无辜的心脏杂音。拾音器的主要作用就是采集听诊音，功能
4、相当于“麦克风；放大与滤波装置如此是“音箱，把听诊音放大；处理芯片如此用于降低杂音的干扰，保证获得理想的声音数据；通过A/D转换将模拟信号转换成数字信号，经液晶显示屏显示。该电子听诊器电路由拾音传感器、前置放大器、低通滤波放大器、控制电路和LED显示电路等组成，将微弱的心音信号通过拾音传感器之后，经放大电路将其放大，然后通过滤波电路将干扰信号滤除，相应的编程下载到单片机中，把调理电路的模拟输出信号用A/D转换器变成数字量后，再由单片机送到液晶显示屏显示，除此之外，可以通过按键进展有要求的切换想要的信号。2 .设计方案2.1 方案一原理参考框图如图1所示：图1 电子听诊器的总结构框图这个题目可以
5、通过单片机实现，将各局部电路接在单片机上，通过编程实现，本次课程设计时通过方案一来进展实现的。方案二功率放大器滤波器拾音头MIC放大电路比拟器扬声器显示器译码器计数器图2 电子听诊器的结构框图3. 硬件设计采用三极管运放结构组成前置放大电路，该放大器的带宽为0.5HZ2.258HZ，该放大电路具有高输入阻抗，高共模抑制比，从而减少干扰等。该放大器的增益为：A=(R8+R9)*R6/(R9*R4)*1+2*R2/R3该滤波电路的设计，与方案设计中的介绍一样。本课程设计采用通频带为的级联型一阶带通滤波电路。全频道包括的振动频率X围较广，低频道适用于听诊低频杂音。所以我们可以根据不同的通频带计算出相
6、应的器件参数，可以通过编程可按键来进展控制。图3滤波电路图4滤波电路仿真图3.3.1 STC89C51的引脚图和功能 89C51单片机采用40只引脚的双列直插封装DIP方式，目前大多数为此类封装方式，89C51除采用方形封装方式，为44只引脚。89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。 STC系列单片机是美国STC公司最新推出的一种新型51内核的单片机。片内含有Flash程序存储器、SRAM、UART、SPI、AD、PWM等模块。该器件的根本功能与普通的51单片机完全兼容。其主要功能、性能参数:(1)内置标准51内核，机器周期：增强型
7、为6时钟，普通型为12时钟; (2)工作频率X围：040MHZ，相当于普通8051的080MHZ; (3)STC89C5xRC对应Flash空间：4KB8KB15KB; (4)内部存储器RAM)：512B; (5)定时器计数器：3个16位；(6)通用异步通信口UART1个；(7)中断源:8个；(8)有ISP(在系统可编程IAP(在应用可编程),无需专用编程器仿真器；(9)通用IO口：3236个； (10)工作电压：3.85.5V； 图5 89C51实物图 图6 89C51引脚图 3.3.2 LM358N引脚图与特点LM358N里面包括有两个高增益、独立的、内部频率补偿的双运放，适用于电压X围很
8、宽的单电源，而且也适用于双电源工作方式，它的应用X围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运放的地方使用。LM358N的特点:1内部频率补偿2低输入偏流3低输入失调电压和失调电流4共模输入电压X围宽，包括接地5差模输入电压X围宽，等于电源电压X围(6)直流电压增益高(约100dB)(7)单位增益频带宽(约1MHz)(8)电源电压X围宽：单电源(330V)；(9)双电源(一15V)(10)低功耗电流，适合于电池供电(11)输出电压摆幅大(0至Vcc-1.5V)图7 LM358N引脚图3.3.3 LM393P引脚与功能LM393P是双电压比拟器集成电路,其内部采用双列直插8脚塑
9、料封装DIP8和微形的双列8 脚塑料封装SOP8。输出负载电阻能衔接在可允许电源电压X围内的任何电源电压上，不受 Vcc端电压值的限制.此输出能作为一个简单的对地SPS开路(当不用负载电阻没被运用)，输出局部的陷电流被可能得到的驱动和器件的值所限制.当达到极限电流(16mA)时，输出晶体管将退出而且输出电压将很快上升。图8 LM393引脚图原器件清单：STC89C51RC 1个 LM358N 1个 LCD1602 1个 LM393P 1个 蜂鸣器 1个 传声器1个4*2底座3个 按键1个10K可调电阻3个定值电阻假如干定值电容假如干4. 软件设计基于51单片机的设计，将其对信号转换的编程下载到
10、单片机中。其系统流程图如如下图所示：图9程序流程图5.1调试结果与分析： 经传感器收集信号，经过放大电路和滤波电路，得到有用的信号，并且经过单片机编程控制，然后通过按键可以进展心音、肺音的切换，当被检测的心音不在所设定的正常频率X围内时，蜂鸣器就会响起，发出警报，这时显示频上会出现跳动次数，无论测得的心音是否正常，显示频上都会显示出结果。焊接完整电路后，经调试发现结果运行正常，蜂鸣器声音正常，显示器显示正常。5.2仿真原理图：图10 仿真原理图信号调理电路主要是由音频信号采集、前置放大电路、上下通滤波电路组成，音频信号采集是通过拾音传感器MIC，人的通心音信号一般只有几十毫伏，本设计的把采样信
11、号通过前置放大电路，把心音放大30倍，放大倍数A=1+Rf/R1,本次前置放大中Rf和R1的取值为6k和200；滤波电路分为高通滤波电路和低通滤波电路，由于心音的频带在20Hz-1000Hz，由=2f,=1/RC,可得f=1/2RC。由此可得高通滤波中R1=R2=1.6K,C1=C2=0.1u;由于实际实验中出现误差，故本次设计的低通为R1=R2=1.2K,C1=C2=0.1u。经过滤波处理之后的信号，是一个带宽在之间的信号，它代表了心率信号的频率X围。波形整理电路的意义在于，将模拟信号量转换成可供单片机识别的边沿信号，以供程序进展计数分析。滤波之后的信号由电压比拟器的反向输入端输入给电压比拟
12、器，而电压比拟器的同向输入端经由分压电路，提供应电路一个基准电压，根据关系式：判断比拟器比拟输出值。在本次课程设计中，我们是四个人分为一组，按照流程来，每个人都有了相应的分工，在各自独立完成自己的那份工作的同时，会认真学习和记录课程中其他局部的进度与设计。我主要负责的是滤波电路那一局部，虽然最终的实际结果与理论上存在了一定的误差，但是通过反复的计算与调试，对电阻的阻值和电容的大小做出了相应的改变，误差在可观X围内。除此之外，我还进展了局部焊接。在进展仿真过程中，由于对各个电阻，电容等的大小没有准确的把握，导致进展调试时出现各种问题； 在A/D转换的过程中出现信号失真，上半波波形不完整，经发现失
13、真的原因是工作电压X围较小，当超出最大电压或低于最小电压时，便会出现失真；焊接电路板的外观不太美观，出现焊锡溢出的现象，从而出现信号噪声较大，这就需要我们进展对焊接熟练的掌握；通过本次课程设计，在不断收集资料的过程中，让我对本专业有了更进一步的认识，同时发现自己一点一点地在进步，我们以小组的形式认真负责地完成自己负责的那份工作，我对滤波电路的分类、原理、应用等都有了更加明确的了解，除此之外，在我们小组成员的帮助下，我对各级放大电路与单片机的编程等都有了比之前更好的掌握，同时让我们深刻了解到了团结的重要性，在齐心协力的情况下我们互相帮助，在教师的耐心指导下我们与时改正，所以本次实训进展的很顺利，焊接的实物也能很好的工作，激发了我的学习兴趣，提高了我的动手实践能力。实物图如下所示：图11 实物图参考文献 1 杨洋.蓝牙电子听诊器设计D. 华东师X大学.2011. 2 清华大学电子学教研室.模拟电子技术根底.第一版.：高等教育.1985:365-367. 3戴文强.新型心电信号放大器处理器的设计.电子技术 .1992 .194：7
