畢業(yè)設(shè)計(jì)--基于usb的經(jīng)絡(luò)信號(hào)的檢測(cè)系統(tǒng)與設(shè)計(jì)

1、<p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)說(shuō)明書</p><p>　　題 目： 基于USB的經(jīng)絡(luò)信號(hào)的 </p><p>　　檢測(cè)系統(tǒng)與設(shè)計(jì) </p><p>　　院 （系）： </p><p>　　專 業(yè)： </

2、p><p>　　學(xué)生姓名： </p><p>　　學(xué) 號(hào)： </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p>　　職 稱： </p>

3、;<p>　　題目類型： 理論研究 實(shí)驗(yàn)研究 工程設(shè)計(jì) 工程技術(shù)研究 軟件開發(fā)</p><p><b>　　年 月 日</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　中醫(yī)經(jīng)絡(luò)學(xué)說(shuō)經(jīng)過(guò)數(shù)千年的研究和發(fā)展，已經(jīng)取得很大的成就，逐步得到了世界各國(guó)的廣泛認(rèn)同和

4、接受。但是傳統(tǒng)中醫(yī)學(xué)的經(jīng)絡(luò)情況不夠直觀。由于電信號(hào)特征較明顯、易于獲得，又是與經(jīng)絡(luò)密切相關(guān)的神經(jīng)、循環(huán)系統(tǒng)的明顯特征之一，因此，針對(duì)經(jīng)絡(luò)系統(tǒng)的電信號(hào)動(dòng)態(tài)USB傳輸和波形的顯示的設(shè)計(jì)，應(yīng)能更有利于發(fā)現(xiàn)特征而觸及本質(zhì)。</p><p>　　針對(duì)把微弱的經(jīng)絡(luò)信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，并且進(jìn)行相應(yīng)處理，使系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)的反應(yīng)經(jīng)絡(luò)圖像的問(wèn)題，基于USB技術(shù)的經(jīng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)嚴(yán)格遵循USB協(xié)議，采用TI公司生產(chǎn)的內(nèi)核兼容8051

5、帶有閃存的高性能芯片C8051F320作為微控制器采集信號(hào)，該芯片自帶的17路速度為200K的10位A/D轉(zhuǎn)換器采集信號(hào)，同時(shí)該芯片還集成USB2.0接口，方便的完成了系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)。</p><p>　　本系統(tǒng)中單片機(jī)系統(tǒng)主要完成信號(hào)采集、數(shù)據(jù)通信和實(shí)現(xiàn)USB接口通信;微機(jī)完成數(shù)據(jù)接收、顯示等功能。軟件設(shè)計(jì)中采用C51語(yǔ)言編寫數(shù)據(jù)采集程序和對(duì)USB接口芯片進(jìn)行協(xié)議處理及數(shù)據(jù)交換的程序。上位機(jī)的數(shù)據(jù)處理程序應(yīng)

6、用visual basic語(yǔ)言編寫。</p><p>　　關(guān)鍵詞: C8051f320；數(shù)據(jù)采集；USB(通用串行總線)；驅(qū)動(dòng)程序</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Chinese meridian theory After several thousand years of research andev

7、elopment, has made great achievements in the world, gradually gained widespread recognition and acceptance.however, traditional Chinese medicine in the meridian not intuitive. The signal characteristics of a significant

8、, accessible, and is closely related to thenerve Meridian, one of the obvious features of the circulatory system, therefore, themeridian system for transmission and dynamic signal waveform display design, shoul</p>

9、<p>　　Aiming at transforming the faint pulse signal to electricity signal And processing it and the system responding the real-time pulse image, this Pulse Data Collecting System based on USB technique strictly fo

10、llows USB2.0 protocol.Has adopt the core 8051 compatible high-performance chip C8051F320 with lightning exist to collect a signal as tiny controller that the TI company produces to examine , has been a chip's turn to

11、 be that 10 place A/D converter of 200 K collect a signal from 17 road speed </p><p>　　In this system,the microchip system focuses on sampling signals and data communication, c8051f320 fulfils USB interfaci

12、ng comunication,and the microcomputer completesdata acceptance,storagetodatabase,data processing,display and other functions.The software designs adopt assembly language, C51language to compile data sampling program and

13、programs on protocol processingand data transfer conducted to USB interfacingchip. The data processing program for upper computer is compiled with visual basi</p><p>　　Keywords :C8051f320；datasample；USB(Un

14、iversalSerialBus)；driverprogram</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1 緒論……………………………………………………………………… 1</p><p>　　1.1 中醫(yī)經(jīng)絡(luò)概述…………………………………………………………1</p><p>　　1.2 本研究

15、課題的意義及國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)睢?</p><p>　　1.3 本研究課題的來(lái)源及主要研究?jī)?nèi)容…………………………………2</p><p>　　2 系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì)…………………………………………………… 3</p><p>　　2.1 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)…………………………………………………3</p><p>　　2.1

16、.1信號(hào)采集模塊……………………………………………………3</p><p>　　2.1.2 A/D轉(zhuǎn)換器的選擇………………………………………………4</p><p>　　2.2 USB接口模塊…………………………………………………………4</p><p>　　2.2.1幾種串行總線的比較……………………………………………4</p><p>

17、　　2.2.2 USB接口模塊的設(shè)計(jì)……………………………………………5</p><p>　　2.3軟件設(shè)計(jì)方案………………………………………………………… 6</p><p>　　2.4本章小結(jié)……………………………………………………………… 6</p><p>　　3 硬件分析與設(shè)計(jì)……………………………………………………… 7</p><

18、p>　　3.1 系統(tǒng)概述………………………………………………………………7</p><p>　　3.1.1經(jīng)絡(luò)導(dǎo)聯(lián)…………………………………………………………7</p><p>　　3.1.2經(jīng)絡(luò)信號(hào)的特點(diǎn)及對(duì)放大電路的要求…………………………7</p><p>　　3.2 總體電路框圖…………………………………………………… 7</p>&l

19、t;p>　　3.3 具體單元電路設(shè)計(jì)………………………………………………… 8</p><p>　　3.3.1 前置放大電路的設(shè)計(jì)………………………………………… 8</p><p>　　3.3.2 放大方案的選擇………………………………………………8</p><p>　　3.3.3方案選擇及元器件選擇……………………………………… 11</p&g

20、t;<p>　　3.4 共模信號(hào)抑制電路………………………………………………… 12</p><p>　　3.5.1 定義…………………………………………………………… 12</p><p>　　3.4.2右腿驅(qū)動(dòng)電路……………………………………………………12</p><p>　　3.4.3元器件參數(shù)計(jì)算…………………………………………………13&

21、lt;/p><p>　　3.5 工頻50Hz的濾除電路……………………………………………… 15</p><p>　　3.6 后級(jí)放大電路…………………………………………………………16</p><p>　　3.7 總結(jié)和討論……………………………………………………………17</p><p>　　4 軟件分析與設(shè)計(jì)………………………………………

22、……………… 18</p><p>　　4.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)…………………………………………………………18</p><p>　　4.2 固件程序設(shè)計(jì)…………………………………………………………18</p><p>　　4.2.1 USB接口固件設(shè)計(jì)……………………………………………… 18</p><p>　　4.2.2 單片機(jī)主程序設(shè)計(jì)…

23、……………………………………………19</p><p>　　4.2.3設(shè)備配置信息…………………………………………………… 23</p><p>　　4.3設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序………………………………………………………… 24</p><p>　　4.3.1 USB驅(qū)動(dòng)程序?qū)印?24</p><p>　　4.3.

24、2 函數(shù)驅(qū)動(dòng)程序……………………………………………………25</p><p>　　4.3.3 USB設(shè)備被發(fā)現(xiàn)的過(guò)程………………………………………… 25</p><p>　　4.3.4 Windows驅(qū)動(dòng)程序描述………………………………………… 26</p><p>　　4.3.5 USB設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)………………………………………… 27</p>

25、<p>　　4.4 應(yīng)用軟件的設(shè)計(jì)……………………………………………………… 28</p><p>　　4.5 本章小結(jié)……………………………………………………………… 29</p><p>　　5 經(jīng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的調(diào)試………………………………………… 30</p><p>　　5.1 調(diào)試步驟……………………………………………………………… 30

26、</p><p>　　5.2 硬件的調(diào)試與驗(yàn)證…………………………………………………… 30</p><p>　　5.3 軟件的調(diào)試與驗(yàn)證…………………………………………………… 30</p><p>　　5.4 抗干擾措施…………………………………………………………… 31</p><p>　　5.4.1 硬件抗干擾措施…………………………

27、………………………31</p><p>　　5.4.2 軟件抗干擾措施…………………………………………………32</p><p>　　5.5本章小結(jié)…………………………………………………………………33</p><p>　　結(jié)論……………………………………………………………………………34</p><p>　　謝 辭………………………………

28、…………………………………………35</p><p>　　參考文獻(xiàn)…………………………………………………………………… 36</p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p>　　1.1中醫(yī)經(jīng)絡(luò)的概述</p><p>　　中國(guó)醫(yī)藥學(xué)凝結(jié)著中華民族數(shù)千年的生命智慧，是世界傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)的重要組成部分。中醫(yī)臨床效

29、果顯著，具有非凡的防病治病能力，但其基礎(chǔ)理論和診療方法發(fā)展緩慢，已經(jīng)落在了現(xiàn)代科學(xué)的后面。經(jīng)絡(luò)學(xué)說(shuō)是運(yùn)行氣血聯(lián)系臟腑和全身各部的通道，是人體功能的調(diào)控系統(tǒng)．經(jīng)絡(luò)學(xué)說(shuō)即闡述人體經(jīng)絡(luò)的巡行分布生理功能病理變化及其與臟腑的相互關(guān)系的學(xué)說(shuō)，是針灸學(xué)的基礎(chǔ)，是中醫(yī)的重要組成部分，貫穿在中醫(yī)學(xué)生理、病理、診斷、針灸和藥物治療各個(gè)方面，對(duì)中醫(yī)各科的臨床實(shí)踐有重要指導(dǎo)意義。由于傳統(tǒng)中醫(yī)學(xué)診斷號(hào)脈和針灸本質(zhì)上都是靠醫(yī)生的感受來(lái)把握，缺乏客觀嚴(yán)謹(jǐn)?shù)难芯渴侄?/p>

30、和理論支持，得不到西方醫(yī)學(xué)界的認(rèn)同，加之傳統(tǒng)中醫(yī)技術(shù)很難掌握，所有這些都嚴(yán)重阻礙了中醫(yī)學(xué)的發(fā)展和向世界推廣的進(jìn)程。本論文把先進(jìn)的現(xiàn)代信息處理技術(shù)與傳統(tǒng)中醫(yī)理論相結(jié)合，進(jìn)行人體經(jīng)絡(luò)電信息的動(dòng)態(tài)傳輸特性研究，從而較直觀的得出經(jīng)絡(luò)信號(hào)的波形和特點(diǎn)。</p><p>　　本研究課題的意義及國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　目前，國(guó)內(nèi)外利用生物、化學(xué)、物理、電子信息技術(shù)對(duì)人體生態(tài)、病態(tài)、特別是重大

31、流行性疾病的非介入性快速診斷技術(shù)與相關(guān)理論正在迅速發(fā)展：而各現(xiàn)代科技領(lǐng)域的發(fā)展，特別是微電子測(cè)量、數(shù)據(jù)處理技術(shù)的迅速發(fā)展又為診斷技術(shù)的發(fā)展提供了強(qiáng)有力的工具。</p><p>　　另一方面，由于歷史的原因和我國(guó)技術(shù)研究水平相對(duì)落后，目前中華醫(yī)學(xué)的診斷手段，經(jīng)絡(luò)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)和經(jīng)絡(luò)學(xué)術(shù)的形成發(fā)展主要依靠人的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，缺乏科學(xué)、系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)論證。在臨床工作中醫(yī)生大多是憑借一些臨床資料如患者癥狀、體征以及各種檢查結(jié)果根據(jù)臨床

32、經(jīng)驗(yàn)得出結(jié)論，但疾病的診斷存在大量的特例及反例，信息來(lái)源既不完整又含有假象，且經(jīng)常遇到不確定性信息，哪些資料的價(jià)值大應(yīng)著重考慮，哪些只作次要考慮，各個(gè)醫(yī)生的意見有時(shí)很不一致，這往往使決策相互矛盾或無(wú)理可循。</p><p>　　而對(duì)于經(jīng)絡(luò)信號(hào)的采集與顯示，極大的方便了中醫(yī)根據(jù)病人的經(jīng)絡(luò)信號(hào)進(jìn)行病癥的輔助判斷。同時(shí)用USB進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，其傳輸速度保證了信號(hào)完整和及時(shí)的顯示。在這樣的現(xiàn)實(shí)背景下，用USB經(jīng)絡(luò)電信息傳輸

33、特性研究有其重大的實(shí)際意義：其發(fā)展前景必然是用現(xiàn)代信息處理技術(shù)對(duì)病人的經(jīng)絡(luò)電信息進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。</p><p><b>　　1.3主要研究?jī)?nèi)容</b></p><p>　　本課題的主要內(nèi)容有:</p><p>　　1.掌握經(jīng)絡(luò)傳感器的性能結(jié)構(gòu)，對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化使之適于后續(xù)系統(tǒng)。</p><p>　　2，分析C0851F320

34、的性能，掌握其使用方法。</p><p>　　3.設(shè)計(jì)經(jīng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件部分及軟件部分。</p><p>　　4.對(duì)經(jīng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試。</p><p>　　第2章 系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì)</p><p>　　在設(shè)計(jì)采集系統(tǒng)之前，必須要對(duì)解決的問(wèn)題進(jìn)行調(diào)查研究和分析論證，在此基礎(chǔ)上，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用中的問(wèn)題提出具體的要求。另外，還要注意在滿

35、足性能指標(biāo)的前提下，盡可能地降低價(jià)格。</p><p>　　2.1系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　基于USB技術(shù)的經(jīng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)用于完成數(shù)據(jù)的采集傳輸與處理。共分三個(gè)部分設(shè)計(jì):采集電路部分、USB接口電路部分和上位機(jī)。 </p><p>　　經(jīng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)不僅是一種醫(yī)用輔助診療設(shè)備，同時(shí)也是以微型計(jì)算機(jī)為核心的應(yīng)用電子儀器，它的最終目的是面向市場(chǎng)和面向用

36、戶。因此在系統(tǒng)設(shè)計(jì)、研發(fā)的各個(gè)階段必須要考慮兼顧各方面應(yīng)用的特點(diǎn)和技術(shù)要求，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)的整個(gè)過(guò)程中始終要遵循以下幾條原則.</p><p>　　1. 安全性原則設(shè)計(jì)和制作要完全依據(jù)GB9706.1-1995《醫(yī)用電氣設(shè)備安全通用要求》規(guī)定的內(nèi)容進(jìn)行，保證系統(tǒng)的電氣性能安全。</p><p>　　2. 準(zhǔn)確性原則人體的生物信號(hào)都是極其微弱的信號(hào)，非常容易受到人體靜電和環(huán)境感應(yīng)電的干擾，因此在

37、設(shè)計(jì)、制作中要采取一切手段保證信號(hào)的不失真。</p><p>　　3. 可靠性原則必須保證能夠長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定的工作，性能可靠而不出故障。</p><p>　　4. 通用性和可移植性原則要求通用性盡可能好，能靈活的進(jìn)行功能擴(kuò)充。盡可能采用通用的系統(tǒng)總線結(jié)構(gòu)，以便在需要時(shí)進(jìn)行擴(kuò)充。</p><p>　　5. 先進(jìn)性和可發(fā)展性原則考慮到計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，設(shè)計(jì)必須要為以后系

38、統(tǒng)的升級(jí)、改造留有手段，同時(shí)在技術(shù)上要做到適度超前。</p><p>　　2.1.1信號(hào)采集模塊</p><p>　　數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)性能的好壞，主要取決于它的精度和速度。在保證精度的條件下，應(yīng)有盡可能高的采樣速度，以滿足實(shí)時(shí)采集、實(shí)時(shí)處理和實(shí)時(shí)控制對(duì)速度的要求。單片機(jī)是整個(gè)信號(hào)采集模塊的核心，主要完成根據(jù)計(jì)算機(jī)傳送來(lái)的命令選擇工作方式、系統(tǒng)初始化、單片機(jī)的工作控制，以及在主程序中完成對(duì)AD采

39、樣器、Flash存儲(chǔ)器和接口的控制。</p><p>　　本系統(tǒng)的信號(hào)采集模塊由經(jīng)絡(luò)傳感器和C8051F320芯片組成。經(jīng)絡(luò)傳感器負(fù)責(zé)將人體的經(jīng)絡(luò)信號(hào)采集過(guò)來(lái)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。單片機(jī)起到對(duì)經(jīng)絡(luò)傳感器傳來(lái)的模擬信號(hào)進(jìn)行放大、A/D轉(zhuǎn)換、預(yù)處理的作用，并且負(fù)責(zé)與上位機(jī)進(jìn)行通信C8051F320內(nèi)含有一個(gè)10位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)。由模擬多路開關(guān)(MUX)、可選擇緩沖(BUF)、可編程增益放大器(PGA ).基準(zhǔn)電壓源。

40、在硬件設(shè)計(jì)時(shí)，使用單片機(jī)內(nèi)部的A/D轉(zhuǎn)換器、濾波器對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大、濾波等處理，大大簡(jiǎn)化了單片機(jī)的外圍電路。</p><p>　　2.1.2 A/D轉(zhuǎn)換器的選擇</p><p>　　A/D轉(zhuǎn)換器是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)最重要的一環(huán)，它直接影響到數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的性能。A/D)轉(zhuǎn)換器速度的選擇一般應(yīng)根據(jù)所要求的任務(wù)而定。如果任務(wù)要求高速采集，則應(yīng)采用高速A/D轉(zhuǎn)換器。A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度也是選擇A/D轉(zhuǎn)換

41、器的一個(gè)重要依據(jù)，在高精度的測(cè)量中，往往對(duì)分辨率的要求比較高(16位以上)。由于內(nèi)部集成ADC主要使用了數(shù)字技術(shù)，除具有數(shù)字系統(tǒng)的可靠性高、穩(wěn)定性高等優(yōu)點(diǎn)以外，還具有線性度好、抗干擾能力強(qiáng)、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　總之,在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中A/D轉(zhuǎn)換器的選擇總是根據(jù)任務(wù)的需要而選擇相應(yīng)的器件，另外成本也是選擇AM轉(zhuǎn)換器的一個(gè)重要的依據(jù)。本課題對(duì)于速度的要求就不是很高，而對(duì)于精度的要求也不是很高，綜合各種

42、條件我們選用的是集成了10位模數(shù)轉(zhuǎn)換器的微控制器C8051F320。</p><p>　　2.2 USB接口模塊</p><p>　　本設(shè)計(jì)的采集系統(tǒng)與上位機(jī)的連接可以有多種方式，之所以選擇USB(通用串行總線)的方式與USB的速度快、易于擴(kuò)展、使用靈活等突出特點(diǎn)是分不開的。</p><p>　　2.2.1幾種串行總線的比較</p><p>

43、　　2.2.1.1 RS-232C總線 RS-232C總線是美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)ETA(電子的工業(yè)協(xié)會(huì)、制定的一種用于單點(diǎn)通信串行物理接口標(biāo)準(zhǔn)。RS-232C總線標(biāo)準(zhǔn)設(shè)有25條信號(hào)線，包括一個(gè)主通道和一個(gè)輔助通道，在多數(shù)情況下主要使用主通道，對(duì)于一般雙工通信，僅需幾條信號(hào)線就可實(shí)現(xiàn)，如一條發(fā)送線、一條接收線及一條地線。RS - 232C標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的數(shù)據(jù)傳輸率為每秒50, 75, 100, 150,300, 600, 1200, 2400,

44、4800, 9600, 19200波特。RS一232C標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，驅(qū)動(dòng)器允許有2500pF的電容負(fù)載，通信距離將受此電容限制，例如，采用正150pF的通信電纜時(shí)，最大通信距離為15M;若每米電纜的電容量減小，通信距離可以增加。傳輸距離短的另一原因是RS-232C屬單端信號(hào)傳送，存在共地噪聲和不能抑制共模干擾等問(wèn)題，因此一般用于20M以內(nèi)的通信。</p><p>　　2.2.1.2 IEEE-P1394總線 IEEE

45、-P1394是高性能的串行總線。它的應(yīng)用范圍主要是那些帶寬要求超過(guò)100Mb/S的硬盤和視頻外設(shè)。利用同樣的四條信號(hào)線，IEEE1394可以同步傳輸，也可以支持異步傳輸。這四根信號(hào)線分為差模時(shí)鐘信號(hào)線對(duì)和差模數(shù)據(jù)線對(duì)。IEEE 1394規(guī)范得到了很好的定義，而且基于IEEE規(guī)范的產(chǎn)品也在市場(chǎng)上出現(xiàn)了，目前IEEE 1394解決方案的價(jià)位被認(rèn)為可以同SCSI磁盤接口相競(jìng)爭(zhēng)，但它不適用于一般的桌面連接。</p><p&g

46、t;　　2.2.1.3 RS-485總線 在要求通信距離為幾十米到上千米時(shí)，廣泛采用RS-485串行總線標(biāo)準(zhǔn)。RS-485采用平衡發(fā)送和差分接收，因此具有抑制共模干擾的能力。加上總線收發(fā)器具有高靈敏度，能檢測(cè)低至200mv的電壓，故傳輸信號(hào)能在千米以外得到恢復(fù)。RS-485采用半雙工工作方式，任何時(shí)候只能有一點(diǎn)處于發(fā)送狀態(tài)，因此，發(fā)送電路須由使能信號(hào)加以控制。RS-485用于多點(diǎn)互連時(shí)非常方便，可以省掉許多信號(hào)線。應(yīng)用RS-485可以

47、聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成分布式系統(tǒng)，其允許最多并聯(lián)32臺(tái)驅(qū)動(dòng)器和32臺(tái)接收器。</p><p>　　2.2.1.4 USB總線 USB即通用串行總線，可以實(shí)現(xiàn)熱插拔，采用菊花鏈結(jié)構(gòu)，最多可以同時(shí)連接127臺(tái)設(shè)備，由總線提供電源，并有檢錯(cuò)、糾錯(cuò)功能以保證數(shù)據(jù)正確傳輸。主要用于中速和低速的外設(shè)。USB是通過(guò)PCI總線和PC的內(nèi)部系統(tǒng)數(shù)據(jù)線連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。</p><p>　　2.2.2 USB接口模塊

48、的設(shè)計(jì)</p><p>　　本設(shè)計(jì)的采集系統(tǒng)與上位機(jī)的連接可以有多種方式，之所以選擇USB(通用串行總線)的方式與USB的速度快、易于擴(kuò)展、使用靈活等突出特點(diǎn)是分不開的。USB總線即通用串行總線，可以實(shí)現(xiàn)熱插拔，采用菊花鏈結(jié)構(gòu)，最多可以同時(shí)連接127臺(tái)設(shè)備，由總線提供電源，并有檢錯(cuò)、糾錯(cuò)功能以保證數(shù)據(jù)正確傳輸。主要用于中速和低速的外設(shè)。USB是通過(guò)PCI總線和PC的內(nèi)部系統(tǒng)數(shù)據(jù)線連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。同時(shí)，USB

49、又是一種通信協(xié)議，支持系統(tǒng)和USB的外圍設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸。</p><p>　　為了使數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)能夠向PC機(jī)傳送數(shù)據(jù)，我們需要設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與PC機(jī)的接口模塊。利用USB(通用串行總線)，可為計(jì)算機(jī)和外設(shè)間的數(shù)據(jù)通信提供一個(gè)很好的解決方案。它不但解決了傳統(tǒng)方法各設(shè)備之間的資源沖突和速度限制等問(wèn)題，而且易于實(shí)現(xiàn)低成本、高可靠性的數(shù)據(jù)采集。目前，586以上的PC機(jī)大多數(shù)都具有USB接口，操作系統(tǒng)軟件也全面支持U

50、SB設(shè)備。</p><p>　　USB協(xié)議的復(fù)雜性意味著USB外設(shè)必須具有智能?？刂破餍酒仨氈廊绾螜z測(cè)并對(duì)USB端口的事件做出反應(yīng)，它必須為設(shè)備提供存儲(chǔ)要發(fā)送的數(shù)據(jù)和獲得己經(jīng)接收到的數(shù)據(jù)的一種方法。控制器芯片在進(jìn)行USB通信時(shí)所需要的支持是不同的。一些芯片只需要訪問(wèn)一系列寄存器以存儲(chǔ)和恢復(fù)USB數(shù)據(jù)。其他的芯片要求設(shè)備程序代碼做更多的工作，包括管理描述符的重新獲得、設(shè)定數(shù)據(jù)切換值和保證正確的交換包被發(fā)送等。一

51、些控制器芯片上有通用功能的CPU，而其他的控制器芯片則采取最簡(jiǎn)單的方法和接口與一個(gè)外部CPU連接，按需要處理與USB控制器之間的非USB任務(wù)和通信。因此，微控制器和USB接口的選擇有二種方式:帶US接口的單片機(jī)和通用USB收發(fā)器兩種。</p><p><b>　　2.3軟件設(shè)計(jì)方案</b></p><p>　　一個(gè)硬件系統(tǒng)完成后，都需要配套軟件對(duì)硬件進(jìn)行全面的支持。一

52、般情況下數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)軟件包括兩部分:驅(qū)動(dòng)軟件和應(yīng)用軟件。驅(qū)動(dòng)軟件是直接對(duì)數(shù)據(jù)采集硬件系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)的軟件層，它通常是通過(guò)計(jì)算機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)總線或接口，由I/O指令完成計(jì)算機(jī)與數(shù)據(jù)采集模塊的信息交換，管理系統(tǒng)的操作以及和計(jì)算機(jī)資源的組合，比如CPU中斷、DMA傳送等。驅(qū)動(dòng)軟件在保持高性能、提供給用戶易于理解的同時(shí)，隱藏了復(fù)雜、詳細(xì)的硬件及程序設(shè)計(jì)。應(yīng)用軟件增加了分析和顯示的功能，所設(shè)計(jì)的人機(jī)界面，可以通過(guò)鍵盤或鼠標(biāo)來(lái)設(shè)置數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)參數(shù)。一個(gè)好的

53、軟件提供給用戶的操作必然是簡(jiǎn)便的、直觀的和移動(dòng)的。對(duì)于給予計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，用戶操作界面的友好性、易操作性在很大程度上決定了該軟件的成功與否。</p><p>　　本系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的程序包括設(shè)備固件、USB設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序和應(yīng)用程序。其中的單片機(jī)控制程序采用C51語(yǔ)言編寫，根據(jù)實(shí)際需要，系統(tǒng)需要完成的任務(wù)有:通過(guò)串行通信，接受上位機(jī)發(fā)送來(lái)的控制命令，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集并存入Flash存儲(chǔ)器，在通過(guò)串行通信發(fā)送給上位機(jī)

54、。當(dāng)單片機(jī)加電或復(fù)位后，首先進(jìn)入執(zhí)行主程序。主程序首先完成設(shè)定單片機(jī)的工作狀態(tài)，設(shè)定程序的初始狀態(tài)。主程序是一個(gè)死循環(huán)的程序，程序完成設(shè)定狀態(tài)后就開始不停的循環(huán)等待來(lái)自主計(jì)算機(jī)發(fā)出的控制命令。一旦接收緩沖器SBUF中收到命令之后，接收終端標(biāo)志RI被置1，就進(jìn)入接收中斷服務(wù)程序，對(duì)命令進(jìn)行判別，并調(diào)用相應(yīng)的功能子程序進(jìn)行處理。主要有下列子程序組成:初始化程序、中斷命令處理子程序、A/D。轉(zhuǎn)換子程序、串行發(fā)送子程序、軟件復(fù)位子程序。經(jīng)絡(luò)數(shù)據(jù)

55、采集系統(tǒng)作為一個(gè)計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的一部分，是智能接口的下位機(jī)，上位機(jī)是中心主機(jī)，兩者之間通過(guò)USB接口交換信息。下位機(jī)完成經(jīng)絡(luò)數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)、發(fā)送等功能，上位機(jī)完成對(duì)經(jīng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集的控制、數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、處理，并根據(jù)不同的需要作相應(yīng)的分析，顯示輸出分析的結(jié)果作為醫(yī)生診斷或醫(yī)學(xué)研究的依據(jù)。</p><p><b>　　2.4本章小結(jié)</b></p><p>　　經(jīng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集系

56、統(tǒng)的設(shè)計(jì)將實(shí)現(xiàn)對(duì)人體的經(jīng)絡(luò)信號(hào)進(jìn)行采集檢測(cè)。本章中對(duì)于系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想方法及實(shí)現(xiàn)方案做了概括性的介紹，給出了各芯片選擇的依據(jù)。根據(jù)實(shí)際需要，選擇的方案如下:</p><p>　　1. 考慮到采集系統(tǒng)的功耗，選擇了使用USB接口通信的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，并采用外部電源進(jìn)行供電;</p><p>　　2. 微控制器選擇帶有10位A/D和USB接口芯片的選C8051F320單片機(jī)。</p>

57、<p>　　第3章硬件分析與設(shè)計(jì)</p><p><b>　　3.1 系統(tǒng)概述</b></p><p>　　3.1.1 經(jīng)絡(luò)導(dǎo)聯(lián)</p><p>　　為了記錄經(jīng)絡(luò)，將探測(cè)電極安置于體表相隔一定距離的兩點(diǎn)，此兩點(diǎn)即構(gòu)成一個(gè)導(dǎo)聯(lián)，兩點(diǎn)的連線代表連軸，具有方向性。臨床常用的導(dǎo)聯(lián)方式有肢體導(dǎo)聯(lián)和胸前導(dǎo)聯(lián)，肢體導(dǎo)聯(lián)又有標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)聯(lián)和加壓?jiǎn)螛O肢體導(dǎo)

58、聯(lián)之分?！　　?lt;/p><p>　　臨床中廣泛應(yīng)用的是標(biāo)準(zhǔn)十二導(dǎo)聯(lián)系統(tǒng)，分別記為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)聯(lián)，aVR、aVL、aVF三個(gè)加壓導(dǎo)聯(lián)以及V1-V6六個(gè)胸極導(dǎo)聯(lián)。其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ主要是反應(yīng)左手、右手以及左腿任兩電極間的電壓差，無(wú)探查電極和無(wú)關(guān)電極之分，是雙極導(dǎo)聯(lián)。雙極導(dǎo)聯(lián)就是拾取兩個(gè)測(cè)試點(diǎn)的電位差。aVR-V6是單極導(dǎo)聯(lián)，就是拾取某一點(diǎn)相對(duì)參考的電位。由一個(gè)無(wú)關(guān)電極和探查電極所組成，其P波明顯，利于診斷心律失常

59、（V1）和左前壁心肌缺血（V5、V6）。標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)聯(lián)的特點(diǎn)廣泛地反映了心臟的大概情況，如：后壁心肌梗塞、心律失常等，往往Ⅱ、Ⅲ導(dǎo)聯(lián)可以記錄到清晰的波形。</p><p>　　3.1.2經(jīng)絡(luò)信號(hào)的特點(diǎn)及對(duì)放大電路的要求</p><p>　　經(jīng)絡(luò)信號(hào)的特點(diǎn)：信號(hào)十分微弱，常見的經(jīng)絡(luò)頻率一般在0.05～100Hz之間，能量主要集中在17Hz附近，幅度小于5mV，經(jīng)絡(luò)電極阻抗較大，一般在幾百千歐以上。

60、在檢測(cè)生物電信號(hào)的同時(shí)存在強(qiáng)大的干擾，主要有電極移動(dòng)引起基線漂移(一般小于1Hz)，電源工頻干擾(50Hz)，肌電干擾(幾百Hz以上)。電源工頻干擾主要是以共模形式存在，幅值可達(dá)幾V甚至幾十V，所以經(jīng)絡(luò)放大器必須具有很高的共模抑制比(80dB以上)。電極移動(dòng)引起基線漂移是由于測(cè)量電極與生物體之間構(gòu)成化學(xué)半電池而產(chǎn)生的直流電壓，最大可達(dá)300mV，因此，經(jīng)絡(luò)放大器的前級(jí)增益不能過(guò)大。由于信號(hào)源內(nèi)阻可達(dá)幾十KΩ、乃至所以，經(jīng)絡(luò)放大器的輸入阻

61、抗必須在幾MΩ以上。同時(shí)在有源低通濾波器中要求能夠有效地濾除與經(jīng)絡(luò)信號(hào)無(wú)關(guān)的高頻信號(hào)，最后在設(shè)計(jì)要求對(duì)某一頻段的信號(hào)能夠抑制或衰減。通過(guò)系統(tǒng)調(diào)試，最后得到放大、無(wú)噪聲干擾的經(jīng)絡(luò)信號(hào)。</p><p><b>　　3.2總體電路框圖</b></p><p>　　本電路設(shè)計(jì)主要是由五部分構(gòu)成。</p><p>　　第一是前置放大電路。這一級(jí)增益選1

62、00～250倍左右。</p><p>　　第二是抑制共模信號(hào)電路。我采用了右腿驅(qū)動(dòng)電路，它不僅可以消除其中的共模電壓，還能提高共模抑制比，使信號(hào)輸出的質(zhì)量得到提高。</p><p>　　第三是低通濾波電路。經(jīng)絡(luò)頻率一般在0.05--100Hz之間，能量主要集中在17Hz附近，幅度為0～5mV，所以要對(duì)0.05--100Hz 以內(nèi)的信號(hào)進(jìn)行保護(hù)，把這個(gè)頻率帶以外信號(hào)全部濾除。</p&g

63、t;<p>　　第四是工頻50Hz的帶阻濾波電路。本設(shè)計(jì)主要是采用了雙T帶阻濾波電路，它能夠?qū)δ骋活l段的信號(hào)進(jìn)行濾除。對(duì)于電源工頻產(chǎn)生的50Hz的噪聲，用它能有效選擇而對(duì)噪聲進(jìn)行濾除。</p><p>　　第五是后級(jí)放大電路。經(jīng)絡(luò)信號(hào)需要放大上千倍才能觀測(cè)到，前置放大器增益只有100～250左右，在這一級(jí)還需要放大4～10倍左右。</p><p>　　3.3 具體單元電路設(shè)

64、計(jì)</p><p>　　3.3.1 前置放大電路的設(shè)計(jì)：</p><p>　　根據(jù)經(jīng)絡(luò)信號(hào)的特點(diǎn)，前置級(jí)應(yīng)該滿足下述要求：</p><p>　　高輸入阻抗。被提取的經(jīng)絡(luò)信號(hào)是不穩(wěn)定的高內(nèi)阻源的微弱信號(hào)，為了減少信號(hào)源內(nèi)阻的影響，必須提高放大器輸入阻抗。一般情況下，信號(hào)源的內(nèi)阻為100kΩ，則放大器的輸入阻抗應(yīng)大于1MΩ。</p><p>　　

65、高共模抑制比CMRR。人體所攜帶的工頻干擾以及所測(cè)量的參數(shù)以外的生理作用的干擾，一般為共模干擾，前置級(jí)須采用CMRR高的差動(dòng)放大形式，能減少共模干擾向差模干擾轉(zhuǎn)化。</p><p>　　低噪聲、低漂移。主要作用是對(duì)信號(hào)源的影響小，拾取信號(hào)的能力強(qiáng)，以及能夠使輸出穩(wěn)定。</p><p>　　3.3.2 放大方案的選擇</p><p>　　3.3.2.1 方案（一）：

66、三運(yùn)放儀用放大電路</p><p>　　如圖3所示的同相并聯(lián)三運(yùn)放結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)可以較好地滿足上面三條要求。A1、A2構(gòu)成放大器的第I級(jí)，主要用來(lái)提高整個(gè)放大電路的輸入阻抗。第II級(jí)采用差動(dòng)電路用以提高共模抑制比。將A3、A4兩個(gè)同相輸入運(yùn)放電路并聯(lián)，再與A5差分輸入串聯(lián)的三運(yùn)放差分放大電路。根據(jù)虛短、虛斷的概念，不難分析A3、A4前置放大電路僅對(duì)差模信號(hào)有放大作用，差模放大倍數(shù)為</p><

67、p>　?。≧3+2R1）/ R3倍。這樣的電路有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)： </p><p>　　A3、A4提高了差模信號(hào)與共模信號(hào)之比，即提高了信噪比，因差模信號(hào)按差模增益比放大，遠(yuǎn)高于共模成分（噪聲）；</p><p>　　決定增益的電阻（R1、R2、R3）對(duì)共模抑制比CMRR沒(méi)有影響，因此電阻的容差不重要，R1、R4的失配僅使兩輸出端之間的差模增益失配，與CMRR相比，這一點(diǎn)并不重要。&l

68、t;/p><p>　　電路的另一個(gè)特點(diǎn)是對(duì)共模輸入信號(hào)沒(méi)有放大作用，共模電壓增益接近于零。這個(gè)因素不僅與實(shí)際的共模輸入有關(guān)，而且也與A3和A4的失配電壓和漂移有關(guān)。如果A3和A4有相等的漂移速率，且向同一方向漂移，那么漂移就作為共模信號(hào)出現(xiàn)，沒(méi)有被放大，還能被第二級(jí)抑制。這樣對(duì)于A3和A4的漂移要求就會(huì)降低。A3和A4前置放大級(jí)的差模增益要做得盡可能高，相比之下，第二級(jí)（A5）的漂移和共模誤差就可以忽略，對(duì)放大器的要

69、求就可以大大降低。當(dāng)R4= R5，R6=R7+RP時(shí)，兩級(jí)的總增益為兩個(gè)差模增益的乘積，即：</p><p>　　Avd=(（R3+2R1）/R3)(R6/R4)</p><p>　　由此可知，上述電路具有輸入阻抗高，共模抑制比高等優(yōu)點(diǎn)，可作為通用儀用放大器使用。</p><p>　　圖3-4 三運(yùn)放儀用放大器</p><p>　　3.3.2

70、.2方案（二）利用AD620來(lái)設(shè)計(jì)放大電路</p><p>　　AD620是一種只用一個(gè)外部電阻就能設(shè)置放大倍數(shù)為1～1000的低價(jià)格、低功耗、高精度儀表放大器。它體積小，為8管腳的SOIC或DIP封裝；供電電源范圍為±2.3V～±l8V；最大供電電流僅為1.3mA。AD620具有很好的直流特性和交流特性，它的最大輸入失調(diào)電壓為5OμV，最大輸入失調(diào)電壓漂移為lμV/。C，最大輸入偏置電流為2

71、.0nA。G=10時(shí)，其共模抑制比大于93dB 。在1kHz處輸人電壓噪聲為9nv／（Hz）1/2．在0.1Hz～10Hz范圍內(nèi)輸人電壓噪聲的峰--峰值為0.28μV，輸入電流噪聲為0.1pA／（Hz） 。G=l時(shí)它的增益帶寬為120kHz，建立時(shí)間為15μs。</p><p>　　總的來(lái)看，AD620的特點(diǎn)可歸結(jié)為如下幾點(diǎn)：</p><p>　　AD620能確保高增益精密放大所需的低失調(diào)

72、電壓、低失調(diào)電壓漂移和低噪聲等性能指標(biāo)，故可用于精確的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，作為各種微弱信號(hào)的前置調(diào)理器；</p><p>　　只用一只外部電阻就能設(shè)置放大倍數(shù)l～l000；</p><p>　　體積小，只有8個(gè)引腳；</p><p>　　低功耗，最大的供電電流為1.3mA；</p><p>　　價(jià)格低，建立時(shí)問(wèn)短，所以它也非常適用于多路轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的V

73、/I變換電路。</p><p>　　利用AD620構(gòu)成經(jīng)絡(luò)放大器前置放大級(jí)：</p><p><b>　　圖3-5</b></p><p>　　圖5是AD620在經(jīng)絡(luò)圖監(jiān)測(cè)儀的的應(yīng)用，這里的源阻抗可高達(dá)1MΩ，甚至更高，AD620的低功耗、低供電電壓及低噪聲特性得到了充分發(fā)揮。</p><p>　　3.3.2.3方案（三

74、）用MAX4194實(shí)現(xiàn)</p><p>　　MAX4194也是增益可調(diào)的儀用放大器，下面是它的特性參數(shù)：</p><p>　　+2.7V 單電源工作</p><p><b>　　低功耗</b></p><p>　　93µA Supply Current</p><p>　　8µ

75、A Shutdown Current</p><p>　　高共模抑制比：115dB (G = +10V/V)</p><p>　　低輸入失調(diào)電壓：50µV(G = +100V/V)</p><p>　　G＝1000 V/V時(shí)3dB帶寬為147Hz</p><p><b>　　軌至軌輸出</b></p>

76、;<p>　　MAX4194的這些優(yōu)異性能使它十分適合經(jīng)絡(luò)放大器的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)電路如下：</p><p><b>　　圖 3-5</b></p><p>　　3.3.3方案選擇及元器件選擇：</p><p>　　三運(yùn)放儀用放大器，雖然可以滿足一般要求，但由于集成化低，所用元件多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，調(diào)試?yán)щy，難以滿足當(dāng)前各種微弱生理參數(shù)測(cè)

77、量的高穩(wěn)定性、高共模抑制比、高安全性的要求。MAX4194的封裝形式是貼片，用起來(lái)不太方便，所以選用DIP封裝的AD620。</p><p><b>　　元件參數(shù)計(jì)算：</b></p><p>　　這一級(jí)增益選為250，并聯(lián)雙運(yùn)放部分放大5倍，AD620部分放大50倍。</p><p>　　選R1＝R2＝20K，R3＝10K，則AV1=2R1/

78、 R3＝5。</p><p>　　取R5＝R6＝20K。</p><p>　　C1、C2、R7、R8組成高通濾波網(wǎng)絡(luò)，截止頻率為0.025Hz。取R7＝R8＝200K, C1＝C2＝33μF，</p><p>　　f＝1/2R7C1＝0.024 Hz。</p><p>　　AD620部分放大50倍，由公式G=49.4kΩ/RG+1計(jì)算得到，R

79、G=1kΩ。</p><p>　　前級(jí)總放大倍數(shù)AV前= AV1?G＝5（49.4+1）＝252。</p><p>　　3.4 共模信號(hào)抑制電路</p><p><b>　　3.4.1 定義：</b></p><p>　　為了說(shuō)明差分式放大電路指引共模信號(hào)的能力，常用共模抑制比作為一項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)來(lái)衡量，其定義為放大電路對(duì)

80、差模信號(hào)的電壓增益與對(duì)共模信號(hào)的電壓增益之比的絕對(duì)值，即</p><p>　　差模電壓增益越大，共模電壓增益越小，則共模抑制能力越強(qiáng)，放大電路的性能越優(yōu)良，因此希望值越大越好。共模抑制比也可以用分貝表示：</p><p>　　3.4.2右腿驅(qū)動(dòng)電路</p><p>　　體表驅(qū)動(dòng)電路是專為克服50Hz共模干擾，提高CMRR而設(shè)計(jì)的，原理是采用以人體為相加點(diǎn)的共模電壓并

81、聯(lián)負(fù)反饋，其方法是取出前置放大級(jí)中的共模電壓，經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路倒相放大后再加回體表上，一般的做法是將此反饋共模信號(hào)接到人體的右腿上，所以稱為右腿驅(qū)動(dòng)。通常，病人在做正常的經(jīng)絡(luò)檢測(cè)時(shí)，空間電場(chǎng)在人體產(chǎn)生的干擾電壓以及共模干擾是非常嚴(yán)重。而使用右腿驅(qū)動(dòng)電路就能很好地解決了上述問(wèn)題。下圖就是右腿驅(qū)動(dòng)電路主要構(gòu)成。其中反饋共模電壓可以消除人體共模電壓產(chǎn)生的干擾，還可以抑制工頻干擾。</p><p>　　3.4.3元器件參數(shù)計(jì)算

82、：</p><p>　　參數(shù)選擇：R4＝1M，RF=10M，CF=4700pF（CF的作用是使右腿驅(qū)動(dòng)電路穩(wěn)定）,R9=100K。</p><p>　　右腿驅(qū)動(dòng)電路如下圖所示：</p><p><b>　　圖3-6</b></p><p>　　要求：3dB頻率是100Hz，在200Hz的率減大于25dB。</p&g

83、t;<p><b>　　計(jì)算陡度系數(shù)AS。</b></p><p>　　AS＝200/100＝2</p><p>　　選擇歸一化設(shè)計(jì)滿足低通要求。n＝3的巴特沃斯設(shè)計(jì)能滿足要求。</p><p>　　下圖表示歸一化低通濾波器。</p><p><b>　　圖3-7</b></p&

84、gt;<p>　　把低通換算為所需的截止頻率和阻抗值。計(jì)算FSF.</p><p>　　FSF=2100=628</p><p>　　選Z＝10000，把所有電阻乘以Z，把所有電容除以ZFSF。下圖是所得到的低通濾波器。</p><p><b>　　圖3-8</b></p><p>　　下圖是模擬的低通濾波

85、器的幅頻特性曲線。</p><p><b>　　圖3-9</b></p><p>　　工頻50Hz的濾除電路</p><p>　　工頻干擾是經(jīng)絡(luò)信號(hào)的主要干擾，雖然前置放大電路對(duì)共模干擾具有較強(qiáng)的抑制作用，但有部分工頻干擾是以差模信號(hào)方式進(jìn)入電路的，且頻率處于經(jīng)絡(luò)信號(hào)的頻帶之內(nèi)，加上電極和輸入回路不穩(wěn)定等因素，前級(jí)電路輸出的經(jīng)絡(luò)信號(hào)仍存在較強(qiáng)的

86、工頻干擾，所以必須專門濾除。</p><p>　　采用如下圖所示是有源雙T帶阻濾波器，該電路的Q值隨著反饋系數(shù)（0<<1）的增高而增高，Q值與的關(guān)系如下：，調(diào)節(jié)R16和R17的比值可改變Q值。</p><p><b>　　圖3-10</b></p><p>　　3.5.1參數(shù)計(jì)算：</p><p>　　，，C

87、7=C8=C，C6=2C</p><p><b>　　先取</b></p><p>　　，由公式計(jì)算得，在軟件上模擬后，調(diào)整為：</p><p><b>　　，，，。</b></p><p>　　3.5.2 Q值討論</p><p>　　50Hz陷波器的傳遞函數(shù)為：</

88、p><p><b>　?。?）</b></p><p><b>　　幅頻特性為：</b></p><p>　　（2），＝1，＝100rad。</p><p>　　國(guó)家允許交流供電頻率在49.5～50.5Hz范圍內(nèi)，所以50Hz陷波器的Q值并不是越高越好，太高時(shí)，阻帶過(guò)窄，若工頻干擾頻率發(fā)生波動(dòng)，則根本達(dá)

89、不到濾除工頻干擾的目的。而Q值太小時(shí)，又可能會(huì)濾掉有用信號(hào)。</p><p>　　選擇3dB處截止頻率為47.5Hz，52.5Hz，將，分別代入中計(jì)算得，Q1＝9.74，Q2＝10.24，所以取</p><p>　?。?0，R17＝22M， R16＝510K。</p><p>　　軟件模擬設(shè)計(jì)50Hz陷波器幅頻特性如下所示：</p><p>

90、<b>　　3.6后級(jí)放大電路</b></p><p>　　后級(jí)放大采用反相放大器，反相放大器一般形式如下圖所示：</p><p><b>　　圖3-12</b></p><p>　　在此電路上加一個(gè)電容，就可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)放大和濾波，稱之為實(shí)用反相放大器。</p><p>　　低端截止頻率設(shè)計(jì)為0.0

91、5Hz，由式＝0.05Hz來(lái)定C10，R18的值，取C10＝33，</p><p>　　R18＝100K。再由=-5，取R19=510KΩ。高端截止頻率，由此式計(jì)算出C11的值，取C12＝680。</p><p><b>　　圖3.14</b></p><p>　　設(shè)計(jì)實(shí)用反相放大器的模擬幅頻特性如下所示(輸入信號(hào)1mV)：</p>

92、<p><b>　　圖3-15</b></p><p><b>　　3.7 總結(jié)和討論</b></p><p>　　信號(hào)經(jīng)過(guò)放大、濾波、處理后送入單片機(jī)進(jìn)行A/D變換，一方面將A/D變換后的數(shù)據(jù)通過(guò)USB傳到主機(jī)； </p><p>　　經(jīng)絡(luò)系統(tǒng)的前向通路對(duì)目前面世的許多醫(yī)學(xué)儀器起著不可漠視的重要角色；這相當(dāng)

93、于一個(gè)基石，沒(méi)有了它，經(jīng)絡(luò)信號(hào)就不能很好的放大和給A/D采集，所以當(dāng)前對(duì)經(jīng)絡(luò)的研究是至關(guān)重要的。剛要做時(shí)，我覺(jué)得無(wú)法入手，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的對(duì)相關(guān)資料的了解，明白自己首要做的事情就是要了解經(jīng)絡(luò)信號(hào)的特點(diǎn)，因?yàn)榻?jīng)絡(luò)信號(hào)輸出時(shí)的幅度不上5mV，那么選擇一個(gè)適合的放大器對(duì)設(shè)計(jì)是第一個(gè)要點(diǎn)，在課題的一步步設(shè)計(jì)下去，碰到的問(wèn)題不少，如放大電路中芯片的選擇，在對(duì)比經(jīng)絡(luò)放大的各種要求才確定一個(gè)最方便、最實(shí)用的辦法。根據(jù)經(jīng)絡(luò)信號(hào)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一個(gè)帶通濾波器、

94、一個(gè)陷波器來(lái)對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波，也使我明白了多階濾波器的設(shè)計(jì)；還有一點(diǎn)很重要的就是電容和電阻的參數(shù)確定比較繁瑣，在選取使要考慮電阻標(biāo)稱值。</p><p>　　第4章軟件分析與設(shè)計(jì)</p><p><b>　　4.1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)</b></p><p>　　USB數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要包括兩部分：一是USB設(shè)備端的單片機(jī)軟件，主要完成USB協(xié)議處

95、理與數(shù)據(jù)交換(多數(shù)情況下是一個(gè)中斷子程序)以及其它應(yīng)用功能程序。二是PC端的程序，由USB設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序和應(yīng)用程序兩部分組成。公司在Express的開發(fā)包中提供了一個(gè)通用驅(qū)動(dòng)程序，我們對(duì)該驅(qū)動(dòng)程序進(jìn)行了封裝，完成應(yīng)用程序與USB操作系統(tǒng)的接口功能。應(yīng)用程序根據(jù)下位機(jī)的數(shù)據(jù)包格式及通信協(xié)議，提取出各種信息供其它模塊使用。PC端程序的開發(fā)難度比較大，程序員不僅要熟悉USB協(xié)議，還要熟悉Windows體系結(jié)構(gòu)并能熟練運(yùn)用DDK工具。</p

96、><p>　　4.2 固件程序設(shè)計(jì)</p><p>　　4.2.1 USB接口固件設(shè)計(jì)</p><p>　　對(duì)于單片機(jī)控制程序，目前沒(méi)有任何廠商提供自動(dòng)生成固件的工具，因此所有程序都要由自己手工編制。根據(jù)USB協(xié)議，任何傳輸都是由主機(jī)開始的，這樣單片機(jī)作它的前臺(tái)工作，等待中斷。主機(jī)首先要發(fā)令牌包給USB設(shè)備, 設(shè)備接收到令牌包后就給單片機(jī)發(fā)中斷，單片機(jī)進(jìn)入中斷服務(wù)程序，

97、首先讀C8051F320的中斷寄存器，判斷USB令牌包的類型，然后執(zhí)行相應(yīng)的操作。因此，USB單片機(jī)程序主要就是中斷服務(wù)程序的編寫。在USB單片機(jī)程序中要完成對(duì)各種令牌包的響應(yīng)，其中比較難處理的是SETUP包，主要是端口0的編程。</p><p>　　4.2.2單片機(jī)主程序設(shè)計(jì)</p><p>　　主程序由兩部分組成:第一、初始化單片機(jī)；第二、主循環(huán)部分，其任務(wù)是可以中斷的，并對(duì)經(jīng)絡(luò)信號(hào)進(jìn)

98、行處理。在此選用了Keil C51語(yǔ)言進(jìn)行了程序的調(diào)試和軟件仿真。Keil C51開發(fā)系統(tǒng)可以完成編輯、編譯、連接、調(diào)試和仿真等整個(gè)開發(fā)流程?？梢杂盟鼇?lái)編輯C或匯編文件，然后由C51或A51編譯器生成目標(biāo)文件(.OBJ)。 目標(biāo)文件可由LIB51創(chuàng)建生成庫(kù)文件，也可以與庫(kù)文件一起經(jīng)L51連接定位生成絕對(duì)目標(biāo)文件(.ABS ). ABS文件由OH51轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的HEX文件，以提供給調(diào)試器使用，進(jìn)行源代碼級(jí)調(diào)試，直接對(duì)目標(biāo)板進(jìn)行調(diào)試，也可以

99、直接寫入程序存儲(chǔ)器中。</p><p>　　4.2.2.1 初始化過(guò)程初始化程序分為兩個(gè)部分，首先初始化單片機(jī)內(nèi)部寄存器，定時(shí)器，設(shè)置看門狗和外部I/O口，以及USB相關(guān)得寄存器進(jìn)行初始化。</p><p>　　4.2.2.2 主循環(huán)部分完成初始化工作后，就可作其它的前臺(tái)工作了，并在前臺(tái)判斷是否有Setup包(通過(guò)一個(gè)變量，當(dāng)中斷服務(wù)程序檢測(cè)到有Setup包時(shí)，設(shè)置該變量)，然后執(zhí)行響應(yīng)的

100、控制傳輸。</p><p>　　本系統(tǒng)的主程序流程圖如圖4-2所示。</p><p>　　圖4-1 主程序流程圖</p><p>　　圖4-2中斷程序流程圖</p><p>　　中斷服務(wù)程序?qū)r(shí)間敏感的，必須馬上執(zhí)行。前面己經(jīng)提到C8051F320中的單片機(jī)固化程序主要就是中斷服務(wù)程序。主程序和中斷程序之間的數(shù)據(jù)交換主要是靠數(shù)據(jù)緩沖器和事

101、件標(biāo)志來(lái)完成的。</p><p>　　如中斷流程圖4-3所示，中斷程序主要進(jìn)行端點(diǎn)的控制。如表4-1所示，USB提供3組端點(diǎn)，其中端點(diǎn)0為設(shè)備缺省支持的控制端點(diǎn):端點(diǎn)1為普通端點(diǎn)，可以作為塊傳輸或中斷傳輸端點(diǎn)；端點(diǎn)2稱為主端點(diǎn)，主要用于大塊數(shù)據(jù)的傳輸，采用雙緩沖技術(shù)以更好的支持實(shí)時(shí)應(yīng)用的等時(shí)傳輸，支持DMA操作?？梢酝ㄟ^(guò)SetMode命令從1種傳輸模式中選擇一種設(shè)置，即將主端點(diǎn)設(shè)置為等時(shí)傳輸或非等時(shí)傳輸。 <

102、;/p><p>　　表4-1 C8051F320端點(diǎn)類型</p><p>　　塊輸出端點(diǎn):當(dāng)D12需要接收一個(gè)來(lái)自USB總線上的數(shù)據(jù)包時(shí)，向CPU產(chǎn)生一個(gè)中斷請(qǐng)求，CPU接收到中斷請(qǐng)求信號(hào)后，馬上服務(wù)于中斷程序。在中斷服務(wù)程序中，用單片機(jī)固化程序來(lái)將D12內(nèi)部寄存器的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移到數(shù)據(jù)緩沖器(CPU內(nèi)部RAM)中并等待主程序來(lái)處理，且將D12內(nèi)部寄存器清空以便接收新的數(shù)據(jù)包。CPU可接著執(zhí)行

103、它的主程序，并且檢查數(shù)據(jù)緩沖器中是否有新的數(shù)據(jù)并加以處理。在這種結(jié)構(gòu)下，CPU不管數(shù)據(jù)是來(lái)自USB總線、串行口還是并行口，它的主要任務(wù)是查看數(shù)據(jù)緩沖器是否有新的數(shù)據(jù)以便處理。</p><p>　　控制端點(diǎn):它和塊輸出端點(diǎn)在數(shù)據(jù)處理方面概念相同。當(dāng)中斷服務(wù)程序(ISR)在接收和儲(chǔ)存控制數(shù)據(jù)包的同時(shí)，設(shè)置相應(yīng)的寄存器標(biāo)志。因?yàn)樗械臉?biāo)準(zhǔn)設(shè)備、類等都是在協(xié)議層中處理的，ISR的這種結(jié)構(gòu)則可以保持它的效率。下面給出控制端

104、點(diǎn)輸出(如圖4-4)和控制端點(diǎn)輸入(如圖4-4)處理程序流程圖。</p><p><b>　　圖 4-4</b></p><p><b>　　圖4-5</b></p><p>　　4.2.3設(shè)備配置信息</p><p>　　這是系統(tǒng)枚舉并配置USB設(shè)備所依據(jù)的一系列數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的定義。這些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)完全遵

105、循USB規(guī)范，并對(duì)廠商和設(shè)備特征。主要包括：1個(gè)設(shè)備描述符,,1個(gè)配置描述符，1個(gè)接口描述符，2個(gè)端口描述符，和若干字符串描述符（包括標(biāo)識(shí)，廠商，產(chǎn)品，序列號(hào)）。這里，2個(gè)端口描述符定義分別定義了1個(gè)中斷輸出和1個(gè)中斷輸入端點(diǎn)，查詢間隔為50毫秒。設(shè)備描述符中定義廠商ID，產(chǎn)品ID。兩個(gè)ID構(gòu)成硬件ID，系統(tǒng)將根據(jù)硬件ID查找并自動(dòng)加載所需要的驅(qū)動(dòng)程序。</p><p>　　圖4-6 分層通信模型</p&

106、gt;<p>　　圖4-6中的通信模型是對(duì)主機(jī)與USB設(shè)備的一個(gè)分層通信模型的描述，它表明主機(jī)與USB設(shè)備之間軟件以及數(shù)據(jù)通信的對(duì)應(yīng)關(guān)系。主機(jī)軟件通過(guò)對(duì)USB設(shè)備的端點(diǎn)和管道進(jìn)行操作實(shí)現(xiàn)主機(jī)與USB設(shè)備之間的通信，USB總線接口層為主機(jī)和USB設(shè)備提供了物理的連接，USB設(shè)備層是通過(guò)控制管道將系統(tǒng)軟件與邏輯設(shè)備連接起來(lái)，功能層通過(guò)數(shù)據(jù)管道將客戶軟件與USB設(shè)備的功能接口連接起來(lái)。對(duì)于USB設(shè)備層和功能層而言，這兩層d都有其

107、層間的邏輯通信，而這種邏輯通信實(shí)際上是通過(guò)USB總線接口層來(lái)完成其數(shù)據(jù)傳輸?shù)摹?lt;/p><p><b>　　4.3設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序</b></p><p>　　驅(qū)動(dòng)程序使用在主機(jī)上，用來(lái)程序化一個(gè)UBS設(shè)備。在WindowS系統(tǒng)下，主機(jī)與設(shè)備之間的USB通信必須經(jīng)過(guò)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序來(lái)傳輸。設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序知道如何與系統(tǒng)的UBS驅(qū)動(dòng)程序、以及與存取設(shè)備的應(yīng)用程序溝通。應(yīng)用程序不需要

108、知道</p><p>　　它所通信的設(shè)備，其實(shí)際的連接地址、信號(hào)種類以及通信所用的協(xié)議等細(xì)節(jié)，這些工作是由設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序來(lái)處理的。應(yīng)用程序只需知道設(shè)備的名稱，或是設(shè)備的功能即可。</p><p>　　4.3.1 USB驅(qū)動(dòng)程序?qū)?lt;/p><p>　　WindowS系統(tǒng)中管理設(shè)備通信的部分是I/O子系統(tǒng)(I/0Subsystem)。I/O子系統(tǒng)分成數(shù)層，每一層包含一個(gè)或

109、多個(gè)驅(qū)動(dòng)程序，通信的要求在這些層次間分別傳遞。在1/0子系統(tǒng)內(nèi)有一個(gè)UBS子系統(tǒng)，包含有處理所有設(shè)備的UBS通信的驅(qū)動(dòng)程序。</p><p>　　4.3.2 函數(shù)驅(qū)動(dòng)程序</p><p>　　函數(shù)驅(qū)動(dòng)程序(functinodrive)r讓應(yīng)用程序與UBS設(shè)備，通過(guò)API函數(shù)來(lái)溝通。這些API函數(shù)屬于Windwos的Win32子系統(tǒng)，Win32子系統(tǒng)同時(shí)也管理著執(zhí)行應(yīng)用程序、讀取鍵盤與鼠標(biāo)

110、輸入、在屏幕上顯示輸出等用戶函數(shù)。函數(shù)驅(qū)動(dòng)程序同時(shí)知道如何與較低級(jí)的總線驅(qū)動(dòng)程序溝通，總線驅(qū)動(dòng)程序控制著硬件。圖34是應(yīng)用程序與各個(gè)驅(qū)動(dòng)程序，如何一起完成UBS通信的結(jié)構(gòu)圖。函數(shù)驅(qū)動(dòng)程序通常被指為設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，不過(guò)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序除了函數(shù)驅(qū)動(dòng)程序外，還包含總線驅(qū)動(dòng)程序。函數(shù)驅(qū)動(dòng)程序可以是一個(gè)類別驅(qū)動(dòng)程序，或者說(shuō)一個(gè)特定的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。</p><p>　　當(dāng)設(shè)備或是子類別的要求超過(guò)類別驅(qū)動(dòng)程序的能力時(shí)，會(huì)有輔助的過(guò)濾