电子听诊器设计初步方案

1、电子听诊器初步方案系统电路主要可分为以下几个模块：电子听诊器探头、信号调理电路 (包括初级放大模块、滤波模块、主放大模块 )、功率放大模块。本电子听诊器制作所需的材料为： 1/4 英寸直径的超小型驻极体话筒 （1 个）、普通听诊头（一个）、 12 英寸橡皮管（一根）、屏蔽电缆（两根）、集成运算放大器芯片 A741（3 片）、 470pf 电容（ 1 个）、 470uf 电容（两个）、 10uf 电容（ 1 个）、0.047uf 电容（ 1 个）、0.022uf 电容（ 1 个）、2.2k 电阻（两个）、 22k 电阻（ 1 个）、 68k 电阻（ 2 个）、 22k 电阻（ 1 个）、 11k

2、 电阻（ 1 个）、10k电阻（ 3 个）、 1M 电阻（ 1 个）、 680k(可变电阻器一个 )、直插式音频功率放大器 LM386(1 片 )、扬声器（ 1）个、焊锡若干、洞洞板若干、 9v 电池若干、排针若干、芯片座（ 4 个）；把心音 (振动 )转换成电信号的装置就是心音传感器，一般 用听诊器检测心音。本系统使用的是自制的基于听诊头和驻极体电容的心音传感器。心音的频率较低 (20-600Hz)，在人耳所能听到的声音范围的低频段，因此我们选用话筒 (也就是麦克风 )作为声音传感器。设计中选用驻极体话筒。驻极体话筒高的阻抗是不能直接与音频放大器相匹配的。 所以在话筒内接入一只结型场效应晶体

3、三极管来进行阻抗变换。驻极体话筒与电路的接法有两种， 分为两端式和三端式， 两端式话筒的灵敏度比较高，但动态范围比较小， 目前市售的驻极体话筒大多是这种方式连接， 在本传感器中采用二端输出方式。不管是源极输出或漏极输出， 驻极体话筒必须提供直流电压才能工作，因为它内部装有场效应管。拾音头的制作拾音器MIC 的制作，可在医用器材商店购买廉价的老式听诊器振膜头，在振膜耳把上套上12英寸长的橡皮管，另一头挤压入一只1/4英寸直径的超小型驻极体话筒，话筒的两根导线用屏蔽电缆接到电路中的MIC处，由于话筒封装在胶管中，因此对心音的灵敏度是比较高的，对外界的声音几乎无反映。心音模拟电路的设计模拟部分包括前

4、置放大、低通滤波、主放大、功率放大电路。心音传感器用自己制作的传感器，由听诊器探头，导管和驻极体话筒组成。初级放大电路信号的初级放大采用的是集成运算放大器。它是一种高放大倍数、 高输入阻抗、低输出阻抗的直接耦合多级放大电路，具有两个输入端，一个输出端。可对直流信号和交流信号进行放大。我们使用的是一款集成运算放大器芯片A741 。A741 构成的心音前置放大电路。SENSOR是驻极体电容式传声器为了使电子听诊器外形小巧， 便于携带，在本次设计中的理想运算放大器采用 9V 电池供电。 +9V 电源经过 10K 限流电阻和 470PF去耦电容给驻极体传声器供电，为避免电路中直流噪声的影响， 同时为耦

5、合拾音头产生的交流小信号以便传送给后面的运算放大器进行电压放大，须在电路中串联473PF的电容。该电路的放大倍数 Av 为： Av=-R5/R6滤波电路本设计中仍采用集成运放A741 构成低通滤波器构成合适的滤波电路。压控电压源二阶滤波电路的特点是：运算放大器为同相接法， 滤波器的输入阻抗很高，输出阻抗很低，滤波器相当于一个电压源。其优点是：电路性能稳定，增益容易调节。本次设计采用压控电压源二阶滤波电路主放大模块经过滤波处理后， 我们得到的心音信号己经比较纯正，但信号的大小还是不能满足功放的要求， 所以有必要对滤波后的心音信号再进行放大处理。那么为什么不在初级放大的时候多放大一些， 直接满足功

6、放的要求呢？原因就是在滤波后进行信号的主放大处理，不会把一些干扰噪声也同时放大，提高信号的信噪比。所以在滤波模块后我们又设置了主放大模块。所用芯片依然为 A741，其特性前面已介绍，此处不再赘述。功率放大模块心音电子听诊系统其中一个非常重要的功能就是实现对心音的听诊，帮助医生诊断病情。然而心音信号经过主放大模块后，电压幅值己经达到AD 转换器的要求了，但它尚不能驱动扬声器发声。必须对信号进行功率放大， 才能实现听诊功能。在这里我们使用NS 公司生产的LM386 作为集成功放电路。LM386 是美国国家半导体公司生产的音频功率放大器,主要应用于低电压消费类产品。 LM386 是一种音频集成功放，

7、具有自身功耗低、电压增益可调整、电源电压范围大、 外接元件少和总谐波失真小等优点，广泛应用于录音机和收音机之中。LM386 的封装形式有塑封8 引线双列直插式和贴片式。本文选择的为前者。电路中470uf的电容C1 是一个隔直电容，因为LM386的输入信号中不可以有直流分量，所以这个电容是必须的；可变电阻680K是用来调节音量的。单片机： AT89S52单片机心音频率f 在 20Hz 600Hz 之间，根据香农（Shannon）采样定理，只要采样的频率高于或等于原来频率的 2 倍，就可以完整地重现原波形，因此选择的 A/D 转换器的转换速率应在 1 200Hz 以上，故设计中选用了串行 A/D

8、转换器 TLC0831。信号采样电路的工作原理：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。本系统选用了精电蓬远的QH12864T 点阵式液晶显示(LCD)模块。该模块由控制器T6963C、列驱动器T6A39、行驱动器 T6A40 及与外部设备的接口等部分组成，它既能显示字符（中文和西文字符），又能显示图形，还能够将字符与图形混合显示。LCD与单片机的接口方法分为直接访问方式和间接控制方式。直接访问方式是把液晶模块作为存储器接在CPU的数据线、地址线和控制线上，同时把它的数据总线接在 89S52 的P0 口上，片选以及寄存器选择信号线由P2 口提供，读

9、写操作由单片机的读写操作信号控制。这种方式是以访问存储器的方式来访问液晶显示模块。间接控制方式不使用单片机的数据系统， 而是利用它的I/O 口来实现与显示模块的通信，即将液晶显示模块的数据线与单片机的 P0 口连接作为数据总线，另外 3 根时序控制信号线通常利用89S52 的 P3 口中未被使用的 I/O 口来控制。 这种访问方式不占用 CPU的存储器空间， 它的接口电路与时序无关， 其时序 完全靠软件编程实现。间接控制方式的速度较直接访问方式快，所以本设计中采用的是间接控制方式。系统选用的 LCD 是在图形工作方式下，通过建立坐标系，利用位操作实现对心音波形的逼真显示。下面详细介绍液晶显示屏

10、绘图编程的算法和波形连续显示。系统选用的是128× 64 点阵式图形液晶显示模块。要绘制心音波形只要根据A/D 转换来的数据在液晶显示器的对应位置上绘点显示。首先在液晶平面上建立如图6 所示的显示坐标系。图中画出了液晶显示器在图形工作方式下液晶平面的每一处所对应的显示缓冲区地址情况，数据为十六进制，并建立以左下角为坐标原点的坐标系。这样坐标(X， Y)的值都为正值，简化了算法。其中X 表示 1128 个点， Y 表示各个点所对应的幅值。由于A/D 采样的数值为 0255，而 LCD的行取值为 0 63，所以把幅值缩小一定的倍数，即Y=D/B， D 为A/D 采集的数字量， B 为该数缩小的倍数。由图可以看出幅值Y 加 1，显示缓冲区地址K 就减少 10H，从而得到缓冲区地址的表达式：K=X/8-10H*Y 0BF0H。而缓冲区地址字节中对应X 除以 8 的余数的位就正好是要绘点的位置。只要利用位操作命令对它置位就可实现绘点。把采集的数据存放在RAM 中， RAM 共存了 8KB 波形数据。 而液晶显示器 1 次只能显示128 个点，因此可以通过改变在RAM 中读数间隔来控制波形的横向显示，即每显示完1 个数据， RAM 地址加 N，通过改变N 的大小来拉开或回缩信号波形，以便于观察。如果相邻 2 个点的幅值稍有不同，2 个点的距离就会分开，造成