基于51单片机的电子针灸原理及应用

1、基于51系列单片机的电子针灸原理及应用摘 要针灸的原理是运用一枚小小的银针刺入人体的穴位，以调节人体内各个不协调的部分，使血气流通而重新获得平衡，故能促进人体各部分活动功能正常，达到康复各种机能的目的。它还能起着镇痛、镇静和安宁的作用。电针仪是一种能产生包括有各种类型脉冲的仪器。利用这种仪器所产生的脉冲通过扎针输入人身各部分的经络，产生刺激作用，以代替用手不断运针所产生的人工机械振荡之刺激作用。本设计使用单片机控制，四路波形同时输出，且参数可单独设置，辅之以加热功能，不但本身操作简单，且能增加对人身穴位的刺激，因而扩大了针刺治疗的范围和效能。关键词：电子针灸；51单片机；多波形Abstract

2、The principle of acupuncture and moxibustion is using a small silver needle to insert into acupoint of human body, thus to adjust the discordant parts of the human body and smoothen the animal spirits. So it can promote the function of body to be normal and reach the purpose of recover. It can also

3、ease pain, calm and maintain quiet. Electro-therapeutic apparatus is a apparatus which can generate all types of pulses. We can make use of the pulses generated by this apparatus by needling to transfer it into acupoint of each part of the body, thus to pruduce stimulation to take the place of the s

4、timulation of handy machinery oscillation produced by handy moving the needle. In this design, we use MCU to control and can output four channels of waves simultaneously with each parameter being setuped independently, which are complemented by function of heating. It is not only operated easily, bu

5、t also can increase the stimulation to the acupoint of human bodies, thus expands the scope and effectiveness of needling treatment.Key words：Acupuncture and Moxibustion; Acusector; Warming Needle; 51MCU; Therapeutic Apparatus目 录中文摘要.英文摘要.1 电针温针治疗的应用背景.11.1 针灸疗法概述.11.2 电针治疗原理.12 低频电疗的生理及病理基础.22.1 神经

6、肌肉兴奋的原理.22.1.1 细胞的兴奋性.22.1.2 兴奋的传导和肌肉收缩.32.2 痛觉.32.2.1 痛觉的产生.32.2.2 疼痛的病理生理特点.42.3 低频电流的生理和治疗作用.42.3.1 兴奋神经肌肉组织.52.3.2 镇痛. 即时镇痛作用. 多次治疗后的镇痛作用.52.3.3 促进局部血液循环.53 电针治疗仪的硬件设计.63.1 波形参数及其产生电路.63.1.1 脉冲宽度.63.1.2 频率要适中.73.1.3 波形的形状.73.1.4 电路构成.83.2 穴位探测.83.3 系统性能指标.83.4 系统构成.93.4.1 单片机选型及系

7、统接口扩展.9 3.4.2 DA和通道切换控制部分.103.4.3 单个通道控制及变压输出.113.4.4 探穴部分.123.4.5 加热部分.133.4.6 其他.134 软件设计方案.134.1 程序流程图.134.2 程序设计要点.154.2.1 主函数说明.154.2.2 定时器分配、设置.154.2.3 各种波形参数.154.2.4 多路同时输出、参数独立可调的实现(Timer2中断函数) .164.2.5 各种波形的编程实现.164.2.6 关于工作定时的说明.174.2.7 其他.175 总结.17参考文献.18注释.18致谢.231 电针温针治疗的应用背景1.1 针灸疗法概述针

8、灸是针法和灸法的合称。针法是把毫针按一定穴位刺入患者体内，用捻、提等手法来治疗疾病。灸法是把燃烧着的艾绒按一定穴位熏灼皮肤，利用热的刺激来治疗疾病。针灸通过经络、腧穴的作用，以及应用一定的手法，来达到治疗全身疾病的目的1。针灸可以达到疏通经络的效果。疏通经络的作用就是可使淤阻的经络通畅而发挥其正常的生理作用，是针灸最基本最直接的治疗的作用。经络“内属于脏腑，外络于肢节” ，运行气血是其主要的生理功能之一。经络不通，气血运行受阻，临床表现为疼痛、麻木、肿胀、瘀斑等症状。针灸科选择相应的腧穴和针刺手法及三棱针点刺出血等使经络通畅，气血运行正常2。针灸疗法具有很多优点：第一，有广泛的适应症，可用于内

9、、外、妇、儿、五官等科多种疾病的治疗和预防；第二，治疗疾病的效果比较迅速和显著，特别是具有良好的兴奋身体机能，提高抗病能力和镇静、镇痛等作用；第三，操作方法简便易行；第四，医疗费用经济；第五，没有或极少副作用，基本安全可靠，又可以协同其他疗法进行综合治疗。这些也是它始终受到人民群众欢迎的原因。1.2 电针治疗原理凡是具有生命的生物体内，都会有一种独特的电流。人类的心脏、脑、肌肉、神经等身体内的每个部位都会发出自身感觉不到的非常微弱的低频电流，这被生物学家们称为“生物电流”。生物电流对身体机能的正常发挥起着非常重要的作用，尤其是对身体内的细胞、神经经络等方面的协调运行更是具有重要的意义。现代科学

10、研究证明，人体大约是由60M个细胞组成，每个静息活细胞都存在细胞膜电位，细胞在膜电位的作用下，使周围的钠离子、钾离子、氯离子形成梯度排列，并通过离子的交换进行新陈代谢活动。人体生命活动在各种各样情况下，都应保持一定的电位平衡，当人体有病变时，人体细胞的电位就不平衡。中国传统医学讲究气血循环、经络通畅，中医里经常提到的“痛则不通，通则不痛”，实质是指经络而言，经络在人体正常生理情况下，起到协调内外平衡阴阳的作用，发挥营内卫外的功能。而现代科学研究证实：如果经络的营运功能受到外因的干扰造成不通，那么人体内的气血运行也会受阻，而气血被称为人体之“电气”，即人体生物电流，也即人体内的生物电流受阻，同样

11、如果人体的神经细胞电位失衡，会造成电阻增大、电流不通，电信号传递受阻，也会引起相关神经和相关组织的病痛。而经络是疾病在体表或皮下组织上所呈现的反应系统，经穴为经络上的反应点，所以在一定反应点上通过电流可以使细胞电位恢复正常，打通电流，使患者的经络在瞬间畅通，使之达到“通则不痛”的目的，故能达到通经活络、通气活血、消除病痛之神奇效果。人们可以采用一定频率的电流作用于人体上的经穴处，特别是与人体自身的生物电流频率相同的电流来调整人体内的生物电流，使其得到平衡，并修复神经细胞的电位、减小电阻，保持神经系统的电流畅通，神经电信号传递流畅，达到促进相关组织病痛的康复目的。根据以上原理和目的，人们发明了电

12、疗仪。本设计便是基于以上原理的一种多通道输出并辅助以温热功能的综合低频电疗仪，经实验性能和效果良好。2 低频电疗的生理及病理基础2.1 神经肌肉兴奋的原理2.1.1 细胞的兴奋性细胞是生物体的基本构造单位，人体所有的生理功能和生化反应都是在细胞极其产物的物质基础上进行的。组织或细胞具有对外界刺激发生反应的能力，即具有兴奋性。细胞的兴奋与许多因素有关。 (1)、刺激与反应：刺激，泛指细胞所取环境因素的任何改变，常见的刺激因子有化学、机械、温度、电、光等。任何刺激要引起组织兴奋，必须有一定的刺激强度、刺激持续时间和刺激强度的变化率。三者互相影响，组成了可兴奋组织的强度-时间曲线关系。引起组织兴奋所

13、需的最小刺激强度（阈值）与刺激的持续时间呈反变关系，即当刺激较强时，只需较短的刺激时间就可引起兴奋；当刺激强度较弱时，需较长的刺激时间才能引起组织兴奋。但当刺激强度低于基强度时，无论刺激时间怎样延长，也不能引起组织兴奋；同样，当刺激时间短于某值时，无论怎样加大刺激强度，也不能引起组织兴奋。不同组织（如神经与肌肉组织）的基强度、最小刺激持续时间（脉冲宽度）不同。 当细胞处于兴奋状态时，在受刺激部位首先出现动作电位，而各种细胞的外部表现如肌肉收缩和腺体分泌等，都是由动作电位触发引起的。在细胞接受一次刺激而兴奋后的一个短时间内，其兴奋性产生明显的变化，即出现绝对不应期和相对不应期。在绝对不应期，无论

14、刺激强度多大，细胞都不能再兴奋。不同组织的不应期有很大的差异，如神经纤维的绝对不应期为0.5ms，骨骼肌细胞为2ms，心肌细胞更是高达200400ms，所以理论上神经纤维每秒内能产生和传导的动作电位数可达2000次，也就是说频率2000Hz以下的每个脉冲刺激均能使神经纤维产生一次兴奋。但实际上神经纤维在体内传导的冲动的频率，低于理论上可能达到的最大值，一般认为每秒为1000次左右，所以临床上把1000Hz的频率作为低、中频电疗法的分界。 (2)、兴奋的产生：在安静情况下，细胞的膜电位（静息电位）是膜外为正，膜内为负。当膜的极化状态受到破坏，并达到一定程度（阈值）时，首先出现膜的去极化，并引发一

15、个动作电位。动作电位的产生是细胞兴奋的标志，它只有在刺激满足一定条件或在特定条件下刺激强度达到阈值时才能产生。神经兴奋的传播或神经冲动，实质上是沿着神经传导的动作电位。2.1.2 兴奋的传导和肌肉收缩可兴奋细胞的特征之一是细胞膜的任何一处产生的动作电位，都可传给与它相邻接的膜结构。一个细胞向另一个细胞的兴奋传递，则以缝隙连接、激素-受体相互作用、突触连接等方式进行。神经细胞之间、神经细胞与肌肉细胞之间的兴奋传递是经突触连接传导的。兴奋传播的机理简述如下。 (1)、兴奋的传播：兴奋的传导，就是动作电位的扩布。由于去极化后产生膜电位的暂时倒转，使膜外电位低于邻近静息部位，而膜内电位高于邻近静息部位

16、，于是在兴奋区和静息区之间构成局部电流，该电流使邻近静息区产生动作电位。而这一新动作电位的部位又与邻近膜之间形成局部电流，依次类推，使兴奋逐渐向前移行。在无髓神经纤维和肌肉纤维，兴奋传导是连续性的过程，而在有髓鞘神经纤维上，兴奋传导是从一个郎飞氏节(Ranvier's node，注1)跳跃到另一个郎飞氏节的跳跃传导方式。(2)、神经肌肉接头的兴奋传递和肌肉收缩：可简述为兴奋突触小结突触小泡释放乙酰胆碱乙酰胆碱与运动终板上的受体结合终板电位兴奋传导到三联管系统肌肉动作电位整个肌原纤维兴奋肌丝滑行，肌小节变短肌肉收缩。2.2 痛觉 疼痛是人类共有而个体差异很大的一种不愉快的、复杂的主观感觉

17、。疼痛提供躯体受到伤害性刺激威胁的警报信号，对机体具有保护意义。但另一方面，严重的慢性疼痛困扰着数以百万计的人们，是临床一大难题。2.2.1 痛觉的产生当机体受到伤害性刺激时，组织细胞破坏并释放一些化学物质，激活伤害性感受器(nociceptor)，后者将刺激转为神经冲动并迅速传入到中枢而产生痛觉。痛觉是一种复杂的感觉，易受心理和其他因素的影响，在个体间有很大的差异。痛觉的产生和传导涉及到周围和中枢神经系统的许多部分。 (1)、伤害性刺激引起伤害性感受器兴奋：在人体皮肤、肌肉、关节和内脏器官内广泛存在伤害性感受器。不同组织中的伤害性感受器的反应特性不同。一般认为痛觉感受器是游离的神经末梢，任何

18、伤害性刺激均是痛觉感受器的适宜刺激，且只要达到一定的强度就会引起疼痛。这些伤害性刺激包括炎症、损伤、冷热、压迫等物理刺激和酸碱等化学刺激。(2)、痛觉传导纤维：神经纤维根据其直径大小和电生理特征分为A类、B类、C类（见表1），其中A纤维和C纤维传导痛觉。由此可将伤害性感受器分为“A伤害性感受器”和“C伤害性感受器”，前者传导刺痛，后者传导灼痛。A纤维兴奋阈值低。传导速度快，主要传导快痛。C纤维兴奋阈值高，传导速度慢，主要传导慢痛。表1 神经纤维的分类A类（有髓）B类（有髓）C类（无髓）AAAAsCdrC纤维直径m132281348141.2传导速度m/s701203070

19、1530123032.0来源初级肌梭传入纤维支配梭外肌传出纤维皮肤的触压觉传入纤维支配梭内肌的传出纤维皮肤痛温觉传入纤维植物神经节前纤维植物神经节后纤维后根中传导痛觉的传入纤维2.2.2 疼痛的病理生理特点(1)、疼痛是机体组织受到较强的物理化学因子刺激所产生的复杂的局部或全身的病理生理变化；(2)、机体对疼痛的感受程度和反应大小，与疼痛的性质、强度、范围、持续时间密切相关；(3)、疼痛与精神心理状态相关；(4)、可同时伴有其他感觉障碍、运动障碍等症状。2.3 低频电流的生理和治疗作用低频电流的生理作用和治疗作用包括：(1)、兴奋神经肌肉组织；(2)、镇痛；(3)、促进局

20、部血液循环；(4)、促进伤口愈合；(5)、促进骨折愈合；(6)、消炎；(7)、镇静催眠作用。前三种是主要作用，后四种是次要作用。下面着重介绍三种主要作用。2.3.1 兴奋神经肌肉组织只有不断变化的电流才能兴奋神经肌肉组织，引起肌肉收缩，恒定直流电是不能引起神经肌肉兴奋的，因此低频脉冲电流的主要治疗作用之一是引起神经肌肉兴奋。用电刺激作用于神经时，必须是外向电流，而且只有达到一定的强度才能引起兴奋。因此，当低频脉冲电流刺激神经干时，兴奋易发生在阴极下方。当低频电流的阳极、阴极并置于神经干上方时，电流有两条通路。一是从阳极通过皮下组织到阴极，另一条是从阳极通过神经纤维再到阴极。当皮下组织的阻抗很小

21、时（如两电极靠得太近时），电流的大部分将通过阻抗最小的通路，即皮下组织。要使通过神经纤维的电流达到引起兴奋的强度，就必须增大刺激强度或使电极的放置合理。2.3.2 镇痛 即时镇痛作用是电疗中和电疗后数分钟至数小时内所发生的镇痛作用。其作用机理概括如下。 (1)、低频电流兴奋粗(A)纤维SG细胞兴奋闸门关闭痛觉传入减弱或受阻镇痛(2)、低频电流兴奋脊髓背角胶质区抑制痛觉的传入镇痛(3)、低频电流脑高级中枢内源性痛觉调制系统释放5-HT、阿片肽、GABA、NA等递质脊髓背外侧束抑制脊髓背角神经元镇痛(4)、低频电流刺激冲动脊髓皮层感觉区干扰痛觉镇痛(5)、低频电流产生震颤感和肌肉颤动

22、兴奋粗纤维疼痛的传导受干扰和受阻镇痛 多次治疗后的镇痛作用多次治疗后的镇痛，与产生即时镇痛作用的各种因素和局部血液循环改善而带来的有利反应有关。局部血液循环的改善能减轻局部缺血、缓解酸中毒、加速致痛物质和有害的病理产物的清除、减轻组织和神经纤维间水肿、改善局部营养代谢，从而消除或减弱了疼痛的刺激因素，达到镇痛效应3。2.3.3 促进局部血液循环低频电流有改善局部血液循环的作用，其作用可能通过以下途径产生：(1)、轴突反射：低频电流刺激皮肤，使神经兴奋，传入冲动同时沿着与小动脉壁相连的同一神经元之轴突传导，使小动脉壁松弛，出现治疗当时和治疗后电极下的皮肤浅层充血发红。(2)、低频电

23、流刺激神经（尤其是感觉神经）后，使之释放出小量的P物质和乙酰胆碱等物质，引起血管扩张反应。(3)、皮肤受刺激释放出组织胺，使毛细血管扩张，出现治疗后稍长时间的皮肤充血反应。(4)、电刺激使肌肉产生节律性收缩，其活动后的代谢产物如乳酸、ADP、ATP等有强烈的扩血管作用，能改善肌肉组织的供血。(5)、抑制交感神经而引起血管扩张，如间动电流作用于颈交感神经节，可使前臂血管扩张；干扰电流作用于高血压患者的颈交感神经节可使血压下降。3 电针治疗仪的硬件设计3.1 波形参数及其产生电路目前，人们制造和使用的传统电疗仪都是采用变频、脉冲等方式，既有低频治疗仪、中频治疗仪和高频治疗仪之分，波形又有三角波、方

24、波、梯形波、正弦波、阶梯波、指数波等。3.1.1 脉冲宽度脉冲宽度要尽量窄。施用脉冲电压较高时，发现对神经系统引起的刺激较大，当然治疗作用也较显著。但如其平均电流过大时，则会引起扎针部分肌肉收缩或皮肤烧伤等有害问题。平均电流越大则问题越显著存在。我们要求得到较大的刺激，但又不让肌肉有收缩或皮肤烧伤的现象，就要尽量缩窄脉冲宽度。这样虽然脉冲的强度极高能产生较大刺激，但其平均电流仍是很低的，因此便符合了我们的要求。请参考图1。在实践治疗过程中，发现在用电疗仪时，初时不可一下子就采用最大脉冲电压刺激，应先稍微刺激一下，然后才逐渐加强输出，这样病人才能适应。a b图1 脉冲宽度与平均电流的关系a 宽脉

25、冲b 窄脉冲3.1.2 频率要适中脉冲频率的选用，也是十分重要的问题。医用电疗频率的划分依据所采用电流频率的不同，可以将电疗法主要区分为三大类：(1)、低频电疗法：采用频率为0-1,000Hz的电流； (2)、中频电疗法：采用频率为1,000-100,000Hz的电流；(3)、高频电疗法：采用频率100,000Hz以上的电流。一般需根据病情和病因而决定，实验中证明采用20-400 Hz频率范围时取得的效果最好。3.1.3 波形的形状在长期的研究和实践中发现，使用极低频锯齿波电流来作电疗时，会对人体正常部位不产生刺激作用，但对失调部分肌肉将会产生刺激，不过这种刺激效果并不显著。经过实验发觉用锯齿

26、波来调制图1b所示的窄脉冲时，对病人的治疗效果最佳。它是由多个脉冲组成，而其波幅强度是按照锯齿波波幅的变化而变动。此种电疗仪对人体神经系统适应度较大，故能得到最理想的效能。请参考图2。其余还有连续波、疏密波、轻捶波等。+ a b c图2 锯齿波调制波的形成a 窄脉冲 b 低频锯齿波 c 合成后的波形3.1.4 电路构成传统的电疗仪多采用多谐振荡式和间歇振荡式等，但是控制频率不稳定，操作不便，而且不便于精确控制各种参数4。本设计采用单片机控制结合模拟电路的方式5，能够做到友好的人机界面，精确且连续地调节各种参数，而且能辅以探穴和加热功能。3.2 穴位探测经过许多医生和科学研究者的长期探讨，发现凡

27、经络穴位与皮肤间的直流电阻都比身体其他部位低6。人体皮肤是一多层结构的组织，分为表层和真皮层。表层由角质层、棘细胞层等组成。皮肤在各层次上的结构组成不同，就决定了皮肤在垂直方向上各层组织的电阻率有较大差异，在同皮肤相平行的方向上电阻率也有变化。1987年祝总骧等人的实验表明7，经络线上的角质层较线外角质层薄，是造成低电阻的根本原因。根据这个原理就制成和发展了电子穴位探测仪，大大有助于扎针时对穴位的正确寻找，并对探讨和寻找更多的新穴位提供了有利的条件。3.3 系统性能指标(1)、同时输出四路四种波形；(2)、周期单独可调（0.01s1.99s）；(3)、输出脉冲宽度0.6±0.1ms；

28、(4)、幅度单独可调（0099示042.4/43.2Vpp）；(5)、探穴，可调强度和灵敏度（0DA最高输出），蜂鸣声指示穴位；(6)、定时10min60min可调；(7)、温针加热功能，四路分别设置；(8)、自动保护：通电、切换波形、定时结束时禁止输出，且强度清零；(9)、手动清零键同时存储各路参数，断电保持。3.4 系统构成整个电路采用一片89C55单片机作脉冲发生和设置控制，由一组R-2R电阻网络结合运放完成各通道脉冲强度的控制输出，用一片CD4052多路器交替选择四个通道完成强度切换、波形变换和调制、控制各路脉冲的发生等功能。对于每路通道分别控制强度和波形，经变压器同相和反相端放大后产

29、生足够强度的波形。各路电路可分别驱动PTC电阻进行加热实现温针功能。探穴部分利用比较运算放大器对人体穴位电阻分压值进行监测控制一方波发生器实现，单片机检测方波发生器的输出并发出提示音。同时在工作定时结束时还可进行音乐提示。电源采用线性稳压电源，采用128*64图形点阵液晶和按键完成交互，用户界面友好。系统方框图如下图3所示。以下是各部分硬件电路方案。8051单片机数模转换分路器升压输出及控制加热探穴按键输入显示蜂鸣图3 系统方框图3.4.1 单片机选型及系统接口扩展本设计使用相对较少的硬件资源，其主要功能主要靠软件实现，于是选用传统的51系列8位单片机便能胜任，这样既简化了硬件设计，又易于集中

30、主要精力进行软件的开发。考虑到程序存储器容量的限制，这里选用AT89C58单片机。以最少的硬件成本实现最大的功能，这也是本设计的主要特色。本系统要完成10个独立按键扫描、一路DA数字量输出和128*64图形点阵液晶显示等功能，故需进行I/O口扩展。可以选用74系列芯片74HC377，但至少需要三片；也可选用专用I/O扩展芯片8255，不但节省成本，而且易于PCB布线，还方便采用总线方式进行操作。故在本设计中采用后者，8255的PA口设为输出作为DA的数字量输出，PB口和PC口设为输入作为按键扫描的输入。液晶采用总线方式进行操作。3.4.2 DA和通道切换控制部分为了节省成本，数模转换部分用R-

31、2R梯形电阻网络和单运放代替了昂贵的数模转换芯片DAC0832。经计算，在电阻网络的输出端的电压为，其中D为8255的PA口输出的数字量0255。此电压经运放同相放大后，得到。由于8255输出TTL电平的离散性，实际并不能达到+5V，可调整R10的值以调整输出，这里测得若干片8255最大偏差约为0.5V，故以后在对电平要求精确的场合应考虑用74HC377或245等CMOS电平的器件。DA以2.5ms*4=10ms为周期依次输出四个通道的强度量，经CD4052分时复用后即在每个通道得到一个脉冲强度调制信号，完成了四通道强度单独可调的设计。CD4052在周期为2.5ms的中断里完成通道的切换(变换

32、CD4052的B、A端电平)，将DA输出依次送与四个通道，未选中的通道瞬时输出为0。由于通道切换和DA值变换同时发生，较巧妙地实现了四个通道同时输出不同参数的波形。通道的导通控制信号也由CD4052在中断内同步产生并分时复用，节省IO口资源。如图4所示。Vo1VoutR26图4 DA输出及通道选择电路这里Atmel的单片机控制端要加约5.1k上拉电阻，才能保证高电平期间足够的电平保证三极管导通。经测试，R26=1k且不加上拉电阻时，在P1.5输出1时，单片机引脚从4.8V经200ns降至0.6V左右，导致晶体管不能充分导通。加5.1k上拉电阻后引脚电压会降至1.2V，但可以充分导通。若改R26

33、=10k，则引脚电压降至3.4V，可充分导通。初步认为引脚置1时1k(或10k)电阻与51k射极电阻分压导致三极管导通，但然后引脚电压被拉低(压降=IR26*RALL)，导致不能充分导通。改为10k后或者IR26减小或者R26和内部上拉电阻分压变高导致引脚电平不至于很低。3.4.3 单个通道控制及变压输出对于每个通道，对上述分路输出的脉冲强度调制信号(周期为10ms的方波序列)进行两级滤波，基本达到平稳直流电平，且电压值随DA数字量变化。其间经过一复合三极管对电平控制信号进行扩流，最终送至变压器中端作为正端电压。变压器的上下端为导通控制端，即通过变压器的反相作用产生正负脉宽。上下端分别接至一开

34、关状态工作的三极管，由单片机或经分路后的信号控制。各端在三极管导通状态下对地导通，在变压器绕组上产生电流，在三极管高阻状态下基本处于断路，从而在输出端得到脉冲。这里应注意三极管开关电路进行了电平转换，以保证在上电后单片机上电后输出默认为高电平的情况下开关电路处于截止，不会因直流电流而发生故障或所不期待的不安全隐患。二极管在这里保证电流的单向性，更重要的是为变压器感应电压提供泄电回路，以减少负冲。变压器放大倍数约为5。电路如图5所示。图5 单个通道正负脉冲输出电路3.4.4 探穴部分探穴检测部分依靠两个线性工作的运放，人体电阻和51k电阻R80的分压值作为其一的同相输入，通过调节另一端同相和反相

35、输入的参考电平大小来改变探穴强度和灵敏度。人体电阻过小或两调节电平过大均会引起输出电平由低变高，二极管截止导致后面多谐振荡器起振。通过对振荡器的输出进行监测就可提示穴位，这里振荡器周期约为0.3ms，在软件设计时还可作为发提示声的调制信号。后端二极管为保证低电平期间正常检测。如图6所示。图6 探穴部分电路3.4.5 加热部分控制电路比较简单，为三极管开关电路，注意PNP三极管的使用使上电后默认关闭加热。打开加热后通过光电耦合过零触发双向可控硅控制PTC电阻实现对电针端恒温加热8。可控硅零触发方式是把可控硅导通的起始点限制在电源电压过零处，它能很好抑制移相触发所产生的高次谐波和避免因较大冲击电流

36、引起的电压瞬时大幅度下降9。PTC元件又称为PTC热敏电阻陶瓷，它是一类具有正的温度系数的半导体功能陶瓷。PTC在转变温度之前，电阻随温度的升高而下降，温度从转变温度到热失控温度之间，电阻随温度的升高而显著增长，PTC元件具有恒温发热、自然寿命长、节能、无明火、安全性能好、发热量容易调节及受电源电压影响小等一系列传统电热元件所无法比拟的优点。3.4.6 其他其余电路比较简单常见，不再赘述。4 软件设计方案4.1 程序流程图程序流程图（主函数）如图7所示。否开始读ROM并设置各通道参数初始化液晶，显示欢迎界面初始化CPU及各定时器并开启是清零键按下？清零，存储，设置各变量和标志是通道键按下？切换

37、通道，显示该通道各参量否检测各按键并设置是治疗强度增或探穴强度增否强度增键按下？是未按键情况下播放音乐否放音标志为1？图7 程序流程图4.2 程序设计要点由于该设计使用有限的硬件资源实现较多的功能，故单片机各资源做到了充分的复用。上电初始化后，该系统主要工作在“治疗”和“探穴”两种工作状态，通过相应按键进行切换，并使用标志位(det_flag)以方便各按键和定时器等资源在不同状态下的复用。各按键根据状态标志位完成相应操作，各定时器在不同状态下也根据状态标志位完成相应功能。在同一状态（如“治疗”）下，各定时器也根据相应的标志完成多种任务。4.2.1 主函数说明初始设置，读ROM，显示欢迎界面，初

38、始化显示，然后循环检测按键进行相关设置，循环检测音乐播放标志并播放。波形的发生均在定时器中断函数内完成，以满足时间精度。4.2.2 定时器分配、设置所有定时器均工作于16位定时器方式，Timer2仅用于设置2.5ms单通道中断进行通道参量切换，在放音状态(msc_flag=1)可能处于启动状态，但由于各路强度为零，不会有脉冲强度和控制脉冲的输出。此时不关闭定时器是为了下次重新开始工作的方便。在探穴状态(det_flag=1)下该定时器关闭，不进行其他工作。Timer2处于低优先级。Timer1在治疗状态(det_flag=0)下定时600us中断用于控制脉冲的发送，其开启在Timer2的中断函

39、数中，到时后在timer1的中断函数内关闭。治疗状态下为高优先级以保证优先于Timer2执行关闭脉冲。在探穴状态(det_flag=1)下定时550us用于二、四双通道的切换以及该路DA值(探穴强度和灵敏度)的输出，仍处于高优先级以优先于用于放探穴提示音的Timer0保证输出电平稳定性。在探穴切换时要进行初始值等的重新设置。Timer0在治疗状态和非播放音乐状态(det_flag=0 && msc_flag=0)设置为60ms用于工作定时，软件计数(ms)满1000为1min。为高中断优先级以保证计时准确。min=0后打开音乐播放(msc_flag=1)，仍使用该定时器做音调发

40、生器，而音乐音节长度则用延时实现，以节省定时器资源。探穴状态(det_flag=1)下该定时器做500Hz探穴提示音发生器，在检测到高电平期间发声。此时要设为低优先级。4.2.3 各种波形参数连续波注2：周期0.01-1.99s可调，脉宽600us。疏密波注3：密波周期0.01-1.99s可调，f密：f疏=4：1，循环发送38组密波和19组疏波，每组包括一个正脉冲和相隔10ms后的负脉冲。总单周期为38*(tm+1)+19*(4*tm+1)，tm为设置周期值1-199，代表0.01-1.99s。轻捶波注4：周期0.01-1.99s可调，脉宽600us。正负交替，周期定义为正脉冲起点到负脉冲起点

41、。按摩波E1注5：周期0.02-0.24s可调，周期定义为正脉冲到负脉冲起点。为三角波对轻捶波调制，正负交替，幅值逐渐上升到最大后下降。三角波周期为10s，故一周期内脉冲数为1000/tm，DA值步进为va*tm/500，其中va为DA输出数字量。按摩波E2注6：周期0.02-0.24s可调，为锯齿波调制正和负向连续波组成。其余同E1波。按摩波E3：周期不可调。持续时间25s*4，由三种波顺序组成，E3_mode=0时，为变周期轻捶波，轻捶波周期在25s内从0.80s递减至0.05s，故每种周期值的波形持续时间约为33*10ms=25s/75，循环4个大周期。然后E3_mode=1，为变脉宽的

42、正向连续波和负向连续波交替，周期固定为0.03s，脉宽在5.53s内从0-600us渐增，然后为反向变宽连续波，正负交替八次，故持续时间为5.53*8s。这里取5.53是因定时器从0到600us的定时计数以1渐变比较方便，即600*11.05292/12=553。然后E3_mode=2,为普通疏密波，密波周期为0.3s，疏波周期为1.2s。先14个疏波，后50各密波，大概各持续15s，共持续约30s。然后E3_mode=0，以此循环。4.2.4 多路同时输出、参数独立可调的实现(Timer2中断函数)定义结构体存储每个通道参数，故各通道调节不受影响，执行时均通过同一程序段根据各自参数运行。关键

43、是多路同时输出的实现，用周期为2.5ms的定时器2中断，在中断程序内改变通道标记n(0-3)，并以该通道的参数完成通道切换(改变CD4052的A、B端)和该通道DA值的输出(带调制输出的通道输出为上次计算值)，然后针对该通道的波形模式完成是否发控制脉冲，发何种脉冲。mode=1、5单次均进行判断，mode=0、2、3、4要等达到设定周期值后(以cn进行计数)进行判断和发送。4.2.5 各种波形的编程实现(1)、以下波形每次中断时均执行：疏密波 (mode=1)：在38*(tm+1)+19*(4*tm+1)个10ms脉冲内进行判断，根据正负脉冲的规律写出判断条件表达式，见程序。按摩波E3(mod

44、e=5)：设定E3_mode进行判断，E3_mode=0时为变周期轻捶波，计数完成指定数目循环后置E3_mode为1，然后进行周期判断，轻捶波的发生则同普通轻捶波。变脉宽正负连续波使定时器的初值递减以完成脉宽渐增，然后进行周期判断发连续波，设置E3_posf2进行正负判断。然后置E3_mode为2，疏密波的发生同上利用表达式判断，周期tm换为30即可。完成后置E3_mode为0循环，并置tm为80(0.80s)供变周期轻捶波用。(2)、以下波形在周期计数值满时执行：连续波：直接发正脉冲即可。轻捶波：设置M2_posflag标志进行正负脉冲交替。按摩波E1、E2：设置cn_tri对调制三角波或锯齿波一个周期的发送脉冲进行计数，故_tri>=1000/chn.tm后清零。E1波无需判断调制三角波前半周期和后半周期根据E1_posflag标志直接进行正负脉冲交替发送。E2波判断前半周期后发正脉冲，后半周期发负脉冲。前半周期累加步进ch