医用电子电路设计及应用.pdf

电子电路设计、仿真与制作医医用电子电路设计及应用周润景摇 邢摇 婧摇 编著内 容 简 介本书介绍了 14 个典型的医用电子电路设计案例,内容包含视觉疲劳检测与消除电路设计,精神压力自测电路设计,助听、催眠、增强记忆三用电路设计,声光电子催眠电路设计,视力保护测光电路设计,脉冲电疗电路设计,心率检测电路设计,血管弹性测量电路设计,呼吸测量电路设计,口吃矫正器电路设计,心音测量电路设计,电子治疗仪电路设计,心电信号显示检测仪电路设计,基于脉搏波的提取电路设计。这些案例均来源于作者多年的实际科研项目,因此具有很强的实用性。通过对本书的学习和实践,读者可以很快掌握常用医用电子电路设计的基础知识及应用方法。本书适合电子电路设计爱好者自学使用,也可作为高等学校相关专业课程设计、毕业设计及电子设计竞赛的指导书籍。未经许可,不得以任何方式复制或抄袭本书之部分或全部内容。版权所有,侵权必究。图书在版编目(CIP)数据医用电子电路设计及应用/周润景,邢婧编著 郾 北京:电子工业出版社,2017郾 5(电子电路设计、仿真与制作)ISBN 978-7-121-31407-0玉郾 淤医摇域郾 淤周 于邢摇芋郾 淤医用电气机械-电子电路-电路设计-研究摇郁郾 淤TH772于TN702中国版本图书馆 CIP 数据核字(2017)第 085015 号策划编辑:张摇 剑(zhang phei郾 com郾 cn)责任编辑:夏平飞印摇 摇 刷:装摇 摇 订:出版发行:电子工业出版社北京市海淀区万寿路 173 信箱摇 邮编 100036开摇 摇 本:787 伊1092摇 1/16摇 印张:14摇 字数:335 千字版摇 摇 次:2017 年 5 月第 1 版印摇 摇 次:2017 年 5 月第 1 次印刷定摇 摇 价:39郾 80 元凡所购买电子工业出版社图书有缺损问题,请向购买书店调换。若书店售缺,请与本社发行部联系,联系及邮购电话:(010)88254888,88258888。质量投诉请发邮件至 zlts phei郾 com郾 cn,盗版侵权举报请发邮件至 dbqq phei郾 com郾 cn。本书咨询联系方式:zhang phei郾 com郾 cn。前前摇摇言本书通过一系列特定案例分析,向读者详细地介绍了医用电子电路的设计思路和方法,是一本独特的实用技术书籍。全书介绍了 14 个电路设计,包括视觉疲劳检测与消除电路设计,精神压力自测电路设计,助听、催眠、增强记忆三用电路设计,声光电子催眠电路设计,视力保护测光电路设计,脉冲电疗电路设计,心率检测电路设计,血管弹性测量电路设计,呼吸测量电路设计,口吃矫正器电路设计,心音测量电路设计,电子治疗仪电路设计,心电信号显示检测仪电路设计,基于脉搏波的提取电路设计。书中详细介绍了电路的设计任务、基本要求、原理及具体的设计、PCB 设计等内容,并且用 Proteus 和 Multism 软件对电路进行了功能仿真,验证了电路工作的正确性,提高了电路开发效率,降低了开发成本,使读者能够更深刻地理解电路的工作原理,学习医用电子电路的设计方法。书中多次出现了滤波电路、隔离电路、放大电路的设计,详细论述了生物电信号的放大、处理等多方面技术。电路的设计思路一般为:传感器采集生理信号,转换成电信号后信号比较微弱,易受干扰,所以设计隔离电路(电源隔离、信号隔离)、滤波电路(带阻滤波电路、带通滤波电路)来减少干扰,设计放大信号对电信号进行放大,以便后续的处理。14 个电路设计,从简单的视觉疲劳检测与消除电路设计,一直到较复杂的脉搏波提取电路设计,知识点涵盖模拟电路设计、单片机程序设计、芯片应用等,有助于读者全面认识医用电子电路的设计、制作与调试,启发读者的创新能力,提高读者的动手能力。书中内容简明扼要,适合想了解医用电子电路的读者阅读,也适合设计医用电子电路的读者作为参考。本书的内容大多来自作者的科研与实践,有关内容的讲解并没有过多的理论推导,而代之以实用的电路设计,因此实用是本书的一大特点。本书力求做到精选内容,推陈出新;讲清基本概念、基本电路的工作原理和基本分析方法。本书语言生动精炼,内容详尽,并且包含了大量可供参考的实例。本书由周润景、邢婧编著。其中,邢婧编写了项目 1,其余项目由周润景编写,全书由周润景统稿。另外,参加本书编写的还有谢亚楠、丁岩、陈萌、井探亮、张赫、韩亦俍、刘艳珍、刘百灵、王洪艳、张红敏、张丽敏、周敬和宋志清。由于医用电子电路涵盖内容非常广泛,不可能通过一本书就能介绍详尽,加上时间与水平有限,书中可能存在一些错误、遗漏和不妥之处,敬请读者批评指正。作摇 者芋目目摇摇录项目 1摇 视觉疲劳检测与消除电路设计1设计任务1基本要求1设计思路1系统组成1电路原理图2模块详解2软件设计4调试与仿真8电路 PCB 设计图10实物测试10思考与练习11项目 2摇 精神压力自测电路设计12设计任务12基本要求12设计思路12系统组成12电路原理图13模块详解13Proteus 仿真16电路 PCB 设计图17实物测试18思考与练习18项目 3摇 助听、催眠、增强记忆三用电路设计20设计任务20基本要求20设计思路20系统组成20电路原理图21模块详解21电路 PCB 设计图26实物图26吁思考与练习26特别提醒27项目 4摇 声光电子催眠电路设计28设计任务28基本要求28设计思路28系统组成28电路原理图28模块详解30软件设计36电路 PCB 设计图41实物图41实际运行42思考与练习42项目 5摇 视力保护测光电路设计44设计任务44基本要求44设计思路44系统组成44电路原理图45模块详解46软件设计48Proteus 仿真52电路 PCB 设计图55实物测试56思考与练习56特别提醒56项目 6摇 脉冲电疗电路设计57设计任务57基本要求57设计思路57系统组成57电路原理图58模块详解58电路 PCB 设计图66实物测试66思考与练习67遇项目 7摇 心率检测电路设计68设计任务68基本要求68设计思路68系统组成68电路原理图69模块详解69软件设计78电路 PCB 设计图83实物测试84思考与练习84特别提醒84项目 8摇 血管弹性测量电路设计85设计任务85基本要求85设计思路85系统组成85电路原理图86模块详解87电路 PCB 设计图92实物测试92思考与练习93特别提醒93项目 9摇 呼吸测量电路设计94设计任务94基本要求94设计思路94系统组成94电路原理图95模块详解97电路 PCB 设计图110实物测试111思考与练习111特别提醒111项目 10摇 口吃矫正器电路设计112设计任务112基本要求112喻设计思路112系统组成112电路原理图113模块详解114电路 PCB 设计图118实物图118实际运行118思考与练习119特别提醒119项目 11摇 心音测量电路设计120设计任务120基本要求120设计思路120系统组成120电路原理图121模块详解121电路 PCB 设计图127实物测试127思考与练习127特别提醒128项目 12摇 电子治疗仪电路设计129设计任务129基本要求129设计思路129系统组成129电路原理图130模块详解130软件设计137电路 PCB 设计图138实物测试139思考与练习139项目 13摇 心电信号显示检测仪电路设计140设计任务140基本要求140设计思路140系统组成140模块详解141峪软件设计164系统仿真187项目 14摇 基于脉搏波的提取电路设计189设计目的189设计任务189设计思路189系统组成190模块详解190软件设计203电路原理图207系统仿真209实物图210思考与练习211特别提醒211御项目 1摇视觉疲劳检测与消除电路设计设计任务设计一个简单的人体视觉疲劳检测与消除电路,通过电路可以初步检测人眼疲劳和初步消除视觉疲劳,同时还可以预防因视觉疲劳而造成的近视等问题。基本要求能够使人检测出自我处于视觉疲劳状态。在检测出人眼处于视觉疲劳的状态时,能够初步消除视觉疲劳。设计思路人的眼睛有一个重要的被称为“视觉暂留特性冶(也称“视觉惰性冶)的现象,即人眼在观察景物时,光信号传入大脑神经,需经过一段短暂的时间,光的作用结束后,视觉形象并不立即消失,这种残留的视觉称“后像冶,视觉的这一现象则被称为“视觉暂留冶。利用人眼的“视觉暂留特性冶,如果人眼处于视觉疲劳的状态,那么 LED 在一定频率下闪烁,人眼就看不到灯光的闪烁。而利用四个 LED 灯依次闪烁,人眼随着 LED 灯闪烁的方向转动,可消除视觉疲劳。本设计通过对 AT89C51 单片机编程来控制 LED 灯的闪烁以及灯的闪烁频率,从而初步实现视觉疲劳检测和消除。系统组成视觉疲劳检查与消除系统主要分四个部分。电源模块:为整个电路提供+5V 的电压。AT89C51 单片机最小系统。频率调节按键:长按可以切换工作区域,点按可以调节大灯的频率。LED 模块。1电路原理图(见图 1-1)图 1-1摇 电路原理图模块详解1郾 电源模块电源电路如图 1-2 所示。其输出为+5V 的电压,由 1N4007 整流二极管承受较强的浪涌,使得输出电压稳定。1N4007 参数:较强的正向浪涌承受能力:30A。最大正向平均整流电流:1郾 0A。极限参数为 VRM逸50V。最高反向耐压:1000V。最大反向漏电流:5滋A。正向压降:1郾 0V。最大反向峰值电流:30滋A。典型热阻:65益/W。典型结电容:15pF。工作温度:-50 150益。2郾 调节按键模块调节按键电路如图 1-3 所示,通过程序和按键来选择工作区域,调节 LED 灯闪烁的频率,长按频率调节按键可以通过程序来改变工作区域,点按可以控制 LED 灯在 10 60Hz区间工作。2图 1-2摇 电源电路摇图 1-3摇 调节按键电路3郾 LED 模块(见图 1-4)5 个 LED 灯分别接到单片机 P2郾 3、P2郾 4、P2郾 5、P2郾 6、P2郾 7 引脚,5V 供电,低电平驱动。图 1-4摇 LED 电路图 1-5摇 单片机最小系统电路4郾 单片机最小系统(见图 1-5)3软件设计本设计中,软件解决的主要问题是通过按键控制大 LED 灯和小 LED 灯之间的转换以及改变灯闪烁的频率。程序设计流程如图 1-6 所示。图 1-6摇 程序设计流程程序:摇 摇 摇 摇#include/包含头文件,一般情况不需要改动,头文件包含特殊功能寄存器的定义sbit KEY_0=P34;摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇/定义 IN 输入端口sbit LED_0=P27;摇 摇/定义 OUT 输出端口sbit LED1=P26;摇 摇/定义 OUT 输出端口sbit LED3=P24;摇 摇/定义 OUT 输出端口sbit LED2=P25;摇 摇/定义 OUT 输出端口sbit LED4=P23;摇 摇/定义 OUT 输出端口#define Frq_Max摇 8unsigned char ucTime_Get=0;摇/现在的频率unsigned int code摇 Frq_table8=摇 摇 0 x3CB0,/5摇 摇 0 x3CB0,/10摇 摇 0X7DCB,/15摇 摇 0X9E58,/20摇 摇 0 xB1E0,/25摇 摇 0XBEE5,/30摇 摇 0XC832,/35摇 摇 0XCF2C,/40;4/*-定时器初始化子程序-*/void Init_Timer0(void)摇 摇 TMOD|=0 x01;摇/使用模式1,16 位定时器,使用“|冶符号可以在使用多个定时器时不受影响摇 摇 TH0=(65536-50000)/256;摇摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇摇 摇/赋值 50ms摇 摇 TL0=(65536-50000)%256;摇 摇 EA=1;摇 摇 摇 摇 摇 摇/总中断打开摇 摇 ET0=1;摇 摇 摇 摇 摇/定时器中断打开摇 摇 TR0=1;摇 摇 摇 摇 摇/定时器开关打开摇 摇 PT1=1;void Init_T