一種基于A(yíng)T89S52的可視電子聽(tīng)診器的研制 (1)

一種以AT89S52單片機為核心，利用駐極體式聲音傳感器實(shí)現的心音數據采集系統，利用圖形液晶模塊實(shí)現顯示的新型可視電子聽(tīng)診器。介紹了電子聽(tīng)診器的系統結構圖，給出了硬件電路原理和軟件流程。該系統在進(jìn)行常規心臟聽(tīng)診的同時(shí)可通過(guò)液晶顯示屏直觀(guān)地顯示心率和心音波形。

　　心音是能反映心臟正?；蛘卟±淼囊繇?，它是由于心臟搏動(dòng)過(guò)程中各瓣膜的開(kāi)閉以及心肌和血液運動(dòng)所產(chǎn)生的震動(dòng)形成的。心音聽(tīng)診是診斷心臟疾病的重要依據。傳統的方法是采用聽(tīng)診器聽(tīng)診心音，診斷的依據主要是醫師的經(jīng)驗。這種方法比較簡(jiǎn)單，但由于人耳對聲音的感知是聲強與頻率的綜合效應，因而有些病理特性難以捕捉，且準確性較差。設計一種新的電子聽(tīng)診器對聽(tīng)診音進(jìn)行定量、準確的分析很有必要。目前，國內電子聽(tīng)診器產(chǎn)品的價(jià)格和功能與國外相比還存在較大差距，多數只是將心音采集后放大，雖然在一定程度上改良了聽(tīng)診器，但是還不能很好地反映心音波形。本文研制的可視聽(tīng)診器實(shí)現了這一功能。它集聽(tīng)診和心電信號監測功能于一體，可以實(shí)時(shí)記錄并顯示心率及心音圖，使診斷更準確，且便于醫學(xué)教學(xué)。同時(shí)具有可存儲、實(shí)時(shí)顯示、簡(jiǎn)單易用、成本低、體積小等優(yōu)點(diǎn)。本文對該可視聽(tīng)診器的結構及工作原理作了較詳細的介紹。

1 硬件設計

可視聽(tīng)診器的系統結構圖如圖1所示。該可視聽(tīng)診器由采集處理和波形顯示二部分組成，具體由聲音傳感器、信號調理采樣電路和鍵盤(pán)顯示電路組成。

1.3 信號采樣

心音頻率f在20Hz～600Hz之間，根據香農（Shannon）采樣定理，只要采樣的頻率高于或等于原來(lái)頻率的2倍，就可以完整地重現原波形，因此選擇的A/D轉換器的轉換速率應在1 200Hz以上，故設計中選用了串行A/D轉換器TLC0831。

信號采樣電路的工作原理：把調理電路的模擬輸出信號用A/D轉換器變成數字量后，再由單片機送到液晶顯示屏顯示。

1.4 鍵盤(pán)顯示

本系統選用了精電蓬遠的QH12864T點(diǎn)陣式液晶顯示(LCD)模塊。該模塊由控制器T6963C、列驅動(dòng)器T6A39、行驅動(dòng)器T6A40及與外部設備的接口等部分組成，它既能顯示字符（中文和西文字符），又能顯示圖形，還能夠將字符與圖形混合顯示。

LCD與單片機的接口方法分為直接訪(fǎng)問(wèn)方式和間接控制方式。直接訪(fǎng)問(wèn)方式是把液晶模塊作為存儲器接在CPU的數據線(xiàn)、地址線(xiàn)和控制線(xiàn)上，同時(shí)把它的數據總線(xiàn)接在89S52的P0口上，片選以及寄存器選擇信號線(xiàn)由P2口提供，讀寫(xiě)操作由單片機的讀寫(xiě)操作信號控制。這種方式是以訪(fǎng)問(wèn)存儲器的方式來(lái)訪(fǎng)問(wèn)液晶顯示模塊。間接控制方式不使用單片機的數據系統，而是利用它的I/O口來(lái)實(shí)現與顯示模塊的通信，即將液晶顯示模塊的數據線(xiàn)與單片機的P0口連接作為數據總線(xiàn)，另外3根時(shí)序控制信號線(xiàn)通常利用89S52的P3口中未被使用的I/O口來(lái)控制。這種訪(fǎng)問(wèn)方式不占用CPU的存儲器空間，它的接口電路與時(shí)序無(wú)關(guān)，其時(shí)序完全靠軟件編程實(shí)現。間接控制方式的速度較直接訪(fǎng)問(wèn)方式快，所以本設計中采用的是間接控制方式，具體連接如圖3所示。

一個(gè)正常人的心音圖如圖4所示，其中s1是第1心音，s2是第2心音；Systole代表心臟收縮期，Diastole代表心臟舒張期。

經(jīng)過(guò)信號調理電路后的心音變成如圖5所示的波形。

3 系統軟件設計

系統選用的LCD是在圖形工作方式下，通過(guò)建立坐標系，利用位操作實(shí)現對心音波形的逼真顯示。下面詳細介紹液晶顯示屏繪圖編程的算法和波形連續顯示。

3.1 繪圖編程的算法

系統選用的是128×64點(diǎn)陣式圖形液晶顯示模塊。要繪制心音波形只要根據A/D轉換來(lái)的數據在液晶顯示器的對應位置上繪點(diǎn)顯示。首先在液晶平面上建立如圖6所示的顯示坐標系。