基于單片機的腦波治療儀的軟件設計研究

摘要：介紹了一種基于單片機的腦波治療儀的軟件設計方案。文中對系統的整體設計進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹，著(zhù)重對腦波誘導音樂(lè )的軟件設計進(jìn)行了分析。最后對系統輸出腦波誘導波進(jìn)行了測試并對出現的誤差進(jìn)行了討論，實(shí)驗證明該設計方案可行。
關(guān)鍵詞：腦波；單片機；腦波治療儀；腦波頻率引導

O 引言
依據現代腦電生理神經(jīng)心理學(xué)的研究，腦波活動(dòng)依據特定波長(cháng)主要分為四組模式：β、α、θ、δ，腦波活動(dòng)的某一模式與特定的精神狀態(tài)相關(guān)聯(lián)。腦波治療儀是新型的醫療儀器，它依據腦波同步及腦波頻率引導原理，采用生物信息模擬技術(shù)，用電腦模擬各種頻率的腦電波，并調制成腦波音樂(lè )信號反饋給使用者，影響調節人體的腦電活動(dòng)水平及興奮水平，使大腦經(jīng)常處于特定的腦波狀態(tài)。目前常用的腦波軟件產(chǎn)生方法有調用函數算法生成和模擬DSS采樣輸出的方法，本文采用基于普通單片機的模擬DSS采樣輸出的方法對系統進(jìn)行設計。

1 系統硬件介紹
如圖l所示，系統由單片機，程序存儲器，數模轉換器，放大濾波電路，立體聲耳機，節目指示燈，節目時(shí)間顯示器、按鍵等構成。系統可分為按鍵電路，腦波音樂(lè )產(chǎn)生電路，節目時(shí)間、節目指示燈顯示電路這三個(gè)模塊。

開(kāi)機后，在用戶(hù)選擇好節目并按下開(kāi)始鍵后系統開(kāi)始運行。開(kāi)始運行后首先由單片機產(chǎn)生預設頻率的腦波音樂(lè )數字信號，此信號經(jīng)數模轉換電路轉化為模擬信號，然后由模擬開(kāi)關(guān)產(chǎn)生左右雙聲道信號，最后經(jīng)濾波放大電路進(jìn)入耳機。節目在播放過(guò)程中會(huì )有節目指示燈及運行時(shí)間的顯示，節目時(shí)間、是以分鐘為單位來(lái)顯示。

2 系統軟件介紹
軟件主要由以下幾部分組成：鍵盤(pán)檢測、控制部分，腦波音樂(lè )節目產(chǎn)生部分，節目時(shí)間、節目指示燈顯示部分。
2．1 系統軟件流程
圖2是系統總流程圖。設備上電后，單片機進(jìn)行系統初始化，包括對I／O端口及各種功能寄存器、外部設備進(jìn)行初始化，然后等待功能中斷子程序。這里鍵盤(pán)子程序調用了外部中斷，調用了定時(shí)器／計數器中斷。當檢測到有鍵盤(pán)中斷后先去抖動(dòng)，然后讀取鍵值并轉到相應功能子程序。腦波音樂(lè )產(chǎn)生子程序在開(kāi)始鍵按下后被觸發(fā)，它將調用各定時(shí)器完成腦波聲光的產(chǎn)生。在節目開(kāi)始的同時(shí)，節目時(shí)間顯示子程序將對時(shí)間進(jìn)行顯示。以下就設計中的一些重點(diǎn)進(jìn)行分析。

2．2 腦波聲光節目產(chǎn)生部分
圖l的模塊2為腦波音樂(lè )節目產(chǎn)生部分的硬件電路。腦波聲光節目產(chǎn)生軟件部分主要由兩個(gè)部分組成：?jiǎn)温暤滥X波音樂(lè )的生成，雙聲道音樂(lè )的生成。
2．2．1 單聲道腦波音樂(lè )的生成
因為治療波的頻率多處在人耳聽(tīng)覺(jué)范圍之外，所以用帶有治療波頻率的調幅信號來(lái)給大腦傳遞治療信號，即用治療頻率的正弦波來(lái)對一定頻率的載波進(jìn)行幅度調制來(lái)產(chǎn)生音樂(lè )，所以腦波音樂(lè )設計的重點(diǎn)就是調幅波的產(chǎn)生。設計中沒(méi)有調用正弦函數直接產(chǎn)生正弦波數據，而是先對正弦波進(jìn)行采樣得到正弦波數據，然后將數據固化在ROM中。因為系
統采用8位單片機，一個(gè)字節存儲最大數為255，所以對采樣值的范圍選為0～255。
下面對調幅波的產(chǎn)生、調節進(jìn)行分別介紹：
(1)調幅波的產(chǎn)生
因為單片機無(wú)法輸出負數，所以本設計的中調制信號為式(1)：

單片機分別取調制信號和載波信號的采樣點(diǎn)然后相乘取結果的高8位作為輸出則得到信號為式(3)：