用于中頻治療儀的調(diào)制信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)

李穎++魏麗英

摘 要：該文應(yīng)用單片機(jī)控制技術(shù)及D/A轉(zhuǎn)換器的特性，實(shí)現(xiàn)了中頻治療儀的低頻調(diào)制信號(hào)發(fā)生器，可以使中頻治療儀產(chǎn)生低頻調(diào)制任意調(diào)幅波形輸出，由于不同波形對(duì)人體穴位的作用效果不同，因此具有很高的研究與使用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：信號(hào)發(fā)生器 中頻信號(hào) 信號(hào)調(diào)制

中圖分類號(hào)：TN74 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）03（c）-0053-01

近代科學(xué)證明，正常的人體組織細(xì)胞和非正常的組織細(xì)胞具有不同的波譜，利用頻譜治療疾病的關(guān)鍵是首先必須掌握人體各種組織細(xì)胞的固有頻率，人體組織細(xì)胞的種類繁多，頻譜范圍非常寬，為了治療特定的疾病就必須做到作用頻率、范圍、時(shí)間準(zhǔn)確。不同的輸入波形對(duì)人體的刺激方式不同，常用的有方波、三角波、鋸齒波、正弦波等，產(chǎn)生敲擊、按摩、滾動(dòng)、震顫等刺激，對(duì)各種非正常組織細(xì)胞的恢復(fù)的研究具有極高的科學(xué)研究價(jià)值。本設(shè)計(jì)應(yīng)用先進(jìn)的嵌入式控制技術(shù)，根據(jù)不同需要，可以預(yù)置不同波形及頻率，通過按鍵和旋鈕即可進(jìn)行預(yù)置和調(diào)節(jié)，完成不同研究和治療的需要。

1 設(shè)計(jì)方案

調(diào)制信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)方案中采用單片機(jī)作為核心控制芯片，主要的作用是控制顯示、產(chǎn)生各種頻率的調(diào)制信號(hào)及中頻載波信號(hào)。顯示電路應(yīng)用3位數(shù)碼管作為定時(shí)時(shí)間的設(shè)置、波形設(shè)置、頻率設(shè)置的顯示，方便操作及效果的觀察。功率指示應(yīng)用隨功率變化的閃爍發(fā)光二極管。信號(hào)調(diào)制部分采用DAC0832的特性產(chǎn)生調(diào)制波形，經(jīng)過放大后輸出。

2 系統(tǒng)硬件實(shí)現(xiàn)

2.1 電源電路設(shè)計(jì)

由于在設(shè)計(jì)電路中應(yīng)用到+12V 、+5V、-5V等，所以采用變壓器將AC220V經(jīng)整流濾波后變?yōu)椤?8V，在經(jīng)過7812輸出±12V；再經(jīng)過7805輸出+5V供給單片機(jī)及輸出信號(hào)指示電路使用。D/A轉(zhuǎn)換芯片采用單極性輸出，因此-12V通過7905輸出-5V電壓提供TL062的電壓參考端。

數(shù)值顯示電路采用常用的共陽極數(shù)碼管，主要顯示波形、頻率、定時(shí)時(shí)間設(shè)置。由單片機(jī)P0口輸出，經(jīng)74LS47將BCD碼轉(zhuǎn)換為7段碼，送給數(shù)碼管顯示。輸出指示電路應(yīng)用LM3914芯片，將輸出信號(hào)的電壓值通過8個(gè)發(fā)光二極管，根據(jù)二極管的點(diǎn)亮個(gè)數(shù)指示信號(hào)輸出強(qiáng)度。并且在有信號(hào)輸出時(shí)，二極管閃爍，提示使用者注意安全。

2.2 信號(hào)調(diào)制電路

單片機(jī)AT89S52通過軟件設(shè)計(jì)產(chǎn)生正弦波、方波、鋸齒波、三角波、指數(shù)波等各種波形信號(hào)，信號(hào)的頻率為10～150Hz，從P0口輸出給DAC0832的數(shù)字輸入端，DAC0832對(duì)輸入的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換變成模擬信號(hào)，并通過TL062輸出單極性電壓信號(hào)。在本設(shè)計(jì)中，由于要求輸出的是調(diào)幅波，因此，DAC0832還要完成信號(hào)的調(diào)制功能。具體實(shí)現(xiàn)的方式是應(yīng)用到DAC0832的VREF引腳功能：參考電壓輸入端，要求接一精密電源，當(dāng)Vref為±10v或±5v是，可獲得滿量程四象限的可乘操作。所以在數(shù)字輸入端輸入任意波形，應(yīng)用單片機(jī)的定時(shí)器功能實(shí)現(xiàn)單極性2～5KHz的中頻載波，經(jīng)積分電路實(shí)現(xiàn)0～5v方波到±5v正弦波的變換，滿足Vref出入信號(hào)的要求。輸入到DAC0832的Vref端，輸出的波形就是調(diào)幅波。信號(hào)調(diào)制電路原理如圖所示。

2.3 信號(hào)放大電路

輸出信號(hào)放大電路采用音頻放大器TDA2030，TDA2030是高保真集成功率放大器芯片，響應(yīng)頻率10～1400Hz，輸出功率大于10W，輸入電流峰值最大可達(dá)3.5A，滿足輸出信號(hào)要求。具體電路如圖所示。

圖中，RP電位器調(diào)整信號(hào)輸出幅度；輸出端與反相輸入端的電阻R5，R4與C6電解電容構(gòu)成負(fù)反饋放大電路，用以改善輸出波形的調(diào)整。圖中R5=150k，R4=4.7K，則放大器的反饋系數(shù)：F=4.7/（150+4.7）≈0.03，因此放大器的電壓放大倍數(shù)A=1/F ≈33.3。由于理療儀設(shè)備要與人的皮膚相接觸，因此在輸出端應(yīng)用音頻變壓器T2做電隔離措施。

3 軟件設(shè)計(jì)

軟件主要由以下幾部分組成：時(shí)間及設(shè)置的顯示程序、波形產(chǎn)生及控制程序、定時(shí)時(shí)間倒計(jì)時(shí)程序等。程序設(shè)計(jì)主要產(chǎn)生可控制的2～5KHz方波，作為信號(hào)調(diào)制電路的輸入。這個(gè)信號(hào)的產(chǎn)生應(yīng)用定時(shí)器T0，通過給定不同的初值來完成。不同波形信號(hào)的產(chǎn)生同過編程實(shí)現(xiàn)。

系統(tǒng)上電后，單片機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)初始化，包括對(duì)各種功能寄存器及I/O端口、定時(shí)器開中斷等初始化。檢測按鍵設(shè)置載波頻率、選定波形、設(shè)置定時(shí)時(shí)間，當(dāng)開始鍵按下，則執(zhí)行相應(yīng)的波形發(fā)生程序。

4 結(jié)語

通過實(shí)驗(yàn)觀察及示波器的測量，實(shí)驗(yàn)效果滿足預(yù)計(jì)的參數(shù)設(shè)置，無雜波干擾，波形無明顯失真。但是波形的實(shí)際輸出還是由一點(diǎn)誤差，主要是由于波形的產(chǎn)生主要是有單片機(jī)內(nèi)部波形存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的波形幅度值是二進(jìn)制表示的，那么在經(jīng)過DAC0832轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)時(shí)會(huì)產(chǎn)生量化誤差，而在實(shí)際應(yīng)用中，這些誤差對(duì)人體的作用效果不明顯。因此在實(shí)際應(yīng)用中的可以滿足理療設(shè)備要求的。

參考文獻(xiàn)

[1] 潘新民.微型單片機(jī)控制技術(shù)[M].電子工業(yè)出版社，2012.

[2] 牛智偉.孟立凡.基于單片機(jī)的腦波治療儀的軟件設(shè)計(jì)研究[J].山西電子技術(shù)，2009（1）.

[3] 董春秋.基于DDS的腦電儀設(shè)計(jì)[J].電子測試，2009（1）.endprint

摘 要：該文應(yīng)用單片機(jī)控制技術(shù)及D/A轉(zhuǎn)換器的特性，實(shí)現(xiàn)了中頻治療儀的低頻調(diào)制信號(hào)發(fā)生器，可以使中頻治療儀產(chǎn)生低頻調(diào)制任意調(diào)幅波形輸出，由于不同波形對(duì)人體穴位的作用效果不同，因此具有很高的研究與使用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：信號(hào)發(fā)生器 中頻信號(hào) 信號(hào)調(diào)制

中圖分類號(hào)：TN74 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）03（c）-0053-01

近代科學(xué)證明，正常的人體組織細(xì)胞和非正常的組織細(xì)胞具有不同的波譜，利用頻譜治療疾病的關(guān)鍵是首先必須掌握人體各種組織細(xì)胞的固有頻率，人體組織細(xì)胞的種類繁多，頻譜范圍非常寬，為了治療特定的疾病就必須做到作用頻率、范圍、時(shí)間準(zhǔn)確。不同的輸入波形對(duì)人體的刺激方式不同，常用的有方波、三角波、鋸齒波、正弦波等，產(chǎn)生敲擊、按摩、滾動(dòng)、震顫等刺激，對(duì)各種非正常組織細(xì)胞的恢復(fù)的研究具有極高的科學(xué)研究價(jià)值。本設(shè)計(jì)應(yīng)用先進(jìn)的嵌入式控制技術(shù)，根據(jù)不同需要，可以預(yù)置不同波形及頻率，通過按鍵和旋鈕即可進(jìn)行預(yù)置和調(diào)節(jié)，完成不同研究和治療的需要。

1 設(shè)計(jì)方案

調(diào)制信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)方案中采用單片機(jī)作為核心控制芯片，主要的作用是控制顯示、產(chǎn)生各種頻率的調(diào)制信號(hào)及中頻載波信號(hào)。顯示電路應(yīng)用3位數(shù)碼管作為定時(shí)時(shí)間的設(shè)置、波形設(shè)置、頻率設(shè)置的顯示，方便操作及效果的觀察。功率指示應(yīng)用隨功率變化的閃爍發(fā)光二極管。信號(hào)調(diào)制部分采用DAC0832的特性產(chǎn)生調(diào)制波形，經(jīng)過放大后輸出。

2 系統(tǒng)硬件實(shí)現(xiàn)

2.1 電源電路設(shè)計(jì)

由于在設(shè)計(jì)電路中應(yīng)用到+12V 、+5V、-5V等，所以采用變壓器將AC220V經(jīng)整流濾波后變?yōu)椤?8V，在經(jīng)過7812輸出±12V；再經(jīng)過7805輸出+5V供給單片機(jī)及輸出信號(hào)指示電路使用。D/A轉(zhuǎn)換芯片采用單極性輸出，因此-12V通過7905輸出-5V電壓提供TL062的電壓參考端。

數(shù)值顯示電路采用常用的共陽極數(shù)碼管，主要顯示波形、頻率、定時(shí)時(shí)間設(shè)置。由單片機(jī)P0口輸出，經(jīng)74LS47將BCD碼轉(zhuǎn)換為7段碼，送給數(shù)碼管顯示。輸出指示電路應(yīng)用LM3914芯片，將輸出信號(hào)的電壓值通過8個(gè)發(fā)光二極管，根據(jù)二極管的點(diǎn)亮個(gè)數(shù)指示信號(hào)輸出強(qiáng)度。并且在有信號(hào)輸出時(shí)，二極管閃爍，提示使用者注意安全。

2.2 信號(hào)調(diào)制電路

單片機(jī)AT89S52通過軟件設(shè)計(jì)產(chǎn)生正弦波、方波、鋸齒波、三角波、指數(shù)波等各種波形信號(hào)，信號(hào)的頻率為10～150Hz，從P0口輸出給DAC0832的數(shù)字輸入端，DAC0832對(duì)輸入的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換變成模擬信號(hào)，并通過TL062輸出單極性電壓信號(hào)。在本設(shè)計(jì)中，由于要求輸出的是調(diào)幅波，因此，DAC0832還要完成信號(hào)的調(diào)制功能。具體實(shí)現(xiàn)的方式是應(yīng)用到DAC0832的VREF引腳功能：參考電壓輸入端，要求接一精密電源，當(dāng)Vref為±10v或±5v是，可獲得滿量程四象限的可乘操作。所以在數(shù)字輸入端輸入任意波形，應(yīng)用單片機(jī)的定時(shí)器功能實(shí)現(xiàn)單極性2～5KHz的中頻載波，經(jīng)積分電路實(shí)現(xiàn)0～5v方波到±5v正弦波的變換，滿足Vref出入信號(hào)的要求。輸入到DAC0832的Vref端，輸出的波形就是調(diào)幅波。信號(hào)調(diào)制電路原理如圖所示。

2.3 信號(hào)放大電路

輸出信號(hào)放大電路采用音頻放大器TDA2030，TDA2030是高保真集成功率放大器芯片，響應(yīng)頻率10～1400Hz，輸出功率大于10W，輸入電流峰值最大可達(dá)3.5A，滿足輸出信號(hào)要求。具體電路如圖所示。

圖中，RP電位器調(diào)整信號(hào)輸出幅度；輸出端與反相輸入端的電阻R5，R4與C6電解電容構(gòu)成負(fù)反饋放大電路，用以改善輸出波形的調(diào)整。圖中R5=150k，R4=4.7K，則放大器的反饋系數(shù)：F=4.7/（150+4.7）≈0.03，因此放大器的電壓放大倍數(shù)A=1/F ≈33.3。由于理療儀設(shè)備要與人的皮膚相接觸，因此在輸出端應(yīng)用音頻變壓器T2做電隔離措施。

3 軟件設(shè)計(jì)

軟件主要由以下幾部分組成：時(shí)間及設(shè)置的顯示程序、波形產(chǎn)生及控制程序、定時(shí)時(shí)間倒計(jì)時(shí)程序等。程序設(shè)計(jì)主要產(chǎn)生可控制的2～5KHz方波，作為信號(hào)調(diào)制電路的輸入。這個(gè)信號(hào)的產(chǎn)生應(yīng)用定時(shí)器T0，通過給定不同的初值來完成。不同波形信號(hào)的產(chǎn)生同過編程實(shí)現(xiàn)。

系統(tǒng)上電后，單片機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)初始化，包括對(duì)各種功能寄存器及I/O端口、定時(shí)器開中斷等初始化。檢測按鍵設(shè)置載波頻率、選定波形、設(shè)置定時(shí)時(shí)間，當(dāng)開始鍵按下，則執(zhí)行相應(yīng)的波形發(fā)生程序。

4 結(jié)語

通過實(shí)驗(yàn)觀察及示波器的測量，實(shí)驗(yàn)效果滿足預(yù)計(jì)的參數(shù)設(shè)置，無雜波干擾，波形無明顯失真。但是波形的實(shí)際輸出還是由一點(diǎn)誤差，主要是由于波形的產(chǎn)生主要是有單片機(jī)內(nèi)部波形存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的波形幅度值是二進(jìn)制表示的，那么在經(jīng)過DAC0832轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)時(shí)會(huì)產(chǎn)生量化誤差，而在實(shí)際應(yīng)用中，這些誤差對(duì)人體的作用效果不明顯。因此在實(shí)際應(yīng)用中的可以滿足理療設(shè)備要求的。

參考文獻(xiàn)

[1] 潘新民.微型單片機(jī)控制技術(shù)[M].電子工業(yè)出版社，2012.

[2] 牛智偉.孟立凡.基于單片機(jī)的腦波治療儀的軟件設(shè)計(jì)研究[J].山西電子技術(shù)，2009（1）.

[3] 董春秋.基于DDS的腦電儀設(shè)計(jì)[J].電子測試，2009（1）.endprint

摘 要：該文應(yīng)用單片機(jī)控制技術(shù)及D/A轉(zhuǎn)換器的特性，實(shí)現(xiàn)了中頻治療儀的低頻調(diào)制信號(hào)發(fā)生器，可以使中頻治療儀產(chǎn)生低頻調(diào)制任意調(diào)幅波形輸出，由于不同波形對(duì)人體穴位的作用效果不同，因此具有很高的研究與使用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：信號(hào)發(fā)生器 中頻信號(hào) 信號(hào)調(diào)制

中圖分類號(hào)：TN74 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）03（c）-0053-01

近代科學(xué)證明，正常的人體組織細(xì)胞和非正常的組織細(xì)胞具有不同的波譜，利用頻譜治療疾病的關(guān)鍵是首先必須掌握人體各種組織細(xì)胞的固有頻率，人體組織細(xì)胞的種類繁多，頻譜范圍非常寬，為了治療特定的疾病就必須做到作用頻率、范圍、時(shí)間準(zhǔn)確。不同的輸入波形對(duì)人體的刺激方式不同，常用的有方波、三角波、鋸齒波、正弦波等，產(chǎn)生敲擊、按摩、滾動(dòng)、震顫等刺激，對(duì)各種非正常組織細(xì)胞的恢復(fù)的研究具有極高的科學(xué)研究價(jià)值。本設(shè)計(jì)應(yīng)用先進(jìn)的嵌入式控制技術(shù)，根據(jù)不同需要，可以預(yù)置不同波形及頻率，通過按鍵和旋鈕即可進(jìn)行預(yù)置和調(diào)節(jié)，完成不同研究和治療的需要。

1 設(shè)計(jì)方案

調(diào)制信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)方案中采用單片機(jī)作為核心控制芯片，主要的作用是控制顯示、產(chǎn)生各種頻率的調(diào)制信號(hào)及中頻載波信號(hào)。顯示電路應(yīng)用3位數(shù)碼管作為定時(shí)時(shí)間的設(shè)置、波形設(shè)置、頻率設(shè)置的顯示，方便操作及效果的觀察。功率指示應(yīng)用隨功率變化的閃爍發(fā)光二極管。信號(hào)調(diào)制部分采用DAC0832的特性產(chǎn)生調(diào)制波形，經(jīng)過放大后輸出。

2 系統(tǒng)硬件實(shí)現(xiàn)

2.1 電源電路設(shè)計(jì)

由于在設(shè)計(jì)電路中應(yīng)用到+12V 、+5V、-5V等，所以采用變壓器將AC220V經(jīng)整流濾波后變?yōu)椤?8V，在經(jīng)過7812輸出±12V；再經(jīng)過7805輸出+5V供給單片機(jī)及輸出信號(hào)指示電路使用。D/A轉(zhuǎn)換芯片采用單極性輸出，因此-12V通過7905輸出-5V電壓提供TL062的電壓參考端。

數(shù)值顯示電路采用常用的共陽極數(shù)碼管，主要顯示波形、頻率、定時(shí)時(shí)間設(shè)置。由單片機(jī)P0口輸出，經(jīng)74LS47將BCD碼轉(zhuǎn)換為7段碼，送給數(shù)碼管顯示。輸出指示電路應(yīng)用LM3914芯片，將輸出信號(hào)的電壓值通過8個(gè)發(fā)光二極管，根據(jù)二極管的點(diǎn)亮個(gè)數(shù)指示信號(hào)輸出強(qiáng)度。并且在有信號(hào)輸出時(shí)，二極管閃爍，提示使用者注意安全。

2.2 信號(hào)調(diào)制電路

單片機(jī)AT89S52通過軟件設(shè)計(jì)產(chǎn)生正弦波、方波、鋸齒波、三角波、指數(shù)波等各種波形信號(hào)，信號(hào)的頻率為10～150Hz，從P0口輸出給DAC0832的數(shù)字輸入端，DAC0832對(duì)輸入的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換變成模擬信號(hào)，并通過TL062輸出單極性電壓信號(hào)。在本設(shè)計(jì)中，由于要求輸出的是調(diào)幅波，因此，DAC0832還要完成信號(hào)的調(diào)制功能。具體實(shí)現(xiàn)的方式是應(yīng)用到DAC0832的VREF引腳功能：參考電壓輸入端，要求接一精密電源，當(dāng)Vref為±10v或±5v是，可獲得滿量程四象限的可乘操作。所以在數(shù)字輸入端輸入任意波形，應(yīng)用單片機(jī)的定時(shí)器功能實(shí)現(xiàn)單極性2～5KHz的中頻載波，經(jīng)積分電路實(shí)現(xiàn)0～5v方波到±5v正弦波的變換，滿足Vref出入信號(hào)的要求。輸入到DAC0832的Vref端，輸出的波形就是調(diào)幅波。信號(hào)調(diào)制電路原理如圖所示。

2.3 信號(hào)放大電路

輸出信號(hào)放大電路采用音頻放大器TDA2030，TDA2030是高保真集成功率放大器芯片，響應(yīng)頻率10～1400Hz，輸出功率大于10W，輸入電流峰值最大可達(dá)3.5A，滿足輸出信號(hào)要求。具體電路如圖所示。

圖中，RP電位器調(diào)整信號(hào)輸出幅度；輸出端與反相輸入端的電阻R5，R4與C6電解電容構(gòu)成負(fù)反饋放大電路，用以改善輸出波形的調(diào)整。圖中R5=150k，R4=4.7K，則放大器的反饋系數(shù)：F=4.7/（150+4.7）≈0.03，因此放大器的電壓放大倍數(shù)A=1/F ≈33.3。由于理療儀設(shè)備要與人的皮膚相接觸，因此在輸出端應(yīng)用音頻變壓器T2做電隔離措施。

3 軟件設(shè)計(jì)

軟件主要由以下幾部分組成：時(shí)間及設(shè)置的顯示程序、波形產(chǎn)生及控制程序、定時(shí)時(shí)間倒計(jì)時(shí)程序等。程序設(shè)計(jì)主要產(chǎn)生可控制的2～5KHz方波，作為信號(hào)調(diào)制電路的輸入。這個(gè)信號(hào)的產(chǎn)生應(yīng)用定時(shí)器T0，通過給定不同的初值來完成。不同波形信號(hào)的產(chǎn)生同過編程實(shí)現(xiàn)。

系統(tǒng)上電后，單片機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)初始化，包括對(duì)各種功能寄存器及I/O端口、定時(shí)器開中斷等初始化。檢測按鍵設(shè)置載波頻率、選定波形、設(shè)置定時(shí)時(shí)間，當(dāng)開始鍵按下，則執(zhí)行相應(yīng)的波形發(fā)生程序。

4 結(jié)語

通過實(shí)驗(yàn)觀察及示波器的測量，實(shí)驗(yàn)效果滿足預(yù)計(jì)的參數(shù)設(shè)置，無雜波干擾，波形無明顯失真。但是波形的實(shí)際輸出還是由一點(diǎn)誤差，主要是由于波形的產(chǎn)生主要是有單片機(jī)內(nèi)部波形存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的波形幅度值是二進(jìn)制表示的，那么在經(jīng)過DAC0832轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)時(shí)會(huì)產(chǎn)生量化誤差，而在實(shí)際應(yīng)用中，這些誤差對(duì)人體的作用效果不明顯。因此在實(shí)際應(yīng)用中的可以滿足理療設(shè)備要求的。

參考文獻(xiàn)

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