基于AT89C52的体外神经剌激仪的设计

　　1 引言

　　电刺激疗法被广泛应用于促使神经细胞或肌肉纤维兴奋等临床医学与医学研究领域。自 1971 年 Galvani 取得的对蛙腿刺激的实验成功以来, 它便被广泛应用于临床医疗和生理学研究。它在减轻组织痛, 肌肉加固, 心率调节, 药物的电离子渗入疗法,等方面有着广泛的应用, 并且效果显著。

　　功能性电刺激疗法相比于其它疗法, 如药物注入疗法, 激光疗法, 传统的超声波与电磁振荡疗法等, 有着明显的优势。电荷刺激是 FES 中在发生在组织中刺激的本质。从简单的单通道刺激仪, 到复杂的可编程的多通道的电学刺激仪, 有越来越多的电学刺激仪被开发出来, 并应用于各种 FES 康复领域。在最近的几年里, 可携式的电刺激仪已被投入到医学研究和医学临床,并受到越来越多医学专家与患者的好评。

　　近年来, 随着计算机应用技术的高速发展, 各种高智能化的专业型 FES 应用设备被广泛研制, 并且刺激更趋精细和功能更趋完备。例如, 在各种瘫痪患者康复锻炼过程中, 通过编制肌肉的力量与耐力训练程序, 为重新获得站立, 行走能力而研制的助行系统, 在国外已获若干进展。

　　综合国内国外的研究成果, FES 应用设备的智能化和数字化程序越来越高, 但是体积大, 成本高, 稳定性不够, 并且需要通用的具有相关功能的小型 FES 应用设备进行维护和校准。这种价格高昂的大型设备, 一方面, 需要高性能微机作为主机, 进行数据分析; 另一方面, 需要复杂的高性能微型单片机应用系统, 如基于嵌入式系统或 DSP 系统进行终端设计, 以控制脉冲发放和高速采集并处理数据。并且需要一条高速度, 高可靠性的通信信道进行数据交换。

　　2 硬件电路设计

　　体外神经刺激仪的原理框图如图1 所示, 主要由MCU、键盘模块、显示模块、电源模块、电极以及AD/DA 转换通道组成。

　　MCU 为控制中心, 它控制液晶显示模块, DA, AD。键盘中含有的仪器开关键, 可以控制电源。 本设计中MCU 选用AT89C52, 主要考虑到它内含用8KB flash ROM,并且含有三个定时中断, 这些特有的资源对该系统的设计非常有利。因为系统需要占用定时器0 去确定信号输出的频率, 定时器1 去确定信号输出的脉宽, 还需要定时器2 来决定阻抗鸣声的频率。

　　键盘电路主要实现各种模式选择和参数的设定, 采用常见的扫描码键盘实现。在CPU 与键盘接口模块中, 通过扩展外部中断0 接入CPU, 这样更加增强了键盘信息的响应度。电源电路向系统提供可靠的、高稳定的电源。本设计中电极和AD/DA转换通道是硬件设计的关键。系统的 DA 器件采用的是 12 位的TLV5619 器件。该器件最大的特点是转换速度快, 且几乎没有时延。电路图如图2 所示。