用可编程计数器8253实现生理实验中电刺激功能

　与传统的电生理实验刺激仪器相比,用计算机的数字化控制功能来产生生理实验中所需要的各种电刺激波形,具有操作方便、控制精确、稳定、无机械触点等无可比拟的优越性,也是对大专院校实验室仪器实现计算机程控化改造的发展方向。本文主要介绍用可编程计数器8253集成芯片实现计算机控制和产生生理实验中所需的单脉冲刺激、双脉冲刺激和串脉冲刺激等各种可调节刺激波形的原理、方法和具体实现过程。该方法已在我们研制的RS2001生理信号处理系统中实际使用,效果良好。

1　RS2001生理信号处理系统简介

根据高等院校生理学、药理学等课程实验教学和科研工作的需要,我们采用计算机程控技术研制了RS2001生理信号处理系统。该系统采用先进的USB数据传输接口,对多种生物信号进行实时采集和数据处理,能满足该学科生理学试验大纲中列出的实验要求。全部功能操作只需在windows平台上用鼠标点击即可实现。系统结构框架如图1所示。

　　PC机部分有两个软件模块组成:

(1)触发采样模块:程序名CHUFA.EXE,主要用于骨骼肌单收缩分析、神经干动作电位的测定、神经冲动传导速度的测定、坐骨神经不应期的测定等实验课程。能对所记录的生物信号进行测量分析,保存和打印。

(2)连续采样模块:程序名LIANXU.EXE,主要用于骨骼肌收缩的总和与强直收缩、蛙类心搏过程的描记、人体心电图的描记、家兔呼吸运动的调节等实验课程。能对所记录的生物信号进行测量分析,保存和打印。硬件部分有80C320CPU和9603芯片组成与PC机通讯的USB接口。PC机通过该USB接口对硬件系统中4个通道的交直流放大器、A/D采样、电刺激波形等功能进行设置和控制。

(1)四路程控交直流模拟信号放大器:具有缓冲放大和直流补偿功能,配有压力和张力换能器输入接口,能适合多种生物信号。放大倍数10~5000程控可调。滤波有10,50,100,200,1 k,10 k,100 k(Hz)可程控选择。时间常数有直流,2,0.3,0.1,0.05,0.01,0.001S可程控选择。

(2) A/D采样:字长12位,传换电压0~5 V,最快转换时间10 us。

(3)两路直流刺激信号输出:输出电压0~30 V和输出波形都能程控可调。

(4)两路脉冲检测:用于检测外触发信号和记滴信号。

2　生理实验中要求产生的刺激波形

在生理实验中,经常需要对神经和肌肉等兴奋性组织实施电刺激,常用的电刺激方波波形有如下4种:

(1)单端输出单脉冲刺激。(如波形图2a所示。)要求从to开始到脉冲输出t1的延迟时间和脉冲持续时间(t1~t2)可分别预设置。例:神经干动作电位的测定和神经冲动传导速度的测定等生理实验中,就需要这种刺激方式。