基于單片機(jī)的電療儀設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、廣東科學(xué)技術(shù)職業(yè)學(xué)院 機(jī)械與電子工程學(xué)院設(shè)計(jì)題目：基于單片機(jī)的電療儀設(shè)計(jì) 目 錄 TOC o 1-4 h z u HYPERLINK l _Toc265574232 一、引言 PAGEREF _Toc265574232 h 3 HYPERLINK l _Toc265574233 二、設(shè)計(jì)目的 PAGEREF _Toc265574233 h 4 HYPERLINK l _Toc265574234 三、設(shè)計(jì)要求 PAGEREF _Toc265574234 h 4 HYPERLINK l _Toc265574234 四、電療儀的作用5 HYPERLINK l _Toc265574235 五、總體設(shè)計(jì)

2、6 HYPERLINK l _Toc265574236 5.1 硬件部分6 HYPERLINK l _Toc265574237 5.1.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)總框圖6 HYPERLINK l _Toc265574237 5.1.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)總構(gòu)圖6 HYPERLINK l _Toc265574237 5.1.3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)控制部分框圖7 HYPERLINK l _Toc265574237 5.1.4 系統(tǒng)設(shè)計(jì)負(fù)載隔離及變壓器部分框圖8 HYPERLINK l _Toc265574238 5.1.5 電路組成及工作原理8 HYPERLINK l _Toc265574239 5.1.6 單片機(jī)AT89C519

3、 HYPERLINK l _Toc265574240 5.1.6.1AT89C51簡介9 HYPERLINK l _Toc265574241 5.1.6.2 AT89C51的主要性能參數(shù)10 HYPERLINK l _Toc265574242 5.1.7 變壓器變壓部分11 HYPERLINK l _Toc265574243 5.1.8 光耦合器件12 HYPERLINK l _Toc265574243 5.1.9 IRF840器件13 HYPERLINK l _Toc265574244 5.2 軟件部分 PAGEREF _Toc265574244 h 13 HYPERLINK l _Toc2

4、65574245 4.2.1 程序流程圖 PAGEREF _Toc265574245 h 13 HYPERLINK l _Toc265574250 4.2.2 程序清單 PAGEREF _Toc265574250 h 14 HYPERLINK l _Toc265574251 5.3 調(diào)試部分16 HYPERLINK l _Toc265574252 5.3.1 硬件調(diào)試16 HYPERLINK l _Toc265574253 5.3.2 軟件調(diào)試16 HYPERLINK l _Toc265574254 5.3.3 輸出檢測16 HYPERLINK l _Toc265574255 六、總結(jié) PAG

5、EREF _Toc265574255 h 17一、引言單片機(jī)自20世紀(jì)70年代問世以來，以其極高的性能價(jià)格比，受到人們的重視和關(guān)注，應(yīng)用很廣、發(fā)展很快。單片機(jī)體積小、重量輕、抗干擾能力強(qiáng)、環(huán)境要求不高、價(jià)格低廉、可靠性高、靈活性好、開發(fā)較為容易。由于具有上述優(yōu)點(diǎn)，在我國，單片機(jī)已廣泛地應(yīng)用在工業(yè)自動化控制、自動檢測、智能儀器儀表、家用電器、電力電子、機(jī)電一體化設(shè)備等各個方面，而51單片機(jī)是各單片機(jī)中最為典型和最有代表性的一種。這次設(shè)計(jì)通過對它的學(xué)習(xí)、應(yīng)用，以AT89S51芯片為核心，輔以必要的電路，設(shè)計(jì)了一個簡單的單片機(jī)電療儀，它由直流電源供電，通過揚(yáng)聲器發(fā)出聲音，使人體得到治療的效果。電療儀

6、是現(xiàn)代社會應(yīng)用廣泛的醫(yī)療設(shè)備，在社會上，醫(yī)院中及至我們每個人的日常生活中都發(fā)揮著重要的作用。本系統(tǒng)是基于AT89C51單片機(jī)設(shè)計(jì)的電療儀。它主要由控制部分和負(fù)載隔離及變壓器部分組成，把一定頻率的波形通過單片機(jī)變成頻率不斷變化的電路，這樣把輸出信號加到人體頸椎的各個空位上，通過頻率的變化來刺激人體各個穴位反應(yīng)，達(dá)到治療和按摩的目的。該系統(tǒng)同時(shí)具有硬件設(shè)計(jì)簡單、工作穩(wěn)定性高、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。本文以對單片機(jī)的學(xué)習(xí)和認(rèn)識，并通過本次課程設(shè)計(jì)加以應(yīng)用，從而達(dá)到一個對所學(xué)知識的鞏固、更深一步的理解，面對一個電子設(shè)計(jì)，應(yīng)對出系統(tǒng)的方案，分析出各個板塊來，再對各個板塊進(jìn)一步的具體的設(shè)計(jì)，先進(jìn)行硬件電路設(shè)計(jì)，此

7、時(shí)一定要考慮好要用什么元件、各個元件的具體參數(shù)、是否能實(shí)現(xiàn)應(yīng)有功能，從而得到一個完整的硬件電路。在根據(jù)該電路設(shè)計(jì)出軟件的功能模塊、從而完成程序流程圖，在根據(jù)流程圖完成程序的設(shè)計(jì)，并通過反復(fù)的調(diào)試、運(yùn)行、更正，直至完成既定功能為止，最后將軟件、硬件結(jié)合進(jìn)行調(diào)試、運(yùn)行，對其功能進(jìn)行最終測試，并反復(fù)思考其測試中遇到相應(yīng)問題的原因，并將其一一處理，從而完成本次設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)要求，以及本次課程設(shè)計(jì)的最終目的。二、設(shè)計(jì)目的1.掌握變壓器的工作原理與使用方法;2掌握利用AT89C51設(shè)計(jì)電療電路的方法;3了解電療儀的工作原理。三、設(shè)計(jì)要求在課程設(shè)計(jì)中，學(xué)生是主體，應(yīng)充分發(fā)揮他們的主動性和創(chuàng)造性。教師的主導(dǎo)作用是

8、引導(dǎo)其掌握完成設(shè)計(jì)內(nèi)容的方法。為保證順利完成設(shè)計(jì)任務(wù)還應(yīng)做到以下幾點(diǎn)：1、在接受設(shè)計(jì)任務(wù)后，應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求和應(yīng)完成的設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)度計(jì)劃，確定各階段應(yīng)完成的工作量，妥善安排時(shí)間。2、在方案確定過程中應(yīng)主動提出問題，以取得指導(dǎo)老師的幫助，同時(shí)要廣泛討論，依據(jù)充分。在具體設(shè)計(jì)過程中要多思考，尤其是主要參數(shù)，要經(jīng)過計(jì)算論證。3、說明書要求文字通順、簡練，字跡端正、整潔。4、應(yīng)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成所有的設(shè)計(jì)任務(wù)。5、如果條件允許，應(yīng)對自己的設(shè)計(jì)線路進(jìn)行實(shí)驗(yàn)討論，考慮進(jìn)一步改進(jìn)的可能性。 電療儀的作用鎮(zhèn)痛作用低.中頻電療儀的即時(shí)鎮(zhèn)痛作用可利用以下幾種理論解釋.。（1）掩蓋效應(yīng)一定頻率的中頻電流可以引起舒適的震

9、顫感和肌肉顫動，使主要傳導(dǎo)解壓覺的粗纖興奮，掩蓋了細(xì)纖維和C纖維傳導(dǎo)的痛覺，達(dá)到止痛的目的，這就是所謂的掩蓋效應(yīng)。中頻電流引起的震顫是產(chǎn)生掩蓋效應(yīng)的一種適宜刺激。 （2）產(chǎn)生鎮(zhèn)痛物質(zhì)理論 研究證明，人體受到電刺激后神經(jīng)系統(tǒng)可以釋放一些具有鎮(zhèn)痛效應(yīng)的物質(zhì)，使其在神經(jīng)組織內(nèi)。腦脊液中甚至血漿中的含量增高，從而達(dá)到止痛的目的。 （3）閘門控制理論 中頻電流能引起明顯的震顫感和肌肉顫動，易使粗纖維興奮，使SG細(xì)胞興奮，關(guān)閉閘門，抑制T細(xì)胞的活動，從而減少或阻礙疼痛沖動向中樞的傳遞，而達(dá)到鎮(zhèn)痛的目的。2. 凈化身體由于血液循環(huán)的加快，使體內(nèi)的新陳代謝加快，加速了體內(nèi)廢棄物質(zhì)的排除，當(dāng)人體進(jìn)行電刺激時(shí)，就

10、會排出有異味的病氣就是最好的說明。3、疏通經(jīng)絡(luò)經(jīng)絡(luò)電療法是利用電流在人體內(nèi)流動來激發(fā)經(jīng)氣，疏通經(jīng)絡(luò)。經(jīng)絡(luò)通過的電流大，對經(jīng)絡(luò)疏通作用也大。人體經(jīng)絡(luò)暢通，則血脈和利，血脈和利則苛疾不起，精神乃居，達(dá)到祛病健身的目的。4、促進(jìn)血液循環(huán)生物電滲透到人體以后，使皮膚的小動脈血管擴(kuò)張，血液循環(huán)改善，細(xì)胞膜通透性提高，物質(zhì)代謝加快，組織營養(yǎng)改善，提高細(xì)胞的活力。生物電可引起肌肉收縮，肌肉的收縮和舒張形成泵的作用，從而促進(jìn)血液和淋巴液的回流。五.總系統(tǒng)設(shè)計(jì)5.1硬件部分5.1.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)總框圖AT89C51單片機(jī)AT89C51單片機(jī)C語言C語言產(chǎn)生頻率 圖5-1設(shè)計(jì)總框圖5.1.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)總構(gòu)圖5.1.3控

11、制部分：5.1.4負(fù)載隔離及變壓器部分：此次課程設(shè)計(jì)的電療儀由單片機(jī)AT89C51、負(fù)載隔離及變壓器電路組成。運(yùn)用C語言來控制單片機(jī)AT89C51來實(shí)現(xiàn)不同頻率的輸出，并在此基礎(chǔ)上綜合運(yùn)用，設(shè)計(jì)中的AT89C51單片機(jī)是工作過程的核心，是整個設(shè)計(jì)靈魂，他控制了脈沖時(shí)序的產(chǎn)生，信號的發(fā)送，控制顯示LED的選擇。同時(shí)也考慮到AT89C51單片機(jī)來制作電療儀其最大的好處就是可以結(jié)構(gòu)簡單，體積小，容易攜帶.5.1.5 電路組成及工作原理本文電療儀設(shè)計(jì)原理主要利用AT89C51單片機(jī),由單片機(jī)的P1口產(chǎn)生高低交換的電平，促使揚(yáng)聲器發(fā)出聲音。在設(shè)計(jì)中引入兩個電源電路，一個是外部電源系統(tǒng)產(chǎn)生+12V電壓，用

12、于給負(fù)載隔離及變壓器部分提供工作電壓，這是為揚(yáng)聲器提供的電壓。另一個給內(nèi)部系統(tǒng)提供+5V的電壓，這是因?yàn)镃PU正常工作的時(shí)候必需用到的電壓，這個時(shí)候我們可以利用我們學(xué)過的模電的知識把較高的電壓變成單片機(jī)所需低壓。 現(xiàn)在以控制部分進(jìn)行分析，12V變成5V,首先進(jìn)行電壓的濾波，這時(shí)可以用到電容的特性進(jìn)行濾波，其次用到穩(wěn)壓管7805把12V變成5V，再進(jìn)行濾波一次，使一些不必要的成分濾掉，最后給單片機(jī)通電，這個時(shí)候一上電就有一個指示燈D3亮，沒有通電才熄滅。另一個指示燈不停的閃爍，直到揚(yáng)聲器走動才不會閃動，這個時(shí)候閃動由CPU控制，一直保持亮，直到斷電。為什么會一起亮？這是因?yàn)槲疫\(yùn)用一個三極管。CP

13、U等到閃爍燈不閃爍時(shí)就開始工作，發(fā)出脈沖。 負(fù)載隔離及變壓器部分分析，從CPU出來的信號首先我們知道可能有一些干擾信號，再加上我們的分析，電源的信號也可能有干擾，這時(shí)我們可以用到光電耦合器件進(jìn)行抗干擾，現(xiàn)時(shí)我們用到了兩個不同的電壓，一個電壓是為光電耦合器的紅外線發(fā)光二極管LED進(jìn)行供電，一個是為光電耦合器的光敏半導(dǎo)體管進(jìn)行供電，當(dāng)輸入端加電信號時(shí)發(fā)光器發(fā)出光線，受光器接受光線之后就產(chǎn)生光電流，從輸出端流出，從而實(shí)現(xiàn)了“電光電”轉(zhuǎn)換。兩個不同的電源，主要以消除模擬電路對單片機(jī)的干擾。信號出來后，因?yàn)殡娏鞣浅Ｖ?，這時(shí)我們采用了另一個器件IRF840進(jìn)行電流的驅(qū)動，實(shí)現(xiàn)電流的放大作用，后面用到了逆

14、變壓器，進(jìn)行電壓降低作用.。整個系統(tǒng)的工作時(shí)，CPU發(fā)出脈沖信號，經(jīng)過一段時(shí)間的處理，得到我們所需的信號。電路后面有個滑動變阻器，可以調(diào)節(jié)信號的大小。從而達(dá)到所理想的效果。5.1.6 單片機(jī)AT89C515.1.6.1 AT89C51簡介單片機(jī)是一種集成電路芯片，采用超大規(guī)模技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力(如算術(shù)運(yùn)算，邏輯運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送、中斷處理)的微處理器(CPU)，隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器(RAM)，只讀程序存儲器(ROM)，輸入輸出電路(I/O口)，可能還包括定時(shí)計(jì)數(shù)器，串行通信口(SCI)，顯示驅(qū)動電路(LCD或LED驅(qū)動電路)，脈寬調(diào)制電路(PWM)，模擬多路轉(zhuǎn)換器及A/D轉(zhuǎn)換器等電路集成到一塊單

15、塊芯片上，構(gòu)成一個最小然而完善的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。這些電路能在軟件的控制下準(zhǔn)確、迅速、高效地完成程序設(shè)計(jì)者事先規(guī)定的任務(wù)。本文采用的單片機(jī)為AT89C51，AT89C51是一種低功耗、高性能的片內(nèi)含有4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)。它的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除100次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT

16、89C51是一種高效微控制器，AT89C2051是它的一種精簡版本。AT89C單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。本數(shù)字時(shí)鐘設(shè)計(jì)原理主要利用AT89C51單片機(jī)，由單片機(jī)的P1口控制數(shù)碼管的位顯示，P2口控制數(shù)碼管的段顯示，P07口控制時(shí)鐘與秒表的選擇轉(zhuǎn)換，P01控制秒表的復(fù)位，P00控制秒表的開始與停止。5.1.6.2 AT89C51的主要性能參數(shù)與MCS-51產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容，4k 字節(jié)可重擦寫FLASH閃速存儲器。1000次擦寫周期。全靜態(tài)操作：0Hz24MHz。三級加密程序存儲器，1288字節(jié)內(nèi)部RAM32個可編程I/O口線，2個16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器6個中斷源，

17、可編程串行URAR通道，低功耗空閑和掉電模式。AT89C51提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：4k 字節(jié)FLASH閃速存儲器，128字節(jié)內(nèi)部RAM，32個I/O口線，2個16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，一個5向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。同時(shí)，AT89C51降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式體制CPU的工作，但允許RAM，定時(shí)/計(jì)數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的內(nèi)容，但振蕩器體制工作并禁止其他所有不見工作直到下一個硬件復(fù)位。下圖為單片機(jī)AT89C51各管腳圖：圖4-2 單片機(jī)AT89C51管腳圖5.1.7 變壓器變壓部分穩(wěn)壓的過程：變

18、壓，整流，濾波，穩(wěn)壓，濾波，直流負(fù)載。 在電路中我們沒有交流電源，就省去了變壓，整流直接進(jìn)入濾波部分，在這里用到了7805穩(wěn)壓器，實(shí)際就是把12V變5V， 當(dāng)集成穩(wěn)壓器的輸出電壓低于穩(wěn)壓電源要求的輸出電壓時(shí)，可采用輔助的外圍電路來提高輸出電壓： Uo=Uxx+Uz式中Uxx是集成穩(wěn)壓器的輸出電壓，Uz是穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓。5.1.光電偶合器件（簡稱光耦）是把發(fā)光器件（如發(fā)光二極體）和光敏器件（如光敏三極管）組裝在一起，通過光線實(shí)現(xiàn)耦合構(gòu)成電光和光電的轉(zhuǎn)換器件。光電耦合器分為很多種類，圖1所示為常用的三極管型光電耦合器原理圖。 當(dāng)電信號送入光電耦合器的輸入端時(shí)，發(fā)光二極體通過電流而發(fā)光，光敏元件受

19、到光照后產(chǎn)生電流，CE導(dǎo)通；當(dāng)輸入端無信號，發(fā)光二極體不亮，光敏三極管截止，CE不通。對于數(shù)位量，當(dāng)輸入為低電平“0”時(shí)，光敏三極管截止，輸出為高電平“1”；當(dāng)輸入為高電平“1”時(shí)，光敏三極管飽和導(dǎo)通，輸出為低電平“ 0”。若基極有引出線則可滿足溫度補(bǔ)償、檢測調(diào)制要求。這種光耦合器性能較好，價(jià)格便宜，因而應(yīng)用廣泛。 光電耦合器之所以在傳輸信號的同時(shí)能有效地抑制尖脈沖和各種雜訊干擾，使通道上的信號雜訊比大為提高，主要有以下幾方面的原因： （1）光電耦合器的輸入阻抗很小，只有幾百歐姆，而干擾源的阻抗較大，通常為105106。據(jù)分壓原理可知，即使干擾電壓的幅度較大，但饋送到光電耦合器輸入端的雜訊電壓

20、會很小，只能形成很微弱的電流，由于沒有足夠的能量而不能使二極體發(fā)光，從而被抑制掉了。 （2）光電耦合器的輸入回路與輸出回路之間沒有電氣聯(lián)系，也沒有共地；之間的分布電容極小，而絕緣電阻又很大，因此回路一邊的各種干擾雜訊都很難通過光電耦合器饋送到另一邊去，避免了共阻抗耦合的干擾信號的產(chǎn)生。 （3）光電耦合器可起到很好的安全保障作用，即使當(dāng)外部設(shè)備出現(xiàn)故障，甚至輸入信號線短接時(shí)，也不會損壞儀表。因?yàn)楣怦詈掀骷妮斎牖芈泛洼敵龌芈分g可以承受幾千伏的高壓。 （4）光電耦合器的回應(yīng)速度極快，其回應(yīng)延遲時(shí)間只有10s左右，適于對回應(yīng)速度要求很高的場合。 5.1.9-IRF840 MOSFET電力場效應(yīng)晶體

21、管在導(dǎo)通時(shí)只有一種極性的載流子(多數(shù)載流子)參與導(dǎo)電，是單極型晶體管。電力場效應(yīng)晶體管是用柵極電壓來控制漏極電流的，因此它的一個顯著特點(diǎn)是驅(qū)動電路簡單，驅(qū)動功率小。其第二個顯著特點(diǎn)是開關(guān)速度快，工作頻率高，電力MOSFET的工作頻率在下降時(shí)間主要由輸入回路時(shí)間常數(shù)決定。6.2軟件部分6.2.1程序流程圖開始開始主函數(shù)端口初始化調(diào)用LED閃爍函數(shù)按鍵按下？調(diào)用運(yùn)行程序返回停止YX程序流程圖6.2.2程序清單：#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit led=P10;sbit out=P27;sbit key=

22、P32;uint i,j;void delay(uchar x) uchar i; while(x-) for(i=125;i0;i-);void start() uchar z; for(z=1;z10;z+) led=led; delay(1000); void run() out=1; delay(i); i=i+2; out=0; delay(j); j=j-2;void main() i=50000; j=60000; start(); while(1) if(key=0) delay(100); if(key=0) break; run(); if(i=65534)|(j=20000) while(key); 5.3 調(diào)試部分5.3.1 硬件調(diào)試主要檢查了電路板有無短路、連線是否正常，尤其是單片機(jī)的各使能端的接線，I/O接口連線是否有誤。由于我們用到兩種電壓使用一種電路，接線時(shí)經(jīng)常容易造成電路短路。這是硬件設(shè)計(jì)不足之處，今后將注意元件的選配