電刺激治療儀系統(tǒng)設(shè)計目錄TOC\o"1-3"\h\u10084電刺激治療儀系統(tǒng)設(shè)計 119132摘要 23770第一章緒論 2226281 緒論 270181.1醫(yī)用電療法概述 298951.2國內(nèi)外歷史及研究現(xiàn)狀 5246591.3論文的內(nèi)容及框架 56391第二章電療儀結(jié)構(gòu)和原理 6187522.1電療儀結(jié)構(gòu) 6184862.2電療儀原理 6143第三章項目的系統(tǒng)設(shè)計 7188813.1前言 786133.2基于PSOC5的硬件系統(tǒng)設(shè)計 884453.2.1系統(tǒng)內(nèi)部電路 8270353.2.2系統(tǒng)內(nèi)部電路各模塊的驅(qū)動方式 9268132.2.3系統(tǒng)外部電路 1243113.3軟件系統(tǒng)設(shè)計 1542113.3.2下位機的軟件算法實現(xiàn) 1764703.3.2上位機的設(shè)計 1843.4本章小結(jié) 2216279第四章實驗校準(zhǔn)與驗證 23325584.1實驗室純電阻測量的實驗步驟及結(jié)果分析 23308254.1.1實驗裝置 2330484.1.2實驗步驟 2377554.1.3實驗結(jié)果及分析 23248804.4本章小結(jié) 2518502本章通過三個實驗測量了該系統(tǒng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性，同時也對系統(tǒng)的具體參數(shù)進行了較為準(zhǔn)確的測量。我們可以從實驗中看出，該裝置的穩(wěn)定性和精確度還是很高的，波形失真度<0.5%，達到了預(yù)想的目標(biāo)[]。 2527113第五章總結(jié)與展望 2535225.1項目的主要內(nèi)容和總結(jié) 2580965.2項目的展望 26摘要隨著現(xiàn)代科技的進步創(chuàng)新與技術(shù)的進步，生物醫(yī)學(xué)工程(biomedical-engineering)逐漸走進了人們的視野。它與現(xiàn)代醫(yī)療工程和生物技術(shù)都有著極其密切的聯(lián)系,并且已經(jīng)發(fā)展得很快,成為了全球范圍內(nèi)各個國家相互競爭的主流領(lǐng)域之一。醫(yī)用電子檢測儀器是實現(xiàn)對人類身體內(nèi)部生理信號的采集、分析、處理等功能的主要裝置。本研究課題緊扣中國臨床醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的熱點,提出、研究并設(shè)計了一款中頻式電刺激治療儀。中頻式電療儀,全稱為微電腦中頻式電療儀,用來治療神經(jīng)衰弱,腸易激綜合癥,肩周炎等。中頻電刺激治療儀是通過中頻段電磁波(1000-100,000hz)來實現(xiàn)醫(yī)療衛(wèi)生。中低頻電磁波由于其頻率相對較低,電流不容易通過電極與皮膚之間的空氣間隙,通過皮膚實現(xiàn)治療。電療儀的核心原理是熱效應(yīng)。利用物理因子，通過人體的各個穴位進行治療。電療儀具有可調(diào)節(jié)的脈沖電壓，能夠穿透組織，對人體深、淺的各個部位對病灶進行治療。其具有多重療效，可以調(diào)節(jié)神經(jīng)的興奮性和抑制性，活化病灶周邊的組織細胞。增強局部血液循環(huán)和新陳代謝能力。提高免疫力，調(diào)節(jié)內(nèi)分泌。針對病灶周圍組織的具有修復(fù)和治療功效。因此，電療儀在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域治療各種疾病具有不可或缺的作用。主題詞/關(guān)鍵詞：醫(yī)用電子儀器電刺激治療儀中頻電磁波熱效應(yīng)第一章緒論1 緒論1.1醫(yī)用電療法概述隨著我國的經(jīng)濟不斷發(fā)展，社會不斷進步，人口老齡化進程加快（我國六十五歲及六十五歲以上的老年人約有1.8億,大約占中國總?cè)丝跀?shù)的13%[[]高林.預(yù)計“十四五”中國老年人口將超3億[J].老同志之友，2021(08):14]），例如失眠，高血壓（2020年我國高血壓患病率高達33%）各種疾病也不斷困擾著老年人，高血壓，頸椎病等疾病已然成為威脅人類健康的一大殺手。但是，對于諸多疾病當(dāng)下主流的治療方案是進行藥物治療，產(chǎn)生的副作用極大，而且價格是一般老百姓接受不了的檔次[[]李曉寧，吳磊，遲蕾.腹針“引氣歸元”組穴配合藥物治療中風(fēng)后抑郁療效觀察[J]針灸臨床雜志，2016，32(03)：9-12]，治療效果并不是很理想。近些年來，智能電子醫(yī)療設(shè)備被廣泛地應(yīng)用于康復(fù)治療領(lǐng)域，并取得了令人矚目的成效[[]陳小宇，謝小文.一種新型電脈沖治療儀的設(shè)計與實現(xiàn)[J].電子測量技術(shù)，2018，41(18)：15-21]。在人們消費能力逐步提高和醫(yī)療保健意識逐漸增強的大背景之下，醫(yī)用電子儀器逐漸進入了人們的視線中，電療儀因其具有較好治療效果和廣譜治療等特點得到了大眾的廣泛使用。俗話說得好：“通則不痛”，這正是筆者設(shè)計這一產(chǎn)品的初衷[[]姜北生，張亮.聲、光、電針灸儀的設(shè)計[J].醫(yī)療設(shè)備信息，2005(05)：10-11]。人們對于醫(yī)療保健的認(rèn)知不僅僅局限于病后的康復(fù)治療，而是轉(zhuǎn)而注重起對于各類疾病的預(yù)防。在此時期，生物電脈沖作為一種新型輔助應(yīng)運而生[]高林.預(yù)計“十四五”中國老年人口將超3億[J].老同志之友，2021(08):14[]李曉寧，吳磊，遲蕾.腹針“引氣歸元”組穴配合藥物治療中風(fēng)后抑郁療效觀察[J]針灸臨床雜志，2016，32(03)：9-12[]陳小宇，謝小文.一種新型電脈沖治療儀的設(shè)計與實現(xiàn)[J].電子測量技術(shù)，2018，41(18)：15-21[]姜北生，張亮.聲、光、電針灸儀的設(shè)計[J].醫(yī)療設(shè)備信息，2005(05)：10-11[]許德成.生物電脈沖治療儀的設(shè)計與實現(xiàn)[J].吉林大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2014電療又名無針針灸，主要利用各電磁波頻段進行醫(yī)療保健。低頻電療法（Lowfrequencyelectrotherapy），即使用頻率低于1000Hz的微電流治療病癥的方法。其特點有低壓、低頻，無明顯的電解作用；對感覺和運動神經(jīng)有較強的刺激作用；促進血液循環(huán)；有止痛，但無發(fā)熱的作用。中頻電療法（Middlefrequencyelectrotherapy），即使用頻率為1000～100,000Hz的微電流治療病癥的方法。其特性有無電解作用；降低組織阻，增加脈沖電流效果深度；使肌肉發(fā)生強烈收縮而不引起疼痛。調(diào)制中頻電療法（Modulatedmiddlefrequencyelectrotherapy）是六十年代新興并在臨床上廣泛使用的一種較新穎的\t"/item/%E8%B0%83%E5%88%B6%E4%B8%AD%E9%A2%91%E7%94%B5%E7%96%97%E6%B3%95/_blank"電療法。其頻率為2000-5000Hz，調(diào)制頻率10～150Hz，\t"/item/%E8%B0%83%E5%88%B6%E4%B8%AD%E9%A2%91%E7%94%B5%E7%96%97%E6%B3%95/_blank"調(diào)制深度0～100%[[]塔吉古麗·吾舒爾，劉暉.肺部物理治療在間質(zhì)性肺病治療中的應(yīng)用前景探討[J].世界最新醫(yī)學(xué)信息文摘，2019，19(08)：137-138+140]。這種電流兼有低、中頻電流的特點，且由于其波形、波幅、頻率、調(diào)幅度的不斷變化，相較于以上兩種傳統(tǒng)的電療法，人體不易適應(yīng)，治療效果更好，適應(yīng)癥更廣，治療過程中無明顯痛苦，所針對的疾病范圍很廣，尤其對肌肉、神經(jīng)等疾病治療效果顯著[[]鮑捷.體控電療儀的設(shè)計與應(yīng)用探究[J].電子制作,2014,(01):38]。[]塔吉古麗·吾舒爾，劉暉.肺部物理治療在間質(zhì)性肺病治療中的應(yīng)用前景探討[J].世界最新醫(yī)學(xué)信息文摘，2019，19(08)：137-138+140[]鮑捷.體控電療儀的設(shè)計與應(yīng)用探究[J].電子制作,2014,(01):38醫(yī)用調(diào)制中頻電療法常用的調(diào)制波形有正弦波、指數(shù)波、方波、三角波、鋸齒波和梯形波，不同波形對應(yīng)傳統(tǒng)的治療方法，其具備不同的治療效果,而本產(chǎn)品是使用的是方波。圖1.1六種調(diào)制波示意圖Fig.1.1Schematicdiagramofsixkindsofmodulationwave表1.1不同波形的適應(yīng)癥Tab.1.1Indicationofdifferentwaveforms調(diào)制中頻電療法作用機制（1）鎮(zhèn)痛。（2）改善局部組織血液循環(huán)和淋巴回流。可使皮膚溫度上升，\o"小動脈"小動脈和\o"毛細血管擴張"毛細血管擴張，開放的\o"毛細血管"毛細血管數(shù)目增多等。（3）促進炎癥吸收。（4）提高肌力（平滑肌，骨骼肌等），調(diào)制中頻脈沖與低頻脈沖的作用相近。其使骨骼肌收縮，因此應(yīng)用于鍛煉骨骼肌，效果優(yōu)于低頻電流：a)對皮膚感覺\o"神經(jīng)末梢"神經(jīng)末梢的刺激小。又無電解作用，較有利于長期治療。b)人體對中頻電流耐受度高，電流進入深度高。特別對深部病變效果好。（5）消散硬結(jié)。（6）軟化瘢痕，松解粘連。等幅中頻電流（音頻電）有這兩種較好的治療效果，且臨床上廣泛應(yīng)用，但作用機制尚研究不夠。（7）調(diào)節(jié)自主神經(jīng)。臨床上利用電物理因子（調(diào)制中頻）治療的方法即理療，又稱康復(fù)治療。無論是在國外還是國內(nèi)一些較為發(fā)達的地區(qū)，物理治療憑其療效好，無副作用的優(yōu)點，深受治療對象的的歡迎，成為臨床病人的首選[[]李琦，曾炳芳，王金武.便攜式神經(jīng)肌電刺激儀治療周圍神經(jīng)損傷—合適電參數(shù)的選擇[J].中國中醫(yī)骨傷科雜志，2019，17(07)：9-10][]李琦，曾炳芳，王金武.便攜式神經(jīng)肌電刺激儀治療周圍神經(jīng)損傷—合適電參數(shù)的選擇[J].中國中醫(yī)骨傷科雜志，2019，17(07)：9-101.2國內(nèi)外歷史及研究現(xiàn)狀電療法的使用可以追溯到西元前400年的古希臘時期，將電鰻用于頭部治療頭痛，腳部治療關(guān)節(jié)炎。十七世紀(jì)左右記載用靜電來治療麻痹。十八世紀(jì)左右誕生了直流電療法。十九世紀(jì)初誕生了感應(yīng)電療法、直流-感應(yīng)電診療（即古典式電診斷）、直流電藥物導(dǎo)入法。20世紀(jì)70年代中期神經(jīng)肌肉電刺激NMES的研究以及臨床應(yīng)用逐漸發(fā)展起來，國內(nèi)研究人員以及國外的康復(fù)師們發(fā)現(xiàn)，電刺激可以幫助開刀過后的病人術(shù)后維持甚至增加關(guān)節(jié)活動度，增加肌肉力量、耐力，降低肌肉痙攣，而且可以降低肌肉萎縮的風(fēng)險。隨著二十世紀(jì)七十年代后期的電生理學(xué)發(fā)展，研究人員發(fā)現(xiàn)疼痛與神經(jīng)傳導(dǎo)的關(guān)系，并且研究止痛與電刺激的各種模式、頻率、強度等。1978年臺灣的物理治療師團隊第一次把具備止痛功能的電刺激儀器TENS從美國引進臺灣。進入21世紀(jì)，以海威格調(diào)制中頻為代表的中頻電療時代進入了新的發(fā)展局面。國內(nèi)市場上，由于美、日、德等發(fā)達國家起步較早，占據(jù)了大部分的市場。據(jù)現(xiàn)有資料的不完全統(tǒng)計,國內(nèi)的各類電脈沖治療儀器多達上千種[[]沙憲政，霍紀(jì)文.新一代低頻電治療儀的研制[J].醫(yī)療設(shè)備信息，2003(02)：7-9][]沙憲政，霍紀(jì)文.新一代低頻電治療儀的研制[J].醫(yī)療設(shè)備信息，2003(02)：7-91.3論文的內(nèi)容及框架（1）第一章為緒論（2）第二章為項目的系統(tǒng)設(shè)計（3）第三章為實驗驗證（4）第四章為總結(jié)與展望電療儀結(jié)構(gòu)和原理2.1電療儀結(jié)構(gòu)電療儀的組成主要包括CYPRESS系列單片機系列單片機最小系統(tǒng),觸摸屏等。這種類型的電刺激治療儀的電路結(jié)構(gòu)設(shè)計相對簡單，用按鍵+液晶實時顯示的人機交互方式[[]裴躍生.基于FPGA的便攜式低頻脈沖治療儀的研制[D].重慶大學(xué)，2005：1]，調(diào)節(jié)參數(shù)部分的頻率和強度均可調(diào)可控，在生產(chǎn)和研究領(lǐng)域具有重要的研究價值[[]楊俊.基于NE555方波脈沖發(fā)生器的設(shè)計和應(yīng)用[J].電子技術(shù)與軟件工程，2017(04)：104[]裴躍生.基于FPGA的便攜式低頻脈沖治療儀的研制[D].重慶大學(xué)，2005：1[]楊俊.基于NE555方波脈沖發(fā)生器的設(shè)計和應(yīng)用[J].電子技術(shù)與軟件工程，2017(04)：1042.2電療儀原理人體具有一定的導(dǎo)電性,相當(dāng)于是一個極為復(fù)雜的導(dǎo)體。電療儀所涉及到的低頻電脈沖療法在醫(yī)學(xué)方面的原理,人體的體液屬于電解質(zhì)溶液,相當(dāng)于是導(dǎo)體,交變電流產(chǎn)生的磁場中的磁感線是在做切割線圈的運動,從而會產(chǎn)生感應(yīng)電流[[]王松，褚文勝.一種新型智能理療儀的研制[J].信息技術(shù)與信息化.

2006,(04)]。是人體組織處于低于低頻電脈沖（1kHz）的作用下,這時人體等效于一個容性阻抗,。而此時帶有異種電荷的各類離子發(fā)生遷移,與此同時發(fā)生電泳、電解、電滲等現(xiàn)象,由此人體組織內(nèi)部的理化反應(yīng)會發(fā)生不同種的改變[[]胡鴻志.新型低頻電脈沖理療儀的研制[J].電子測量技術(shù),2011,34(07)：5-7+23]。產(chǎn)生的電流是微電流，遠小于1A，對人體無害[[]李小海.便攜式電子治療儀的研制[J].醫(yī)療裝備，2013，26(03)：9-11][]王松，褚文勝.一種新型智能理療儀的研制[J].信息技術(shù)與信息化.

2006,(04)[]胡鴻志.新型低頻電脈沖理療儀的研制[J].電子測量技術(shù),2011,34(07)：5-7+23[]李小海.便攜式電子治療儀的研制[J].醫(yī)療裝備，2013，26(03)：9-11MCU與觸摸屏對接,觸摸屏面板上輸入的治療參數(shù):輸出電流頻率、輸出電流幅值通過USB線傳輸給主控芯片，從而達到調(diào)控單片機內(nèi)部的治療頻率、幅值的目的，使治療達到理想效果[[]劉佐濂，甘華國，許森炫，等.一種基于STM32的經(jīng)皮神經(jīng)電刺激痛經(jīng)治療儀設(shè)計[J].山西電子技術(shù)，2019，(01)]。電療儀輸出的電刺激波形和強度根據(jù)使用者自身的需求和所需治療效果進行相應(yīng)調(diào)節(jié)[[]殷杰，彭昭.基于STC89C52RC單片機的電療儀設(shè)計[J].中國西部科技，2010，9(22)：34-35+42[]劉佐濂，甘華國，許森炫，等.一種基于STM32的經(jīng)皮神經(jīng)電刺激痛經(jīng)治療儀設(shè)計[J].山西電子技術(shù)，2019，(01)[]殷杰，彭昭.基于STC89C52RC單片機的電療儀設(shè)計[J].中國西部科技，2010，9(22)：34-35+42 開始工作時，微處理器通過VDAC（數(shù)模轉(zhuǎn)換器）輸出方波，方波通過運算放大器（其功能是為了提高負(fù)載能力），控制電路中三極管的工作狀態(tài)，經(jīng)變壓器輸出波形。再通過電極片接在人體的對應(yīng)穴位進行治療。治療方法是將電極片貼于對應(yīng)穴位，輸出波形，從而達到緩解各類疼痛[[]辛思源，王培，肖敏佳，等.三陰交治療原發(fā)性痛經(jīng)的國內(nèi)外研究概況[J].遼寧中醫(yī)雜志，2015，42(9)：1798-1802][]辛思源，王培，肖敏佳，等.三陰交治療原發(fā)性痛經(jīng)的國內(nèi)外研究概況[J].遼寧中醫(yī)雜志，2015，42(9)：1798-1802圖2.1電療儀結(jié)構(gòu)框圖第三章項目的系統(tǒng)設(shè)計3.1前言項目的最終目的是設(shè)計一個電刺激裝置，裝置的組成部分主要包括兩個方面：硬件設(shè)計和軟件設(shè)計。硬件設(shè)計：硬件部分由兩個部分組成。第一是下位機的硬件部分設(shè)計。下位機的硬件部分使用的為賽普拉斯公司開發(fā)的PSoC單片機板。PSoC是一顆32位的ArmCortex-M3CPU，擁有32個interrupt-driveninput、24個優(yōu)橋和一個高性能直接存儲器訪問、24位DigitalSignalProcessor、OPA和12位SARADC，有著極強的并行處理能力。相較于其他的微處理器平臺，使用賽普拉斯的PsoC芯片能夠有效減單片微型計算機的外圍電路的設(shè)計，既節(jié)約成本，也不用外界硬件，僅以CY8CKIT-059[29]芯片為核心設(shè)計的一個25mm*25mm的一個電路板，該電路設(shè)計具有功耗低，結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)控效率高等優(yōu)點[[]詹立春.基于NE555的幅頻可調(diào)發(fā)生器的設(shè)計[J].電子制作，2016(11)：74-75]。第二是上位機的硬件部分設(shè)計。上位機硬件部分是一塊DWIN串口屏。[]詹立春.基于NE555的幅頻可調(diào)發(fā)生器的設(shè)計[J].電子制作，2016(11)：74-75軟件設(shè)計：軟件部分也分為兩個方面。第一是下位機的軟件部分設(shè)計，主要包括：VDAC輸出程序、中斷處理程序、時鐘(CLOCK)程序。第二是上位機的軟件部分設(shè)計?？紤]到低成本和便利性，上位機是基于DWIN屏的串口屏而設(shè)計的。主要包括：調(diào)節(jié)頻率和幅值并通過啟動鍵運行程序。3.2基于PSOC5的硬件系統(tǒng)設(shè)計硬件系統(tǒng)設(shè)計是以CY8CKIT-059[[]/documentation/datasheets/psoc-5lp-cy8c58lp-family-datasheet-programmable-system-chip-psoc?source=search&cat=technical_documents]芯片為主導(dǎo)設(shè)計的的一個7cm*5cm的一塊電路板。外部電路只有一顆CY8CKIT-059芯片、一顆OPA277運算放大器、肖特基整流二極管、S8050三極管、EI-1080-57變壓器、五個不同阻值的[]/documentation/datasheets/psoc-5lp-cy8c58lp-family-datasheet-programmable-system-chip-psoc?source=search&cat=technical_documents3.2.1系統(tǒng)內(nèi)部電路圖3.1系統(tǒng)內(nèi)部電路圖如圖3.1所示是使用PSoCCreator集成開發(fā)環(huán)境編譯器對CY8CKIT-059芯片的內(nèi)部電路進行設(shè)置。1個時鐘加中斷，1個VDAC用來發(fā)送方波電壓信號，在待測物體上產(chǎn)生方波電流信號。UART是實現(xiàn)單片機與串口的交互，由上位機部分通過串口調(diào)控，從而輸出不同幅值和頻率的方波。3.2.2系統(tǒng)內(nèi)部電路各模塊的驅(qū)動方式圖3.2VDAC電路圖3.3方波信號圖3.2所示是項目所使用的1個VDAC。VDAC是一個8位電壓數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊，使用該模塊的目的是為了產(chǎn)生方波信號。圖3.3顯示的是所輸出的方波信號。圖3.4VDAC設(shè)置PSoCCreator對VDAC常用的配置包括：速度（Speed）、范圍（Range）、數(shù)值（Value）、數(shù)據(jù)源（DataSource）、選通模式（StrobeMode）。電壓范圍有0-1.020V（4mV/bit）、0-4.080V（16mV/bit）；速度可以設(shè)置成低速模式和高速模式兩種；數(shù)據(jù)源可以選擇DAC總線或數(shù)據(jù)總線即CPU或DMA模式；選通模式包括外部和寄存器寫入。本項目的電壓范圍選擇0-4.080V（16mV/bit），速度選擇高通模式，數(shù)據(jù)源選擇CPU或DMA模式，選通模式選擇寄存器寫入。圖3.5時鐘和中斷和其設(shè)置界面圖3.5是時鐘和中斷，時鐘的頻率設(shè)為5kHz，中斷會接受來自時鐘的端口發(fā)送的內(nèi)部指定區(qū)域存儲器信號，從而進一步處理采集之后的數(shù)據(jù)。圖3.6串口與串口設(shè)置界面圖3.6是串口與串口設(shè)置界面，其rx口和tx口分別接上Rx_1與Tx_1，通過這兩個串口對觸摸屏上的相應(yīng)串口連接，從而實現(xiàn)交互。從右邊設(shè)置界面我們可以看出，我將模式（Mode）設(shè)為FULLUART(TX+RX)，即兩個串口都投入使用，每秒比特/字節(jié)（Bitspersecond）設(shè)為115200，數(shù)據(jù)字節(jié)（Databits）設(shè)為8位，其他設(shè)為默認(rèn)。2.2.3系統(tǒng)外部電路圖3.7系統(tǒng)外部電路圖3.7是系統(tǒng)的外部電路圖，電脈沖信號由MCU微處理器的P3.0口輸出,途經(jīng)R2和R3兩個電阻分壓。圖3.8OPA277運算放大器圖3.8使用的運放為OPA277,其作用是對微弱信號進行放大，保證輸出電流。該部分注意引腳部分應(yīng)當(dāng)選擇正確，查詢OPA277的用戶手冊我們可以發(fā)現(xiàn)，4號引腳應(yīng)當(dāng)接地，而7號引腳應(yīng)當(dāng)接通電源，切不可搞反了，不然電路通電后會將運放燒毀，引起不必要的損毀。圖3.9圖3.9為電路的輸出部分，二極管常用的用途就是只允許電流從一個方向通過，反向時阻斷，許多的使用是應(yīng)用其整流的功能，此處我們使用的就是肖特基整流二極管。后接變壓器（EI-1080-57）實現(xiàn)降壓，后面并聯(lián)一個39K電阻再串聯(lián)一個3K電阻以確保輸出的電流處于人體安全電流，即產(chǎn)生一個微電流，其數(shù)值遠遠小于1安培，對人體無害。圖3.10圖3.11圖3.10為MCU與DWIN觸摸屏交互的電路部分，在PSoCCreator設(shè)置串口的界面（圖3.11）設(shè)置好Rx_1和Tx_1的串口，再與P2上對應(yīng)引腳交叉相連（Rx_1連接TX2,Tx_1連接RX2），即可實現(xiàn)通過迪文觸摸屏來控制單片機的運作。圖3.12圖3.12是USB電源接口（GND），2號引腳接地，5號引腳接電源（VCC），此處可直接接在PSoC板子上，整個系統(tǒng)包括單片機板子和觸摸屏都可通過這一USB電源接口進行供電。圖3.13外圍電路PCB封裝圖3.13是完成原理圖后進行的最終外部電路封裝圖。首先盡量保證我們的板子面積小，以保證高度集成，其次注意布線時候不要用自動布線，因為自動布線會存在一些問題，例如會出現(xiàn)直角和銳角等導(dǎo)線，電路板上的導(dǎo)線不能呈直角和銳角的原因是因為這是為了防止在高頻狀態(tài)（即高頻電路）下而發(fā)生尖端放電，若是呈直角或銳角，在尖端部分的電荷密度會大，比其他地方更加容易燒毀，從而造成不可估量的后果，雖然這在低頻電路中影響不大，但還是盡量避免直角或銳角導(dǎo)線的出現(xiàn)。其次我們要對電路進行敷銅，敷銅的作用是減少干擾，提高了抗干擾屏蔽能力。但需要注意的是，我在進行PCB封裝時，USB接口（供電部分）并沒有進行雙面敷銅，因為電源線邊和地線如果鋪銅的話很難保證環(huán)路，這一點細節(jié)值得注意。在布線時候，若是走線出現(xiàn)交叉，可使用過孔，即可完美規(guī)避該問題。3.3軟件系統(tǒng)設(shè)計系統(tǒng)除硬件設(shè)計外，還包含相應(yīng)的軟件系統(tǒng)設(shè)計。軟件的系統(tǒng)設(shè)計包括兩個部分：下位機的程序設(shè)計和上位機的設(shè)計。下位機的程序設(shè)計的功能主要是信號產(chǎn)生、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)傳輸；上位機的設(shè)計實現(xiàn)的功能主要是發(fā)出的命令，內(nèi)部系統(tǒng)處理后，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號直接執(zhí)行相應(yīng)操作，即通過觸摸屏來控制單片機內(nèi)部，實現(xiàn)調(diào)節(jié)參數(shù)（頻率，強度）。圖3.14顯示的是下位機程序的流程圖，介紹了下位機信號流動的主要過程。圖3.14下位機信號流動圖下位機所使用的集成開發(fā)環(huán)境（即IDE）是PSoCCreator。圖3.15是PSOCCreator的主界面，由幾個大構(gòu)件構(gòu)成。PSoCCreator是一款高度集成的IDE。該集成開發(fā)平臺可以根據(jù)用戶的需要，自行從組件庫中提出組件和功能以修改設(shè)計并進行配置參數(shù)來修改工程設(shè)計以此滿足用戶自身需求。開發(fā)者可以使用PSOCCreator實現(xiàn)以下4個功能：將主界面右側(cè)組件（ComponentCatalog）拖放到主設(shè)計工作區(qū)（TopDesign）中，組建芯片內(nèi)部的硬件系統(tǒng)設(shè)計。這也是PSoC的一大優(yōu)勢，高度集成，內(nèi)部含有大量現(xiàn)有的集成元件，大大節(jié)約了外圍電路的設(shè)計。當(dāng)系統(tǒng)的硬件部分設(shè)計完畢后，通過PSoCCreator中的main.c文件為我們的應(yīng)用程序?qū)懭氪a并且編譯生成，再通過公對母USB線連接至計算機，使用“Program”功能，將我們所寫的程序燒入單片機板子中。使用開發(fā)平臺的的配置工具功能來配置組件。PSoCCreator具有100多個組件庫，而且組件都有數(shù)據(jù)手冊，可以通過用戶手冊來了解參數(shù)，根據(jù)自身需要通過配置組件參數(shù)來修改工程設(shè)計等。圖3.15PSOCCreator3.3.2下位機的軟件算法實現(xiàn)通過下位機流程圖不難想出，軟件部分的算法首先要解決問題的是如何產(chǎn)生方波電流。我們可以使用IF語句，if語句是如何執(zhí)行的呢？首先判斷if后括號內(nèi)條件表達式的值，如果該表達式的值為邏輯真（非0），則執(zhí)行if體，接著執(zhí)行if體后的其他語句；否則，若該表達式的值為邏輯假（0），則不執(zhí)行該if體，直接執(zhí)行if體后的其他語句。if語句的執(zhí)行流程圖如圖3.16所示。由圖可見，if語句有兩條執(zhí)行分支。圖3.16IF語句的執(zhí)行流程圖其次尤為關(guān)鍵的是需要使用到的是PSoC里的SetValue語法，見圖3.17圖3.17方波發(fā)生程序3.3.2上位機的設(shè)計上位機所使用是一塊DWIN觸摸屏（DMT48320C035_07WT）,DWIN觸摸屏的開發(fā)環(huán)境是DWINDGUS。主界面有多部分組成，顯示控件、觸摸控件、顯示布局等，如圖3.17所示。首先是改掉開機畫面，制作自己屏幕尺寸相同的圖片，320x480，打開迪文資料帶的jpgconvert，運行，win10需要先安裝.NET3.5，我是用的win10自帶的畫圖來制作的圖片，在windows格式化的時候必須手動選擇4KB扇區(qū)，不能默認(rèn)。然后放置顯示命令并觸摸組件，通過單擊組件可以設(shè)置參數(shù)(可變地址等)。VP在可變內(nèi)存空間中指定數(shù)據(jù)操作的第一個地址(字)，用于存儲主接口配置按鈕的數(shù)據(jù);SP是地址顯示命令VP的屬性的地址，因此可以在應(yīng)用程序中修改用戶指令，從而允許實時控制屬性，如源顏色、位置、各種顯示效果的狀態(tài)。也沒有定義(默認(rèn)為FFFF)。在這里，我也發(fā)現(xiàn)了一些關(guān)于從DWIN屏幕的數(shù)據(jù)表中顯示可變地址的東西。如圖3.17所示，紅色框表示描述指針(屬性地址)，黃色框表示變量地址(物理地址)。如圖3.18，設(shè)置時要注意這里的變量地址要是一樣的，保證操作的是同一數(shù)據(jù)。我們將頻率的兩個增量調(diào)節(jié)和顯示的變量地址設(shè)置為同一地址（1000），強度設(shè)為（1001）時間設(shè)為（1002），啟動設(shè)為（1003），這樣每個參數(shù)都在同一地址，不同參數(shù)在相鄰字節(jié)的地址。這里有一點我們要注意到，描述指針間隔0x10個地址間距，如6140,6150,6160,6170。建議描述指針可以設(shè)置4000到6F00之間，變量地址4000H之前，這樣就不會產(chǎn)生錯誤。6F00到6FFF之間的變量地址是硬件內(nèi)部自身所使用的的，建議規(guī)避該范圍。6FFF以外的變量地址避免使用，會出現(xiàn)不可預(yù)計的錯誤。圖3.16變量圖標(biāo)顯示圖3.17觸摸屏觸控設(shè)置界面圖3.18觸摸屏變量配置界面本項目所使用到的觸摸屏?xí)褂玫狡聊蛔詭У囊恍┲噶?通過查詢數(shù)據(jù)手冊不難學(xué)會,例如DWIN觸摸屏的讀變量存儲器指令:5AA505832000030064006400645AA5表示：幀頭0A表示：數(shù)據(jù)長度83表示：讀變量存儲器指令2000表示：變量地址（兩個字節(jié)）03表示：后面讀3個字節(jié)數(shù)據(jù)0064表示：數(shù)據(jù)100H（兩個字節(jié)）解釋：2000地址里的數(shù)據(jù)值是100100100該指令我們可以使用sscom33串口調(diào)試助手進行調(diào)試,見圖3.19圖3.19串口調(diào)試圖3.20所表示的是DWIN觸摸屏的數(shù)據(jù)幀格式。圖3.20數(shù)據(jù)幀格式圖3.21主函數(shù)通過上文介紹了DWIN觸摸屏的指令，從圖3.21主函數(shù)圖上可以看出，通過上文所介紹的IF語句，通過識別幀頭與地址，進行一系列的賦值操作。3.4本章小結(jié)本章詳細介紹了基于PSoC的電刺激治療儀的硬件電路部分設(shè)計和軟件程序部分設(shè)計，該章具體介紹了以下幾個方面。（1）簡單介紹了芯片內(nèi)部的一些資源，闡述了我們所使用PSOC5LP芯片具有哪些優(yōu)勢。詳細介紹了本項目使用到的一些模塊（VDAC、CLOCK、ISR等）在芯片內(nèi)部的配置項目和配置方法。（2）在外圍電路方面，介紹了基于PSoC5LP設(shè)計的開發(fā)板原理圖，以及外圍電路的詳細功能。原理圖包括（處理器周圍電路，供電電路等），也貼出了最終PCB封裝圖。（3）介紹了基于以上硬件的軟件設(shè)計，包括方波電流的形成等.（4）完成了上位機觸摸屏的設(shè)計，介紹了設(shè)計思路以及用到的一些組件和這些組件的具體使用方法。第四章實驗校準(zhǔn)與驗證4.1實驗室純電阻測量的實驗步驟及結(jié)果分析4.1.1實驗裝置一臺示波器、4位半萬用表、電刺激治療儀、電源。4.1.2實驗步驟1.裝置接入電源、打開示波器，測量輸出電路的兩個引腳上是否有方波出現(xiàn)，觀察其的幅值和頻率等參數(shù)。2.從觸摸屏上調(diào)節(jié)頻率和幅值，再次觀察示波器上顯示的幅值和頻率，測量多組數(shù)據(jù)并記錄下來。4.1.3實驗結(jié)果及分析圖4.1不同頻率及幅值測量結(jié)果從圖4.1可以看出，當(dāng)從觸摸屏上修改頻率和幅值時，示波器上的波形參數(shù)也會隨之變化（左下角顯示頻率）?？梢匀我庑薷念l率和強度，從而產(chǎn)生不同的波形，達到不同的治療效果。4.4本章小結(jié)本章通過三個實驗測量了該系統(tǒng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性，同時也對系統(tǒng)的具體參數(shù)進行了較為準(zhǔn)確的測量。我們可以從實驗中看出，該裝置的穩(wěn)定性和精確度還是很高的，波形失真度<0.5%，達到了預(yù)想的目標(biāo)[[]陳瓊，一種單片機控制超低頻任意信號波形發(fā)生器[J].南昌航空工業(yè)學(xué)院(自然科學(xué)版)，2004(03)：72-74]。[]陳瓊，一種單片機控制超低頻任意信號波形發(fā)生器[J].南昌航空工業(yè)學(xué)院(自然科學(xué)版)，2004(03)：72-74第五章總結(jié)與展望5.1項目的主要內(nèi)容和總結(jié)本項目設(shè)計了基于PSoC的電刺激治療儀，設(shè)計出的產(chǎn)品主要功能是輸出波形對人體對應(yīng)穴位進行治療。首先，開門見山的通過緒論部分簡明扼要說明了關(guān)于本產(chǎn)品的一些背景。介紹了醫(yī)用電療法概述，國內(nèi)外歷史及研究現(xiàn)狀以及論文的內(nèi)容及框架；介紹了項目的主要設(shè)計內(nèi)容。通過緒論我們可以知曉目前的一些疾病，如高血壓，腰間盤突出等，這些疾病正悄然威脅著人們的身體健康。但是，有些疾病目前市場上的主流的治療方法是藥物治療，副作用極大，而且價格昂貴，且療效不盡人意。在人們消費能力逐步提高和醫(yī)療保健意識逐漸增強的大背景之下，醫(yī)用電子儀器逐漸進入了人們的視野中，電療儀因其具有較好治療效果和廣譜治療等特點得到了大眾的廣泛使用。這說明開發(fā)這個基于PSoC的電刺激治療儀的臨床意義。然后對項目設(shè)計的原理進行了簡要的闡述。介紹了電療儀的結(jié)構(gòu)如何；介紹了電療儀的原理；波形是如何產(chǎn)生的，下位機與觸摸屏是如何交互的，通過貼出一些截圖直觀的讓讀者看到這些原理，上文我們可以清晰的看見外圍電路圖、電路板封裝圖等。其次細致的說明了電刺激治療儀的內(nèi)外部整體結(jié)構(gòu)和軟件算法。介紹了項目所使用的CYPRESS公司研發(fā)的可編程化系統(tǒng)單芯片（PSoC）的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和其外圍電路結(jié)構(gòu)；簡要說明了在微處理器（MCU）中所使用到的C語言程序和在觸摸屏中使用一些組件和應(yīng)用方法。目前設(shè)備能夠做到用示波器測出輸出的方波，并通過觸摸屏進行調(diào)節(jié)頻率和幅值，而以上所有的都是基于PSoC這塊高度集成的單片微型計算機，與大眾日常生活所用到的電腦中的通用型微處理器不同，PsoC更加突出自供應(yīng)，即無需外接硬件，體積小，便捷等優(yōu)點。最后通過多個對照的實驗用來測量設(shè)備的精確性和穩(wěn)定性。驗