基于單片機的腦波治療儀的軟件設計研究

摘要：介紹了一種基于單片機的腦波治療儀的軟件設計方案。文中對系統(tǒng)的整體設計進行了簡要介紹，著重對腦波誘導音樂的軟件設計進行了分析。最后對系統(tǒng)輸出腦波誘導波進行了測試并對出現(xiàn)的誤差進行了討論，實驗證明該設計方案可行。
關鍵詞：腦波；單片機；腦波治療儀；腦波頻率引導

O 引言
依據(jù)現(xiàn)代腦電生理神經(jīng)心理學的研究，腦波活動依據(jù)特定波長主要分為四組模式：β、α、θ、δ，腦波活動的某一模式與特定的精神狀態(tài)相關聯(lián)。腦波治療儀是新型的醫(yī)療儀器，它依據(jù)腦波同步及腦波頻率引導原理，采用生物信息模擬技術，用電腦模擬各種頻率的腦電波，并調(diào)制成腦波音樂信號反饋給使用者，影響調(diào)節(jié)人體的腦電活動水平及興奮水平，使大腦經(jīng)常處于特定的腦波狀態(tài)。目前常用的腦波軟件產(chǎn)生方法有調(diào)用函數(shù)算法生成和模擬DSS采樣輸出的方法，本文采用基于普通單片機的模擬DSS采樣輸出的方法對系統(tǒng)進行設計。

1 系統(tǒng)硬件介紹
如圖l所示，系統(tǒng)由單片機，程序存儲器，數(shù)模轉換器，放大濾波電路，立體聲耳機，節(jié)目指示燈，節(jié)目時間顯示器、按鍵等構成。系統(tǒng)可分為按鍵電路，腦波音樂產(chǎn)生電路，節(jié)目時間、節(jié)目指示燈顯示電路這三個模塊。

開機后，在用戶選擇好節(jié)目并按下開始鍵后系統(tǒng)開始運行。開始運行后首先由單片機產(chǎn)生預設頻率的腦波音樂數(shù)字信號，此信號經(jīng)數(shù)模轉換電路轉化為模擬信號，然后由模擬開關產(chǎn)生左右雙聲道信號，最后經(jīng)濾波放大電路進入耳機。節(jié)目在播放過程中會有節(jié)目指示燈及運行時間的顯示，節(jié)目時間、是以分鐘為單位來顯示。

2 系統(tǒng)軟件介紹
軟件主要由以下幾部分組成：鍵盤檢測、控制部分，腦波音樂節(jié)目產(chǎn)生部分，節(jié)目時間、節(jié)目指示燈顯示部分。
2．1 系統(tǒng)軟件流程
圖2是系統(tǒng)總流程圖。設備上電后，單片機進行系統(tǒng)初始化，包括對I／O端口及各種功能寄存器、外部設備進行初始化，然后等待功能中斷子程序。這里鍵盤子程序調(diào)用了外部中斷，調(diào)用了定時器／計數(shù)器中斷。當檢測到有鍵盤中斷后先去抖動，然后讀取鍵值并轉到相應功能子程序。腦波音樂產(chǎn)生子程序在開始鍵按下后被觸發(fā)，它將調(diào)用各定時器完成腦波聲光的產(chǎn)生。在節(jié)目開始的同時，節(jié)目時間顯示子程序?qū)r間進行顯示。以下就設計中的一些重點進行分析。

2．2 腦波聲光節(jié)目產(chǎn)生部分
圖l的模塊2為腦波音樂節(jié)目產(chǎn)生部分的硬件電路。腦波聲光節(jié)目產(chǎn)生軟件部分主要由兩個部分組成：單聲道腦波音樂的生成，雙聲道音樂的生成。
2．2．1 單聲道腦波音樂的生成
因為治療波的頻率多處在人耳聽覺范圍之外，所以用帶有治療波頻率的調(diào)幅信號來給大腦傳遞治療信號，即用治療頻率的正弦波來對一定頻率的載波進行幅度調(diào)制來產(chǎn)生音樂，所以腦波音樂設計的重點就是調(diào)幅波的產(chǎn)生。設計中沒有調(diào)用正弦函數(shù)直接產(chǎn)生正弦波數(shù)據(jù)，而是先對正弦波進行采樣得到正弦波數(shù)據(jù)，然后將數(shù)據(jù)固化在ROM中。因為系
統(tǒng)采用8位單片機，一個字節(jié)存儲最大數(shù)為255，所以對采樣值的范圍選為0～255。
下面對調(diào)幅波的產(chǎn)生、調(diào)節(jié)進行分別介紹：
(1)調(diào)幅波的產(chǎn)生
因為單片機無法輸出負數(shù)，所以本設計的中調(diào)制信號為式(1)：

單片機分別取調(diào)制信號和載波信號的采樣點然后相乘取結果的高8位作為輸出則得到信號為式(3)：