基于單片機(jī)的腦波治療儀的軟件設(shè)計(jì)研究

其中Ω為調(diào)制信號(hào)的頻率，即腦波頻率，頻率范圍為1Hz～30Hz；w0為載波的頻率，范圍為90Hz～800Hz，初始頻率設(shè)定為330Hz。輸出調(diào)幅波波形如圖3所示。

(2)調(diào)幅波的載波頻率調(diào)節(jié)
載波頻率即腦波音樂的音調(diào)，將音調(diào)調(diào)整到人耳敏感的范圍，會(huì)使治療效果更加明顯。人們可以聽到的聲振動(dòng)頻率范圍為20Hz～20kHz，設(shè)計(jì)要求頻率調(diào)節(jié)范圍為90Hz～800Hz。載波頻率計(jì)算如式(5)：

fw0=1/nT （5）
載波的頻率由載波的采樣點(diǎn)點(diǎn)數(shù)n和取點(diǎn)時(shí)間間隔T決定。通過改變采樣點(diǎn)點(diǎn)數(shù)來調(diào)節(jié)需要大量的采樣點(diǎn)，同時(shí)由于取點(diǎn)數(shù)量的改變必然帶來較大的相位截?cái)嗾`差。本設(shè)計(jì)通過改變T來調(diào)節(jié)頻率，這樣保證了采樣點(diǎn)不漏取，同時(shí)采樣點(diǎn)點(diǎn)數(shù)不用取太多。調(diào)頻過程中，首先計(jì)算所需頻率對(duì)應(yīng)的時(shí)間T，然后將其賦給取點(diǎn)時(shí)間間隔參數(shù)，這樣載波就被跳到所需頻率。
(3)調(diào)幅波的調(diào)制信號(hào)頻率調(diào)節(jié)
在設(shè)計(jì)中，調(diào)幅波的調(diào)制信號(hào)即腦波音樂的包絡(luò)，它確定了腦波音樂的特征(尤其是治療的內(nèi)容)。調(diào)制波的頻率調(diào)節(jié)是在一定的腦波頻率范圍內(nèi)(1Hz～30Hz)變化，其頻率隨時(shí)間變化的時(shí)間、頻率參數(shù)已經(jīng)固化在ROM中，不能任意調(diào)節(jié)。調(diào)制信號(hào)頻率調(diào)節(jié)與載波頻率調(diào)節(jié)的原理相同，可以參考公式5。本設(shè)計(jì)中調(diào)制信號(hào)隨時(shí)間的頻率變化參數(shù)已經(jīng)換算成時(shí)間參數(shù)，程序運(yùn)行時(shí)采用查表方式調(diào)用該時(shí)間參數(shù)來改變調(diào)制信號(hào)的頻率。
(4)腦波音樂強(qiáng)度的調(diào)節(jié)
將腦波音樂信號(hào)vAM作為DA2的參考電壓Vref，單片機(jī)的強(qiáng)度參數(shù)PW做為DA2的輸入信號(hào)。DAl和DA2采用DAC0832，因?yàn)樵谠O(shè)計(jì)中DAC都采用單極性反向電壓輸出方式，所以DA2的輸出如式(6)：

這樣腦波音樂強(qiáng)度在0~-vAM內(nèi)變化。
2．2．2 雙聲道音樂的生成
如圖4，模擬開關(guān)的輸入口A2、B1接低電平，Al、B2同時(shí)接入腦波音樂信號(hào)，單片機(jī)通過對(duì)控制口l、2來控制兩路開關(guān)的通斷。當(dāng)使左右兩路的開關(guān)都始終打開就會(huì)產(chǎn)生左右兩路同步輸出；當(dāng)單片機(jī)以與調(diào)制信號(hào)相同的頻率控制模擬開關(guān)交替開、關(guān)就會(huì)產(chǎn)生左右兩路信號(hào)交替輸出。這兩路輸出信號(hào)經(jīng)過放大濾波電路輸出至耳機(jī)，這種交替／同步的立體聲作用到人腦將引導(dǎo)大腦起到雙腦同步的有效治療效果。圖5就是采集到的左右交替輸出的信號(hào)。

2．3 節(jié)目時(shí)間、節(jié)目指示燈顯示部分
節(jié)目時(shí)間顯示部分是由單片機(jī)調(diào)用內(nèi)部定時(shí)器進(jìn)行分鐘計(jì)時(shí)，輸出時(shí)間信號(hào)到LED數(shù)碼管進(jìn)行顯示。節(jié)目時(shí)間在開機(jī)時(shí)顯示0，在運(yùn)行過程中，當(dāng)節(jié)目時(shí)間到了預(yù)定時(shí)間將調(diào)用報(bào)警子程序發(fā)出報(bào)警聲，并將節(jié)目結(jié)束標(biāo)志置位。節(jié)目指示燈顯示是在節(jié)目選擇子程序中由單片機(jī)控制節(jié)目指示發(fā)光二極管燈的亮滅，指示當(dāng)前輸出哪個(gè)節(jié)目。

3 結(jié)果分析
通過實(shí)驗(yàn)觀察及示波器測(cè)量，設(shè)備能輸出有效頻率的腦波音樂，滿足預(yù)計(jì)的參數(shù)設(shè)置，波形無明顯失真。圖5是采集到的的波形。

但是實(shí)際輸出波形還是有一些誤差，其主要來自：①由于內(nèi)部波形存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的正弦幅度值是用二進(jìn)制表示的，對(duì)于越過存儲(chǔ)器字長(zhǎng)的正弦幅度值必須進(jìn)行量化處理，這樣就引入了量化誤差。幅度量化主要有兩種方式，即舍入量化和截尾量化，這里采用截尾量化方式。②DAC非理想轉(zhuǎn)換特性所引起的雜散水平，DAC的非理想特性包括：DAC的有限分辨位數(shù)；差分、積分的非線性；D／A轉(zhuǎn)換過程中的瞬間毛刺；時(shí)鐘泄露；數(shù)字噪聲饋通；轉(zhuǎn)換速率受限等。③調(diào)制信號(hào)頻率調(diào)節(jié)過程中正弦波的各采樣點(diǎn)會(huì)有漏取點(diǎn)的情況發(fā)生，這樣就不可避免地產(chǎn)生相位截?cái)嗾`差。
針對(duì)以上問題，提出一些改進(jìn)的方法：①應(yīng)用更高位數(shù)的單片機(jī)和高性能的數(shù)模轉(zhuǎn)換器。②增大ROM容量及采樣點(diǎn)數(shù)，提高幅度分辨率。