基于AT89C52的體外神經(jīng)剌激儀的設計

1. 引言

電刺激療法被廣泛應用于促使神經(jīng)細胞或肌肉纖維興奮等臨床醫(yī)學與醫(yī)學研究領域。自1971年Galvani取得的對蛙腿刺激的實驗成功以來，它便被廣泛應用于臨床醫(yī)療和生理學研究。它在減輕組織痛，肌肉加固，心率調(diào)節(jié)，藥物的電離子滲入療法[5]，等方面有著廣泛的應用，并且效果顯著。
功能性電刺激療法相比于其它療法，如藥物注入療法，激光療法，傳統(tǒng)的超聲波與電磁振蕩療法等，有著明顯的優(yōu)勢。電荷刺激是FES中在發(fā)生在組織中刺激的本質(zhì)。從簡單的單通道刺激儀，到復雜的可編程的多通道的電學刺激儀，有越來越多的電學刺激儀被開發(fā)出來，并應用于各種FES康復領域。在最近的幾年里，可攜式的電刺激儀已被投入到醫(yī)學研究和醫(yī)學臨床，并受到越來越多醫(yī)學專家與患者的好評[4]。
近年來，隨著計算機應用技術(shù)的高速發(fā)展，各種高智能化的專業(yè)型FES應用設備被廣泛研制，并且刺激更趨精細和功能更趨完備。例如，在各種癱瘓患者康復鍛煉過程中，通過編制肌肉的力量與耐力訓練程序，為重新獲得站立，行走能力而研制的助行系統(tǒng)，在國外已獲若干進展。
綜合國內(nèi)國外的研究成果，F(xiàn)ES應用設備的智能化和數(shù)字化程序越來越高，但是體積大，成本高，穩(wěn)定性不夠，并且需要通用的具有相關(guān)功能的小型FES應用設備進行維護和校準。這種價格高昂的大型設備，一方面，需要高性能微機作為主機，進行數(shù)據(jù)分析；另一方面，需要復雜的高性能微型單片機應用系統(tǒng)，如基于嵌入式系統(tǒng)或DSP系統(tǒng)進行終端設計，以控制脈沖發(fā)放和高速采集并處理數(shù)據(jù)[7]。并且需要一條高速度，高可靠性的通信信道進行數(shù)據(jù)交換。

2硬件電路設計
體外神經(jīng)刺激儀的原理框圖如圖1所示，主要由MCU、鍵盤模塊、顯示模塊、電源模塊、電極以及AD/DA轉(zhuǎn)換通道組成。

MCU為控制中心，它控制液晶顯示模塊，DA，AD。鍵盤中含有的儀器開關(guān)鍵，可以控制電源。本設計中MCU選用AT89C52，主要考慮到它內(nèi)含用8KB flash ROM,并且含有三個定時中斷，這些特有的資源對該系統(tǒng)的設計非常有利。因為系統(tǒng)需要占用定時器０去確定信號輸出的頻率，定時器１去確定信號輸出的脈寬，還需要定時器２來決定阻抗鳴聲的頻率。
鍵盤電路主要實現(xiàn)各種模式選擇和參數(shù)的設定，采用常見的掃描碼鍵盤實現(xiàn)。在CPU與鍵盤接口模塊中，通過擴展外部中斷0接入CPU，這樣更加增強了鍵盤信息的響應度。電源電路向系統(tǒng)提供可靠的、高穩(wěn)定的電源。本設計中電極和AD/DA轉(zhuǎn)換通道是硬件設計的關(guān)鍵。系統(tǒng)的DA器件采用的是12位的TLV5619器件。該器件最大的特點是轉(zhuǎn)換速度快，且?guī)缀鯖]有時延。電路圖如圖2所示。