基于MSP430心肺聽診技能訓練系統(tǒng)的設(shè)計

2．1 主控制器芯片的選擇
主控制器是整個系統(tǒng)的核心部分，主控制器芯片的選擇關(guān)系到整個系統(tǒng)功能的實現(xiàn)與否。本系統(tǒng)要實現(xiàn)語音播放、無線收發(fā)、多路模擬開關(guān)、電源低功耗、上位機教學等功能，所以就要求該芯片具有較高的運算速度，較大的RAM和FLASH空間，具有可擴展的IO口(比如I2C，SPI等)兼容一些外部芯片(如帶有SPI的FLASH存儲器或者一些其他芯片)，并且功耗較低，調(diào)試方便等。綜合上述因素，主控制芯片用美國德克薩斯(TI)公司生產(chǎn)的MSP430，因為該系統(tǒng)是便攜式心肺聽診系統(tǒng)，采用電池供電的方式，所以要求必須超低功耗，這樣才能滿足醫(yī)學教學的要求，而該芯片最大的特點就是低功耗，電壓準備工作模式是3．3 V，正常工作時電流在幾毫安，完全滿足系統(tǒng)要求。該芯片具有如下性能：
低電壓范圍：1．8～3．6 V；
超低功耗：標準模式1．3 mA，RAM保持關(guān)閉時為0．1 mA；
低電流：7 mA在32 kHz，2．2 V，250 mA在1 MHz，2．2 V；
5種節(jié)點模式和6 ms內(nèi)從等待模式喚醒；
16位RISC指令結(jié)構(gòu)和125 ns指令周期；
12位A／D轉(zhuǎn)換和內(nèi)部參考電壓、采樣保持、自動掃描特性；
16位定時器并帶有映射寄存器的7路捕獲、比較寄存器，定時器B；16位定時器并帶有3路捕獲／比較寄存器，定時器A；片內(nèi)比較器；
串行在線編程，無須外部編程電壓，安全熔絲保護程序代碼；
內(nèi)含60 KB閃存，2 KB隨機存儲器。
2．2 語音播放
語音播放是本系統(tǒng)一個重要組成功能之一。在這里有兩個問題需要解決，一個是語音數(shù)據(jù)的存儲，另一個是語音的編解碼和播放。由于WAV波形數(shù)據(jù)占用的空間較大，所以有必要先對原始數(shù)據(jù)進行壓縮編碼。因此該系統(tǒng)選用中青世紀科技公司開發(fā)的PM50智能語音芯片，它既是語音播放電路，也是智能單片機，其音質(zhì)水平，價格都要略優(yōu)于著名的ISD電路，同時也有21 kHz的高保真音質(zhì)。該芯片由專用的語音單片機和FLASH RAM存儲器集合構(gòu)成，它既有13～100 s的多段語音播放功能，也有單片機可編程的智能特性，該芯片具有如下特點：
可存儲聲音長度：13～100 s；
寬范圍工作電壓：DC 3～6 V；
工作電流50 mA，靜態(tài)電流1μA；
直接驅(qū)動8 Ω 0．5 W的喇叭，具備PWM和DAC兩種音頻輸出模式；
寬范圍采樣頻率：4．8～21 kHz；
錄制的語音可分并行1～8段和串行128段；
自帶8個輸入端口，9個輸出端口，功能均可由用戶自定義；
FLASH RAM結(jié)構(gòu)，可以反復擦寫錄入，壽命在1萬次以上；
兩種封裝形式：COB28和COB16；
開發(fā)用的電腦軟件系超智能傻瓜圖形設(shè)計，外行也能使用；
配合編程軟件可以開發(fā)出并行、串行、智能型等多種控制模式；
最小系統(tǒng)的外圍電路只需一只振蕩電阻、一只電源濾波電容；
有13 s／20 s／50 s／100 s多個時間檔次可選；
完成開發(fā)和試驗生產(chǎn)后，直接用源文件投產(chǎn)掩膜，音質(zhì)效果、功能性能不變。
2．3 多路模擬開關(guān)
多路模擬開關(guān)主要是用來選擇播放位置點喇叭聲音的，因為PM50芯片只能連接一路揚聲器，所以只能通過多路模擬開關(guān)來選擇各路喇叭接通，而MAX306CPI芯片是十六位多路選擇開關(guān)，可以將兩片芯片擴展起來形成32路選擇開關(guān)，芯片電壓在4．5～30 V之間，功耗非常小，且不影響喇叭的發(fā)音，完全滿足要求。并且聽診器探頭可以輕易地觸動模型人皮下的專用位置，所以采用這種技術(shù)對本系統(tǒng)來說是一個很好的選擇。