本站原创摘 要：该文应用单片机控制技术及D/A转换器的特性,实现了中频治疗仪的低频调制信号发生器,可以使中频治疗仪产生低频调制任意调幅波形输出,由于不同波形对人体穴位的作用效果不同,因此具有很高的研究与使用价值.
关 键 词 ：信号发生器 中频信号 信号调制
中图分类号：TN74 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）03（c）-0053-01
近代科学证明,正常的人体组织细胞和非正常的组织细胞具有不同的波谱,利用频谱治疗疾病的关键是首先必须掌握人体各种组织细胞的固有频率,人体组织细胞的种类繁多,频谱范围非常宽,为了治疗特定的疾病就必须做到作用频率、范围、时间准确.不同的输入波形对人体的刺激方式不同,常用的有方波、三角波、锯齿波、正弦波等,产生敲击、按摩、滚动、震颤等刺激,对各种非正常组织细胞的恢复的研究具有极高的科学研究价值.本设计应用先进的嵌入式控制技术,根据不同需要,可以预置不同波形及频率,通过按键和旋钮即可进行预置和调节,完成不同研究和治疗的需要.
1.设计方案
调制信号发生器的设计方案中采用单片机作为核心控制芯片,主要的作用是控制显示、产生各种频率的调制信号及中频载波信号.显示电路应用3位数码管作为定时时间的设置、波形设置、频率设置的显示,方便操作及效果的观察.功率指示应用随功率变化的闪烁发光二极管.信号调制部分采用DAC0832的特性产生调制波形,经过放大后输出.
2.系统硬件实现
2.1 电源电路设计
由于在设计电路中应用到+12V 、+5V、-5V等,所以采用变压器将AC220V经整流滤波后变为±18V,在经过7812输出±12V；再经过7805输出+5V供给单片机及输出信号指示电路使用.D/A转换芯片采用单极性输出,因此-12V通过7905输出-5V电压提供TL062的电压参考端.
数值显示电路采用常用的共阳极数码管,主要显示波形、频率、定时时间设置.由单片机P0口输出,经74LS47将BCD码转换为7段码,送给数码管显示.输出指示电路应用LM3914芯片,将输出信号的电压值通过8个发光二极管,根据二极管的点亮个数指示信号输出强度.并且在有信号输出时,二极管闪烁,提示使用者注意安全.
2.2 信号调制电路
单片机AT89S52通过软件设计产生正弦波、方波、锯齿波、三角波、指数波等各种波形信号,信号的频率为10～150Hz,从P0口输出给DAC0832的数字输入端,DAC0832对输入的数字信号进行转换变成模拟信号,并通过TL062输出单极性电压信号.在本设计中,由于要求输出的是调幅波,因此,DAC0832还要完成信号的调制功能.具体实现的方式是应用到DAC0832的VREF引脚功能：参考电压输入端,要求接一精密电源,当Vref为±10v或±5v是,可获得满量程四象限的可乘操作.所以在数字输入端输入任意波形,应用单片机的定时器功能实现单极性2～5KHz的中频载波,经积分电路实现0～5v方波到±5v正弦波的变换,满足Vref出入信号的要求.输入到DAC0832的Vref端,输出的波形就是调幅波.信号调制电路原理如图所示.
2.3 信号放大电路
输出信号放大电路采用音频放大器TDA2030,TDA2030是高保真集成功率放大器芯片,响应频率10～1400Hz,输出功率大于10W,输入电流峰值最大可达3.5A,满足输出信号要求.具体电路如图所示.
图中,RP电位器调整信号输出幅度；输出端与反相输入端的电阻R5,R4与C6电解电容构成负反馈放大电路,用以改善输出波形的调整.图中R5等于150k,R4等于4.7K,则放大器的反馈系数：F等于4.7/（150+4.7）≈0.03,因此放大器的电压放大倍数A等于1/F ≈33.3.由于理疗仪设备要与人的皮肤相接触,因此在输出端应用音频变压器T2做电隔离措施.
3.软件设计
软件主要由以下几部分组成：时间及设置的显示程序、波形产生及控制程序、定时时间倒计时程序等.程序设计主要产生可控制的2～5KHz方波,作为信号调制电路的输入.这个信号的产生应用定时器T0,通过给定不同的初值来完成.不同波形信号的产生同过编程实现.
系统上电后,单片机进行系统初始化,包括对各种功能寄存器及I/O端口、定时器开中断等初始化.检测按键设置载波频率、选定波形、设置定时时间,当开始键按下,则执行相应的波形发生程序.
4.结语
通过实验观察及示波器的测量,实验效果满足预计的参数设置,无杂波干扰,波形无明显失真.但是波形的实际输出还是由一点误差,主要是由于波形的产生主要是有单片机内部波形存储器中存储的波形幅度值是二进制表示的,那么在经过DAC0832转换为模拟信号时会产生量化误差,而在实际应用中,这些误差对人体的作用效果不明显.因此在实际应用中的可以满足理疗设备要求的.