1、 低频治疗仪 1 摘要： 现代人由于较快的生活节奏和不良的生活习惯，颈椎病的发病率相当高，而目前治疗颈椎病的最好选择就是电子低频治疗仪了。 本文设计低频信号发生器，模拟低频治疗仪的工作原理，以 AT89C51 单片机为核心，通过键盘输入控制信号和频率的的选择，采用 DA 转换芯片输出相应的波形，同时以 LED 显示器进行实时显示 信号相关信息，采用 C 语言进行编程，波形的产生，且波形的频率可调，满足设计要求。 关键字： 单片机 ， 低频 ， 信号 Abstract： Due to the fast pace of life of modern people and bad living ha
2、bits, a high incidence of cervical spondylosis, and at present the best choice for the treatment of cervical syndrome is electronic low frequency instrument. This paper design low frequency signal generator, the working principle of low frequency instrument simulation, AT89C51, through the keyboard
3、input control signal and the frequency of choice, the DA transition chip output corresponding waveform, at the same time in LED display real-time display Signal related information, using C language programming, waveform of generation, and wave frequency adjustable, meet the design requirements. Key
4、words： Single-chip microcomputer , LRC Low Frequency , signal 低频治疗仪 2 目录 摘要： . 1 绪论 . 4 第 1章 工作原理 . 5 1.1低频治疗仪功效原理 . 5 1.2低频治疗仪工作原理 . 5 第二章 产品设计 . 7 2.1设计原理简介 . 7 2.2 设计功能 . 8 第三章 硬件选用及设计 . 9 3.1 单片机简介 . 9 3.2 DC0832 简介 . 9 3.3 数码显示管 . 11 第四章 单元电路的硬件设计 . 12 4.1 硬件原理框图 . 12 4.2 单片机 AT89C51 系统的设计 . 12
5、 4.3 时钟电路 . 13 4.4 复位电路 . 13 4.5 键盘接口电路 . 14 4.6 LED 显示电路 . 15 4.7 数、模转换及放大电路 . 15 第 五章 工作程序设计 . 17 5.1 正弦波产生 . 17 5.2 三角波产生 . 18 5.3 锯齿波产生 . 19 低频治疗仪 3 5.4 方波产生 . 20 结论： . 23 参考文献： . 24 致谢： . 25 附录 A 程序代码 . 26 附录 B 电路图 . 46 低频治疗仪 4 绪论 现代人颈椎病的发病率相当高，颈椎病的病理特征：颈椎生理曲度改变、错 位、骨骼变形增生，损伤型炎症，颈椎间盘突出等。这样就必然压迫
6、颈椎附近丰富的血管、神经丛及其他组织。引起一系列症状，发生各种病变。因此，颈椎病也叫颈椎综合症。 而目前治疗颈椎病的最好选择就是电子低频治疗仪了。 将物理因子作用在人体各部位的经络和穴位进行物理治疗，从而提高临床效果。它具有自动变频的脉冲电压，能够穿透组织深处进行浅部和深部病灶的治疗。具有疏通经络，活血化瘀、止痛、舒筋，调五脏六腑，平衡阴阳的作用。可以调节神经的兴奋性和抑制性，激活病灶周围组织的细胞活性，增强局部血液循环和新陈代谢能力，提高免疫力， 调节内分泌；对病灶周围组织有修复和治疗的作用。 电子低频治疗仪是目前国际上最为先进，电子低频治疗仪应用率最高，人体反映效果最好的一种家庭、个人保健
7、理疗产品。 低频治疗仪可以瞬态将功率谱的能量按照一定的调制特性集中与扩散，电子低频治疗仪非常逼真的模拟出真人捶背、敲打、按摩、推拿、针灸以及火罐的实际感觉。 低频治疗仪如果作用在经络穴位上，低频治疗仪能够十分有效地治疗以及缓解各种病痛，低频治疗仪经常有计划地使用低频治疗仪可以置于许多慢疾病甚至顽症，工作之余和工作之中也可以使用低频治疗仪进行按摩，舒畅心身。 低频治疗仪是根据针灸捻转留针得气的感觉形成的超低频作用，低频治疗仪又结合具有高能量分布的脉冲，按照人体刺激能够形成的种种感觉的谱线，电子低频治疗仪模拟分布进行低频调制，电子低频治疗仪从而刺激经穴地反射效果形成闭环感觉以达到真实的治疗方式与效
8、果。 根据这个机理，本人选题设计制作模拟低频治疗仪。 低频治疗仪 5 第 1 章 工作 原理 1.1 低频治疗仪功效原理 低频治疗仪 以中医经络理论为基础与现代电子技术相结合 ， 利用 脉冲 波形来刺激人体穴位 调节人体免疫力、内分泌、神经系统疏通经络，改善微循环 ，以 达到治疗，保健的目的。 它 将物理因子作用在人体各部位的经络和穴位进行物理治疗，从而提高临床效果。它具有自动变频的脉冲电压，能够穿透组织深处进行浅部和深部病灶的治疗。具有疏通经络，活血化瘀、止痛、舒筋，调五脏六腑，平衡阴阳的作用。可以调节神经的兴奋性和抑制性，激活病灶周围组织的细胞活性，增强局部血液循环和新陈代谢能力，提高免疫
9、力，调节内分泌；对病灶周围组织有修复和治疗的作用。 适用于原发性一 级高血压，神经衰弱、胃肠炎、肩周炎、颈椎病、风湿性关节炎的症状的治疗及缓解。 1.2 低频治疗仪工作原理 本文 模拟设计 的低频治疗仪，强度可调，且有多种模式可供选择。 理疗学上的间动电流的物理波形为正弦波，其基本波形特性如下： 1、密波（ DF)频率为 100HZ,周期 10ms,幅度恒定，有针刺感，细振动，止痛，可促进局部血液循环。 2、疏波 (MF)频率为 50HZ，间歇 10ms，有强的震颤感、紧压感，量大可使肌腱收缩、止痛。 3、疏密波（ CP）疏波和密波交替出现，各持续 1 秒，可促进渗出物吸收。 4、间升波（ L
10、P） 又称快慢交替疏密波、其中的疏波持续 4秒，密波持续 8秒，且密波中的一组电压保持稳定，另一组电压缓慢起伏，有渐升和渐降的蚁爬感，可止痛。 5、断续波（ RS）疏波断续出现，通电断电时间各为 1秒，有断续震颤感 ，量大可使腱肌收缩，肌肉节律性收缩。 低频治疗仪 6 6、起伏波（ MM)疏度断续出现，通、断电时间各为 4秒，且疏波的出现和消失是缓慢的。 微电脑低频治疗仪的主要参数本低频治疗仪是以 2000HZ 频率的方波脉冲为基波，利用延时程序，把其调制成 100HZ 以内的低频电脉冲，低频脉冲电流的参数分为： 1、频率系是指每秒钟内脉冲出现的次数 ，相隔 1ms 以上的点刺激都能引起一次兴
11、奋； 2、周期指从一脉冲起点到下一个脉冲起点的时间，单位是 ms或 s； 3、波宽指每个脉冲出现的时间，包括上升时间、下降时间、单位是 ms或 s； 4、波幅指由一种状态变到另一种状态的变化量，最大波幅（峰值）是从基线起到波的最高点之间的变量； 5、脉冲间歇时间即脉冲停止的时间，等于脉冲周期减去脉冲宽度的时间，单位是ms 或 s； 6、通断比是指脉冲电流持续时间与脉冲间歇时间比例； 7、占空因数是脉冲电流的持续时间与脉冲周期的比值，通常用百分比来表示； 低频治疗仪 7 第二章 产品设计 2.1 设计原理简介 该设计设计一个低频发生器，我们采用的是 AT89C51 单片机用软件实现 低频 的输出
12、。该单片机是一个微型计算机，包括中央处理器 CPU， RAM， ROM、 I/O 接口电路、定时计数器、串行通讯等，是 低频 设计的核心。该 低频 信号发生器原理框图如图 2.1，总体原理为：利用 AT89C51 单片机构造低频 波形发生器，可产生正弦波、三角波、锯齿波、方波等波形。 通过 C 语言对单片机的编程即可产生相应的波形信号，并可以通过键盘进行各种功能的转换和频率的控制，当输出的数字信号通过数模转换成 模拟信号也就得到所需要的信号波形，通过运算放大器的放大输出波形，同时让显示器显示输出的波形信息。 图 2.1 信号发生器原理框图 该设计其主要模块包括复位电路、时钟信号、键盘控制、 D
13、/A 转化及 LED 显示。其各个模块的工作原理如下： （ 1）复位电路是为单片机复位使用，使单片机接口初始化； 89C51 等 CMOS51 系列单片机的复位引脚 RET 是施密特触发输入脚，内部有一个上拉低电阻，当振荡器起振以后，在 RST 引脚上输出 2 个机械周期以上的高电平，器件变进入复位状态开 始，此时键盘输入选择频率 AT89C51 单片机 接口 电路 数 /模准换器 DAC0832 UA741 运放放大 输出 低频治疗仪 8 ALE、 PSEN、 P0、 P1、 P2、 P4 输出高电平， RST 上输入返回低电平以后，变退出复位状态开始工作。该方案采用的是人工开关复位，在系统
14、运行时，按一下开关，就在 RST 断出现一段高电平，使器件复位。 （ 2）时钟信号是产生单片机工作的时钟信号，控制着计算机的工作节奏，可以通过提高时钟频率来提高 CPU 的速度。 89C51 内部有一个可控的反相放大器，引脚 XTAL1、XTAL2 为反相放大器输入端和输出端，在 XTAL1、 XTAL2 上外接 12MHZ 晶振和 30pF 电容便组成振荡器。时钟信号常用于 CPU 定时和计数。 （ 3）键盘模块是是用于控制信号输入的类型，当按键按下时，可以通过单片机编程读取闭合的键号，实现相应的信号输出。其步骤主要是 a、判断是否有键按下； b、 实现按键的相应功能。 （ 4） D/A 转
15、换也称为数模转换，是把数字量变换成模拟量的线性电路。单片机产生的数字信号通过 DAC0832 转化成模拟信号，输出相应的电流值，通过 OP07 集成运算放大器可以取出模拟量得电压值，最后利用示波器获得输出的模拟信号的波形；衡量数模转换的性能指标有分辨率、转换时间、精度、线性度等。 LED 显示器用由若干个发光二 极管按一定的规律排列而成，是一种能够将电能转化为可见光的固态的 半导体器件，它可以直接把电转化为光用于是显示相关输出波形的信息。 2.2 设计功能 （ 1）本方案利用利用 2 位（ P1.0 和 P1.1）控制开关信号输入类型，其中当 P1.0=0，1.1=0 输出正弦波；当 P1.0
16、=0， P1.1=1 输出三角波；当 P1.0=1， P1.1=0 输出锯齿波； 当 P1.0=1， P1.1=1 输出方波。 （ 2）本方案输出利用 8 位 LED 显示器，该显示器为共阴极，输入段选码低电平有效， 用于显示输出信号的类型和频率，如 1KHz 正弦波，显示为 1.1000。根据设计要求，我 们在系统启动时，还要在 LED 中显示“ COE 学号加上后 4 位” 5 秒钟，即显示“ CEO3632”。 （ 3）利用 DAC0832 数模转换芯片实现信号的转换，并通过集成运算放大器将信号 放大，输出信号能够在 Proteus 软件中的示波器中显示。 （ 4）信号频率范围要求： 1
17、 1KHz。 （ 5）输出信号幅度： 0 5V。 低频治疗仪 9 第三章 硬件选用及设计 3.1 单片机简介 图 3.1单片机简介 AT89C51 是一种带 4K 字节 FLASH 存储器 的低电压、高性能 CMOS 8 位微处理器，俗称单片机。该芯片具有优异的性价比，集成度高，体积小，可靠性强，控制功能强等优点。其外形及引脚排列如图 3.1 所示。 主要特性 ： 兼容性能强 4K 字节可编程 FLASH 存储器 全静态工作： 0Hz-24MHz 128 8 位内部 RAM 32 可编程 I/O 线 两个 16 位定时器 /计数器 5 个中断源 可编程串行通道 低功耗的闲置和掉电模式 片内振荡
18、器和时钟电路 3.2 DC0832 简介 低频治疗仪 10 DAC0832 是 8 分辨率的 D/A 转换集成芯片，由 8 位输入锁存器、 8 位 DAC 寄存器、 8 位 D/A 转换器及转换控制电路四部分构成。 8 位输入锁存器用于存放主机送来的数字量，使输入数字得到缓冲和锁存，并加以控制； 8 位 DAC 寄存器用于存放存放待转换的数字量，并加以控制； 8 位 D/A 转换器输出与数字量成正比的模拟电流，由与门、与非门组成的输入控制的输入电路来控制 2 个寄存器的选通或锁存状态，其原理框图如 3.2。当 WR2 和XFER 同时有效时， 8 位 DAC 寄存器端为高电平 图 3.2 DCA0832 “ 1”，此时 DAC 寄存器的输出端 Q 跟随输入端 D 也就是出入寄存器 Q 端得电平变化，反之，当端为低电平“ 0”时，第一级 8 位输入寄存器 Q 端得状态则锁存到第二级 8 位 DAC 寄存器中，以便第三极 8 位 DAC 转换器进行 D/A 转换。图 3.3 DAC0832 原理图 DAC0832的主要特性参数 分辨率为 8 位；电流稳定时间 1us； 可单缓冲、双缓冲或直接数字输入；
