基于单片机的脉冲理疗仪的设计与实现整理版.docx
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基于单片机的脉冲理疗仪的设计与实现整理版
基于单片机的脉冲理疗仪设计
学院名称：
专业：
电子信息工程
班级：
学号：
姓名：
指导教师姓名：
指导教师职称：
高级实验师
二〇一四年六月
基于单片机的脉冲理疗仪设计
摘要：
本次设计为基于单片机的脉冲理疗仪设计，其中包括单片机系统模块、显示模块、报警模块、电源模块、升压模块、按键模块。
当系统通电后，设置理疗的时间、幅度，在LED数码管上显示，当理疗时间到达设定时间，报警响，理疗仪停止工作，脉冲强度受占空比影响，占空比越大，输出强度越大，脉冲理疗仪就是将物理因子作用于人体，使之产生好转的设备。
本设计基本能完成脉冲理疗的功能，并且操作简单易懂，适合广大群体使用。
关键词：
脉冲；幅度；理疗；占空比
Pulsefieldsdesignbasedonsinglechipmicrocomputer
Abstract：
Thedesignforpulsefieldsdesignbasedonsinglechipmicrocomputer,includingsinglechipmicrocomputersystemmodule,displaymodule,alarmmodule,powersupplymodule,theboostermodule,keysmodule.Whenthesystemafterelectrify,setthephysicaltherapytime,amplitude,displayedontheLEDdigitaltube,whenphysicaltherapytimesettingtime,alarm,stopworkingfieldsandpulsestrengthaffectedbythedutyratio,thedutyratio,thegreatertheoutputintensity,thegreaterthepulsefieldsistheeffectofphysicalfactorsonhumanbody,makeithavebetterequipment.Thisdesignbasiccancompletethefunctionofthepulsephysicaltherapy,andeasyoperation,suitableforthegeneralpopulation.Keywords：
Pulse；Amplitude；Physicaltherapy；Dutyratio
序言1
第1章绪论2
1.1课题的目的和意义2
1.2主要设计内容和要求2
第2章方案论证3
2.1方案论证3
2.2系统各模块功能简述4
第3章系统硬件设计6
3.1单片机控制模块的设计6
3.2单片机最小系统7
3.2.1单片机复位模块设计8
3.2.2单片机晶振模块设计9
3.3电源电路设计9
3.4按键电路设计10
3.5显示电路设计10
3.6报警模块11
3.7升压电路12
3.8系统硬件设计13
3.8.1系统硬件图13
3.8.2系统硬件分析13
第4章系统软件设计15
4.1系统软件设计原则15
4.2主程序设计流程图15
4.3显示电路流程图16
4.4键扫流程图设计17
第5章系统调试与数据分析19
5.1软硬件电路制作与调试19
5.2软硬件功能分析19
结论20
参考文献21
致谢22
附录一元件清单23
附录二主程序25
附录三电路图36
附录四实物图37
序言
电子技术，计算机技术和图像分析技术，广泛应用于医药，理疗设备。
现今使用的理疗仪功能多化，操作方便，并且也很安全高效，在国外，家庭保健和理疗起步很早，技术也得到了改善，而且推广很大众化，最近几年国内也掀起了理疗热，各种理疗仪，例如低频治疗仪，如红外治疗仪，磁场探测器和其他小的工具，现在已经进入了家庭在国内和国外[1]。
本设计利用51单片机控制输出脉冲信号，利用按键，LED数码管，报警，电源等外部硬件组成一个脉冲理疗仪，对各方案进行了细心的比较，并对设计中使用的芯片进行了仔细的分析。
因此，本系统的安全性和可扩展性都比较好[2]。
第1章绪论
1.1课题的目的和意义
随着社会经济活动日益频繁和现代生活节奏的加快，越来越多的人明显的感觉或经验所带来的压力重，精神压力迄今已经成为现代社会的一大“隐形瘟疫”，对人们的身心健康构成了相当大的威胁，如不加以重视，其危害和遗患将十分严重[3]。
通过本次脉冲理疗仪的设计，让我们能够更加清楚的了解单片机智能控制系统的功能，巩固自己已经学过得知识，自学新的内容，提高动手实践能力。
1.2主要设计内容和要求
利用单片机设计，使系统：
1、工作电压+5V；
2、能输出幅度可调的脉冲信号；
3、1到30分钟的治疗，最后能报警；
4、理疗时间可通过LED数码显示。
第2章方案论证
2.1方案论证
方案1
本系统采用STC12C5A60S2作为中央处理单元控制脉冲发生电路产生脉冲实现理疗，通过LED数码管时间显示，并通过蜂鸣器实现计时报警。
示意框图2-1如下：
图2-1单片机控制原理框图
方案2
本系统采用FPGA作为中央处理单元控制脉冲发生电路产生脉冲实现理疗，通过LED数码管时间显示，并通过蜂鸣器实现即使报警。
示意图2-2如下：
图2-2FPGA控制原理框图
方案比较：
以上两个方案都可以实现脉冲理疗仪的功能要求。
其中方案一软硬件结合，硬件成本低，软件容易实现，优化型相对比较好，操作简单，容易实现，且满足设计要求。
方案二使用的是软硬件结合，硬件成本高且设计繁琐，软件起点底，操作难，软硬结合不易实现且难修改，且相关设计要求不能达到。
所以选择方案一实现功能。
2.2系统各模块功能简述
1.电源模块
本设计需要+5V电压，由稳压器变压而来。
工作时，只需要插上插头。
2.显示模块
设计中选用LED数码管作为显示器，显示理疗的时间和输出信号的强度。
3.按键模块
本设计需要五个键，一个为复位键，四个为设置时间的时，分，信号的强度和确认键。
4.报警模块
当理疗时间到达预先设定好的时间时，蜂鸣器就会响，表面理疗时间已到。
第3章系统硬件设计
3.1单片机控制模块的设计
本设计采用的单片机为STC12C5A60S2。
STC12C5A60S2是STC生产的单时钟/机器周期（1T）的单片机，具有高速、低功耗、超强抗干扰的功能，是新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统的8051，但是速度快8-12倍。
内部集成MAX810专用复位电路，2路PWM，8路高速10位A/D转换，针对电机控制，强干扰场合[4]。
STC12C5A60S2的引脚图如图3-1所示：
图3-1STC12C5A60S2的引脚图
STC12C5A60S2的各引脚功能如表3-2所示：
表3-2STC12C5A60S2引脚功能表
管脚名称
管脚功能
P0.0—P0.7（39—32）
P0口是一个漏极开路型准双向I/O口。
在访问外部存储器时，它是分时多路转换的地址（低8位）和数据总线，在访问期间激活了内部的上拉电阻。
在EPROM编程时，它接收指令字节，而在验证程序时，则输出指令字节。
验证时，要求外接上拉电阻。
P1.0—P1.7（1-8）
P1口是带内部上拉电阻的8位双向I/O口。
在EPROM编程和程序验证时，它接收低8位地址。
P2.0—P2.7（21-28）
P2口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口。
在访问外部存储器时，它送出高8位地址。
在对EFROM编程和程序验证期间，它接收高8位地址。
P3.0—P3.7（10-17）
P3口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口。
VCC（40）
电源端，接5V电源
GND（20）
接地引脚
RST（9）
复位信号输入引脚端口
XTAL2，XTAL1（18-19）
晶体振荡器的接入引脚。
3.2单片机最小系统
单片机最小系统包括:
单片机、晶振电路、复位电路。
单片机最小系统为整个电路提供了时钟信号和复位电路。
下图3-2是STC12C5A60S2单片机的最小系统电路图。
图3-2单片机最小系统
3.2.1单片机复位模块设计
电阻R6与电容C3组成复位电路。
复位原理，单片机高电平复位，上电瞬间，电容两段极性不能突变[5]，所以单片机9脚瞬间高电平复位，很快电容C3充满电后，单片机9脚被拉低，处于工作状态，只要重新上电，单片机就会复位一次。
下图3-3为单片机复位电路设计。
图3-3单片机复位电路
3.2.2单片机晶振模块设计
单片机的时钟信号通常用两种电路形式得到：
内部振荡和外部振荡方式。
本次设计采用外部振荡器[6]。
将12MHZ的晶振连接到引脚XTAL1和XTAL2，电容C2，C4采用22pF，可以用来稳定振荡器的频率,两个电容为负载电容，两个电容的作用是容易起振和减小频率的温漂。
晶振模块为系统提供基本的时钟信号。
频率较大时，会产生很小的误差，故延时时间还要加上指令时间才能获得较大的频率波形。
时钟电路的设计框图如图3-4所示：
图3-4单片机晶振模块设计
3.3电源电路设计
5V供电是采用LM7805供电的，输入12V直流电，输出5V直流电，供单片机工作使用。
这部分电路比较简单，外接12V直流电源，可用电源供电，插上电源后，经过LM7805稳压管，输出电压VCC,再通过220uF电容滤波。
如图3-5所示：
图3-5电源电路
3.4按键电路设计
常用的键盘电路一般为矩阵式，但在这次设计中，为了方便程序的简单化，我们采用了一般的键盘接口，键盘输出信号[7]。
单片机的P3口（P3.0-P3.7）P3口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，功能由程序定义，系统共有四个按键，P3.4为设置功能，P3.5为确认键，P3.6为减小键，P3.7为增大键。
键盘模块设计框图如图3-6所示：
图3-6按键电路
3.5显示电路设计
下图3-7为显示电路。
图3-7显示模块
数码管有共阴和共阳的区分，单片机都可以进行驱动，但是驱动的方法却不同，并且相应的0～9的显示代码也正好相反。
本系统数码管选择共阳极接法。
P2.1，P2.2，P2.3，P2.4控制数码管的千，百，十个位，当相应的端口为低电平，驱动晶体管导通，驱动晶体管的数字控制提供了高电平，这时只要P0口送出数字的显示代码，数码管就能正常显示数字。
因为要显示三位不同的数字，所以必须用动态扫描的方法来实现，就是先个位显示1毫秒，十位再显示1毫秒，循环，所以只要扫描时间小于1/50秒，因为人眼的视觉效果的残留量，不断循环，这样只要扫描时间小于1/50秒，就会因为人眼的视觉残留效应，看到两位不同的数字稳定显示。
通过一个220欧姆的电阻直接给数码管的8个段位供电，P2.1和P2.2、P2.3、P2.4端口控制数码管的千位、百位、十位和个位的供电。
单片机的P0口输出的数据相当于将数码管不要显示的数字段对地短路，这样数码管就会显示需要的数字。
3.6报警模块
下图3-8为报警电路模块。
图3-8报警电路
当预先设定时间结束时，则启动声光报警电路。
报警电路中光报警采用发光二极管，声报警采用蜂鸣器来设计，采用一个引脚控制。
其中，蜂鸣器电路中，当输出高电平时，三极管截至，当输出低电平时，三极管导通，蜂鸣器产生报警声。
对于发光二极管，必须采用限流电阻，否则会使二极管电流过大而烧坏。
当单片机P3.3置低时，即可实现声光报警。
3.7升压电路
下图3-9为升压模块电路。
从P13端输入信号，经过R6，C1进行整流滤波，再送入升压变压器，经过变压器后将升压降压，再输出脉冲信号。
图3-9升压电路
3.8系统硬件设计
3.8.1系统硬件图
通过前面的单片机复位电路、晶振模块、电源模块、显示模块、报警模块、升压模块、按键模块组成了系统硬件图。
详情见附录三。
3.8.2系统硬件分析
当系统通电后，电压接+12V到LM7805稳压管，输出+5V电压，通过C5滤波，二极管D4为保护电路，通入单片机，然后单片机最小系统开始工作，首先单片机晶振电路工作，12MHZ的晶振连接到引脚XTAL1和XTAL2，电容C2和C4分别并到两端，两个电容的作用是容易起振和减小频率的温漂，晶振模块为系统提供基本的时钟信号。
电阻R6与电容C3组成复位电路,按键SW5按下，输入高电平，复位电路工作。
显示电路通过7个220欧姆和一个330欧姆的电阻直接给数码管供电，P2.1和P2.2、P2.3、P2.4端口控制数码管的千位、百位、十位和个位的供电，三极管Q1，Q2，Q3，Q6，为驱动放大的作用。
单片机的P0口输出的数据相当于将数码管不要显示的数字段对地短路，这样数码管就会显示需要的数字。
蜂鸣器电路中，当输出高电平时，三极管截至，当输出低电平时，三极管导通，蜂鸣器产生报警声。
对于发光二极管，必须采用限流电阻，否则会使二极管电流过大而烧坏。
当单片机P3.3置低时，即可实现声光报警。
按键电路共有四个按键，由单片机的P3.4、P3.5、P3.6、P3.7接入这四个按键，SW1为设置按键，SW2为确认按键，SW3为减小按键，SW4为增大按键。
第4章系统软件设计
4.1系统软件设计原则
系统软件是一种不需要用户干预的程序集合，也控制和协调计算机和外部设备，主要功能是调度，监控，维护计算机系统，负责管理计算机系统中各种独立的硬件才能协调工作。
所以，可以说软件系统是连接需求分析、硬件系统以及使得系统实现的桥梁，对软件的设计应首先了解软件设计的设计原则：
1.可靠性：
软件可靠性是指软件，可以避免失败的测试运行期间发生的能力，和失败的事件之后，逃生能力和故障排除。
2.可修改性：
合理的要求，设计了软件，它具有良好的结构，完整的文档的科学方法，完备系统的性能。
3.易于调整,程序简便。
4.可测试性:
可测试性就是设计一个适当的数据集合，用来测试所建立的系统，并保证系统得到全面的检验。
5.标准化原则:
在结构上实现开放，基于业界开放式标准，符合国家和信息产业部的规范。
4.2主程序设计流程图
总流程图如下图4-1所示,从程序开始，进入显示，然后系统初始化，看按键是否按下，假如按键按下，则进入相关参数的设置，如不按下按键，则返回初始化，进入数据参数之后，下一步进入定时中断和显示端口，最后脉冲输出，如想重新设置，则返回系统初始化。
图4-1主程序流程图
4.3显示电路流程图
显示程序的过程为：
显示开始时，先进行LCD的初始化，判断是否显示汉字或ACSII码或图形，若不显示，则返回，若显示的是汉字或ACSII码，相应的功能设置，和发送的地址和数据，然后决定是否显示完毕，完成显示的回报，没有出现继续发送地址，若显示的是图形，则先进行相应功能的设置，再送行地址和列地址，然后送数据，最后判断是否显示完，显示完则返回，没有显示完则继续送行地址和列地址。
其流程图如图4-2所示。
图4-2显示模块流程图
4.4键扫流程图设计
键扫程序的过程为：
开始时，先判断是否有键闭合，无键闭合时，返回继续判断，有键闭合时，先去抖动，然后确定是否按下任意键，如果没有键被按下，返回继续确定关键是封闭的，如果有键按下，则判断键号，然后释放，若释放按键完毕，则返回，若没有释放按键，则返回继续释放。
其流程图如图4-3所示。
图4-3按键电路流程图
第5章系统调试与数据分析
5.1软硬件电路制作与调试
1.单片机控制电路的制作和调试
第一步是要焊接单片机的晶振电路和复位电路，做完了以后，首先不上电，用万用表检查是否有短接、断接和搭错线路等问题，使用数字万用表检查过后发现没有错焊、漏焊或虚焊。
之后就上电检测，检测的方法是看数码管上面有无显示，发现能够显示，则表示这部分没有问题了，紧接着进行下一步的硬件焊接工作。
2.按键系统的制作和调试
第二步是从单片机选择四个端口焊接好四个按键，对角线进行焊接，一端接P2^0-P2^3端口，另一端连接接地。
单片机的四个按键都有自己的功能。
焊好后上电，通过数码管显示看按键是否正确，是否灵敏。
发现数码管可以正确的按键功能，但是稍显迟钝，但经检查后并没有发现错误。
3.报警电路模块的制作和调试
焊接报警电路时上电试验后发现蜂鸣器不工作，用万用表检查后发现三极管已坏，蜂鸣器不工作，重新焊接了一个三极管成功驱动了蜂鸣器的工作。
4.输出信号的检查
用万用表和示波器检测输出信号口，测的数据与要求的基本能符合。
5.2软硬件功能分析
经过反复的调试与修改，基本实现了预定的功能，当通电后，数码管能正常显示时间，可以正常调节幅度，并达到预设报警时间时，自动报警。
结论
本次毕业设计是对我们大学四年所学知识的一个检验，在本次设计中，我发现了自己的不足，并通过自己思考，找资料和问指导教师，弥补了自己的缺陷。
也学到了自己在书本上所学不到的知识，并理解了以前在书本上所不理解的知识，自己动手才能把以前的知识和陌生的知识理解贯彻，实践出真理。
虽说理疗仪在生活中并不少见，但这次自己制作，让我深刻理解了它的原理。
在写论文时，自己时常不知道怎么进行下一步的编写和一些器件理解，通过在图书馆查资料和问同学老师，这些问题也迎刃而解。
最后要感谢我的同学们，感谢他们在毕业设计的过程中给我的帮助。
没有他们的帮助，我也不可能很好地完成本次设计任务。
同时感谢从我进入大学以来，学校所有在学习和生活方面对我关心的老师。
参考文献
[1]张毅刚,彭喜源.MCS—51单片机应用设计[M].哈尔滨:
哈尔滨工业大学出版,1997.
[2]王煜东.传感器应用电路400例[M].北京:
中国电力出版社,2008.
[3]邹振春等.MCS-51系列单片机原理及应用接口技术（第二版）[M].北京:
机械工业出版社，2006.
[4]林恒,刘惠兰,杨德伟.微光机电（MOEMS）陀螺的技术及发展[J].中国惯性技术,2005,13（12）:
85-88.
[5]邹振春等.MCS-51系列单片机原理及应用接口技术（第二版）[M].北京:
机械工业出版社，2006.
[6]陆为民，卢宁．生理学[M]．上海：
复旦大学出版社，2005.
[7]谢永林，王溶泉．理疗机械学[M]．北京：
人民军医出版社，1999.
[8]张鑫.单片机原理及应用[M].北京：
电子工业出版社，2005.
[9]楼然苗，李光飞.单片机课程设计指导[M].北京：
北京航空航天大学出版社，2007.
[10]赵负图．数字逻辑集成电路手册[M]．北京：
化学工业出版社，2005.
[11]全新实用电路集萃丛书委员会．医疗保健应用电路集萃[M]．北京：
机械工业出版社，2005.
[12]马全喜．电子元器件与电子实习[M]．北京：
机械工业出版社，2007.
[13]万敏.VHDL语言100例详解[M]. 北京：
清华大学出版社，1999.
[14]GothelfA,,MirLM,GehlJ.Electrochemotherapy:
resultsofcancertreatmentusingenhanceddeliveryofbleomycinbyelectroporation.[M]CancerTreatmentReviews.2003
[15]MatsushimaY,TakahashiE,HagiwaraK,etal.Clinicalandexperimentalstudiesofanti-tumoreffectsofelectrochemicaltherapyaloneorincombinationwithchemotherapy.[M]EuropeanJournalofSurgerySupplement.1994
致谢
在不注意的日子里，我们已经度过了大学的四年生活，在这四年里，我们有过快乐，也有过悲伤，这些都成为我们最珍贵的回忆，在这四年的生活中，我遇到了一些困难，但这些困难不能挡住我前进的脚步，因为我有我的同学、老师，正是因为他们的无私帮助，我才战胜了困难，所以我要特别的感谢他们，没有他们，我的四年时光就不会这么顺心的过下来，感谢你们。
历时两个月的时间里，终于完成了毕业设计，在论文的写作中也遇到了许多困难，但在同学和老师的帮助下度过了，在此要特别感谢我的指导老师黄老师，感谢他的细心教导和不厌其烦的帮助我进行论文的修改。
最后再次感谢黄老师和各位同学的帮助，让我能够完成这篇论文。
毕业论文的结束意味着我们即将走向社会的大门，远离大学的校门，所以毕业论文的结束不是我们的终点，我们还需走的更远。
谨以此感谢，路还长，唯勤勉前行。
附录一元件清单
名称
规格
个数
瓷片电容
0.1uF/50V
3
瓷片电容
0.1uF/250V
2
电解电容
4.7uf/16V
1
电解电容
1000uf/25V
1
电解电容
220uf/16V
1
电解电容
10uF
1
瓷片电容
30p
2
电解电容
0.1uf/16V
1
电解电容
100PF/50V
1
电解电容
2200PF/50V
1
二极管
1N4148
2
稳压二极管
3V
2
二极管
1N4007
1
二极管
BYV26C
2
二极管
Diode1N4148
1
DC插座
PWR2.5
1
USB接口
OUTPUT
1
下载程序排阵
Header4
1
IRF730
6N80C
2
IRF730
IRF3415
1
三端稳压器
7805
1
电阻
3k
3
电阻
1k
1
电阻
100k
1
电阻
10K
4
电阻
0.1
1
电阻
390K
1
排阻
10k
2
按键
SW_P8
16
变压器
1
单片机
STC5A60S2
1
IRF2104
IRF2103
1
数码管
4
UC3842B
UC3845
1
运放
LM258
1
晶振
12MHz
1
附录二主程序
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
#include"STC12C5A.h"
#definefangzheng1//仿真使能
#include
#include"PWM.C"
#definePWM_MAX70
ucharLED_D;//动态移位缓冲
#defineLED_WEIP2
#defineLED_DUANP0
#defineK1P34
#defin
升级会员 