单片机的电疗仪设计大学设计.docx

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单片机的电疗仪设计大学设计

设计题目：

基于单片机的电疗仪设计

一、引言3

二、设计目的4

三、设计要求4

四、电疗仪的作用5

五、总体设计6

5.1硬件部分6

5.1.1系统设计总框图6

5.1.2系统设计总构图6

5.1.3系统设计控制部分框图7

5.1.4系统设计负载隔离及变压器部分框图8

5.1.5电路组成及工作原理8

5.1.6单片机AT89C519

5.1.6.1AT89C51简介9

5.1.6.2AT89C51的主要性能参数10

5.1.7变压器变压部分11

5.1.8光耦合器件12

5.1.9IRF840器件13

5.2软件部分13

4.2.1程序流程图13

4.2.2程序清单14

5.3调试部分16

5.3.1硬件调试16

5.3.2软件调试16

5.3.3输出检测16

六、总结17

一、引言

单片机自20世纪70年代问世以来，以其极高的性能价格比，受到人们的重视和关注，应用很广、发展很快。

单片机体积小、重量轻、抗干扰能力强、环境要求不高、价格低廉、可靠性高、灵活性好、开发较为容易。

由于具有上述优点，在我国，单片机已广泛地应用在工业自动化控制、自动检测、智能仪器仪表、家用电器、电力电子、机电一体化设备等各个方面，而51单片机是各单片机中最为典型和最有代表性的一种。

这次设计通过对它的学习、应用，以AT89S51芯片为核心，辅以必要的电路，设计了一个简单的单片机电疗仪，它由直流电源供电，通过扬声器发出声音，使人体得到治疗的效果。

电疗仪是现代社会应用广泛的医疗设备，在社会上，医院中及至我们每个人的日常生活中都发挥着重要的作用。

本系统是基于AT89C51单片机设计的电疗仪。

它主要由控制部分和负载隔离及变压器部分组成，把一定频率的波形通过单片机变成频率不断变化的电路，这样把输出信号加到人体颈椎的各个空位上，通过频率的变化来刺激人体各个穴位反应，达到治疗和按摩的目的。

该系统同时具有硬件设计简单、工作稳定性高、价格低廉等优点。

本文以对单片机的学习和认识，并通过本次课程设计加以应用，从而达到一个对所学知识的巩固、更深一步的理解，面对一个电子设计，应对出系统的方案，分析出各个板块来，再对各个板块进一步的具体的设计，先进行硬件电路设计，此时一定要考虑好要用什么元件、各个元件的具体参数、是否能实现应有功能，从而得到一个完整的硬件电路。

在根据该电路设计出软件的功能模块、从而完成程序流程图，在根据流程图完成程序的设计，并通过反复的调试、运行、更正，直至完成既定功能为止，最后将软件、硬件结合进行调试、运行，对其功能进行最终测试，并反复思考其测试中遇到相应问题的原因，并将其一一处理，从而完成本次设计的实验要求，以及本次课程设计的最终目的。

二、设计目的

1.掌握变压器的工作原理与使用方法。

2．掌握利用AT89C51设计电疗电路的方法。

3．了解电疗仪的工作原理。

三、设计要求

在课程设计中，学生是主体，应充分发挥他们的主动性和创造性。

教师的主导作用是引导其掌握完成设计内容的方法。

为保证顺利完成设计任务还应做到以下几点：

1、在接受设计任务后，应根据设计要求和应完成的设计内容进度计划，确定各阶段应完成的工作量，妥善安排时间。

2、在方案确定过程中应主动提出问题，以取得指导老师的帮助，同时要广泛讨论，依据充分。

在具体设计过程中要多思考，尤其是主要参数，要经过计算论证。

3、说明书要求文字通顺、简练，字迹端正、整洁。

4、应在规定的时间内完成所有的设计任务。

5、如果条件允许，应对自己的设计线路进行实验讨论，考虑进一步改进的可能性。

电疗仪的作用

1.镇痛作用

低.中频电疗仪的即时镇痛作用可利用以下几种理论解释.。

（1）掩盖效应

一定频率的中频电流可以引起舒适的震颤感和肌肉颤动，使主要传导解压觉的粗纤兴奋，掩盖了细纤维和C纤维传导的痛觉，达到止痛的目的，这就是所谓的掩盖效应。

中频电流引起的震颤是产生掩盖效应的一种适宜刺激。

（2）产生镇痛物质理论

研究证明，人体受到电刺激后神经系统可以释放一些具有镇痛效应的物质，使其在神经组织内。

脑脊液中甚至血浆中的含量增高，从而达到止痛的目的。

（3）闸门控制理论

中频电流能引起明显的震颤感和肌肉颤动，易使粗纤维兴奋，使SG细胞兴奋，关闭闸门，抑制T细胞的活动，从而减少或阻碍疼痛冲动向中枢的传递，而达到镇痛的目的。

2.净化身体

由于血液循环的加快，使体内的新陈代谢加快，加速了体内废弃物质的排除，当人体进行电刺激时，就会排出有异味的病气就是最好的说明。

3、疏通经络

经络电疗法是利用电流在人体内流动来激发经气，疏通经络。

经络通过的电流大，对经络疏通作用也大。

人体经络畅通，则血脉和利，血脉和利则苛疾不起，精神乃居，达到祛病健身的目的。

4、促进血液循环

生物电渗透到人体以后，使皮肤的小动脉血管扩张，血液循环改善，细胞膜通透性提高，物质代谢加快，组织营养改善，提高细胞的活力。

生物电可引起肌肉收缩，肌肉的收缩和舒张形成"泵"的作用，从而促进血液和淋巴液的回流。

五.总系统设计

5.1硬件部分

5.1.1系统设计总框图

图5-1设计总框图

5.1.2系统设计总构图

5.1.3控制部分：

5.1.4负载隔离及变压器部分：

此次课程设计的电疗仪由单片机AT89C51、负载隔离及变压器电路组成。

运用C语言来控制单片机AT89C51来实现不同频率的输出，并在此基础上综合运用，设计中的AT89C51单片机是工作过程的核心，是整个设计灵魂，他控制了脉冲时序的产生，信号的发送，控制显示LED的选择。

同时也考虑到AT89C51单片机来制作电疗仪其最大的好处就是可以结构简单，体积小，容易携带.

5.1.5电路组成及工作原理

本文电疗仪设计原理主要利用AT89C51单片机,由单片机的P1口产生高低交换的电平，促使扬声器发出声音。

在设计中引入两个电源电路，一个是外部电源系统产生+12V电压，用于给负载隔离及变压器部分提供工作电压，这是为扬声器提供的电压。

另一个给内部系统提供+5V的电压，这是因为CPU正常工作的时候必需用到的电压，这个时候我们可以利用我们学过的模电的知识把较高的电压变成单片机所需低压。

现在以控制部分进行分析，12V变成5V,首先进行电压的滤波，这时可以用到电容的特性进行滤波，其次用到稳压管7805把12V变成5V，再进行滤波一次，使一些不必要的成分滤掉，最后给单片机通电，这个时候一上电就有一个指示灯D3亮，没有通电才熄灭。

另一个指示灯不停的闪烁，直到扬声器走动才不会闪动，这个时候闪动由CPU控制，一直保持亮，直到断电。

为什么会一起亮？

这是因为我运用一个三极管。

CPU等到闪烁灯不闪烁时就开始工作，发出脉冲。

负载隔离及变压器部分分析，从CPU出来的信号首先我们知道可能有一些干扰信号，再加上我们的分析，电源的信号也可能有干扰，这时我们可以用到光电耦合器件进行抗干扰，现时我们用到了两个不同的电压，一个电压是为光电耦合器的红外线发光二极管LED进行供电，一个是为光电耦合器的光敏半导体管进行供电，当输入端加电信号时发光器发出光线，受光器接受光线之后就产生光电流，从输出端流出，从而实现了“电—光—电”转换。

两个不同的电源，主要以消除模拟电路对单片机的干扰。

信号出来后，因为电流非常之小，这时我们采用了另一个器件IRF840进行电流的驱动，实现电流的放大作用，后面用到了逆变压器，进行电压降低作用.。

整个系统的工作时，CPU发出脉冲信号，经过一段时间的处理，得到我们所需的信号。

电路后面有个滑动变阻器，可以调节信号的大小。

从而达到所理想的效果。

5.1.6单片机AT89C51

5.1.6.1AT89C51简介

单片机是一种集成电路芯片，采用超大规模技术把具有数据处理能力（如算术运算，逻辑运算、数据传送、中断处理）的微处理器（CPU），随机存取数据存储器（RAM），只读程序存储器（ROM），输入输出电路（I/O口），可能还包括定时计数器，串行通信口（SCI），显示驱动电路（LCD或LED驱动电路），脉宽调制电路（PWM），模拟多路转换器及A/D转换器等电路集成到一块单块芯片上，构成一个最小然而完善的计算机系统。

这些电路能在软件的控制下准确、迅速、高效地完成程序设计者事先规定的任务。

本文采用的单片机为AT89C51，AT89C51是一种低功耗、高性能的片内含有4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。

它的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。

该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。

由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。

AT89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。

本数字时钟设计原理主要利用AT89C51单片机，由单片机的P1口控制数码管的位显示，P2口控制数码管的段显示，P0^7口控制时钟与秒表的选择转换，P0^1控制秒表的复位，P0^0控制秒表的开始与停止。

5.1.6.2AT89C51的主要性能参数

与MCS-51产品指令系统完全兼容，4k字节可重擦写FLASH闪速存储器。

1000次擦写周期。

全静态操作：

0Hz—24MHz。

三级加密程序存储器，128×8字节内部RAM32个可编程I/O口线，2个16位定时/计数器6个中断源，可编程串行URAR通道，低功耗空闲和掉电模式。

AT89C51提供以下标准功能：

4k字节FLASH闪速存储器，128字节内部RAM，32个I/O口线，2个16位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。

同时，AT89C51降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种可选的节电工作模式。

空闲方式体制CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。

掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器体制工作并禁止其他所有不见工作直到下一个硬件复位。

下图为单片机AT89C51各管脚图：

图4-2单片机AT89C51管脚图

5.1.7变压器变压部分

稳压的过程：

变压，整流，滤波，稳压，滤波，直流负载。

在电路中我们没有交流电源，就省去了变压，整流直接进入滤波部分，在这里用到了7805稳压器，实际就是把12V变5V，

当集成稳压器的输出电压低于稳压电源要求的输出电压时，可采用辅助的外围电路来提高输出电压：

Uo=Uxx+Uz

式中Uxx是集成稳压器的输出电压，Uz是稳压管的稳定电压。

5.1.8光电藕合器件

光电偶合器件（简称光耦）是把发光器件（如发光二极体）和光敏器件（如光敏三极管）组装在一起，通过光线实现耦合构成电—光和光—电的转换器件。

光电耦合器分为很多种类，图1所示为常用的三极管型光电耦合器原理图。

当电信号送入光电耦合器的输入端时，发光二极体通过电流而发光，光敏元件受到光照后产生电流，CE导通；当输入端无信号，发光二极体不亮，光敏三极管截止，CE不通。

对于数位量，当输入为低电平“0”时，光敏三极管截止，输出为高电平“1”；当输入为高电平“1”时，光敏三极管饱和导通，输出为低电平“0”。

若基极有引出线则可满足温度补偿、检测调制要求。

这种光耦合器性能较好，价格便宜，因而应用广泛。

光电耦合器之所以在传输信号的同时能有效地抑制尖脉冲和各种杂讯干扰，使通道上的信号杂讯比大为提高，主要有以下几方面的原因：

（1）光电耦合器的输入阻抗很小，只有几百欧姆，而干扰源的阻抗较大，通常为105～106Ω。

据分压原理可知，即使干扰电压的幅度较大，但馈送到光电耦合器输入端的杂讯电压会很小，只能形成很微弱的电流，由于没有足够的能量而不能使二极体发光，从而被抑制掉了。

（2）光电耦合器的输入回路与输出回路之间没有电气联系，也没有共地；之间的分布电容极小，而绝缘电阻又很大，因此回路一边的各种干扰杂讯都很难通过光电耦合器馈送到另一边去，避免了共阻抗耦合的干扰信号的产生。

（3）光电耦合器可起到很好的安全保障作用，即使当外部设备出现故障，甚至输入信号线短接时，也不会损坏仪表。

因为光耦合器件的输入回路和输出回路之间可以承受几千伏的高压。

（4）光电耦合器的回应速度极快，其回应延迟时间只有10μs左右，适于对回应速度要求很高的场合。

5.1.9-IRF840

-IRF840MOSFET电力场效应晶体管在导通时只有一种极性的载流子（多数载流子）参与导电，是单极型晶体管。

电力场效应晶体管是用栅极电压来控制漏极电流的，因此它的一个显著特点是驱动电路简单，驱动功率小。

其第二个显著特点是开关速度快，工作频率高，电力MOSFET的工作频率在下降时间主要由输入回路时间常数决定。

6.2软件部分

6.2.1程序流程图

程序流程图

6.2.2程序清单：

#include

#defineucharunsignedchar

#defineuintunsignedint

sbitled=P1^0。

sbitout=P2^7。

sbitkey=P3^2。

uinti,j。

voiddelay（ucharx）

{

uchari。

while（x--）for（i=125。

i>0。

i--）。

}

voidstart（）

{

ucharz。

for（z=1。

z<10。

z++）

{

led=~led。

delay（1000）。

}

}

voidrun（）

{

out=1。

delay（i）。

i=i+2。

out=0。

delay（j）。

j=j-2。

}

voidmain（）

{

i=50000。

j=60000。

start（）。

while

（1）

{

if（key==0）

{

delay（100）。

if（key==0）

break。

}

run（）。

if（（i==65534）||（j==20000））

while（key）。

}

}

5.3调试部分

5.3.1硬件调试

主要检查了电路板有无短路、连线是否正常，尤其是单片机的各使能端的接线，I/O接口连线是否有误。

由于我们用到两种电压使用一种电路，接线时经常容易造成电路短路。

这是硬件设计不足之处，今后将注意元件的选配使设计更简洁实用。

5.3.2软件调试

Protuel仿真机上，对控制部分和负载隔离及变压器进行了分段调试，结果功能正常。

4.3.3输出检测

输出时用示波器进行模拟量检测分析，出现有高低电平，跟扬声器发出的声音刚好相符，说明电路连接正常。

五、总结

在设计过程中，通过针对性地查找资料，了解了些电子方面的资料，既增长了自己见识，补充最新的专业知识，又提高了自己的应用能力。

这次对AT89C51有了一个全面的认识，在此基础上结合以前所学的专业知识，从而把我所学的知识贯穿到一起，对电子专业有了一个更全面的认识！

总之这次毕业设计让我把理论设计和工程实践相结合、巩固基础知识与培养创新意识相结合、个人作用和集体协作相结合等方面全面的培养学生的全面素质。

这些在我今后的学习和工作当中都会有很大的帮助。

在实验中，我们同组人员之间相互合作、默契配合，遇到问题一起加以讨论解决，不同的思路与意见两个人在一起分享讨论，并最终采用得到的最为理想与完善的方案。

在这个分享与讨论的过程中，我们锻炼了我们自己的团队协作能力与沟通能力，能够让这次课程设计在跟同事的协作配合下很好地完成，让自己的创作激情与工作热情在默契和谐的团队配合下得以充分的燃烧。

整个设计的过程中，我们针对不同的实际情况进行各种各样的分析、讨论。

从整体规划，到模块划分，我们在总体方案的框架内，不断地对设计的结构进行修改，反复纠正各个阶段出现的错误。

从开始一头雾水到最后的思路清晰，我们在这段反反复复的历程中艰难地走过，培养锻炼了我们细致耐心的实验求索精神，让我们在以后的工作中更加严谨仔细，有责任感和使命感，为设计出实用、安全、经济和操作可靠的电气控制系统打下坚实的基础。

同时，这次课程设计也让我们懂得了只有在困难面前毫不退缩，才能品尝到胜利果实的甘甜。

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