针灸仪设计控制电路.pdf

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1、针灸仪设计(控制电路)I/34 针灸仪设计(控制电路)摘 要传统中医针灸疗法包括两部分：针疗法和灸疗法。简单的讲，针疗法就是通过毫针刺激人体的穴位，从而调节人体内源性调节系统，发挥治病防病的效果；灸疗法就是通过艾条（或者其它代替品）燃烧的热量作用于人体穴位、经络，从而调节人体内源性调节系统，发挥治病防病的效果。传统中医针灸疗法中的针疗法与灸疗法既是相互独立的，又是互为补充的，灵枢官能说：“针所不为，灸之所宜。”正是体现了两者相辅相成的关系。现代医学工作者根据前人积累下的丰富经验加以总结和研究，研制出了电针仪和灸疗仪1-2。然而，单纯的电针仪和灸疗仪功能单一，不适用于传统针灸疗法所涵盖的各种病症

2、，从而限制了其在临床上的广泛应用，因此，发展一种既可以进行针刺激又可进行灸疗的多功能针灸治疗仪成为迫切的临床需求。本文利用电子和微处理器技术，以时基集成电路555为主要器件，设计了连续波脉冲、断续波脉冲、幅度调制脉冲和频率调制脉冲等多种针灸刺激波形发生电路，实现了多路输出，独立调节和控制，并给出设计原理框图和相应的参考电路；以8051单片机为核心设计了单片机控制系统，包括外部数据存储器、键盘单元和显示单元三部分。关键词：针灸，电针，灸疗，脉冲电路，单片机针灸仪设计(控制电路)II/34 THE DESIGN OF CHINESE ACUPUNCTURE&MOXIBUSTION INSTRUME

3、NTABSTRACT Traditional Chinese medicine needle therapy include two parts:acupuncture and moxibustion.Simply speaking,acupuncture therapy is that,through stimulating the acupuncture points with a milli-needle to regulate endogenous regulation system of the human body in order to defending a disease a

4、nd curing illness.Moxibustion therapy is through applying quantity of heat that come from wormwood(or other substitutes)burning to the acupuncture points of human body,veins and arteries,regulate endogenous regulation system of the human body,play the treatment and prevention effects.Acupuncture and

5、 moxibustion not only is independent mutually,also is complementary,just as Lingjiuguanneng recorded:acupuncture is not,moxibustion it proper.It shows the relationship of supplement each other.Modern medicine and research workers summed up and research according to predecessors accumulated rich expe

6、rience,develop the electro-acupuncture instrument and moxibustion instrument.However,the function of electro-acupuncture instrument and moxibustion instrument is so single that they dont apply to the disease which the traditional needle therapy covered,thereby limit their extensive application in th

7、e clinic,so developing a kind of Multifunctional Acupuncture&moxibustion instrument which not only can carry on Acupuncture but also can moxibustion become an urgent clinical demand.In this paper,we introduce a multiple electro-stimulative pulse generator based on IC555,which can produce continuous,

8、discontinuous,amplitude modulated and frequency modulated modes,and thus multiple-output,independent adjustment&control are realized.The principle block diagram and a reference circuit are presented too.We design SCM Control System used 8051 针灸仪设计(控制电路)III/34 as its core,which consist of external da

9、ta memory,keyboard unit and display unit.KEY WORDS:acupuncture,electric-acupuncture,moxibustion,electro-acupuncture pulse circuit,single-chip 针灸仪设计(控制电路)IV/34 目 录前 言.1第一章方案的选择.41.1 仪器结构.41.1.1 仪器整体结构框图.41.1.2 治疗电路结构框图.41.2 设计参数及主要性能.51.2.1 基本波形要求.51.2.2 脉冲序列模式.5第二章治疗单元设计.72.1 治疗电路的原理框图.72.2 555时基电路的

10、选择.72.2.1 LM555/LM555C系列简介.7 2.2.2 LM555/LM555C系列的特性.72.2.3 LM555/LM555C系列的封装及引脚.82.2.4 LM555/LM555C系列替换器件.82.3 连续脉冲发生电路.92.4 间断波发生电路.102.4.1 间断波调制电路.102.4.2 间断波发生电路.112.5 幅度调制脉冲发生电路.122.5.1锯齿波发生电路.132.5.2 幅度调制脉冲发生电路.142.6 疏密波发生电路.142.6.1 脉冲宽度调制电路.15第三章控制单元及软件设计.183.1 控制单元简介.183.2 单片机的选择.183.2.1 805

11、1单片机简介.183.2.2 8051单片机管脚及功能.19针灸仪设计(控制电路)V/34 3.3 锁存器的选择.203.3.1 锁存器简介 .203.3.2 74LS373管脚及功能.213.3.3 74LS373真值表.213.4 硬件电路图设计.223.4.1 硬件电路图 .223.4.2 硬件电路的工作原理.223.4.3 程序流程图 .233.4.4 软件编程 .23结 论.24参考文献.26致 谢.27 附 录.28针灸仪设计(控制电路)前 言针灸疗法是中华医学中古老而璀璨的传统医学疗法。在发达的当今社会，针灸疗法凭借其适应症广、疗效明显、操作方便、经济安全等优点，在世界范围内得以

12、广泛传播，针灸文献也随之在世界各地迅速发展。无论是在发达国家还是发展中国家都相继出现了许多与针灸相关的科研、治疗机构，并且越来越多的国家开始承认针灸的合法性。目前针灸研究已遍布世界约32个国家，文献涉及期刊约200多种，涉及中文、英语、德语、俄语、乌克兰语、希伯来语、日语、荷兰语、法语、意大利语、以及西班牙语等20多个语种3-5。这说明了作为中国传统医学重要组成部分的针灸学得到了世界上许多国家的认可，是中医药学走向世界的重要标志。下面是针灸在世界上各地的发展及现状。一、针灸在美国的发展及现状针灸早在 17世纪便由中国传入欧洲，再由欧洲传入美国。最早在美国出版英文版本针灸专书的是名叫F Bach

13、e的美国医师翻译由S Morant 所著的法文 针 灸 书 ，该 书 于 1825 年 在 费 城 出 版（S Morant:Me moir on acupuncturation）。次年即 1826年F Bache 又在北美内科与外科杂志发表 他 本 人 用 针灸 治 疗 的 病 例报 告（Bache:North American Medical and Surgical Journal,1:311321，1826），此后便陆续有一些有关针灸论文在美国发表。经过一百余年后，1942年EA Brav与 H Sigmond在美国军医杂志上 报 告 针 灸 的 疗 效，特 别 强 调 针 刺 止 痛

14、 的 疗 效（EA Brav:Military Surgeon,90:545549,1942）。美国国立卫生研究院NIH于1972年7月成立了“针刺疗法特别委员会”，在马里兰州比塞大（英文地名）召开了第一次学术会议，会上有40余项有关针灸方面的初步研究成果进行交流。现在针灸在美国的地位逐步改变和提高。早在1987年全美国已有2500余名有执照的针灸师，从事针灸医疗工作的达万余人；1989年全美与针灸有关的人数增 2万人，仅加州有执照针灸师已达8600人，诊所 800多家；1996年9月第四届世界针灸大会在纽约召开，与会者为来自46个国家和地区的专家学者，1200余人聚首一堂进行学术交流；到20

15、01年，全美持有中医针灸执照的医师更是达 14000多人。二、针灸在日本的发展及现状针灸仪设计(控制电路)2/34 钦明天皇十三年552年，中国梁朝的简文帝赠日本政府针经一部；永观二年 984年，针博士丹波康赖（912955年）集隋、唐医学之大成，著成日本现存最古的医学著作医心方三十卷，其中卷二全部为针灸内容。医心方的成书，奠定了日本针灸医学的基础。嘉元二年1304年，原性全以日文撰成顿医抄五十卷，嘉历元年1326年又用汉文撰成万安方六十二卷。顿医抄为大型综合性医学全书，其中卷四十记载了灸治期间的禁食和宜食，卷四十二汇集了全身127个常用孔穴的取穴、主治等。万安方共收载 95个常用孔穴，主要论

16、述孔穴的取穴及主治。永禄十年1567年，曲直濑道三著针灸集要一书，集中、日两国针灸之大成。此期还有曲直濑道三秘灸指南针灸集启迪庵日用灸法仰伏同身寸法以及樵青斋洞丹烟萝子针灸法等针灸专门著作问世。庆长年间的针灸著作以吉田意休刺针家鉴虫书经络考义大明针家琢周传等著称。目前，在互联网NCBI网站上，日本约有20多种杂志发表了有关针灸的论文，其中 6种杂志发表的针灸论文数在5篇以上，最高达58篇。三、针灸文献在欧洲的发展针灸在欧洲传入较早、发展较快的国家是法国、英国和德国，尤其是法国和英国的针灸在欧洲处于领先地位。14世纪时欧洲人通过马可波罗的记载首次了解针灸疗法；耶稣传教士 PP Harviell于

17、1681年最早在法国撰文介绍针灸；1735年传教士 Duherder 在巴黎刊印中华帝国志其中设有专卷介绍中医和针灸；1821年英国医生 John Churchill发表针刺治疗风湿性关节炎的报告；1951年德国医生 Gerhart Bachmann 和Heribert Schmidt创办了德国针灸学会，第 2年发行了德国针灸杂志。目前在德国有许多针灸协会，主要是德国医生针灸协会（DAEGfA）、针灸和中医研究小组（FATCM）、Societas Medicinae Siinensis（SMS）、传统针灸和中医的工作集体，这些协会都有自己的网页，定期发表针灸文章，而且还有自己的杂志发行。英国、

18、法国、意大利、俄罗斯和荷兰等国家也都有自己的针灸杂志。仅在互联网NCBI网站上，英国就有50多种杂志发表了有关针灸的论文，俄罗斯约有40多种杂志发表了有关针灸的论文，德国约有30多种杂志发表了有关针灸的论文，法国和意大利也都有20多种杂志发表了有关针灸的论文。四、针灸器械的发展及现状针灸仪设计(控制电路)3/34 随着社会地发展，现代科技地运用，针灸器械的种类也日益繁多。总的来说，针灸器械大至可分为以下几类：针刺针类器械、电针类器械、电火针类、微波电针类、电兴奋类器械、电离子穴位类器械、穴位磁疗器械、激光照射类器械、电子穴位按摩类器械等6。针灸器械的发展过程展示了人类科技发展的历程，其发展变化

19、也促进了针灸学术理论及治疗方法的不断发展，开拓创新了针灸医学的研究和应用领域，对针灸学术理论的发展产生了积极的影响。然而由于仪器本身的局限性，使得上述各种仪器很难在临床中有更广泛的应用，更不可能推广至成千上万的家庭，因此研制一种新型的、便携式的、集针疗仪和灸疗仪的功能于一体的多功能电子针灸治疗仪成为临床的迫切需要。五、本次设计的目的及意义本文所讲的电子针灸治疗仪与过往的针灸器械的不同之处在于电子针灸治疗仪是在针刺入穴位得气后，在针上通以接近人体生理电的微量电流，利用针和电两种刺激相结合来达到治疗疾病的目的。电针疗法的优点是疗效高，效果好，利用单片机控制可以灵活的选择刺激波形，准确地控制和调整刺

20、激量，以适应不同种类的疾病和不同体质的患者。电针的临床治疗范围也相当广泛：神经精神方面有头痛、三叉神经痛、偏头痛、面神经麻痹、截瘫、神经衰弱、癔病、精神分裂症、美尼尔氏症等7；呼吸系统方面有支气管炎、支气管哮喘、肺炎等；消化系统方面有慢性胃炎、胃、十二指肠溃疡、胃下垂、慢性肠炎等；循环系统方面有高血压、心动过速、休克、心脏神经官能症等；泌尿生殖系统方面有泌尿系统感染、前列腺炎、阳痿等；骨关节运动系统方面有风湿性关节炎、膝部软组织损伤、肩部软组织损伤、落枕等；还有慢性皮肤病、炎症性疾病等。本次设计根据功能的不同可以分为两部分：治疗电路和控制电路。治疗电路要求以时基集成电路555 为主要器件，设计

21、多种针灸刺激波形的发生电路，其中脉冲输出电流最大不超过80mA、宽度为 150 S 300S，脉冲序列具备四种模式：等间隔连续脉冲、断续波脉冲、疏密波脉冲、幅度调制脉冲。控制电路要进行以单片机为核心的针灸仪控制系统硬件和软件设计并制作出硬件，要求完成单片机外部存储器、键盘电路、显示电路及相应软件设计，从而实现仪器对治疗电路输出刺激波形的控制和显示。针灸仪设计(控制电路)4/34 第一章方案的选择1.1 仪器结构1.1.1仪器整体结构框图针灸治疗仪由电针模式（波形发生单元）、单片机控制单元、显示单元和控制键盘等部分构成。仪器结构框图如图1-1 所示。图 1-1 针灸治疗仪结构框图电针模式实际上就

22、是波形发生单元（即治疗电路部分），它包括四种脉冲模式：等间隔连续脉冲发生模块、断续波发生模块、幅度调制脉冲发生模块和频率调制脉冲发生模块，每个模块都是独立输出，四模式之间相互不影响。单片机控制单元主要是用于控制波形的选择控制，它包括显示单元和键盘控制单元。1.1.2 治疗电路结构框图一、电针机理及电针模式选择的依据电针是在针刺腧穴得气后，在毫针柄上通以接近人体生物电的微量电流以防治疾病的一种疗法。在针刺的基础上加以脉冲电的治疗作用，针与电两种刺激相结合，故对某些疾病能提高疗效，能方便的调节刺激参数代替手法运针，使患者针下出现相应的浚、麻、胀、重、冷、热的感觉，甚至沿着一定部位向一定方向扩散。电

23、针机理：人体组织是由水分、无机盐和带电生物胶体组成的复杂的电解质导体，当一种频率不断变化的脉冲电流作用于人体时，组织中的离子会发生定向运动，清除细胞膜极化状态，使离子浓度和分布改变，这是脉冲电针灸仪设计(控制电路)5/34 流治疗作用最基本的电生理基础1。低频连续波脉冲通过毫针刺激腧穴，具有调整人体功能、止痛静神、促进血气循环、调整肌胀等作用。断续波脉冲是有节律的时断时续自动出现，使机体不容易产生适应，其动力作用颇强。能提高肌肉组织的兴奋性，对横纹肌有良好的刺激收缩作用。幅度调制脉冲是脉冲按锯齿样自动起伏波形，其频率接近人体的呼吸规律，可用于对膈神经作人工电呼吸，抢救呼吸衰竭，并有提高神经肌肉

24、兴奋性、调整经络功能、改善血气循环等功能。频率调制脉冲是疏波和密波自动交替出现的波形，克服单一波形易产生适应的缺点，动力作用大，治疗的兴奋效应占优势，能促进新陈代谢、血气循环，改善组织营养，消除炎症水肿。二、治疗电路结构框图图 1-2 针灸仪治疗电路结构框图1.2 设计参数及主要性能1.2.1 基本波形要求基本波形的输出电流幅度不超过80mA，通过手动微调旋扭连续可调；宽度应介于 150S-300 S之间。1.2.2 脉冲序列模式脉冲序列具备四种模式，如图1-3 所示。模式一为等间隔连续脉冲，见图1-3(a)，脉冲频率 60Hz；模式二为断续波脉冲，见图1-3(b)，脉冲频率60Hz，重复周期

25、3S8；模式三为幅度调制脉冲，见图 1-3(c)，脉冲频率 60Hz，重复周期 2S。模式四为频率调制脉冲，见针灸仪设计(控制电路)6/34 图 1-3(d)，脉冲频率 9020Hz，重复周期 2S；前三种模式的电压要求为12V，模式四的电压为012V。图 1-3 脉冲序列模式（a）连续脉冲；（b）断续脉冲；（c）幅度调制脉冲；（d）频率调制脉冲针灸仪设计(控制电路)7/34 第二章治疗单元设计2.1 治疗电路的原理框图治疗电路主要以555时基电路为基础，原理框图如图2-1 所示。该电路包括连续脉冲发生电路、模式控制电路、斜波发生电路、幅度调制电路和频率调制电路几部分。受控部分经接口电路与单片

26、机系统相连，方便进行模式控制、输出控制等多种操作。图2-1 治疗电路原理框图2.2 555时基电路的选择2.2.1 LM555/LM555C系列简介LM555/LM555C 系列是美国国家半导体公司生产的时基电路。我国和世界各大集成电路生产商均有同类产品可供选用，是使用极为广泛的一种通用集成电路。555时基电路有双极型和CMOS 型两种。LM555/LM555C 系列属于双极型，其优点是输出功率大、负载能力强、使用灵活、适用范围宽，可用于精确定时、脉冲发生、连续定时、频率变换、脉冲宽度调制、脉冲相位调制等场所，因而被广泛用于各种电子产品中。2.2.2 LM555/LM555C系列的特性LM55

27、5/LM555C系列产品具有以下特性：一、可直接替换SE555/NE555 二、定时时间从微秒级到小时级针灸仪设计(控制电路)8/34 三、可工作于无稳态和单稳态两种方式四、可调整占空比五、输出电压与TTL电平兼容六、温度稳定性好于0.005%/2.2.3 LM555/LM555C系列的封装及引脚LM555/LM555C系列产品常用的封装形式有TO-5金属封装和 DIP8双列直插封装两种，如下所示。图 2-2 LM555/LM555C系列的封装（a）TO-5 金属封装;（b）DIP8 双列直插封装LM555/LM555C系列产品引脚功能如下表所示:表 2-1 LM555/LM555C系列产品引

28、脚描述引脚编号符号功能说明1 2 3 GND 地线TR 触发OUT 输出4 RES 复位5 CV 控制电压6 TH 阈值7 DIS 放电8 VCC 电源2.2.4 LM555/LM555C系列替换器件以下各厂商的时基集成555 电路均可直接替换同型号的LM555/LM555C系列产品。针灸仪设计(控制电路)9/34 表 2-2 LM555/LM555C系列替换器件国家半导体摩托罗拉德州仪器日电飞利浦日立西格尼蒂克LM555 MC1455 NE555 PC1555 CA555 HA17555 SE555 2.3 连续脉冲发生电路采用由 555与其外围电路组成的占空比连续可调的脉冲振荡电路，如图2

29、 3所示。图2-3 连续脉冲发生电路图中二极管 D1为充电引导管，二极管D2为放电引导管，充电回路为R1D1R3左(R3左半部分)C，放电回路为CR3右(R3右半部分)D2R29。充放电的时间可以由式（2 1）来确定：CRRTCRRT)32(2ln)31(2ln右放左充（21）理论上讲，只要R1、R2、R3的值设置的合适，调节电位器的大小就可以使占空比在 0.01 99.99%之间改变。上图中通过调节R3可以改变输出脉冲的宽度和频率。当各参数的设置如上图时，输出频率为60HZ、宽度约为200 S的矩形波，脉冲波形如下：针灸仪设计(控制电路)10/34 图 2-4 连续脉冲波形2.4 间断波发生

30、电路由于 555的输出受控于它的复位端（即第4脚），当复位端为高电平时，555有输出；当复位端为低电平时，输出被截至，即输出为0。因此可以利用另外一片 555的输出来控制连续脉冲发生电路的复位端得到所需的间断波。现在需要做的就是用一片555来产生周期为3S的方波，称为间断波调制电路。2.4.1 间断波调制电路间断波调制电路实际上就是周期为3S的方波产生电路，本次设计采用无稳类电路（即多谐振荡电路）中的直接反馈型电路来实现此功能。图 2-5 间断波调制电路针灸仪设计(控制电路)11/34 该电路的特点是RA 直接反馈至输出端，与Vo相连，其用途之一就是方波的输出，输出方波的周期可以由式（2 2）

31、来确定10：12lnCRTTA放充（22）由此式得出各参数的大小如上图所示。值得注意的是，图中各参数是将计算得出的理论值进行微调的结果，这样做是因为由于仿真软件本身的误差使得由理论值仿真出的波形与实际期望的波形之间存在一定的误差，因此，需要通过调整各参数将误差降为最小。调整后的输出波形如下：图 2-6 间断波调制波形2.4.2 间断波发生电路将间断波调制电路的输出接至连续脉冲发生电路的复位端即可构成间断波发生电路。效果图如图26所示：针灸仪设计(控制电路)12/34 图 2-7 间断波发生电路产生的波形如下：图 2-8 间断波脉冲上图中出现的波形重叠现象是由于示波器的Timebase栏中的 S

32、cale项设置过大造成的，将数值变小即可消除此现象，在这里为了在一个屏幕中显示出一个周期的波形不得不将数值设置的较大。2.5 幅度调制脉冲发生电路幅度调制脉冲电路可以由周期为2S 的锯齿波电路和连续脉冲发生电路相乘得到。针灸仪设计(控制电路)13/34 2.5.1锯齿波发生电路如下图所示，555 接成无稳态多谐振荡状态。为了产生从0 开始的干充电锯齿波，增加了级联放大器Q2、Q3，Q2 的基极接555 的输出端3 脚，Q3与 C2 并接至控制端5 脚，使得当3 脚呈高电平时，Q2导通，Q3截至止，5脚得控制电压仍为集成片内的标准基准电压2/3VCC，而当 3 脚呈低电平时，Q2 截止，Q3 饱

33、和导通，5 脚的电位几乎被箝至0V，因而C1 放电也放至0V左右，555 才置位，3 脚转呈高电平，C1 的充电也几乎从0 开始。Q1为场效应管，它与RW、C1 组成恒流源充电电路，使充电线性好。Q4、Q5 接成复合射极跟随器，用于进行阻抗变换和提高负载能力。调节 RW 可以改变锯齿波的周期，调整R3至合适值可以使充电从0 开始11。图 2-9 锯齿波发生电路产生锯齿波波形：图 2-10 周期为2S 的锯齿波针灸仪设计(控制电路)14/34 2.5.2 幅度调制脉冲发生电路将锯齿波发生电路的输出与两许脉冲发生电路的输出通过一个乘法器输出后便可得到需要的波形。电路如下所示：图 2-11 幅度调制

34、脉冲发生电路为了使输出脉冲的幅度满足0 12V 的要求，这里采用+5V 的 VCC。输出波形见下页。图 2-12 幅度调制脉冲2.6 频率调制脉冲发生电路频率调制脉冲发生电路由锯齿波发生电路、压控振荡电路和单稳态触发电路构成。其中锯齿波发生电路和压控振荡电路组成一个脉冲宽度调制电路，然后将脉冲宽度调制电路的输出端接至单稳态触发电路的输入端，调整单稳针灸仪设计(控制电路)15/34 态出发电路的电容电阻值得到需要的波形即可。2.6.1 脉冲宽度调制电路一、压控振荡电路一般的振荡器若要改变振荡频率必须改变选频网络的参数值。在这里使用的由 555定时器构成的振荡器，只要改变加在输入端（5脚）的控制电

35、压就可改变振荡电路的输出频率。这样的振荡器就我们电压控制振荡器，简称压控振荡器。压控振荡电路的原理图如下页图2-13 所示。图 2-13 压控振荡原理图输出波形的振荡周期可用如下公式计算：21TTTiiUVUVCRRTCCCC12112/ln)(1222lCRnT二、脉冲宽度调制电路选定 VCC的值，根据对疏密波的要求算出输入电压Ui的范围，然后由锯齿波发生器产生符合要求的锯齿波（锯齿波原理图见图2-8 所示），将锯齿波发生电路的输出接至压控振荡电路的输入端即可构成脉冲宽度调制电路。原理图如下：针灸仪设计(控制电路)16/34 图2-14 脉冲宽度调制电路上图中，由于锯齿波发生电路的输出达不到

36、要求，故而在其后接了一级同相比例运算电路14。三、单稳态触发电路单稳态出发电路是由555定时器组成的电路中最简单的一种，它是以555的 2脚作为脉冲输入端，6、7脚接一起，在其与电源之间接电阻、与地之间接电容，5脚经滤波电容接地10。具体原理图如下所示：图 2-15 单稳态触发电路及波形图（a）单稳态触发电路原理图；（b）单稳态触发电路波形图输出的脉冲宽度TW等于暂稳态的持续时间，而暂稳态的持续时间取决于外接电阻 R1和C1的大小。由图2-15 可知，TW等于电容电压在充电过程中从0上升到 2/3VCC所需要的时间，因此可得：针灸仪设计(控制电路)17/34 CCCCCCWVVVCRT32ln

37、11113lnCR通常，R1的取值在几百欧姆到几兆欧姆之间，电容的取值范围在几百皮法到几百微法，TW的范围为几微秒到几分钟。但是必须注意，随着TW的宽度的增加它的精度和稳定度也在下降。根据对脉冲宽度的要求设置合适的参数，并将脉冲宽度调制电路的输出接至单稳态触发电路的输入端便可实现疏密波的输出。针灸仪设计(控制电路)18/34 第三章控制单元及软件设计3.1 控制单元简介单片机控制单元主要用于脉冲模式的选择与控制。就该单元由三部分组成：外部存储器扩展单元、外部键盘扩展单元以及外部显示器扩展单元。本项目中由于所需存储数据量较小，因此不再进行外存储器的扩展。3.2 单片机的选择3.2.1 8051单

38、片机简介MCS-51单片机是美国INTE 公司于 1980 年推出的产品，与MCS-48单片机相比，它的结构更先进，功能更强，在原来的基础上增加了更多的电路单元和指令。MCS-51 单片机可以算是相当成功的产品，一直到现在，MCS-51系列(或其兼容的单片机)仍是应用的主流产品，各高校及专业学校的培训教材仍与 MCS-51单片机作为代表进行理论基础学习。本文中采用控制电路比较简单，功能也不太复杂，故而选择目前市场上通用的高档8 位 MCS-51系列单片机8051。8051 是 MCS-51系列单片机中的代表产品，它内部集成了功能强大的中央处理器，包含了硬件乘除法器、21 个专用控制寄存器、4K

39、B的程序存储器、128 字节的数据存储器、4 组 8 位的并行口、两个16 位的可编程定时/计数器、一个全双工的串行口以及布尔处理器。此类单片机具有体积小、功能全、面向控制、开发应用方便的特点，是工业实时控制、智能控制、测控领域的首选。针灸仪设计(控制电路)19/34 3.2.2 8051单片机管脚及功能图 3-1 8051单片机管脚图一、电源引脚VCC和 VSSVCC：电源端，接5V。VSS：接地端，通常在VCC和 VSS引脚之间接0.1 f 高频滤波电容。二、时钟电路引脚XTAL1和 XTAL2 XTAL1：接外部晶振和微调电容的一端，在片内它是振荡器倒相放大器的输入，若使用外部TTL 时

40、钟时，该引脚必须接地。XTAL2：接外部晶振和微调电容的另一端，在片内它是振荡器倒相放大器的输出，若使用外部TTL 时钟时，该引脚为外部时钟的输入端。三、地址锁存允许ALE 在系统扩展时，ALE用于控制地址锁存器锁存P0 口输出的低8 位地址，从而实现数据与低位地址的复用。当单片机上电正常工作后，ALE 端就周期性地以时钟频率的1/6 的固定频率向外输出正脉冲信号。四、外部程序存储器读选通信号是读外部程序存储器的选通信号，低电平有效。CPU 从外部存储器取指令时，它在每个机器周期中两次有效。五、程序存储器地址允许输入端/Vpp当为高电平时，CPU执行片内程序存储器指令，但当PC 中的值超过0F

41、FFH 时，将自动转向执行片外程序存储器指令。当为低电平时，CPU只执行片外程序存储器指令。针灸仪设计(控制电路)20/34 六、复位信号RST 该信号高电平有效，在输入端保持两个机器周期的高电平后，就可以完成复位操作。此外，该引脚还有掉电保护功能。七、输入/输出端口P0P3 P0 口（P0.0 P0.7，3932 脚）：是一个 8 位漏极开路型的双向I/O 口。第二功能是在访问外部存储器时，分时提供低8 位地址线和8 位双向数据总线。P1 口（P1.0 P1.7，18 脚）：P1 口是一个带内部上拉电阻的8 位准双向 I/O 端口，一般可作为I/O 口。在 P1 口作为输入口使用时，应先向P

42、1口锁存器写入全1，此时 P1 口引脚由内部上拉电阻拉成高电平。P2 口（P2.0 P2.7，2128 脚）：P2 口是一个带内部上拉电阻的8 位准双向 I/O 端口。在访问片外EPROM/RAM 时，它输出高8 位地址。P3 口（P3.0 P3.7，1017 脚）：P3 口是一个带内部上拉电阻的8 位准双向 I/O 端口，此外P3 口的每个脚还具有如表3-1 所示的第二功能。表 3-1 P3口的第二功能序号第二功能P3.0 RXD(串行接收)P3.1 TXD(串行发送)P3.2 INT0(外部中断0 输入)P3.3 INT1(外部中断1 输入)P3.4 T0(定时器0 外部输入)P3.5 T

43、1(定时器1 外部输入)P3.6 WR（外部数据存储器写信号）P3.7 RD（外部数据存储器读信号）3.3 锁存器的选择3.3.1 锁存器简介锁存器就是把当前的状态锁存起来，使CPU送出的数据在接口电路的输出端保持一段时间不发生变化，直到解除锁定或复位。锁存有地址锁存和数据锁存之分。当用作地址锁存器使用时，需要将锁针灸仪设计(控制电路)21/34 存器的锁存允许端LE 接至单片机的ALE管脚；当用作数据锁存器使用时，可按具体情况将锁存器的锁存允许端LE接至单片机的P0 或 P1 口。本设计中采用三态输出的八位透明锁存器74LS373。3.3.2 74LS373管脚及功能图 3-2 74LS37

44、3管脚各管脚功能如下：D0 D7：数据/地址输入端；Q0 Q7：数据/地址输出端；：三态允许控制端（低电平有效）；LE：锁存允许端；3.3.3 74LS373真值表表 3-2 位 74LS373 的真值表，表中各符号的意义为：Dn为输入，Qn为输出，H 代表高电平，L 代表低电平，Q0 为输出端初始状态，表示无论高低电平，Z 表示输出呈高阻态。表 3-2 74LS373真值表Dn LE Qn H H L H L H L L L L Q0 H Z 针灸仪设计(控制电路)22/34 3.4 硬件电路图设计3.4.1 硬件电路图硬件电路图设计如图3-3 所示。图中用单片机的P1 口作为输入口，输入高

45、低电平，高低电平的选择通过按键的断开和闭合来实现；P0 口作为输出口，输出高低电平来控制发光二极管与双向模拟开关4066 的导通和截至。图 3-3 针灸仪控制电路图3.4.2 硬件电路的工作原理在图 3-3 中的输入与输出之间存在如下的对应关系：当按键 1 按下时，P1.0 为 0，这时编程使P0.0 和 P0.4 的输出分别为0和 1，使二极管DS1和 4066 的 A 组正常工作；当按键 2 按下时，P1.2 为 0，这时编程使P0.1 和 P0.5 的输出分别为0和 1，使二极管DS1和 4066 的 B 组正常工作；当按键 3 按下时，P1.2 为 0，这时编程使P0.2 和 P0.6

46、 的输出分别为0和 1，使二极管DS3和 4066 的 C组正常工作；当按键 4 按下时，P1.3 为 0，这时编程使P0.3 和 P0.7 的输出分别为0和 1，使二极管DS1和 4066 的 D组正常工作；由于采用了数据锁存器，通过锁存P0 口的不同状态可使各种序列的波形连续输出，当完成治疗时，按下复位端的开关便可使仪器停止工作。针灸仪设计(控制电路)23/34 3.4.3 程序流程图图 3-4 程序流程图3.4.4 软件编程ORG 0000H START:JNB P1.0 AA ；P1.0 为 0？若是 0 执行子程序AA JNB P1.1 BB ；P1.1 为 0？若是 0 执行子程序

47、BB JNB P1.2 CC ；P1.2 为 0？若是 0 执行子程序CC JNB P1.3 DD ；P1.3 为 0？若是 0 执行子程序DD AA:SJMP D12MS ；调用延时程序 JB P1.0 START ；P1.0 为 1？若是则返回到开始CLR P1.4 ；将 P1.4 置 0 MOV A，#01EH MOV P0，A ；二极管DS1亮，模式1 输出SETB P1.5 CLR P1.5 ；将 P0 口数据锁存JMP$；原地等待BB:SJMP D12MS ；调用延时程序 JB P1.1 START ；P1.1 为 1？若是则返回到开始针灸仪设计(控制电路)24/34 CLR P1

48、.4 ；将 P1.4 置 0 MOV A，#2DH MOV P0，A ；二极管DS2亮，模式2 输出SETB P1.5 CLR P1.5 ；将 P0 口数据锁存JMP$；原地等待CC:SJMP D12MS ；调用延时程序 JB P1.2 START ；P1.2 为 1？若是则返回到开始CLR P1.4 ；将 P1.4 置 0 MOV A，#4BH MOV P0，A ；二极管DS3亮，模式3 输出SETB P1.5 CLR P1.5 ；将 P0 口数据锁存JMP$；原地等待DD:SJMP D12MS ；调用延时程序 JB P1.3 START ；P1.3 为 1？若是则返回到开始 CLR P1.

49、4 ；将 P1.4 置 0 MOV A，#87H MOV P0，A ；二极管DS4亮，模式4 输出SETB P1.5 CLR P1.5 ；将 P0 口数据锁存JMP$；原地等待D12MS:MOV R0，#18H ；延时 12ms子程序（晶振12MHz）D12A:MOV R1，#OF8H DJNZ R1，$DJNZ R0，D12A RET 针灸仪设计(控制电路)结 论毕业设计是本科学习阶段一次非常难得的理论与实际相结合的机会。在硬件电路设计过程中，通过学习理论、模拟仿真等一系列实践使我对时基集成电路 555 和 MCS-51系列单片机有了更深入的理解和掌握。在软件设计过程中，通过查阅资料、尝试编

50、程等实践，使我使用汇编语言编写程序的能力得到了极大的锻炼。另外通过这次设计我摆脱了单纯的理论知识学习状态，理论和实际的结合锻炼了我综合运用所学专业基础知识的能力，并且通过不断的查阅资料、搜索相关网页，使我掌握了快捷、有效的查找方法。同时对设计整体的把握，对局部的取舍，以及对细节的斟酌处理，都使我的能力得到了锻炼，经验得到了丰富，抗压能力及耐力也都得到了不同程度的提升。我想这些正是我们进行毕业设计的目的所在！本设计对电子针灸仪电针治疗部分作了详细的分析和研究，给出了相关电路图和仿真波形，对控制单元做出了硬件原理图并进行了程序的编写。遗憾的是由于各种原因本人未能进行实际的硬件电路制作，不过我始终相