毕业论文-中频神经肌肉治疗仪的设[1..

1、本科毕业设计（论文）本科毕业设计（论文）论文题目：中频神经肌肉治疗仪的设计论文题目：中频神经肌肉治疗仪的设计学生姓名：学生姓名：专业名称：生物医学工程专业名称：生物医学工程指导教师：陈明指导教师：陈明信息工程学院生物医学工程教研室信息工程学院生物医学工程教研室二零壹叁年陆月二零壹叁年陆月摘 要- I -摘摘 要要近年来，中国面临着：人口老龄化；职场竞争激烈；越来越多的人常常会产生神经肌肉酸痛和疲劳症状。同时，随着国人生活水平和生活质量的不断提高使人们越来越多的认识到健康的重要性，而随着城市人口的增长和生活节奏的加快，处于亚健康的人群在不断的增加。并且近几年来，国际市场对我国的神经肌肉治疗仪产品

2、一直保持强劲的需求态势。基于此，本论文设计一种中频神经肌肉治疗仪的设计。本设计的中频神经肌肉治疗仪是依据人体神经系统的电活动原理，利用中频微电流，刺激人体的相应穴位，促进血液循环，放松和缓解神经肌肉疲劳，使身体得到放松。本设计全是由硬件组成 ，硬件模块有：电源电路模块、555 定时电路模块、脉冲发生电路模块、正弦波生成电路模块，信号放大驱动电路模块，以及治疗仪电极电路模块。采用 555 定时器产生脉冲，然后将脉冲信号调成正弦信号，经过功率放大驱动之后，通过电极接触人体治疗部位，通过中频微电流对神经肌肉进行治疗。而脉冲的发生及治疗的时间都是由 555 定时器来控制。整个设计系统由电源电路提供电源

3、。关键词关键词： 中频， 神经肌肉 ，治疗仪， 555 定时器Abstract- II -ABSTRACTIn recent years, China faces: an aging population; The workplace competition is intense; More and more people will often produce nerve muscle soreness and fatigue. At the same time, with the continuous improvement of people life level and quality

4、of life make more and more people realize the importance of health, and with the growth of urban population and the accelerating rhythm of life, under sub health crowd is constantly increasing. And in recent years, the international market of our country of neuromuscular therapy apparatus products r

5、emained strong demand situation. Based on this, this paper designs a kind of intermediate frequency of neuromuscular therapy apparatus design. Intermediate frequency neuromuscular therapy apparatus of this design is based on the principle of the electrical activity of the nervous system, using the i

6、ntermediate frequency electric current, stimulate the corresponding acupuncture points of human body, promote blood circulation, relax and relieve the nerve muscle fatigue, relax the body. This design is composed of hardware, the hardware modules are: power supply circuit module, 555 timing circuit

7、module, pulse generating circuit module, sine wave generating circuit module, signal amplifying driving circuit module, as well as the therapeutic electrode circuit module. Use 555 timer to produce pulses, and then dispatch the pulse signal into sine signal, after amplification drive, treated by ele

8、ctrode contact human body parts, through the intermediate frequency micro electric current on the nervous muscle for treatment. And pulse occurred and the treatment time is composed of 555 timer to control. The whole design system is provided by power circuit power supply. Key Words: Medium frequenc

9、y pulse, neuromuscular, therapeutic apparatus, 555 timer 目 录- III -目目 录录摘 要 .IABSTRACT.II第一章 绪 论.11.1 本文研究的意义.11.2 国内外的研究状况.11.3 治疗机理.11.4 主要研究内容和设计思路.1第二章 设计方案的对比与分析.22.1 方案一.22.2 方案二.22.3 方案的对比与选择.2第三章 硬件系统设计与仿真.23.1 系统说明及总体设计框图.23.2 电源电路.22.3 定时电路.23.4 脉冲发生电路.23.5 正弦波产生电路.23.6 信号放大驱动电路.23.7 升压和电极

10、电路.2第四章 系统电路调试.34.1 电源电路调试.34.2 定时电路调试.34.3 脉冲发生电路调试.34.4 正弦波产生电路调试.34.5 功率放大驱动电路调试.34.6 中频神经肌肉治疗仪的整体调试.3第五章 总结与展望.35.1 总结.4目 录- IV -5.2 不足与展望.4致 谢.4参考文献.5附 录.6附录一 总电路图.7附录二 实物图.7第一章 - 5 -第一章第一章 绪绪 论论1.1 本文研究的意义本文研究的意义在当今，中国面临着人口老龄化，老人的比例逐渐上升；在竞争激烈的职场中，办公一族紧张工作；以及从事强体力劳动者常常会产生神经肌肉酸痛和疲劳症状。 神经肌肉症状轻症仅有

11、感觉异常，四肢刺痛、发麻、手 背足痉挛僵直，易被忽视或误诊 ，从而造成严重的后果。中频神经肌肉治疗仪是结合我国传统的中医技术，热敷，针灸，按摩等疗法，利用中频微电流作用于人体局部深处，可以促进血液循环，放松神经肌肉缓解疲劳，减轻酸痛感，加快机体的新陈代谢，帮助身体的恢复。中频治疗法具有很多优点：第一，有广泛的适应症，可用于内、外、妇、儿、五官等科多种疾病的治疗和预防；第二治疗疾病的效果比较迅速和显著，特别是具有良好的兴奋身体机能，提高抗病能力和镇静、镇痛等作用；第三，操作方法简便易行；第四，医疗费用经济；第五，没有或极少副作用，基本安全可靠，又可以协同其他疗法进行综合治疗。这些也都是它始终受到

12、人民群众欢迎的原因。因此，设计一种具有使用方便，无危险性，制作成本低，同时具有治疗和保健作用等优点的中频治疗仪，具有很大的意义。1.2 国内外的研究国内外的研究状况状况在国外，电子在医疗方面的应用起步很早，电子脉冲在医学领域的应用已有 100 多年的历史。1831 年法拉第发明了感应电装置后，电子脉冲常用于治疗头痛、瘫痪、肾结石、坐骨神经痛，甚至心绞痛。19 世纪后期和 20 世纪初是“电疗的黄金时代” ，电生理学研究不断深入，多种低中频电疗法得到发明并广泛应用于临床。1950 年间动电疗法问世。80 年代以来，随着大规模集成电路和计算机技术的应用，又开发了很多功能先进、体积小巧、使用方便的电

13、疗设备，在功能性电刺激、肌电生物反馈及镇痛的研究和应用上取得了很大的进展，使得电疗在临床上得到了更加广泛的应用。在国内，我国在这方面的起步较晚，但是由于中频治疗仪的技术含量不高，以及国外发达国家已经向着高科技领域发展，所以我国近年来在这方面的研究和发展很好。近年来，国际市场对我国治疗仪具产品一直保持强劲的需求态势，而国内制造水平的提高，也为我国治疗仪具制造提供了保障基础，导致世界产能逐渐转移到我国，使我国成为世界治疗仪具制造中心。1 1.3 治疗机理治疗机理中频电流是交流电流，无正负极之分。中频电流对人体的作用：1. 阻抗明显下降：人体组织是可导电体，在电学上具有电阻和电容特性。组织对不同频率

14、电流的电阻不同：对低频电流的电阻较高，随着频率的增高，电阻逐渐下降。人体组织对频率较高的交流电的电阻和容抗都较低，Ward在 1980 年实验证实，在一对 100 cm2 的电极之间皮肤的阻抗，通以 50Hz 的低频电流时为 1000左右，通以 4000Hz 的中频电流时阻抗降至 50。所以中频电流更容易通过组织，中频电疗法应用的电流强度较低频电流大，可达 0.10.5 mA/cm2 ，能达到人体组织的深度也较深。2. 无电解作用：中频电流是交流电流，无正负极之分，因此电极下没有电解反应，没有酸碱产物产生，对皮肤的刺激性较小，患者能较好地耐受和坚持长时间治疗。中频电疗时可使用薄衬垫。当然半波中

15、频电流是有极性的，有电解作用。3. 对神经肌肉的作用：中频电流的频率大于 1000Hz，脉冲周期小于1ms，因此一个周期的电流不能引起神经兴奋和肌肉收缩。只有综合多个周期的连续作用并达到足够强度时才能引起一次强烈的肌肉收缩。对感应电已不能引起兴奋的变性的神经，中频电流仍可引起兴奋。中频治疗仪是模拟传统的中医针灸,用中频电流针对穴道起到疏导血管,神经,达到顺畅传达的功效。它主要功能是根据传统的中医脏象学,经络学的基本原理,结合现代电子学和磁疗学,进行循环的调整,起到推拿,按摩,捶,揉,针灸,热疗,电疗作用,通过这些作用,进行功能调整,而达到治疗疾病的目的.中频治疗仪与低频治疗仪相比,当然中频的好

16、.中频的表皮刺痛感弱,深度感强,留针时间长.第一章 - 6 -1 1.4 主要研究内容和设计思路主要研究内容和设计思路现代医学证明，经络是一条具有传感和低电阻的传导体。在传统的针刺疗法中。每捻转或拉扦一次，其实质就是产生一个刺激的电子脉冲。另外，在人类生命的机体里，时刻都在发生某种特殊的电流，这些微弱的电流从心脏、脑、肌肉、神经等部位发出，对身体的正常运行起着不可缺少的作用。从电疗学的观点出发，正弦波调幅的各种中频（f 在 1K100KHZ 范围内）输出的治疗波形，经临床的大量实践证明：f 在 2KHZ 左右的中频电子治疗仪，在满足一定的输出功率下，均有止痛，消炎，调节神经及血液循环作用，并有

17、热敷，针灸的疗效。而 f 在 68KHZ 范围内，经过放大驱动电路，具有一定功率的正弦波形输出的电子治疗仪，当电极作用于治疗部位时使肌肉收缩引起动感的阈值与痛阈有明显的分离现象。即使痛阈低于治疗阈值，增大治疗仪的输出功率，达到治疗效果。本论文以中频神经肌肉治疗仪作为研究对象，所要设计的电路有：1.电源电路：将交流的市电经过变压，整流，滤波，稳压，输出直流稳压的 12V2.定时电路：用 555 定时器实现治疗仪的可调定时功能3.方波发生器：由 555 定时器组成多谐振荡器产生占空比可调方波信号4.正弦产生电路：用 R、C 将方波发生器进行四次积分之后输出正弦信号5.信号放大驱动电路：采用集成运放

18、将正弦信号放大，然后通过变压器提升电压驱动电极整机的指标：1.工作电压：220V10% 交流 50HZ2.工作温度：5403.输出的功率：P20W4.输出波性：正弦波5.输出频率：1KHZ30KHZ6.最大输出幅度：10010V7.输出最大电流：200mA8.最大输出阻抗：5009.工作时间：624 分钟第一章 - 7 -第二章第二章 设计方案的对比与分析设计方案的对比与分析中频神经肌肉治疗仪的设计有很多种方法，主要分为简单的全硬件电路实现和单片机控制电路实现。现在就分别就这两种方法进行阐述。2.1 方案一方案一首先，对单片机实现中频神经肌肉治疗仪进行描述。单片机实现功能的框图如图：键盘输入单

19、片机控制单元液晶显示电源供电脉冲发生电路人体图 2.1 单片机实现中频脉冲输出原理框图单片机在控制应用领域中，有如下几方面的优点：（1）体积小、成本低、运用灵活、易于产品化，它能方便地组成各种智能化的控制设备和仪器，做到机电仪一体化：（2）面向控制，能针对性地解决从简单到复杂的各类控制任务，因而能获得最佳的性能价格比；（3）抗干扰能力强，适应温度范围宽，在各种恶劣的环境下都能可靠地工作，这是其它机种无法比拟的；（4）可以方便地实现多机和分布式控制，使整个控制系统的效率和可靠性大为提高。 （5）单片机中的存储器 ROM 和 RAM 是严格分工的。ROM 为程序存储器，只存放程序、常数及数据表格。

20、而 RAM 则为数据存储器，用作工作区及存放变量。这样的结构主要是考虑到单片机用于控制系统中，有较大的程序存储空间，把已调试好的程序固化在 ROM 中，而把少量的随机数据存放在 RAM 中，这样，小容量数据存储器能以高速 RAM 形式集成在单片机内，以加快单片机的执行速度。但单片机上 RAM 是作为数据存储器用，而不是当作高速数据缓冲存储器（Cache）用。（6）采用面向控制的指令系统。为满足控制的需要，单片机的逻辑控制能力要优于同等级的CPU，特别是单片机具有很强的位处理能力。单片机的运行速度也较高。（7）单片机的 I/O 引脚通常是多功能的。由于单片机芯片上引脚数有限，了解决实际引脚数和需

21、要的信号线数的矛盾，采用了引脚功能复用的方法，引脚处于何种功能，可由指令来设置或由机器状态来区分。（8）系列齐全，功能扩展性强。单片机有内部掩膜 ROM、内部 EPROM 和外接 ROM 等形式，并可方便地扩展外部的 ROM、RAM 及 I/O 接口，与许多通用的微机接口芯片兼容，对应用系统的设计和生产带来极大的方便。（9）单片机的功能是通用的。单片机虽然主要作控制器用，但是功能上还是通用的，可以像一般微处理器那样广泛应用在各个方面。基于单片机上述特点，我们使用单片机来控制脉冲电路的幅度和频率将会更加准确，更加便于控制。单片机有硬件和软件构成，硬件和软件都可以控制外接脉冲电路的基本参数。在硬件

22、不改动第一章 - 8 -的条件下，只要通过修改软件的部分参数就可以很好的增加脉冲频率和幅度的变化范围，而且单片机是属于低功耗的集成芯片，可以降低能量的消耗。又由于单片机的可扩展性，可以使中频治疗仪更加具有开发其他功能的潜力，增加其适用性。用单片机驱动和控制的中频治疗仪，使用的是按键操作，可以增加它的可操作性。单片机的高集成也是单片机控制的中频治疗仪具有体积小、便于随身携带的好处，增加了它的实用性。并且可以实现捶打、振动、推拿、自动的功能。2.2 方案二方案二纯电路方式实现中频神经肌肉治疗仪，主要由脉冲产生电路、正弦波电路、正弦波功率放大电路、升压电路以及电极组成。它的原理框图如图 2.2 所示

23、：图 2.2 电路实现中频正弦信号输出原理框图从电子系统要实现的工程功能来看，任何一个工程系统都可以被看成是一个信号处理系统，而信号处理的基本概念实际上就是一种数学运算。数字电路的工程功能，就是用硬件实现所设计的计算功能。不难看出，用模拟电路可以实现连续函数的运算功能，只是系统的运算功能比较复杂。因此，以模拟电路为主加上小部分 555 定时器数字电路，采用模拟电路和数字电路相结合，可以同时兼备数字电路和模拟电路的优点，不仅可以使设计变得简单，还可以使设计的扩展性增强。同时降低设计电路的复杂度，减少元器件的使用，降低电路的成本。2.3 方案的对比与选择方案的对比与选择 用单片机和纯电路都可以实现

24、中频神经肌肉治疗仪的功能，本次设计的要求是设计并制作一台中频神经肌肉治疗仪，使其输出正弦波电压 220V，输出脉冲频率 1KHZ12KHZ，输出脉冲宽度0.08mS-0.9mS。要求实现的功能比较简单，使用纯电路实现比单片机实现更加简单，所需要的元器件比使用单片机时更加简单，数量更加少，价钱更加便宜，它们实现中频神经肌肉治疗仪的效果相当。综上所述，我用模拟电路实现中频神经肌肉治疗仪更加合适，下面就模拟电路实现中频神经肌肉治疗仪做简单的描述。第一章 - 9 -第三章第三章 硬件系统设计与仿真硬件系统设计与仿真3.1 系统说明及总体设计框图系统说明及总体设计框图本系统全由硬件电路组成，主要包括电源

25、电路、定时电路、脉冲产生电路、正弦信号发生电路、信号功放驱动电路、升压电路、电极电路。电源电路由变压，整流，滤波，稳压，几个部分组成。将交流市电 220V 转变成直流稳压的12V 电源，为治疗仪各部分提供电源。定时电路采用 555 定时器组成单稳态触发器，单稳态触发器输出的高电平脉冲，为后面产生脉冲信号的多谐振荡器提供电源。所以输出的脉冲宽度控制着治疗仪的治疗时间。定时的时间从 6 分钟到 24 分钟。脉冲信号也是由 555 定时器构成多谐振荡器产生的，脉冲信号的占空比和频率都是可调的。正弦信号是在脉冲信号输出的基础上产生的，经过 RC的三次积分之后，脉冲信号转化成了幅值改变、频率不变的正弦信

26、号。然后将正弦信号通过集成运算放大器，进行信号放大。信号放大的信号连接上升压变压器，利用升压变压器来提升正弦信号的电压。将升压后的信号接上电极进行治疗。总体设计框图如图 3.1 所示，系统电路原理图见附录。图 3.1 总体设计框图3.2 电源电路电源电路本电路使用软件 Multisim12.0 进行原理图的绘制和电路的仿真。如图 3.3 所示。电源是设计系统中的重要组成部分，主要是为各功能电路提供所需的工作电压，其稳压性能直接影响系统工作的稳定性和可靠性。由于本设计所用的电路模块都是采用 12V 电压供电，所以系统电源采用三端正电压稳压器 LM7815 实现。如图 3.2，电源电路由变压，整流

27、，滤波，稳压，几个部分组成。第一章 - 10 -图 3.2 系统电源电路设计框图电源电路的工作原理为：,变压器输入端连接 220V 交流电，变压器后面由 4 个二极管组成一个桥式整流电路，整流后就得到一个电压波动很大的直流电源，所以在这里接一个 560uF/25V 的电解电容。变压器输出端的 12V 电压经桥式整流并电容滤波，在电容 C3 两端大约会有 15V 多一点的电压，假如从电容两端直接接一个负载，当负载变化或交流电源有少许波动都会使 C3 两端的电压发生较大幅度的变化，因此要得到一个比较稳定的电压，在这里接一个三端稳压器 LM7815。 三端稳压器是一种集成电路元件，内部由一些三极管和

28、电阻等构成，在分析电路时可简单的认为这是一个能自动调节电阻的元件，当负载电流大时三端稳压器内的电阻自动变小，而当负载电流变小时三端稳压器内的电阻又会自动变大，这样就能保持稳压器的输出电压保持基本不变。 因为我们要输出 12V 的电压，所以选用 7815。7815 前面的字母可能会因生产厂家不同而不同。LM7815 内部有限流式短路保护，短时间内，例如几秒钟的时间，输出端对地（2 脚）短路并不会使 7815 烧坏，当然如果时间很长就不好说了，这跟散热条件有很大的关系。 三端稳压器后面接一个 0.68u 的电容，这个电容有滤波和阻尼作用。其电路设计如图 3.2 所示，其输出电压的计算为 单相桥式整

29、流的输出电压计算公式： Uo = 0.9UiRC 滤波输出电压计算公式：Uo = 1.2Ui图 3.3 系统电源电路设计上图是在 Multisim12.0 中绘制的仿真电路，如图所示，示波器的通道 A 为输出信号，利用交流电源产生频率是 50Hz，振幅为 220V 的正弦信号。输入信号经过变压器之后，得到 12V 的交流电，由单相桥式整流的输出电压计算公式和 RC 滤波输出电压计算公式，可知 LM7815 输入端为 13V 直流电压，通过 LM7815 三端稳压器后，可以得到最终输出为 12V 直流电压。仿真结果如下图所示： 第一章 - 11 -图 3.4 系统电源电路设计仿真效果图3.3 定

30、时电路定时电路 555 定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。一般用双极型工艺制作的称为 555。是美国 Signetics 公司 1972 年研制的用于取代机械式定时器的中规模集成电路，因输入端设计有三个 5k 的电阻而得名。此电路后来竟风靡世界。555 定时器芯片和芯片引脚图如下图所示：图 3.5 555 定时器芯片 图 3.6 555 定时器芯片引脚图它内部包括两个电压比较器，三个等值串联电阻，一个 RS 触发器，一个放电管 T 及功率输出级。它提供两个基准电压 VCC /3 和 2VCC /3。555 定时器的功能主要由两个比较器决定。两个比较器的输出电压控制 RS 触发器

31、和放电管的状态。555 定时器的功能表如下图所示：第一章 - 12 -图 3.7 555 定时器的功能表定时电路使用软件 Multisim12.0 进行原理图的绘制和电路的仿真。如图所示。定时电路是由555 定时器搭建的。本设计是利用 555 定时器构成单稳态触发器，采用直流 12V 电源为其供电。由于 555 定时器的电源电压在+5V+18V 之间，所以用+12V 供电是没问题。单稳态触发器输出的高电平脉冲，为后面产生脉冲信号的多谐振荡器提供电源。因此单稳态触发器输出的脉冲宽度就是所要的定时时间。为了达到定时时间从 6 分钟到 24 分钟， 555 定时器的输出脉冲宽度 Tw 要达到 6分钟

32、到 24 分钟。而单稳态触发器输出的脉冲宽度 Tw 仅决定于定时元件 R、C 的取值。与输入触发信号和电源电压无关，调节 R、C 可改变 Tw，即可以改变定时时间。Tw 的计算公式为：Tw = InUc（）- Uc（0） Uc（）- Uc（tw） = RCIn3 = 1.1RC图 3.8 定时电路设计第一章 - 13 -如图所示，因为 R1 = 330K、R3 = 1M、C5 = 1000u，利用直流电源 12V 为定时电路供电，由图 3.8 定时电路设计可知，当 R3 滑阻在本电路中调到 0%时，即 R3 没有接入到本电路中，根据Tw 的计算公式：Tw = 1.1RC，可知 555 定时器的

33、输出脉冲宽度 Tw = 1.1*330K*1000u = 363s。按下开关 S1 是 555 定时器开始产生定时脉冲信号，仿真结果如下图 3.9 定时 6 分钟开始时的仿真效果图和 3.10 定时 6 分钟结束时的仿真效果图所示。当 R3 滑阻在本电路中调到 100%时，即 R3 全部接入到本电路中，所以输出脉冲宽度 Tw = 1.1*1330K*1000u = 1463s。按下开关 S1 是 555 定时器开始产生定时脉冲信号，仿真结果如下图 3.11 定时 24 分钟开始时的仿真效果图和 3.12 定时 24 分钟结束时的仿真效果图所示。因为是利用直流电源 12V 为定时电路供电，所以定

34、时器输出的信号幅度也为 12V。 图 3.9 定时 6 分钟开始时的仿真效果图 图 3.10 定时 6 分钟结束时的仿真效果图 图 3.11 定时 24 分钟开始时的仿真效果图 图 3.12 定时 24 分钟结束时的仿真效果图第一章 - 14 -3.4 脉冲发生电路脉冲发生电路本电路使用软件 Multisim12.0 进行原理图的绘制和电路的仿真。如图 3.13 所示。脉冲发生电路由 555 定时器构成多谐振荡器 ，多谐振荡器的输出端可以输出脉冲方波。它是利用电容器的充放电来代替外加触发信号，所以，电容器上的电压信号应该在两个阈值之间按指数规律转换。充电回路是 R1 和 C2，此时相当输入是低

35、电平，输出是高电平；当电容器充电达到 2 VCC/3 时，即输入达到高电平时，电路的状态发生翻转，输出为低电平，电容器开始放电。当电容器放电达到2VCC/3 时，电路的状态又开始翻转。如此不断循环。输出脉冲方波的频率和脉冲宽度由外界的 R、C 元件决定，本设计要输出的脉冲方波频率 为1k11kHZ，占空比为 4.7%50%。在多谐振荡器中，利用半导体的单向导电性，把电容 C 充电和放电回路隔离开来，再加上一个电位器，便可以得到占空比可调的多谐振荡器。多谐振荡器的各个参数计算如下振荡周期的计算公式为：T=T1+T2先求 T1，T1 对应充电，时间常数 1=(RA+RB)C，初始值为 uc(0)=

36、 VCC/3，无穷大值 uc()=VCC，当 t= T1 时，uc(T1)=2 VCC/3，代入过渡过程公式，可得电容的充电时间计算公式为：T1=ln2R1C0.7R1C求 T2，T2 对应放电，时间常数 2=RBC，初始值为 uc(0)=2 VCC/3，无穷大值 uc() =0V，当 t= T2 时，uc(T2)= VCC/3，代入过渡过程公式，可得电容的放电时间计算公式为：T2=ln2（R2 +R3）C0.7（R2 +R3）C所以振荡周期为： T= T1+T2=0.693(R1+R2+R3)C占空比计算公式为：q = T1（T1 + T2）= R1 （R1+ R2）脉冲的频率计算公式： =

37、 1 T图 3.13 脉冲发生电路设计第一章 - 15 -如图所示，示波器的通道 A 为输出信号，在多谐振荡器中 R1 = 5K、R2 = 5K、R3 = 100K、C2 = 12n，多谐振荡器的电源由 555 定时器定时电路 12V 电压供电。当多谐振荡器的滑阻 R3 为 0%时，即 R3 没有接入电路中，此时的振荡周期为：T= T1+T2=0.693(R1+R2+R3)C84uS，即脉冲的频率为： = 1T = 11904HZ，脉冲的占空比为：q = T1（T1 + T2）= R1 （R1+ R2）= 50%，输出脉冲的幅度约为 12V，仿真结果如下图 3.14 所示；当多谐振荡器的滑阻

38、R3 为 100%时，即 R3 全部接入电路中，此时的振荡周期为：T= T1+T2=0.693(R1+R2+R3)C924uS，即脉冲的频率为： = 1T = 1082HZ，脉冲的占空比为：q = T1（T1 + T2）= R1 （R1+ R2）= 4.7%，输出脉冲的幅度约为 12V，仿真结果如下图 3.15 所示 图 3.14 滑阻 R3 为 0%时的仿真效果图 图 3.15 滑阻 R3 为 100%时的仿真效果图3.5 正弦波产生电路正弦波产生电路本电路使用软件 Multisim12.0 进行原理图的绘制和电路的仿真。如下图 3.17 所示。正弦波产生电路是在脉冲产生电路的基础上构成的，

39、将多谐振荡器的输出脉冲方波，经过极性电容耦合之后，再通过三次积分之后输出频率不变的正弦信号。简单积分电路如下图 3.16 所示，是输出信号与输入信号的积分成正比的电路。积分电路原理为：从图 3.16 中可以看出，Uo=Uc=(1/C)icdt,因Ui=UR+Uo,当 t=to 时，Uo=0.随后 C 充电，由于 RCTk,充电很慢，所以认为 Ui=UR=Ric,即ic=Ui/R,故 Uo=(1/c)icdt=(1/RC)icdt，这就是输出 Uo 正比于输入 Ui 的积分（icdt） 。利用其充放电过程可以实现延时、定时、和各种波形的变换。本设计利用积分电路的波形变换的功能，将脉冲方波经过三次

40、积分之后变换成近似频率不变的正弦波。积分电路电容两端电压与电流的关系：Uo = (1/C)icdt输出电压的计算公式：Uo=(1/c)icdt=(1/RC)icdt第一章 - 16 - 图 3.16 简单的积分电路图 3.17 正弦波产生电路设计如图所示，示波器的通道 A 为输出信号。本电路中，积分电路的输入信号是多谐振荡器产生的脉冲信号，然后经过极性电容耦合之后，在输入积分电路。由上一节可知，多谐振荡器产生的脉冲宽度约为：Tw = ln2RC 0.7RC = 0.7 * 5K * 12n = 42uS。如下图 3.18 滑阻 R3 为 50%时输出脉冲方波宽度效果图，从图中可以知道 T1 =

41、 69.366mS，T2 = 69.318mS，所以多谐振荡器产生的脉冲宽度约为：Tw = T1 T2 = 48us，由于电路和芯片的误差，这个值是正常的。因为 C7 = 47u、R9 = 1K、R10 = 1K、R11 = 1K、C8 = 1u、C9 = 1u、C10 = 1u。所以电路的时间常数 RC = 1K * 1uS = 1000uS，即满足积分电路的条件：RC 10Tw。根据图 3.17 正弦波产生电路设计，即可知道各个积分单元的电压、电流、频率；同时根据积分电路电容两端电压与电流的关系：Uo = (1/C)icdt，还有输出电压的计算公式：Uo=(1/c)icdt=(1/RC)i

42、cdt，即可以得到正弦正弦波产生电路的输出电压，如下图 3.19 正弦波产生电路输出最高、低电压仿真效果图，在图中已标出最高和最低电压值，分别为：1.280mV 和-1.461mV。由上一节可知，当滑阻 R7 为 50%时，多谐振荡器输出的脉冲方波频率为： = 1T 0.693(R1+R2+R3)C = 1984HZ。由图 3.20 正弦波产生电路输出信号的频率仿真效果图，可知 T1 = 217.706mS，T2 = 217.150mS。所以积分电路输出的正弦信号的频率为： = 1T = 1（T1 T2）= 1799HZ，即本电路输出频率不改变的正弦信号。第一章 - 17 -图 3.18 滑阻

43、 R3 为 50%时输出脉冲方波宽度效果图图 3.19 正弦波产生电路输出最高、低电压仿真效果图第一章 - 18 -图 3.20 正弦波产生电路输出信号的频率仿真效果图3.6 信号放大驱动电路信号放大驱动电路本电路使用软件 Multisim12.0 进行原理图的绘制和电路的仿真。由于积分电路输出的正弦信号的电压幅值太小，为了得到 5V 的正弦信号，所以要对正弦信号进行放大。如图下所示，电压放大驱动电路时采用 LM324 集成运算放大器构成的两级同相交流放大器。LM324 系列运算放大器是价格便宜的带差动输入功能，由四个独立的，高增益，内部频率补偿运算放大器，可工作在单电源下，电压范围是 3.0

44、V-32V 或+16V。LM324 的特点：1.短跑保护输出，2.真差动输入级，3.可单电源工作：3V-32V，4.低偏置电流：最大 100nA（LM324A） ，5.每封装含四个运算放大器，6.具有内部补偿的功能，7.共模范围扩展到负电源 8.行业标准的引脚排列。如下图图 3.21 LM324 内部单独运算放大器和图 3.22 LM324 的引脚图。同相交流放大器的特点是输入阻抗高。由于两级电路的结果和原理相似，所以这里只分析第一级放大电路。其中的 R14、R3 组成 1/2V+分压电路，通过 R6 对运放进行偏置。 电路的电压放大倍数 Av 也仅由外接电阻决定：Av=1+R4/R5，电路输

45、入电阻为 R6。R5 的阻值范围为几千欧姆到几十千欧姆，C5 是消振电容。本电路是运用两级 LM324 放大电路，因为从理论上讲，运放的开环增益无限大，只要改变外围电阻比例就行，但实际上 LM324 的开环增益只有 80DB 左右，如果单级增益太大，静态特性与噪声等都会变的非常差。为了保证信号受的影响尽量小，所以本电路选择两级 LM324 放大，而不是单级，如下图 3.23 LM324 两级同相交流放大电路设计。放大倍数的计算公式：Av = 1+R4/R5输出电压的计算公式：Uo = Ui（1+R4/R5 ）第一章 - 19 - 图 3.21 LM324 内部单独运算放大器 图 3.22 LM

46、324 的引脚图图 3.23 LM324 两级同相交流放大电路设计如图所示，示波器的通道 A 为输出信号。由上一节图 3.19 正弦波产生电路输出最高、低电压仿真效果图可知，积分电路输出的正弦信号的峰峰值为：2.741mV，为了是输出的正弦信号达到峰峰值为 10V，所以要运用 LM324 将正弦信号放大约 3648 倍。在图 3.23 中，第一级放大电路 R4 = 500K、R5 = 5K，所以第一级放大电路的放大倍数为：Av = 1+R4/R5 = 101；因为输入信号的电压 Ui = 2.741mV，则第一级放大电路的输出信号的电压峰峰值为：Uo = Ui（1+R4/R5 ）= 276.8

47、41mV。图 3.24 LM324 第一级同相交流放大电压仿真效果图，可知信号电压峰峰值为：277.762mV，符合要求。第二级放大电路 R15 = 200K、R12 = 5K，所以第二第一章 - 20 -级放大电路的放大倍数为：Av = 1+R4/R5 = 41；因为输入信号的电压 Ui = 177.762mV，则第二级放大电路的输出信号的电压峰峰值为：Uo = Ui（1+R4/R5 ）= 11.3V。图 3.25 LM324 第二级同相交流放大电压仿真效果图，可知信号电压峰峰值为：10.9V，符合要求。图 3.26 LM324 同相交流放大频率仿真效果图可知，输出信号的频率为： = 1T

48、= 1（T1 T2）= 1802HZ。本放大电路输出的信号频率近似不变。图 3.24 LM324 第一级同相交流放大电压仿真效果图第一章 - 21 -图 3.25 LM324 第二级同相交流放大电压仿真效果图图 3.26 LM324 同相交流放大频率仿真效果图第一章 - 22 -3.7 升压和电极电路升压和电极电路本电路使用软件 Multisim12.0 进行原理图的绘制和电路的仿真。如下图 3.29 所示，升压和电极电路是由升压变压器 T1、电位器 R19、电极片等组成。升压电路工作后，信号 5V 经过升压变压器 T 的二次绕组(绕组 W2)之后电压上升到 100V，该电压经电位器 R19

49、控制后，通过两只外接电极片作用到人体的病灶部位(心脏部位和头部禁用)，从而实现治疗功能。LED1 为工作状态指示发光二极管。在治疗工作时，发光二极管 LED1 发光。调节电位器 R19 的阻值，可以改变正弦电压的幅度，从而从而改变治疗的强度。调节电位器 R8 的阻值，从而改变多谐振荡器的工作频率，从而改变治疗动作的节奏。升压电路是利用升压变压器来提升电压，但是不改变信号的频率。变压器两组线圈全书分别为n1 和 n2，n1 为初级，n2 为次级。在初级线圈上加一交流电压，再刺激线圈两头就会发作感应电动势，当 n2 n1 时，其感应电动势要比初级所加的电压还要高，这种变压器成为升压变压器，如下图

50、3.27 升压变压器。变压器工作原理就是电磁感应，一般说有两组线圈，原边加交流电产生磁场，副边绕组在这个磁场作用下，产生感应电动势，接上负载就产生电流。原边绕组与副边绕组匝数不等所以能够改变电压。电极电路是将一个滑动变阻器串联在升压变压器的输出端，后面再串连两片金属板电极，如下图 3.28 治疗仪的电极。调节滑动变阻器，将治疗仪的输出功率调至合适的值，即可将两片金属板电极接上人体的治疗部位，进行治疗。变压器的电压和线圈匝数的关系：U1 / U2 = n1 / n2功率的计算公式：P = U0*I0 图 3.27 升压变压器 图 3.28 治疗仪的电极第一章 - 23 -图 3.29 升压和电极

51、电路设计如下图所示，示波器的通道 A 为输出信号。因为输入信号为 5V，升压变压器的线圈匝数之比为 n1:n2 = 20:1，根据变压器的电压和线圈匝数的关系可以知道，输出的电压为：U0 = Ui *（n1 / n2）= 100V。如下图 3.30 升压和电极电路设计仿真效果图，输出的最大电压为 95.8V，输出的最小电压-122.2V。因为人体组织对频率较高的交流电的电阻和容抗都较低，在中频（1K100KHZ）交流电中，人体阻抗降至 500 左右。当升压变压器的输出电压全部加在电极上时，电极之间产生最大的电流为 200mA，此时的治疗功率最大为 20W，能够有效地对人体治疗。由于所加在人体治

52、疗部位的信号为中频交流电，所以 100V 电压和 200mA 电流对人体危害很小。由图 3.31 升压和电极电路频率仿真效果图，可知 = 1T = 1（T1 T2）= 1802HZ。本放大电路输出的信号频率近似不变。此时治疗仪输出的波形是正弦波；输出频率在 1KHZ30KHZ 范围内；输出的信号电压幅度为10010V；输出最大电流为 200mA；最大输出阻抗为 500；工作时间为 624 分钟。基本符合设计预期要求。第一章 - 24 -图 3.30 升压和电极电路设计仿真效果图图 3.31 升压和电极电路的频率仿真效果图致 谢- 25 -第四章第四章 系统电路调试系统电路调试4.1 电源电路调

53、试电源电路调试本设计的电源电路是一个小型、比较简单的电路，电路是由降压变压，整流，滤波，稳压，分压几个部分组成。所以此部分没有经过面包板的调试，而是直接将元器件焊接上电路板中。当然在焊接之前，我已经在纸上和 Multisim12.0 软件上设计了很多遍，结果正确之后才开始焊接电路板。焊好之后，经过几个同学的多遍检查，焊接没错后才进行通电调试。图 4.1 电源电路没通电时的图致 谢- 26 -图 4.2 电源电路通电之后的图4.2 定时电路调试定时电路调试4.2.14.3 脉冲发生与频率指示电路调试脉冲发生与频率指示电路调试4.3.14.4 功率放大驱动电路调试功率放大驱动电路调试4.4.1在共集电极放大电路中，输入信号是由三极管的基极与集电极两端输入的，如下图 3.22 共集电极放大电路图致 谢- 27 - 图 3.23 共集电极放大电路图 图 3.24 9013 三极管的实物图4.5 中频神经肌肉治疗仪的整体调试中频神经肌肉治疗仪的整体调试4.5.1致 谢- 28 -第五章第五章 总结与展望总结与展望5.1 总结总结毕业设计作为