听诊器原理

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电子听诊器初步案

系统电路主要可分为以下几个模块：电子听诊器探头、信号调理电路(包括

初级放大模块、滤波模块、主放大模块)、功率放大模块。

本电子听诊器制作所需的材料为：1/4英寸直径的超小型驻极体话筒〔1个〕、

普通听诊头〔一个〕、1~2英寸橡皮管〔一根〕、屏蔽电缆〔两根〕、集成运算

放大器芯片μA741〔3片〕、470pf电容〔1个〕、470uf电容〔两个〕、10uf电

容〔1个〕、0.047uf电容〔1个〕、0.022uf电容〔1个〕、2.2k电阻〔两个〕、

22k电阻〔1个〕、68k电阻〔2个〕、22k电阻〔1个〕、11k电阻〔1个〕、10k

电阻〔3个〕、1M电阻〔1个〕、680k(可变电阻器一个)、直插式音频功率放大

器LM386(1片)、扬声器〔1〕个、焊锡假设干、洞洞板假设干、9v电池假设干、

排针假设干、芯片座〔4个〕；

把心音(振动)转换成电信号的装置就是心音传感器，一般用听诊器检测心音。

本系统使用的是自制的基于听诊头和驻极体电容的心音传感器。

心音的频率较低(20-600Hz)，在人耳所能听到的声音围的低频段，因此我们

选用话筒(也就是麦克风)作为声音传感器。设计中选用驻极体话筒。

驻极体话筒高的阻抗是不能直接与音频放大器相匹配的。所以在话筒接入一

只结型场效应晶体三极管来进展阻抗变换。

驻极体话筒与电路的接法有两种，分为两端式和三端式，两端式话筒的灵敏

度比拟高，但动态围比拟小，目前市售的驻极体话筒大多是这种式连接，在本传

感器中采用二端输出式。不管是源极输出或漏极输出，驻极体话筒必须提供直流

电压才能工作，因为它部装有场效应管。

拾音头的制作

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拾音器MIC的制作，可在医用器材商店购置廉价的老式听诊器振膜头，在

振膜耳把上套上1~2英寸长的橡皮管，另一头挤压入一只1/4英寸直径的超小

型驻极体话筒，话筒的两根导线用屏蔽电缆接到电路中的MIC处，由于话筒封

装在胶管中，因此对心音的灵敏度是比拟高的，对外界的声音几乎无反映。

心音模拟电路的设计

模拟局部包括前置放大、低通滤波、主放大、功率放大电路。心音传感器用

自己制作的传感器，由听诊器探头，导管和驻极体话筒组成。

初级放大电路

信号的初级放大采用的是集成运算放大器。它是一种高放大倍数、高输入阻

抗、低输出阻抗的直接耦合多级放大电路，具有两个输入端，一个输出端。可对

直流信号和交流信号进展放大。

我们使用的是一款集成运算放大器芯片μA741。

μA741构成的心音前置放大电路。

SENSOR是驻极体电容式传声器

为了使电子听诊器外形小巧，便于携带，在本次设计中的理想运算放大器采

用9V电池供电。+9V电源经过10K限流电阻和470PF去耦电容给驻极体传声

器供电，为防止电路中直流噪声的影响，同时为耦合拾音头产生的交流小信号以

便传送给后面的运算放大器进展电压放大，须在电路中串联473PF的电容。

该电路的放大倍数Av为：Av=-R5/R6

滤波电路

本设计中仍采用集成运放μA741构成低通滤波器构成适宜的滤波电路。

压控电压源二阶滤波电路的特点是：运算放大器为同相接法，滤波器的输入

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阻抗很高，输出阻抗很低，滤波器相当于一个电压源。其优点是：电路性能

稳定，增益容易调节。本次设计采用压控电压源二阶滤波电路

主放大模块

经过滤波处理后，我们得到的心音信号己经比拟纯粹，但信号的大小还是不

能满足功放的要求，所以有必要对滤波后的心音信号再进展放大处理。则为什

么不在初级放大的时候多放大一些，直接满足功放的要求呢.原因就是在滤波后

进展信号的主放大处理，不会把一些干扰噪声也同时放大，提高信号的信噪比。

所以在滤波模块后我们又设置了主放大模块。所用芯片依然为μA741，其特性前

面已介绍，此处不再赘述。

功率放大模块

心音电子听诊系统其中一个非常重要的功能就是实现对心音的听诊，帮助医

生诊断病情。然而心音信号经过主放大模块后，电压幅值己经到达AD转换器

的要求了，但它尚不能驱动扬声器发声。必须对信号进展功率放大，才能实现听

诊功能。

在这里我们使用NS公司生产的LM386作为集成功放电路。

LM386是美国半导体公司生产的音频功率放大器,主要应用于低电压消费类

产品。LM386是一种音频集成功放，具有自身功耗低、电压增益可调整、电源

电压围大、外接元件少和总谐波失真小等优点，广泛应用于录音机和收音机之中。

LM386的封装形式有塑封8引线双列直插式和贴片式。本文选择的为前者。

电路中470uf的电容C1是一个隔直电容，因为LM386的输入信号中不可

以有直流分量，所以这个电容是必须的；可变电阻680K是用来调节音量的。

单片机：AT89S52

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单片机心音频率f在20Hz～600Hz之间，根据香农〔Shannon〕采样定理，只要采样的

频率高于或等于原来频率的2倍，就可以完整地重现原波形，因此选择的A/D转换器的转

换速率应在1200Hz以上，故设计中选用了串行A/D转换器TLC0831。信号采样电路的工作

原理：把调理电路的模拟输出信号用A/D转换器变成数字量后，再由单片机送到液晶显示

屏显示。

本系统选用了精电蓬远的QH12864T点阵式液晶显示(LCD)模块。该模块由控制器

T6963C、列驱动器T6A39、行驱动器T6A40及与外部设备的接口等局部组成，它既能显示

字符〔中文和西文字符〕，又能显示图形，还能够将字符与图形混合显示。

LCD与单片机的接口法分为直接访问式和间接控制式。直接访问式是把液晶模块作为

存储器接在CPU的数据线、地址线和控制线上，同时把它的数据总线接在89S52的P0口上，

片选以及存放器选择信号线由P2口提供，读写操作由单片机的读写操作信号控制。这种式

是以访问存储器的式来访问液晶显示模块。间接控制式不使用单片机的数据系统，而是利用

它的I/O口来实现与显示模块的通信，即将液晶显示模块的数据线与单片机的P0口连接作

为数据总线，另外3根时序控制信号线通常利用89S52的P3口中未被使用的I/O口来控制。

这种访问式不占用CPU的存储器空间，它的接口电路与时序无关，其时序完全靠软件编程

实现。间接控制式的速度较直接访问式快，所以本设计中采用的是间接控制式。

系统选用的LCD是在图形工作式下，通过建立坐标系，利用位操作实现对心音波形的

逼真显示。下面详细介绍液晶显示屏绘图编程的算法和波形连续显示。

系统选用的是128×64点阵式图形液晶显示模块。要绘制心音波形只要根据A/D转换

来的数据在液晶显示器的对应位置上绘点显示。首先在液晶平面上建立如图6所示的显示坐

标系。

图中画出了液晶显示器在图形工作式下液晶平面的每一处所对应的显示缓冲区地址情

况，数据为十六进制，并建立以左下角为坐标原点的坐标系。这样坐标(*，Y)的值都为正

值，简化了算法。其中*表示1～128个点，Y表示各个点所对应的幅值。由于A/D采样的

数值为0~255，而LCD的行取值为0～63，所以把幅值缩小一定的倍数，即Y=D/B，D为

A/D采集的数字量，B为该数缩小的倍数。由图可以看出幅值Y加1，显示缓冲区地址K

就减少10H，从而得到缓冲区地址的表达式：K=*/8-10H*Y＋0BF0H。而缓冲区地址字节中

对应*除以8的余数的位就正好是要绘点的位置。只要利用位操作命令对它置位就可实现绘

点。

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把采集的数据存放在RAM中，RAM共存了8KB波形数据。而液晶显示器1次只能显

示128个点，因此可以通过改变在RAM中读数间隔来控制波形的横向显示，即每显示完1

个数据，RAM地址加N，通过改变N的大小来拉开或回缩信号波形，以便于观察。

如果相邻2个点的幅值稍有不同，2个点的距离就会分开，造成显示不连续，影响视觉

效果。因而怎样使波形显示连续，是显示信号波形中一个很重要的问题。本系统中对这一问

题的解决法：在LCD上每显示完1个点后，判断它与前1个点的幅值差距，即Y值值差，

假设大于8，就要在2点之间插入假设干点(*值不变，只变Y值)，使2点连续起来，然后

再进展下1个点的显示。利用这种法，可很好地实现心音波形的显示。