基于双CPU+PSD的电外科控制器的设计与研究

　　0　引　　言

　　与传统外科手术相比较，电外科手术具有切割速度快、止血效果好、操作简单、手术时间短和费用低的特点[1]。这使电外科手术在普通外科、胸外科、脑外科、五官科以及各种内窥镜手术中得到了广泛的应用。在国外具有较高认可度的电外科手术仪中，多采用多微处理器或PC作为控制核心。同时，结合自适应技术、PID技术或模糊控制技术等控制方法调节高频电流和功率输出。根据国内专利检索，2003年之后出现了双微处理器作为控制核心的国产电外科仪控制器[2]。国内生产厂家的技术水平和生产能力有限，产品的性能指标与国外品牌具有一定差距，2005年～2007年，国家对国产高频电外科仪的抽检合格率分别为：72.7%、53.3%、50%[3]。国内研究电外科仪的基本现状是其设计的控制器内部结构模块不明确，系统缺乏有效的检测电路，功率输出精度不高[4-5]。

　　鉴于上述分析，本文采用模块化的思想，设计了一种基于双CPU 双PSD的电外科手术仪控制器。

　　1　控制器的总体方案设计

　　该控制器采用双CPU+PSD作为控制核心，外围电路包括共享 RAM、键盘、显示、A/D 转换、D/A 转换、串口、电源电压检测、时钟和波形发生器等模块。

　　PSD与微处理器的组合设计，可以避免因外围分立元件混乱造成的匹配问题，简化了硬件电路，改善了硬件电路不便修改和扩展的缺点，增加了CPU 的I/O接口数量，扩大了系统存储容量和可靠性[6]，同时，PSD 的使用使系统具有在系统编程(ISP)和在应用编程(IAP)[7]。

　　基于双CPU+PSD的电外科仪控制器结构图如图1所示。

　　控制器主要由2部分组成：主处理器模块和从处理器模块。其通过数据插槽与电外科仪的各个功能模块进行数据交互。

　　2个模块都采用了 MCU+PSD的设计方案，主处理器模块负责功率显示、键盘输入、开机自检、PSD 管理、系统报警处理、音频控制、实时时钟管理、与从处理器通信等任务，从处理器则负责波形发生器管理、电压和电流反馈输入、输出波形PID控制、与主处理器通信等任务。

　　主处理器模块与从处理器模块通过共享 RAM 实现通信，利用PSD 的ISP功能可对主、从模块进行在线编程和擦写。主、从处理器模块采用相同的微处理器和PSD 器件，以减少数据通信时不同芯片产生的差异性因素。控制器的各模块工作流程如下：

　　1)主处理器接收键盘输入指令、手动和脚踏控制信号，将相应的工作模式和功率控制信号通过共享 RAM 输出至从处理器模块。同时，将时间、功率强度等数据进行显示，并将相关信息存储于FLASH 中，用于系统出错时进行报警和重置。