微型机控制的心肺听诊模拟仪

    0 引言

    心肺听诊在医疗诊断教学中是重点和难点，为让学生掌握正确的听诊技能，开发医学教学心肺听诊模拟仪产品很有必要，它可以弥补典型病例减少给听诊教学带来的困难，又可解决没有足够的病人供学生练习听诊的矛盾。介绍的微型机控制的心肺听诊模拟仪就是这样的产品，产品由心肺听诊模拟仪( 模拟人) 和微机组成。在模拟人上身外皮下的若干个听诊部位，安装有小型扬声器，听诊时用鼠标点击应用程序表单上要听诊的病例项，电脑屏幕就播放人体相关部位的动画片或视频，学生就可以在模拟身人上听诊。

    1 硬件电路设计与原理分析

    心肺听诊模拟仪电路以 AT89S51 为核心，接收PC 机发来的指令码和声卡送出的听诊语音信号，控制 CD4066 构成的 14 选 1 模拟开关有选择的接通功放，实现将声卡输入的音频信号在模拟人指定的听诊部位输出。电路还控制 CD4066 中的 2 个模拟开关在触诊和听诊方式之间转换。心肺听诊模拟仪电路主要由输入滤波与前置放大电路、数字电位器电路、模拟开关与功率放大器电路、RS －232 通信与控制电路等部分组成。心肺听诊模拟仪电路如图 1所示。

    1． 1 输入滤波与前置放大电路

    输入滤波电路要完成对声卡输入的听诊信号的滤波，消除带外噪声干扰，前置放大电路补偿输入滤波电路在通带内对信号带来的衰减。电路由 C5，R4，R5，C11，C12 等元件组成二个 2 阶无源 RC 带通滤波电路，电路的 －6 dB 带宽为 30Hz ～600Hz。V2和 V3 等元件组成典型的两级负反馈前置放大电路，C18，R19，R16 是交流负反馈网络，R19，R16 的比值决定了通带内电路的增益。R18 直流负反馈电阻稳定静态工作点。放大器输出端的 C22，R23，C23 构成有带通滤波性能的电路，使音频部分的高频端进一步衰减; 前置放大器的增益约为 44dB，其中一部分用于补偿滤波电路的插入损耗，另一部分用于放大听诊信号。输入滤波和前置放大电路总的－ 6dB 带宽约为 30Hz ～ 300Hz。电路如图 2 所示。

    1． 2 数字电位器电路

    数字电位器电路完成输出信号的音量调节，电路如图 3 所示。X9511 数字电位器 U3 是可用数字信号控制电位器滑动端位置的器件。音频信号由“电位器高”固定端的 3 脚进入，在电路内部进行处理后由“电位器滑动端”5 脚输出，7 脚是器件的存储使能端，该功能不用此端接地，6 脚是“电位器低”固定端，U3 的 1 脚和 2 脚是用负脉冲计数控制的音量增大和减小控制端，要求输入脉冲宽度大于 40ms小于250ms。U2 是双单稳态触发器 MC14538 电路，电路接成 TR + 端接地、TR － 端脉冲信号下降沿触发的形式，每按动一次开关 S2，U2B 的 9 脚输出的一个负脉冲就加到 U3 的 1 脚，控制“电位器滑动端”向高抽头位置方向增高一个台阶，改变了 5 脚输出的音频信号幅度。图 3 中单稳电路输出的脉冲宽度设计为 200ms。U3 的 2 脚的工作情形与 1 脚相同。U8C 和 U8D 是听诊、触诊工作方式控制开关，U8C 接通 U8D 断开，电路处于触诊状态，反之，电路处于听诊状态，两开关受单片机 P2． 0，P2． 3 端的控制。V4 是为补偿数字电位器的接入而加的一级放大器。