基于單片機的心肺聽診技能訓練系統設計方案

　　2. 1 主控制器芯片的選擇

　　主控制器是整個系統的核心部分， 主控制器芯片的選擇關系到整個系統功能的實現與否。本系統要實現語音播放、無線收發、多路模擬開關、電源低功耗、上位機教學等功能， 所以就要求該芯片具有較高的運算速度， 較大的RAM 和FLA SH 空間， 具有可擴展的IO 口（ 比如I2C, SPI 等） 兼容一些外部芯片（ 如帶有SPI 的FLASH 存儲器或者一些其他芯片） , 并且功耗較低， 調試方便等。綜合上述因素， 主控制芯片用美國德克薩斯（ TI） 公司生產的MSP430, 因為該系統是便攜式心肺聽診系統， 采用電池供電的方式， 所以要求必須超低功耗，這樣才能滿足醫學教學的要求， 而該芯片最大的特點就是低功耗， 電壓準備工作模式是3. 3 V, 正常工作時電流在幾毫安， 完全滿足系統要求。該芯片具有如下性能：

　　低電壓范圍： 1. 8~ 3. 6 V;

　　超低功耗：標準模式1. 3 mA, RAM 保持關閉時為0. 1 mA;

　　低電流： 7 mA 在32 kHz, 2. 2 V, 250 mA 在1 MHz, 2. 2 V;

　　5 種節點模式和6 ms 內從等待模式喚醒；

　　16 位RISC 指令結構和125 ns 指令周期；

　　12 位A/ D 轉換和內部參考電壓、采樣保持、自動掃描特性；

　　16 位定時器并帶有映射寄存器的7 路捕獲、比較寄存器， 定時器B;

　　16 位定時器并帶有3 路捕獲/ 比較寄存器， 定時器A;

　　片內比較器；

　　串行在線編程， 無須外部編程電壓， 安全熔絲保護程序代碼；

　　內含60 KB 閃存， 2 KB 隨機存儲器。

　　2. 2 語音播放

　　語音播放是本系統一個重要組成功能之一。在這里有兩個問題需要解決， 一個是語音數據的存儲， 另一個是語音的編解碼和播放。由于WAV 波形數據占用的空間較大， 所以有必要先對原始數據進行壓縮編碼。因此該系統選用中青世紀科技公司開發的PM50 智能語音芯片， 它既是語音播放電路， 也是智能單片機， 其音質水平， 價格都要略優于著名的ISD 電路， 同時也有21 kHz 的高保真音質。該芯片由專用的語音單片機和FLA SH RAM 存儲器集合構成， 它既有13~ 100 s 的多段語音播放功能， 也有單片機可編程的智能特性， 該芯片具有如下特點：

　　可存儲聲音長度： 13~ 100 s;

　　寬范圍工作電壓： DC 3~ 6 V;

　　工作電流50 mA, 靜態電流1 A;

　　直接驅動8 0. 5 W 的喇叭， 具備PWM 和DAC兩種音頻輸出模式；

　　寬范圍采樣頻率： 4. 8~ 21 kHz;

　　錄制的語音可分并行1~ 8 段和串行128 段；

　　自帶8 個輸入端口， 9 個輸出端口， 功能均可由用戶自定義；

　　FLASH RAM 結構， 可以反復擦寫錄入， 壽命在1 萬次以上；

　　兩種封裝形式： COB28 和COB16;

　　開發用的電腦軟件系超智能傻瓜圖形設計， 外行也能使用；

　　配合編程軟件可以開發出并行、串行、智能型等多種控制模式；

　　最小系統的外圍電路只需一只振蕩電阻、一只電源濾波電容；

　　有13 s/ 20 s/ 50 s/ 100 s 多個時間檔次可選；

　　完成開發和試驗生產后， 直接用源文件投產掩膜，音質效果、功能性能不變。

　　2. 3 多路模擬開關

　　多路模擬開關主要是用來選擇播放位置點喇叭聲音的， 因為PM50 芯片只能連接一路揚聲器， 所以只能通過多路模擬開關來選擇各路喇叭接通， 而MAX306CPI 芯片是十六位多路選擇開關， 可以將兩片芯片擴展起來形成32 路選擇開關， 芯片電壓在4. 5~30 V 之間， 功耗非常小， 且不影響喇叭的發音， 完全滿足要求。并且聽診器探頭可以輕易地觸動模型人皮下的專用位置， 所以采用這種技術對本系統來說是一個很好的選擇。