基于單片機的腦波治療儀的軟件設計研究

其中Ω為調制信號的頻率，即腦波頻率，頻率范圍為1Hz～30Hz；w0為載波的頻率，范圍為90Hz～800Hz，初始頻率設定為330Hz。輸出調幅波波形如圖3所示。

(2)調幅波的載波頻率調節
載波頻率即腦波音樂的音調，將音調調整到人耳敏感的范圍，會使治療效果更加明顯。人們可以聽到的聲振動頻率范圍為20Hz～20kHz，設計要求頻率調節范圍為90Hz～800Hz。載波頻率計算如式(5)：

fw0=1/nT （5）
載波的頻率由載波的采樣點點數n和取點時間間隔T決定。通過改變采樣點點數來調節需要大量的采樣點，同時由于取點數量的改變必然帶來較大的相位截斷誤差。本設計通過改變T來調節頻率，這樣保證了采樣點不漏取，同時采樣點點數不用取太多。調頻過程中，首先計算所需頻率對應的時間T，然后將其賦給取點時間間隔參數，這樣載波就被跳到所需頻率。
(3)調幅波的調制信號頻率調節
在設計中，調幅波的調制信號即腦波音樂的包絡，它確定了腦波音樂的特征(尤其是治療的內容)。調制波的頻率調節是在一定的腦波頻率范圍內(1Hz～30Hz)變化，其頻率隨時間變化的時間、頻率參數已經固化在ROM中，不能任意調節。調制信號頻率調節與載波頻率調節的原理相同，可以參考公式5。本設計中調制信號隨時間的頻率變化參數已經換算成時間參數，程序運行時采用查表方式調用該時間參數來改變調制信號的頻率。
(4)腦波音樂強度的調節
將腦波音樂信號vAM作為DA2的參考電壓Vref，單片機的強度參數PW做為DA2的輸入信號。DAl和DA2采用DAC0832，因為在設計中DAC都采用單極性反向電壓輸出方式，所以DA2的輸出如式(6)：

這樣腦波音樂強度在0~-vAM內變化。
2．2．2 雙聲道音樂的生成
如圖4，模擬開關的輸入口A2、B1接低電平，Al、B2同時接入腦波音樂信號，單片機通過對控制口l、2來控制兩路開關的通斷。當使左右兩路的開關都始終打開就會產生左右兩路同步輸出；當單片機以與調制信號相同的頻率控制模擬開關交替開、關就會產生左右兩路信號交替輸出。這兩路輸出信號經過放大濾波電路輸出至耳機，這種交替／同步的立體聲作用到人腦將引導大腦起到雙腦同步的有效治療效果。圖5就是采集到的左右交替輸出的信號。

2．3 節目時間、節目指示燈顯示部分
節目時間顯示部分是由單片機調用內部定時器進行分鐘計時，輸出時間信號到LED數碼管進行顯示。節目時間在開機時顯示0，在運行過程中，當節目時間到了預定時間將調用報警子程序發出報警聲，并將節目結束標志置位。節目指示燈顯示是在節目選擇子程序中由單片機控制節目指示發光二極管燈的亮滅，指示當前輸出哪個節目。

3 結果分析
通過實驗觀察及示波器測量，設備能輸出有效頻率的腦波音樂，滿足預計的參數設置，波形無明顯失真。圖5是采集到的的波形。

但是實際輸出波形還是有一些誤差，其主要來自：①由于內部波形存儲器中存儲的正弦幅度值是用二進制表示的，對于越過存儲器字長的正弦幅度值必須進行量化處理，這樣就引入了量化誤差。幅度量化主要有兩種方式，即舍入量化和截尾量化，這里采用截尾量化方式。②DAC非理想轉換特性所引起的雜散水平，DAC的非理想特性包括：DAC的有限分辨位數；差分、積分的非線性；D／A轉換過程中的瞬間毛刺；時鐘泄露；數字噪聲饋通；轉換速率受限等。③調制信號頻率調節過程中正弦波的各采樣點會有漏取點的情況發生，這樣就不可避免地產生相位截斷誤差。
針對以上問題，提出一些改進的方法：①應用更高位數的單片機和高性能的數模轉換器。②增大ROM容量及采樣點數，提高幅度分辨率。