本文關(guān)鍵詞：基于FPGA的便攜式低頻脈沖治療儀的研制，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《重慶大學(xué)》 2009年

基于FPGA的便攜式低頻脈沖治療儀的研制

裴躍生  

【摘要】： 低頻脈沖電流對(duì)人體有多種生理作用和治療作用,尤其以興奮神經(jīng)肌肉組織和鎮(zhèn)痛為主要作用。目前在醫(yī)療界,眾多基于電刺激療法的治療儀已廣泛被臨床應(yīng)用,并取得了較好的治療效果。這種療法以其安全性、可靠性和無(wú)創(chuàng)性被廣大患者所接受。 本文設(shè)計(jì)的便攜式低頻脈沖治療儀,采用Altera公司Cyclone系列FPGA作為主控制器,結(jié)合750kHz低功耗DC/DC升壓控制器以及雙向壓控恒流輸出技術(shù),產(chǎn)生變化有序的多種組合脈沖波形,可以較逼真地模擬出針灸、捶擊、按摩、火罐、推拿和刮痧等不同的刺激效果。該治療儀以經(jīng)皮神經(jīng)電刺激為主要治療手段,采用按鍵+液晶實(shí)時(shí)顯示的人機(jī)交互方式,電極輸出雙極性脈沖,刺激頻率、模式、強(qiáng)度和定時(shí)時(shí)間數(shù)字式可調(diào),可以有效地克服單極性刺激時(shí)電極的極化現(xiàn)象,同時(shí)也避免了人體對(duì)固定頻率的適應(yīng)性問(wèn)題。與以往的治療儀相比,該治療儀體積小,集成度高,電池供電,方便攜帶。不需要設(shè)計(jì)過(guò)于復(fù)雜的外圍電路,通過(guò)對(duì)FPGA芯片編程就可以產(chǎn)生任何形式的組合波形,并且在線可編程能力強(qiáng)。 論文主要分五個(gè)部分:首先從多個(gè)角度詳細(xì)闡述了低頻脈沖電流的鎮(zhèn)痛機(jī)理。然后對(duì)刺激波形的類型、頻率和脈寬進(jìn)行了綜合分析并最終確定了治療儀的輸出指標(biāo)參數(shù)。其次詳細(xì)介紹了治療儀的硬件電路,包括Boost升壓電路、雙向壓控恒流輸出電路、按鍵掃描電路和液晶顯示電路等。接下來(lái)介紹了系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)過(guò)程。軟件部分采用模塊化設(shè)計(jì),重點(diǎn)闡述了刺激波形發(fā)生模塊、鍵盤(pán)掃描譯碼模塊和LCD顯示模塊。最后,為了檢驗(yàn)所設(shè)計(jì)的治療儀是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求,對(duì)治療儀進(jìn)行了硬件調(diào)試并記錄了儀器在四種工作模式下輸出的波形,從實(shí)驗(yàn)的結(jié)果可以看出,此治療儀的輸出波形基本達(dá)到了設(shè)計(jì)的預(yù)期要求。

【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2009
【分類號(hào)】：TH789
【目錄】：

摘要3-4

ABSTRACT4-9

1 緒論9-19

1.1 問(wèn)題的提出及研究意義9-10

1.1.1 問(wèn)題的提出9-10

1.1.2 研究意義10

1.2 低頻脈沖電刺激的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-16

1.2.1 低頻脈沖電流治療疾病的歷史10-11

1.2.2 低頻脈沖電流的刺激機(jī)理11-13

1.2.3 低頻脈沖電流的生理和治療作用13-14

1.2.4 低頻脈沖電刺激的臨床應(yīng)用14-16

1.3 低頻脈沖治療儀的研究現(xiàn)狀16-17

1.4 本課題的研究目的和論文規(guī)劃17-19

1.4.1 課題研究目的和任務(wù)17-18

1.4.2 論文規(guī)劃18-19

2 低頻脈沖治療的機(jī)理和脈沖波形設(shè)計(jì)19-26

2.1 低頻脈沖電流的鎮(zhèn)痛機(jī)理19-21

2.2 脈沖波形設(shè)計(jì)21-26

2.2.1 波形設(shè)計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn)21

2.2.2 刺激頻率的設(shè)計(jì)21-22

2.2.3 刺激波形類型的設(shè)計(jì)22-25

2.2.4 刺激波寬的設(shè)計(jì)25-26

3 低頻脈沖治療儀總體設(shè)計(jì)26-31

3.1 醫(yī)學(xué)儀器的設(shè)計(jì)原則26-28

3.2 本治療儀的設(shè)計(jì)要求28

3.3 治療儀總體設(shè)計(jì)28-31

3.3.1 治療儀總體結(jié)構(gòu)28-29

3.3.2 治療儀指標(biāo)參數(shù)及工作原理29-31

4 低頻脈沖治療儀硬件電路的設(shè)計(jì)31-50

4.1 FPGA 控制器31-35

4.1.1 Altera 公司的Cyclone 系列FPGA 器件31-32

4.1.2 Altera 公司的FPGA 配置方式32-33

4.1.3 Altera 公司的FPGA 配置過(guò)程33-35

4.2 ALTERA 專用串行配置芯片EPCS135-36

4.2.1 主動(dòng)串行配置35-36

4.2.2 AS 配置器件的在線編程36

4.3 電源供電模塊36-41

4.3.1 電源電路設(shè)計(jì)36-37

4.3.2 升壓電路設(shè)計(jì)37-41

4.4 恒流源輸出電路模塊41-43

4.4.1 雙極性控制電路41-42

4.4.2 恒流源輸出電路42-43

4.5 D/A 轉(zhuǎn)換模塊43-44

4.5.1 TLC5615 的引腳功能及工作時(shí)序說(shuō)明43-44

4.5.2 D/A 轉(zhuǎn)換芯片的接口電路44

4.6 人機(jī)接口模塊44-50

4.6.1 LCD 模塊簡(jiǎn)介44-45

4.6.2 RT12864-16-SYGEG-5V 液晶模塊45-47

4.6.3 LCD 顯示模塊與FPGA 芯片的接口電路47

4.6.4 按鍵控制模塊47-50

5 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)50-64

5.1 FPGA 芯片編程設(shè)計(jì)50-52

5.1.1 Altera 綜合開(kāi)發(fā)平臺(tái)QuartusⅡ簡(jiǎn)介50-51

5.1.2 VHDL 編程基礎(chǔ)51-52

5.2 刺激波形輸出控制模塊的軟件設(shè)計(jì)52-53

5.3 脈沖調(diào)制模塊的軟件設(shè)計(jì)53-54

5.4 調(diào)頻調(diào)幅模塊的軟件設(shè)計(jì)54

5.5 刺激定時(shí)控制模塊的軟件設(shè)計(jì)54-55

5.6 D/A 并–串轉(zhuǎn)換模塊的軟件設(shè)計(jì)55

5.7 按鍵控制模塊的軟件設(shè)計(jì)55-58

5.7.1 鍵盤(pán)接口電路模塊劃分56-57

5.7.2 鍵盤(pán)掃描電路57

5.7.3 鍵盤(pán)譯碼電路57-58

5.8 LCD 顯示模塊的軟件設(shè)計(jì)58-64

5.8.1 液晶顯示模塊指令系統(tǒng)58-60

5.8.2 液晶顯示控制流程及顯示原理60-61

5.8.3 液晶顯示設(shè)計(jì)思路61-64

6 PCB 板的設(shè)計(jì)與系統(tǒng)調(diào)試64-73

6.1 PCB 板的設(shè)計(jì)64-66

6.2 系統(tǒng)的調(diào)試66-69

6.2.1 系統(tǒng)的外型設(shè)計(jì)及使用方法66-68

6.2.2 刺激電極的類型及放置原則68-69

6.2.3 軟硬件調(diào)試69

6.3 初步實(shí)驗(yàn)結(jié)果69-73

6.3.1 刺激波形仿真結(jié)果69-70

6.3.2 治療儀輸出的組合波形70-71

6.3.3 恒流源測(cè)試71-73

7 結(jié)論與展望73-75

7.1 結(jié)論73-74

7.2 后續(xù)研究的展望74-75

致謝75-76

參考文獻(xiàn)76-79

附錄79

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【引證文獻(xiàn)】

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2 李曦;電刺激鎮(zhèn)痛技術(shù)及其在計(jì)生手術(shù)中的應(yīng)用研究[D];第一軍醫(yī)大學(xué);2002年

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10 張長(zhǎng)亮;頸椎病治療儀的研究與設(shè)計(jì)[D];吉林大學(xué);2008年

【二級(jí)引證文獻(xiàn)】

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

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【二級(jí)參考文獻(xiàn)】

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2 張登福,林剛西,蔣大宗,畢篤彥;偽隨機(jī)序列及PLD實(shí)現(xiàn)在程序和系統(tǒng)加密中的應(yīng)用[J];電子技術(shù)應(yīng)用;2000年06期

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8 郭惠夫;低、高頻電針誘導(dǎo)原癌基因c－fos／c－jun和阿片肽基因表達(dá)及其關(guān)系的比較研究[J];生理科學(xué)進(jìn)展;1996年02期

9 何曉玲，劉鄉(xiāng)．朱兵，徐衛(wèi)東，張守信;強(qiáng)電針穴位對(duì)背角神經(jīng)元鎮(zhèn)痛效應(yīng)廣泛性的中樞機(jī)制[J];生理學(xué)報(bào);1995年06期

10 徐維;陳正秋;林郁;;大腦皮層在針刺鎮(zhèn)痛中的下行調(diào)節(jié)機(jī)理[J];針刺研究;1989年Z1期

【相似文獻(xiàn)】

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3 蔡文娟;李威;許娟;;基于P89LPC935便攜式智能電療儀的設(shè)計(jì)[J];微計(jì)算機(jī)信息;2006年29期

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5 王偉,李成榕,孟庭榮,丁立建,李武峰,程養(yǎng)春,王景春,王好;發(fā)電機(jī)定子局部放電在不同檢測(cè)頻段下的統(tǒng)計(jì)特性[J];高電壓技術(shù);2002年S1期

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7 唐炬;吳建蓉;卓然;謝顏斌;;針-板局部放電VHF信號(hào)與放電量之間的等量關(guān)系[J];高電壓技術(shù);2010年05期

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5 高翔;馬惠杰;劉道矩;;頸椎生理曲度變直的臨床觀察與研究[A];繼往開(kāi)來(lái) 與時(shí)俱進(jìn)——2003年康復(fù)醫(yī)學(xué)發(fā)展論壇暨慶祝中國(guó)康復(fù)醫(yī)學(xué)會(huì)成立20周年學(xué)術(shù)大會(huì)論文集[C];2003年

6 吳彬;;耳穴低頻電刺激合磁珠貼壓干預(yù)痔術(shù)后疼痛臨床研究[A];中醫(yī)肛腸理論與實(shí)踐——中華中醫(yī)藥學(xué)會(huì)肛腸分會(huì)成立三十周年紀(jì)念大會(huì)暨二零一零年中醫(yī)肛腸學(xué)術(shù)交流大會(huì)論文匯編[C];2010年

7 燕鐵斌;;康復(fù)治療新理念[A];中國(guó)康復(fù)醫(yī)學(xué)會(huì)第七次全國(guó)康復(fù)治療學(xué)術(shù)會(huì)議主題報(bào)告、學(xué)術(shù)交流論文匯編[C];2010年

中國(guó)重要報(bào)紙全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前4條

1 浙江 張俊陽(yáng);[N];電子報(bào);2005年

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中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 裴躍生;基于FPGA的便攜式低頻脈沖治療儀的研制[D];重慶大學(xué);2009年

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