河南工程学院课程设计电子听诊器的设计与制作学生姓名：吴倩文(201310711250) 学电气信息工程学院院专业班级：电子科学与技术1342 专业课程：自动检测课程设计指导教师：张秋慧201 6年6月3日课程设计成绩评定标准及成绩等级：_________________ （优秀、良好、中等、及格、不及格）评阅人：_________________ 职称： ________________日期：___________________ 年 ____ 月_____ 日目录1•引言 (4)1.1课题目的与意义 (4)1.2电子听诊器基本原理 (4)1.3本设计的主要工作 (4)2.设计方案 (5)2.1方案一： (5)2.2方案二： (5)3.硬件设计 (6)3.1前置放大电路 (6)3.2滤波电路 (6)3.3主要元器件的介绍 (7)3.3.1............................................................................................................................................ ST C89C51的引脚图和功能.. (7)3.3.2LM358N引脚图及特点 (8)3.3.3LM393P 引脚及功能 (9)3.3.4原器件清单： (9)4.软件设计 (10)4.1单片机程序设计 (10)5.调试运行及结果 (12)5.1调试结果与分析： (12)5.2仿真原理图： (12)5.3信号调理电路 (12)6.总结 (13)6.1设计所做的工作 (13)6.2不足与待改进之处 (13)6.3设计心得体会 (13)1 •引言心音、呼吸音信号是重要的临床医学信号，是进行心脏疾病、呼吸系统疾病判别的重要依据，是医生进行病因、病灶分析的重要信息。

现如今,在心脏疾病和呼吸系统疾病诊断中，听诊仍旧是医生进行检查的主要手段，并且，听诊具有体外检查无创伤、便捷、经济等优点，是广为应用且不可替代。

传统的医用听诊器无放大作用，声音较微弱，受环境噪声的影响较大，电子听诊器采用多级低噪声放大器，其放大倍数适当，频响效果好，背景噪声小，有LED显示功能。

1.1课题目的与意义通过课程设计，了解听诊器的基本原理，熟练掌握传感器信号采集和电子电路的基本设计方法，将理论联系到实践中去，提高综合运用专业知识的能力。

本次课程设计的电子听诊器包括放大电路、滤波电路、电压比较器电路，还包括输出端的音频放大器，此设备具有良好的分析波形能力，能够将设置好的频率段以外的声音频率滤除，故可以清晰的得到放大以后的心音信号，这样有助于医务人员提高初诊的准确度，也为进一步诊断做好了基础。

1.2电子听诊器基本原理听诊器前端是一个面积较大的膜腔，体内声波鼓动膜腔后，听诊器内的密闭气体随之震动，而塞入耳朵的一端，由于腔道细窄，气体震动幅度就比前端大很多，由此放大了患者体内的声波震动。

电子听诊器是利用电子技术放大身体的声音，克服了声学听诊器噪音高的bug。

电子听诊器需要转换的声的声波的电信号，然后被放大和处理，以获得最佳聆听。

与声学听诊器相比，它们都是基于相同的物理原理。

电子听诊器也可与计算机辅助听诊计划的分析所记录的心的声音病理或无辜的心脏杂音。

拾音器的主要作用就是采集听诊音，功能相当于麦克风”；放大及滤波装置则是音箱”，把听诊音放大；处理芯片则用于降低杂音的干扰，保证获得理想的声音数据；通过A/D转换将模拟信号转换成数字信号，经液晶显示屏显示。

1.3本设计的主要工作该电子听诊器电路由拾音传感器、前置放大器、低通滤波放大器、控制电路和LED显示电路等组成，将微弱的心音信号通过拾音传感器之后，经放大电路将其放大，然后通过滤波电路将干扰信号滤除，相应的编程下载到单片机中，把调理电路的模拟输出信号用A/D转换器变成数字量后，再由单片机送到液晶显示屏显示，除此之外，可以通过按键进行有要求的切换想要的信号。

2.设计方案2.1方案一原理参考框图如图1所示:图1电子听诊器的总结构框图这个题目可以通过单片机实现，将各部分电路接在单片机上，通过编程实现, 本次课程设计时通过方案一来进行实现的。

2.2方案二图2电子听诊器的结构框图3.硬件设计3.1前置放大电路采用三极管运放结构组成前置放大电路，该放大器的带宽为0.5HZ~2.258HZ, 该放大电路具有高输入阻抗，高共模抑制比，从而减少干扰等。

该放大器的增益为：A=[(R8+R9)*R6]/(R9*R4)* ( 1+2*R2/R3)3.2滤波电路该滤波电路的设计，与方案设计中的介绍一样。

本课程设计采用通频带为15.9Hz~1592.4Hz的级联型一阶带通滤波电路。

全频道包括的振动频率范围较广，低频道适用于听诊低频杂音。

所以我们可以根据不同的通频带计算出相应的器件参数，可以通过编程可按键来进行控制。

图3滤波电路3.3主要元器件的介绍3.3.1 STC89C51的引脚图和功能89C51单片机采用40只引脚的双列直插封装DIP方式，目前大多数为此类封装方式，89C51除采用方形封装方式，为44只引脚。

89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能CMOS位微处理器，俗称单片机。

STC系列单片机是美国STC公司最新推出的一种新型51内核的单片机。

片内含有Flash程序存储器、SRAM UART SPI、A\D、PWM等模块。

该器件的基本功能与普通的51单片机完全兼容。

其主要功能、性能参数（1）内置标准51内核，机器周期：增强型为6时钟，普通型为12时钟;⑵ 工作频率范围：0~40MHZ相当于普通8051的0~80MHZ;(3)STC89C5xRC M应Flash 空间：4KB\8KB\15KB;⑷ 内部存储器（RAM） 512B;⑸定时器计数器：3个16位;⑹ 通用异步通信口（UART 1个;⑺中断源:8个；（8）有ISP（在系统可编程）\IAP（在可编程）,无需专用编程器仿真器; （9）通用I\O 口：32\36 个；10n~匸4vccP11POOP12P01?!;P14p(nPWPI&PG?P17P06RESET P07旳比RXD EAAT旳1 M ALEP?32. INTO PSENP33INT1P27P26P35/H P25P24P37/RD P弟X2XI P21GKD P204 0393t37is343SS23130G M口2t172625242S22图4滤波电路仿真图171?1119__20(10)工作电压：3.8~5.5V ;图5 89C51实物图图6 89C51引脚图3.3.2 LM358N引脚图及特点LM358N里面包括有两个高增益、独立的、内部频率补偿的双运放，适用于电压范围很宽的单电源，而且也适用于双电源工作方式，它的应用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运放的地方使用。

LM358N勺特点：(1)内部频率补偿(2)低输入偏流(3)低输入失调电压和失调电流(4)共模输入电压范围宽，包括接地(5)差模输入电压范围宽，等于电源电压范围⑹ 直流电压增益高(约100dB)(7)单位增益频带宽(约1MHz)(8)电源电压范围宽：单电源(3 —30V);(9)双电源(土1.5 一土15V)(10)低功耗电流，适合于电池供电(11)输出电压摆幅大(0 至VCC-1.5V)r*------------ !QUT1 1 ------------ 6 VC C1IM11) 1 ・JL--------- i_ 70UT2T‘i 咽仁打j —*JL右INI舛lx*ir J图7 LM358N 引脚图3.3.3 LM393P 引脚及功能LM393P 是双电压比较器集成电路,其内部采用双列直插 8脚塑料封装（DIP8 ）和微 形的双列8脚塑料封装（S0P8 ）。

输出负载电阻能衔接在可允许电源电压范围内的任何电 源电压上，不受 Vcc 端电压值的限制•此输出能作为一个简单的对地SPS 开路（当不用负载 电阻没被运用），输出部分的陷电流被可能得到的驱动和器件的B 值所限制•当达到极限电流（16mA ）时，输出晶体管将退出而且输出电压将很快上升。

PIN CONNECTIONSOutput A [T (J 叵 Inputs A j 区Grid 叵(Top View)图8 LM393引脚图3.3.4原器件清单： STC89C51RC 1 个 LM358N 1 个 LCD1602 1 个 LM393P 1 个蜂鸣器1个 传声器1个4*2底座3个按键1个10K 可调电阻3个定值电阻若干 定值电容若干可VccU Output BInputs B4.软件设计4.1单片机程序设计基于51单片机的设计，将其对信号转换的编程下载到单片机中其系统流程图如下图所示：T-O； g M-0;1F初昭t夕:瘵晶h部中夺显示壬4Tftfi图9程序流程图5•调试运行及结果5.1调试结果与分析：经传感器收集信号， 经过放大电路和滤波电路， 得到有用的信号，并且经过单片机编程 控制，然后通过按键可以进行心音、肺音的切换，当被检测的心音不在所设定的正常频率范围内时，蜂鸣器就会响起，发出警报，这时显示频上会出现跳动次数， 无论测得的心音是否正常，显示频上都会显示出结果。

焊接完整电路后，经调试发现结果运行正常，蜂鸣器声音 正常，显示器显示正常。

5.2仿真原理图:图10仿真原理图5.3信号调理电路信号调理电路主要是由音频信号采集、前置放大电路、高低通滤波电路组成，音频信号采集是通过拾音传感器 MIC ，人的通心音信号一般只有几十毫伏，本设计的把采样信号通过前 置放大电路，把心音放大 30倍，放大倍数 A=1+Rf/R1,本次前置放大中 Rf 和R1的取值为 6k 和200 ;滤波电路分为高通滤波电路和低通滤波电路，由于心音的频带在 20Hz-1000Hz ,由3 =2 n f, 3 =1/RC,可得f=1/2 n RC 。

由此可得高通滤波中 R 仁R2=1.6K,C 仁C2=0.1u;由于实际实验中出现误差，故本次设计的低通为R 仁R2=1.2K,C1=C2=0.1u 。

4 11' *1 8faWPl'TTlrf.rf'i 1 llL I V ； ruinAi™<h i vn' u-ii. ? -i■iiKuiT^rp £V町-Ti •巴州IT.^J ■ 川 1TJU.JmjA*inr-U ■!::'U ■I ・C-At;1工WP王*T卞 F*二二二亠-”忙□ITI7——II. ■ TJ.>|Ihl —-i-Dl l ff I VI ：l 二 hfi cft* Mi i经过滤波处理之后的信号，是一个带宽在15.9Hz~1592.4Hz之间的信号，它代表了心率信号的频率范围。