PIC16C54單片機簡介及其在神經(jīng)刺激器中的應用

一、概述

生命系統(tǒng)中的神經(jīng)、肌肉都是可興奮組織，對于外界一定的刺激會發(fā)生反應，這種反應表現(xiàn)為神經(jīng)沖動、肌肉收縮、血管張弛等等。 外周神經(jīng)刺激器就是用于外科手術麻醉過程中，通過刺激外周神經(jīng)引起病人的肌肉顫搐來觀察肌松藥效的一種儀器。如果麻醉不深，用刺激器刺激前臂的尺神經(jīng)，會引起姆指的內(nèi)收動作；如果麻醉進入深度，則姆指的內(nèi)收動作就會消失。 外周神經(jīng)刺激器的刺激脈搏寬是200us，電流強度在10mA--60mA分六檔可調(diào)，它具有四種不同的工作方式：

（1）單刺激（TWH）。刺激周期為1秒， （2）四次成串刺激（TOF）。刺激周期為15秒， （3）雙重強直刺激（DBS）。刺激周期為15秒，（4）強直刺激后計數(shù)（PTC）。頻率為50HZ持續(xù)時間5秒，停止3秒后，每秒發(fā)出一個單脈沖，共16個。每種工作方式均帶指示，且有輸出強度指示，輸出信號的時間精度由軟件控制。

本文介紹的外周神經(jīng)刺激器，采用PIC16C54單片機為核心元件，配合單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，運算放大電路和刺激隔離電路等組成刺激系統(tǒng)，以實現(xiàn)刺激器的功能。 二、硬件設計 PIC16C54單片機是一種8位單片機，它個有體積小，功耗低，內(nèi)部采用高速CMOS工藝，性能強，體密性高，內(nèi)帶“看門狗”和程序保密位，價格低等特點。 外周神經(jīng)刺激器硬件的原理框圖如圖1所示。

二、硬件設計

PIC16C54單片機是一種8位單片機，它個有體積小，功耗低，內(nèi)部采用高速CMOS工藝，性能強，體密性高，內(nèi)帶“看門狗”和程序保密位，價格低等特點。 外周神經(jīng)刺激器硬件的原理框圖如圖1所示。

圖1 原理框圖

圖2就是本控制程序的主程序流程

16C54有兩個雙向I/O口線，其中A口作為輸入，用來檢測四種工作方式的按鍵情況，B口中除了RB0作為輸入，用來檢測電流強度控制鍵的按鍵情況外，其余都用作輸出，其中RB2--RB7分別用來控制六檔電流強度指示燈點亮和關閉；RB1用于輸出脈沖信號，該信號經(jīng)刺激隔離器，耦合到刺激電極上輸出。

16C54的振蕩源有四種，晶體振蕩（XT），低功耗振蕩（LP），高速振蕩（HP）及RC振蕩，我們這里運用的是4M的晶體振蕩。 實時時鐘計數(shù)器RTCC和復位端MCLR均接高電平，處于無效狀態(tài)，并且也避免了干擾。

三、軟件設計

整個程序設計成“模塊型”。除了主程序外，查詢、點燈、關燈、四種刺激方式、發(fā)脈沖等均用子程序編寫。

PIC16C54無硬件中斷，所以對于刺激方式控制鍵和電流強度控制鍵狀態(tài)的變化采用軟件查詢方式。 又由于振蕩電路用4M晶體起振，所以對于一般指令的執(zhí)行周期為1us，而跳轉(zhuǎn)指令則需要2us，運用這一時間指標，可以編寫出延時程序。

為了提高本控制程序的工作效率，筆者采用延時和查詢相結(jié)合的方法，即在一個脈沖周期中，在發(fā)指200us寬度的脈沖后的延時段，執(zhí)行查詢程序，直到延時段結(jié)束才中止查詢。

與此同時，指示燈也與脈沖同頻率地點亮和關閉，只是點燈的時間寬度為20ms，所以，查詢延時程序必須在關燈前后分兩段編寫。這樣一來，雖然本程序是采用軟件查詢方式，但執(zhí)行起來的反應速度很快，效率很高，經(jīng)臨床應用效果很好。

總之，本程序有一個特點，就是整個程序的編制流程考慮得非常周到。如果一個臨床醫(yī)生從來不懂儀器操作，但當他拿到筆者研制的外周神經(jīng)刺激器后，不看任何說明書，僅從儀器面板上的按鍵說明，就可輕松自如地操作。這也是筆者在編程過程中所努力的方向。

外周神經(jīng)刺激器刺激模式齊全，脈寬、頻率精度高，工作方式、輸出指示明了，操作簡便，功耗低，結(jié)構(gòu)小七巧，經(jīng)三級醫(yī)院臨床試用，已證明具有很好的效果，能直觀迅速地判斷病人的反應情況，及時指導臨床用藥。