基于單片機(jī)的心肺聽(tīng)診技能訓(xùn)練系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

　　2. 1 主控制器芯片的選擇

　　主控制器是整個(gè)系統(tǒng)的核心部分， 主控制器芯片的選擇關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)與否。本系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音播放、無(wú)線收發(fā)、多路模擬開(kāi)關(guān)、電源低功耗、上位機(jī)教學(xué)等功能， 所以就要求該芯片具有較高的運(yùn)算速度， 較大的RAM 和FLA SH 空間， 具有可擴(kuò)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(chǔ)器或者一些其他芯片） , 并且功耗較低， 調(diào)試方便等。綜合上述因素， 主控制芯片用美國(guó)德克薩斯（ TI） 公司生產(chǎn)的MSP430, 因?yàn)樵撓到y(tǒng)是便攜式心肺聽(tīng)診系統(tǒng)， 采用電池供電的方式， 所以要求必須超低功耗，這樣才能滿(mǎn)足醫(yī)學(xué)教學(xué)的要求， 而該芯片最大的特點(diǎn)就是低功耗， 電壓準(zhǔn)備工作模式是3. 3 V, 正常工作時(shí)電流在幾毫安， 完全滿(mǎn)足系統(tǒng)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(biāo)準(zhǔn)模式1. 3 mA, RAM 保持關(guān)閉時(shí)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(jié)點(diǎn)模式和6 ms 內(nèi)從等待模式喚醒；

　　16 位RISC 指令結(jié)構(gòu)和125 ns 指令周期；

　　12 位A/ D 轉(zhuǎn)換和內(nèi)部參考電壓、采樣保持、自動(dòng)掃描特性；

　　16 位定時(shí)器并帶有映射寄存器的7 路捕獲、比較寄存器， 定時(shí)器B;

　　16 位定時(shí)器并帶有3 路捕獲/ 比較寄存器， 定時(shí)器A;

　　片內(nèi)比較器；

　　串行在線編程， 無(wú)須外部編程電壓， 安全熔絲保護(hù)程序代碼；

　　內(nèi)含60 KB 閃存， 2 KB 隨機(jī)存儲(chǔ)器。

　　2. 2 語(yǔ)音播放

　　語(yǔ)音播放是本系統(tǒng)一個(gè)重要組成功能之一。在這里有兩個(gè)問(wèn)題需要解決， 一個(gè)是語(yǔ)音數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)， 另一個(gè)是語(yǔ)音的編解碼和播放。由于WAV 波形數(shù)據(jù)占用的空間較大， 所以有必要先對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮編碼。因此該系統(tǒng)選用中青世紀(jì)科技公司開(kāi)發(fā)的PM50 智能語(yǔ)音芯片， 它既是語(yǔ)音播放電路， 也是智能單片機(jī)， 其音質(zhì)水平， 價(jià)格都要略?xún)?yōu)于著名的ISD 電路， 同時(shí)也有21 kHz 的高保真音質(zhì)。該芯片由專(zhuān)用的語(yǔ)音單片機(jī)和FLA SH RAM 存儲(chǔ)器集合構(gòu)成， 它既有13~ 100 s 的多段語(yǔ)音播放功能， 也有單片機(jī)可編程的智能特性， 該芯片具有如下特點(diǎn)：

　　可存儲(chǔ)聲音長(zhǎng)度： 13~ 100 s;

　　寬范圍工作電壓： DC 3~ 6 V;

　　工作電流50 mA, 靜態(tài)電流1 A;

　　直接驅(qū)動(dòng)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(yǔ)音可分并行1~ 8 段和串行128 段；

　　自帶8 個(gè)輸入端口， 9 個(gè)輸出端口， 功能均可由用戶(hù)自定義；

　　FLASH RAM 結(jié)構(gòu)， 可以反復(fù)擦寫(xiě)錄入， 壽命在1 萬(wàn)次以上；

　　兩種封裝形式： COB28 和COB16;

　　開(kāi)發(fā)用的電腦軟件系超智能傻瓜圖形設(shè)計(jì)， 外行也能使用；

　　配合編程軟件可以開(kāi)發(fā)出并行、串行、智能型等多種控制模式；

　　最小系統(tǒng)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(gè)時(shí)間檔次可選；

　　完成開(kāi)發(fā)和試驗(yàn)生產(chǎn)后， 直接用源文件投產(chǎn)掩膜，音質(zhì)效果、功能性能不變。

　　2. 3 多路模擬開(kāi)關(guān)

　　多路模擬開(kāi)關(guān)主要是用來(lái)選擇播放位置點(diǎn)喇叭聲音的， 因?yàn)镻M50 芯片只能連接一路揚(yáng)聲器， 所以只能通過(guò)多路模擬開(kāi)關(guān)來(lái)選擇各路喇叭接通， 而MAX306CPI 芯片是十六位多路選擇開(kāi)關(guān)， 可以將兩片芯片擴(kuò)展起來(lái)形成32 路選擇開(kāi)關(guān)， 芯片電壓在4. 5~30 V 之間， 功耗非常小， 且不影響喇叭的發(fā)音， 完全滿(mǎn)足要求。并且聽(tīng)診器探頭可以輕易地觸動(dòng)模型人皮下的專(zhuān)用位置， 所以采用這種技術(shù)對(duì)本系統(tǒng)來(lái)說(shuō)是一個(gè)很好的選擇。