基于單片機的腦波治療儀的軟件設計研究

摘要：介紹了一種基于單片機的腦波治療儀的軟件設計方案。文中對系統(tǒng)的整體設計進行了簡要介紹，著重對腦波誘導音樂的軟件設計進行了分析。最后對系統(tǒng)輸出腦波誘導波進行了測試并對出現的誤差進行了討論，實驗證明該設計方案可行。
關鍵詞：腦波；單片機；腦波治療儀；腦波頻率引導

O 引言
依據現代腦電生理神經心理學的研究，腦波活動依據特定波長主要分為四組模式：β、α、θ、δ，腦波活動的某一模式與特定的精神狀態(tài)相關聯(lián)。腦波治療儀是新型的醫(yī)療儀器，它依據腦波同步及腦波頻率引導原理，采用生物信息模擬技術，用電腦模擬各種頻率的腦電波，并調制成腦波音樂信號反饋給使用者，影響調節(jié)人體的腦電活動水平及興奮水平，使大腦經常處于特定的腦波狀態(tài)。目前常用的腦波軟件產生方法有調用函數算法生成和模擬DSS采樣輸出的方法，本文采用基于普通單片機的模擬DSS采樣輸出的方法對系統(tǒng)進行設計。

1 系統(tǒng)硬件介紹
如圖l所示，系統(tǒng)由單片機，程序存儲器，數模轉換器，放大濾波電路，立體聲耳機，節(jié)目指示燈，節(jié)目時間顯示器、按鍵等構成。系統(tǒng)可分為按鍵電路，腦波音樂產生電路，節(jié)目時間、節(jié)目指示燈顯示電路這三個模塊。

開機后，在用戶選擇好節(jié)目并按下開始鍵后系統(tǒng)開始運行。開始運行后首先由單片機產生預設頻率的腦波音樂數字信號，此信號經數模轉換電路轉化為模擬信號，然后由模擬開關產生左右雙聲道信號，最后經濾波放大電路進入耳機。節(jié)目在播放過程中會有節(jié)目指示燈及運行時間的顯示，節(jié)目時間、是以分鐘為單位來顯示。

2 系統(tǒng)軟件介紹
軟件主要由以下幾部分組成：鍵盤檢測、控制部分，腦波音樂節(jié)目產生部分，節(jié)目時間、節(jié)目指示燈顯示部分。
2．1 系統(tǒng)軟件流程
圖2是系統(tǒng)總流程圖。設備上電后，單片機進行系統(tǒng)初始化，包括對I／O端口及各種功能寄存器、外部設備進行初始化，然后等待功能中斷子程序。這里鍵盤子程序調用了外部中斷，調用了定時器／計數器中斷。當檢測到有鍵盤中斷后先去抖動，然后讀取鍵值并轉到相應功能子程序。腦波音樂產生子程序在開始鍵按下后被觸發(fā)，它將調用各定時器完成腦波聲光的產生。在節(jié)目開始的同時，節(jié)目時間顯示子程序將對時間進行顯示。以下就設計中的一些重點進行分析。

2．2 腦波聲光節(jié)目產生部分
圖l的模塊2為腦波音樂節(jié)目產生部分的硬件電路。腦波聲光節(jié)目產生軟件部分主要由兩個部分組成：單聲道腦波音樂的生成，雙聲道音樂的生成。
2．2．1 單聲道腦波音樂的生成
因為治療波的頻率多處在人耳聽覺范圍之外，所以用帶有治療波頻率的調幅信號來給大腦傳遞治療信號，即用治療頻率的正弦波來對一定頻率的載波進行幅度調制來產生音樂，所以腦波音樂設計的重點就是調幅波的產生。設計中沒有調用正弦函數直接產生正弦波數據，而是先對正弦波進行采樣得到正弦波數據，然后將數據固化在ROM中。因為系
統(tǒng)采用8位單片機，一個字節(jié)存儲最大數為255，所以對采樣值的范圍選為0～255。
下面對調幅波的產生、調節(jié)進行分別介紹：
(1)調幅波的產生
因為單片機無法輸出負數，所以本設計的中調制信號為式(1)：

單片機分別取調制信號和載波信號的采樣點然后相乘取結果的高8位作為輸出則得到信號為式(3)：