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。