Ацп для реографических исследований - системный анализ церебрального кровообращения человека

Аналого-цифровой преобразователь (АЦП) для реографических исследований.

В связи со значительным интересом, проявленным к разработанному нами аналого-цифровому преобразователю со стороны ряда специалистов физиологов и врачей функциональной диагностики ниже представлены принципиальная схема устройства и описание его работы.
Принципиальная схема АЦП приведена на рис. 2. Прибор очень прост. Функционально он состоит из трех частей: программоуправляемый коммутатор аналоговых сигналов (микросхема DA1 КР590КН6), масштабирующий операционный усилитель (микросхема DA2 КР140УД708, резисторы R9, R10, R11) и собственно АЦП (микросхема DA3 К1113ПВ1).
Источники аналогового сигнала (их число может доходить до 8) подключаются к аналоговым входам коммутатора DA1 (выводы 4-7, 9-12) через потенциометры R1 - R8 (на Рис. 2. для упрощения начертания схемы изображен один потенциометр R1, остальные семь подключаются аналогично). Потенциометры необходимы для раздельной регулировки уровня входного сигнала по каждому аналоговому входу АЦП.
С выхода коммутатора (вывод 8 DA1) сигнал подается на неинвертирующий вход операционного усилителя (ОУ) DA2 (вывод 3). Коэффициент усиления (до 20) определяется соотношением сопротивлений R9 и R10. С помощью подстроечного резистора R9 можно изменять усиление (чувствительность) АЦП одновременно по всем каналам. Резистор R11 служит для подстройки &ldquo-нулевой&rdquo- линии АЦП при записи реограмм. При отсутствии сигнала на входах АЦП ее уровень (при графической регистрации информации на дисплее ЭВМ) должен составлять 127-128 дискрет по вертикали.
С выхода DA2 (вывод 6) сигнал поступает на вход DA3 (вывод 13), преобразуется в параллельный восьмиразрядный код и в этой форме может быть считан с цифровых выходов DA3 (выводы 9-2, причем вывод 9 соответствует старшему разряду кода, вывод 2 - младшему разряду). Для повышения надежности устройства и согласования электрических характеристик АЦП и порта ввода информации ЭВМ цифровые выходы схемы защищены буферными элементами DD2 - DD5 и транзисторными ключами VT1-VT9. С целью упрощения начертания схемы на Рис. 2. изображен буферный элемент одного - старшего разряда (DD2.2 - DD2.3, VT1, R12). Остальные 7 буферов имеют аналогичную схему. Микросхема К1113ПВ1 имеет отдельный выход сигнала &ldquo-окончание цикла преобразования информации&rdquo- (вывод 17 DA3). Этот сигнал можно использовать для оптимизации быстродействия АЦП. В этом случае вывод 17 подключается к порту ввода информации через буфер DD5.1 - DD5.2, VT9, R20. Данный канал связи с ЭВМ можно не использовать.
Управление выбором аналогового канала осуществляется трехразрядным кодом, генерируемым ЭВМ. Сигналы управления выбором канала поступают на входы коммутатора DA1 (выводы 1,15,16) через защитные буферные элементы DD1.1 - DD1.6. Управление запуском АЦП осуществляется через буфер-инвертор DD2.1.
Протокол работы АЦП. Протокол работы АЦП необходимо реализовать в виде особой подпрограммы-драйвера, написанной на языке &ldquo-АС-
СЕМБЛЕР&rdquo- и &rdquo-встроенной&rdquo- в основную программу анализа реографической информации, выполненную на языке &ldquo-ПАСКАЛЬ&rdquo- или &ldquo-СИ&rdquo-.
На входы выбора канала (выводы 1,15,16 DA1) от ЭВМ подается параллельный трехразрядный код выбора источника аналогового сигнала (например, &ldquo-000&rdquo-, для селекции 1 -го аналогового входа АЦП). Спустя не менее 1мкс (это время необходимо для переключения коммутатора с учетом инерционности КР590КН6) на вывод 11 DA3 подается короткий импульс (2-3мкс) положительной полярности (на буфер DD2.1 необходимо подавать отрицательный импульс так как он инвертирует сигнал). По переднему фронту импульса происходит стирание предшествующей информации на цифровых выходах DA3, а по заднему фронту - осуществляется запуск цикла аналого-цифрового преобразования. Через 30мкс на выводе 17 DA3 появится положительный сигнал &ldquo-окончание преобразования&rdquo- и информация в виде восьмиразрядного кода поступит на выходы АЦП (выводы 9-2 DA3). Информацию необходимо считать, после чего выбрать следующий аналоговый канал (например, &ldquo-001&rdquo-, для 2-го канала) и по прошествии 1мкс вновь &ldquo-обнулить&rdquo- и &ldquo-запустить&rdquo- АЦП. Спустя 30мкс повторно считать информацию и т.д. Последовательно опросив все каналы с 1-го по 8-й, вновь вернуться к 1-му каналу. Таким образом программа управления АЦП является циклической и реализация ее на языке &ldquo-АССЕМБЛЕР&rdquo- не сложна. Сигнал &ldquo-окончание преобразования&rdquo- в принципе можно не использовать. При этом необходимо помнить, что после запуска АЦП следует ожидать не менее 30мкс окончания преобразования, лишь после этого информацию можно считать.

Подключение АЦП к ЭВМ. Подключение прибора осуществляется с помощью стандартного кабеля принтера &ldquo-EPSON&rdquo- с 25 штырьковым разъемом для соединения с LPT-портом ЭВМ. В реализованной нами системе АЦП подключается к порту LPT1 по адресу 378Н (адрес задается программно и может быть иным). Сигналы &ldquo-выбор канала&rdquo- снимаются с 14, 16, 17штырьков разъема. Сигнал &ldquo-запуск преобразования&rdquo- - с 1 штырька.

Рис. 2. Принципиальная схема аналого-цифрового преобразователя. (Описание приведено в тексте.)

Рис. 3. Принципиальная схема интегрального стабилизатора напряжений для аналого-цифрового преобразователя. (Описание приведено в тексте.)

Сигналы цифровой информации с АЦП поступают в ЭВМ по 8 линиям на 9-2 штырьки разъема (соответственно, 9 - старший разряд, 2 - младший).
Порт LPT необходимо конфигурировать для двунаправленного обмена информацией, иначе ЭВМ не будет воспринимать сигнал АЦП. В нашей ЭВМ (IBM PC AT 386) успешно применялся адаптер ввода-вывода (&ldquo-карта&rdquo- принтера или &ldquo-мультикарта&rdquo-) &ldquo-Winbond&rdquo- Подобную карту можно использовать и в современных ЭВМ класса &ldquo-Pentium&rdquo- так как собственный порт принтера в ЭВМ &ldquo-Pentium&rdquo- чаще всего является однонаправленным.
Источник питания АЦП. На наш взгляд наиболее целесообразно применение источников питания, выполненных на регулируемых интегральных стабилизаторах напряжения КР142ЕН12А (положительные напряжения +5В и +15В) и КР142ЕН18А (отрицательное напряжение - 15В). Возможная схема стабилизатора представлена на рис. 3. Резисторы R2, R4, R5 используются для регулирования выходного напряжения только при настройке источника питания. Настройку источника питания необходимо проводить на эквивалентах нагрузки (резисторы 100 Ом, 2Вт), подключенных к выходам стабилизатора вместо АЦП. Настройка проводится под контролем напряжений с помощью цифрового вольтметра.
Электроэнергию для работы интегрального стабилизатора получают от понижающего сетевого трансформатора имеющего выходные напряжения вторичных обмоток 18-30В с двухполупериодными выпрямителями, которые выполняются по общепринятым схемам.
Возможно питание АЦП от стабилизатора реографа Р4-02, который имеет все необходимые напряжения и достаточный запас мощности. Однако при этом могут возникнуть взаимные помехи работе реографа и АЦП, распространяющиеся по цепям питания приборов.