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ECG-6151型心电图机原理分析 ECG-6151型心电图机是一种采用单片机控制的小型心电图机，它具有自动选择导联、自动调节基线位置并自动进行增益控制、自动记录12导联心电图的功能。 主机由三块电路板组成：浮地前置放大电路板、自动键控电路板和控制与主放大电路板。主机还配有专用的交流供电充电器。下面分别分析它们的电路原理。 一、浮地前置放大电路(UT-20037) 它包括输入电路、前置放大电路、光电耦合放大器、浮地电压产生电路、±8V非浮地电压产生电路和电池电压检测电路。 电路图如附图2—1。 (一)输入电路 输入电路包括缓冲放大器、威尔森网络、导联选择电子开关，此外还有屏蔽驱动器和右脚电极驱动器。 1．缓冲放大器 由导联电极检测到的心电信号，经导联线送到输人电路的输入端。R585～R593是输入平衡电阻。IC30l和IC302是由电压跟随器组成的专用缓冲放大集成块。这种集成块的输入阻抗很高，可达IOOMΩ，而输出阻抗很低，以便于和后级放大器相匹配。D380～ D397是输入保护二极管，它们跨接在缓冲放大器的输入输出端。在正常的情况下，心电信号只有几毫伏，二极管不导通，对心电信号没有影响。当干扰信号大于0．6V时，保护二级管开始导通，相当于将缓冲放大器输入输出端短路，输入阻抗不再由缓冲放大集成块来决定，而取决于威尔森网络的输入阻抗。由于威尔森网络的输入阻抗很低，干扰信号经过皮肤与电极的接触电阻和输入平衡电阻的分压衰减很大，从而起到对强干扰信号的抑制作用。 2．导联选择电子开关 由缓冲放大器输出的心电信号，经过威尔森网络加到导联选联开关电路，本机导联选择开关电路采用了模拟电子开关集成电路。IC304～IC307应用的MCl4052是一种 CMOS双路转换电子开关集成块。开关的转换由CPU送到A、B、1N三个控制端的编码进行控制。其中1N端子是禁令控制端。当1N端子输人为逻辑高电平时，禁止开关的-选通，两路开关处于断路状态。当为逻辑低电平时，两路开关允许选通。选择状态由 A、B端子的输入编码来决定。A、B、 lN三端的输人编码的逻辑值与电子开关的转换状态如表l-3-l所示。 表1-3-1 注：表中x表示无论为何状态 IC304选择定标和第1、Ⅱ、Ⅲ导联；IC305选择aVR、aVL、aVF和V1；IC306选择V2～V5，IC307选择V6。 A、B、lN三端输入编码真值与导联选择的关系如表l-3-2。 表I-3-2
3．屏蔽驱动器和右脚电极驱动器 IC303选用的AN6561是一种双运放集成块，其中的两个运算放大器分别接成屏蔽驱动器和右脚电极驱动器。 屏蔽驱动器(图中IC303的上面l／2)的作用是减小导联线至屏蔽线之间的漏电流，保障测试者的安全，提高电路的输入阻抗。工作原理简述如下：在导联线与屏蔽线之间存在着分布电容(长约2米的导联线其分布电容约为200PF)。在这种情况下对50Hz的信号呈现的容抗约为几个兆欧。如果屏蔽线直接接地，由于这个容抗与输入电路的输入阻抗处于并联状态，这将大大降低整机的输入阻抗，又由于导联线直接连接在人体上，这又会增加人体到地的漏电流，降低安全系数。接上屏蔽驱动器情况就不同了。屏蔽驱动器实际上是一个电压跟随放大器。其电压放大增益为l，又具有很高的输入阻抗。它的同相输入端接威尔森的中心点，即信号地，输出端接屏蔽线。信号地的零电位经×1倍放大后，自举输送到屏蔽线上，这就既保证了屏蔽线与信号地之间的等电位，又将屏蔽地与信号地巧妙地隔离开来，从而保持了输入电路的高输入阻抗的特点。 图中IC303的下1／2接成右脚驱动器。一般的心电图机通常把右脚电极作为心电信号的零电位来处理。而本机把右脚电极作为抑制共模干扰的参考点，在右脚电极与威尔森网络的三个顶点之间设置了一个驱动电路，它实际上是一个反相输入式求和运算放大器。三个肢体电极(除右脚电极之外)上的信号通过缓冲放大器之后分别加到威尔森网络的三个顶点上，三个顶点又分别通过10kQ的电阻接到驱动器IC303的反相输人端第7脚上。同相输入端第6脚接浮地，输出端接到右脚电极上。当右脚电极由于感应干扰信号电位发生变化时，其他三个肢体电极上也会感应到同相位的共模干扰信号。这三支共模干扰信号经过右脚电极驱动器的放大后与的干扰信号相位正好相反，送到右脚电极上，恰好抵消了右脚电极上的共模干扰信号，使右脚电位维持在一恒定的电平上。由于人体本身是一个导体，从而也抵消了其他肢体电极上的共模干扰信号，提高了共模抑制比。当三个肢体电极上的共模干扰信号消失之后，IC303同相输入端与反相输入端的电位趋于一致，即是说，三个肢体电极的电位与浮地零电位趋于一致，最终使右脚驱动器输出也与浮地电位趋于一致，从而使右脚电位与浮地电位保持动态平衡。 (二)前置放大电路 前置放大电路包括：多功能放大集成块IC308，封闭电路，时间常数电路，中问放大器和增益与基线自动调控电路等。 1．多功能放大集成块 1C308KT-5是一种多功能集成块。内部除具有共模抑制比很高的差分放大器之外，还有定标信号发生器，起搏脉冲补偿电路和光电耦合驱动器。内电路原理见图1-1-9。 1C308的第14、16脚是差分放大器的输入端。第12脚是差分放大器的输出端，差分放大器的电压增益为20倍。其共模抑制比很高，可达100db。整机的共模抑制比主要取决于差分放大器。 1C308的第19脚是定标信号发生器的控制端。定标时，由控制与主放大电路板送来一个逻辑零电平，使定标信号产生器产生一个lmV的定标电压，由差分放大器放大后输出。图中的RX是外接标压幅度调整电位器。一般在100Q～200Q之间。当IC308型号为KT-5A时，需在RX处接一500Q电位器，对lmV标压的幅度进行校正。 IC308内还设有起搏脉冲补偿电路。它的作用及电路原理与ECG-515l型心电图机的起搏脉冲抑制电路基本相同。 IC308的后半部是光电耦合驱动器。第8脚为信号输入端，第10脚为基线调节控制端。当调节基线钮时，第10脚的输入电压可在±6V之间变化，以改变基线的位移。心电信号在本级放大2．5倍。最后再由光电耦合驱动晶体管把心电信号电压变为驱动电流，提供给光电耦合器PC-02的发光二极管，从而把信号耦合到非浮地的高增益放大器进行放大。 ’ 2．时间常数电路与封闭电路 C30l、R335和R336组成时间常数电路。时问常数T为： T=RC=(R335+R336)·C301>3．2秒 封闭电路(INST或RESET)由Q301、Q302和Q303等组成。当转换导联选择时，由CPU送来一个负脉冲(由高电平到低电平的跃变)，使Q303导通，+8V的电压通过Q303为Q30l和Q302的基极提供正偏置电压，Q30l和Q302也瞬时导通。在导通期间一方面将后级放大器的输入端对地短路，另一方面使C301通过Q301和Q302对地迅速放电，使基线回复原来的零位状态，为记录下一导联的心电信号作好准备。当按下封闭(RESET)键控开关时，由CPU送来一个常低电平，使封闭电路一直工作，直至再次按一下RESET键，才解除封闭状态。 3．中间放大器 IC309接成增益为40倍的中间放大器。VR301是置零调节电位器，调整VR309可使IC309在输入信号为零时，输出为零电平。如果IC309的输出在无信号输入时不为零电平，那么在灵敏度选择电路的电阻分压网络R347～R349上就会分配一定的电压，这会使基线在转换灵敏度时产生位移。因此VR309一定要调整在最佳状态。， 4．增益与基线自动调控电路 IC311、IC312和IC313等组成增益与基线自动调控电路。IC3ll(KT-4)也是一-种多功能的集成电路，它的内部电路如图l 3-1所示。其内部的放大器和C305、C306组成峰值保持电路。峰值电压储存在电容C305和C306上。IC3ll的后半部是峰值运算电路。在峰值保持和峰值运算电路之间还设置了一级缓冲放大器IC312。电路的工作原理如下： file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/msohtml1/01/clip_image002.jpg 图1-3-1 KT-4内部电路示意图 由IC309输出的心电信号电压，经过R375和R376的分压，减半后送到IC311的第 l脚输入端。由峰值保持电路进行正负峰值分离和正负峰值保持。而后正负峰值信号通过两个缓冲放大器放大后，分别再送到IC3l l的峰值运算电路的输入端(第15、16脚)，进行峰值运算：正负峰值之差的一半取负值由第18脚输出，作为基线移位自动调节电压，而正负峰值之和(绝对值之和)的一半由第16脚输出，作为自动增益控制电压。 例如当心电信号的R波幅度升高时，由第18脚输出的负电压也随之增大。这样由 IC309输出的心电信号经过电阻R346后又叠加上一个直流负电平，从而使基线位置自动下移，使心电信号始终记录在记录纸的中部，达到基线移位自动调节的目的。 同样，R波幅越高，由IC31l第16脚输出的电压也越高。这个电压加在比较器 IC313的反相输入端第3脚上，而比较器的另一个同相输入端第4脚上还通过电阻分压加着一个约0．7V的电压。当心电波幅不太大时，比较器输出为高电平(约+8V)，当心电信号幅度(主要指R波)大到一定值(约为40ram)时，IC31l第16脚输出的电压将大于0．7V，这时比较器输出电压将会反转，由高电平变为低电平(为-SV)。这个负脉冲送到控制与主放大电路板上的逻辑控制电路。经CPU处理后再发出自动减小灵敏度的控制指令，一方面使液晶显示器上的灵敏度显示标压波形幅度减半，另一方面又给灵敏度选择电子开关送来新的编码，使灵敏度降低为原来的l／2。IC3 l l第4脚是停止峰值保持控制端。高电平时允许峰值保持电路正常工作，低电平时停止峰值保持。第5脚是峰值清除控制端，低电平时将峰值清零。在自动转换导联期间或在手动工作方式时，这两个端子均为低电平控制。 5．灵敏度和滤波选择电路 IC310兼作灵敏度选择和滤波选择电子开关。R347、R348、R349和R350组成分压衰减式灵敏度选择电路，它是靠改变分压比来改变灵敏度的。灵敏度的转换和滤波的选择是靠改变A、B、c三端(即IC310第1 l、10、9脚)的输入编码来完成的。输入编码的 逻辑真值与转换功能的关系如表1-3 3所示。 表1-3-3
ECG-6151型心电图机只具有RC网络组成的高通滤波器，即肌电滤波器。当滤波开关合上时，C326被接在电路中，它与C327和R342组成高通滤波器。R342为3912kΩ、C326为0.1μF，C327为0．01μ，此高通滤波器的起始频率为： file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/msohtml1/01/clip_image004.gif 将电阻电容值代入上式得：f≈35Hz 这样就滤除了35Hz肌电平干扰，同时也滤除了35Hz以上的高频信号。 ECG-6151A型心电图机使用了50Hz陷波器作为交流干扰滤波器，用来滤除50Hz的交流干扰信号。50Hz陷波-器如图1 3-2所示。这也是有源带阻滤波器，其滤波中心频率为file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/msohtml1/01/clip_image006.gif file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/msohtml1/01/clip_image008.jpg 其中R=R30M—R30N一634K C=C346=C347=0．0047μF 代入上式得： f≈50Hz 目前生产厂家已将50Hz滤波电路制成小电路板，只要将它安装在前置放大电路板上，即可弥补ECG-6151型机的缺点，获得满意的滤波效果。 (三)光电耦合放大器 1．光电耦合器 PC-02是一种光电池型有源信号传输器件，由于它的传输线性良好、隔离性能强，所以现在较多地应用于信号传输、隔离电路中。 由IC308中的耦合驱动器为PC-02中的发光二极管提供驱动电流，随心电信号强弱的变化而产生明暗变化的光线。从电路图上看与IC308第l、3脚相接的二极管符号表示发光二极管，而另外的两个二极管符号实际上代表光电池型的光敏传感器。它们可把光线的变化转换为电压信号。一路送后级高增益放大器进行放大，另一路则反馈到IC308的第7脚引入负反馈。关于光电耦合器的工作原理本章第一节已有详细说明，这里不再重复。本机所用的光电耦合器的结构和原理与ECG-6511型心电图机所用的光电耦合器完全相同。 R357和ZD30l组成稳压电路，在ZD301上得到一5.6V的稳压，通过R306为光电耦合器中的光敏传感器提供一个稳定的起始偏压。由于在无信号时发光二极管发出一定强度的光，因此光敏传感器在无信号时便产生了一个直流电压。这个起始偏压正好抵消了这个直流电压，使放大器在零信号时输出为零。 2．高增益放大器 IC314(1／2)接成反相输入的高增益放大器。R353是负反馈电阻，由于光敏传感器的内阻很小，所以放大器增益很高，约为500倍。 R354和C302是高频负反馈电路。由于光的频谱很宽，放大后的心电信号中含有丰富的高频分量。这些高频成份通过负反馈而被滤除，心电信号由IC314第8脚送到后级主放大器。 (四)浮地与非浮地电压产生电路 同ECG-5151型心电图机一样，本机前置放大电路和输入电路采用了浮地电路方式。因此供电也采用浮地电压。浮地电压是由直流／直流转换而产生的，即把+12V的直流电压通过振荡电路转变为交流，经隔离变压器耦合，再经过整流滤波后得到浮地的直流电压，为浮地电路提供工作电源。 Q304、Q305、Q3 1 2、IC3 14(1／2)和隔离变压器初级绕组组成电感耦合式振荡电路，其电路结构和工作原理与ECG-5151型心电图机±9V非浮地电压产生电路的振荡电路基本相同，详见本章第一节。不同之处是回授到IC314同相输入端第4脚决定振荡幅度的反馈电压是由变压器初级绕组(6～7)上引出，再经过D306和C322的整流滤波以及VR302与R359分压之后取得的。这样作是为了保证隔离变压器次级输出电压浮地性良好。Q304集电极输出的振荡电压频率为70kHz，幅度约为23V。 次级绕组8～9端和10～ll端输出的交变电压经整流滤波后得到±8V的浮地电压，为前置放大电路提供工作电压。由12～13绕组上得到的交变电压整流滤波后得到+5V直流电压，作为自动键控电路和控制电路的工作电源；由10～14绕组输出经整流滤波后得到+3V的电压，作为IC308中耦合驱动器的工作电压；另外+8V与+5V的输出端接在一-起，组成一组非对称性的正负电源(+5V，8V)，作为导联选择电子开关集成电路的工作电压。这样作是为了使导联选择集成块的逻辑低电平与控制电路中的逻辑低电平一致起来。 Q3ll是整个浮地电压产生电路的控制开关。当它导通时，浮地电压转换电路便停止工作。Q311的工作状态由电池电压检测电路和定时控制电路来控制。 Q307、Q308、Q309、ZD303、IC320(1／2)变压器T302以及D319、D320和 气18、IC319等组成±8V非浮地电压产生电路。Q308集电极输出的振荡电压频率为 30kHz?幅度约为16V。所产生的±8V直流电压为控制与主放大电路板上的接地电路提供工作电压。Q310与Q311的作用一样，它也是由电池电压检测电路和自动定时电路进行控制。 (五)电池电压检测电路 IC320、ZD316、R30A、R30B、R30C和R30D等组成电池电压检测电路。IC320(1／2)接成一个电压比较器。由稳压管ZD316上取得的+5V稳压通过R30E加到比较器IC320的同相输入端第6脚上，作为比较器的基准参考电压。电池电压在R30B、 R30C和R30D上进行分压。由R30C上端取得的分压经R30加到比较器的反相输入端第7脚上。当电池电压比较充足时，R30C上端的分压高于基准参考电压，这时IC320输出为低电平。(为零伏)。此时Q310和Q311因基极反偏而截止，直流／直流转换器正常工作。 当电池电压降低后，电阻R30C上端的分压也随之降低，当低于基准参考电压(+5V)时，比较器翻转，IC320(1／2)的输出由低电平变为高电平(约为+12V)。这个高电平经过二极管D322和降压电阻后送到Q310和Q3ll的基极使它们导通，使两个直流／直流转换器停止振荡，切断主供电电源，降低耗电量为原来的1／5，防止电池过放电。 使用蓄电池和使用干电池时自动保护的电压值是不一样的。当使用蓄电池供电时，蓄电池电池盒的负极将分压电阻R30D对地短路，使R30C上端的起始分压较低。当蓄电池电压降为10V时，保护电路就起作用。而使用干电池供电时R30D不被短路，使 R30C上端的起始分压较高，因此干电池电压降得很低(约为6．5V)时，R30C上端的分压才低于基准参考电压，保护电路才被启动。由于干电池是一次性电源，所以保护电压设计得较低，R30F是正反馈电阻，加速保护作用。当电池电压检测电路被启动，即比较器 IC320(1／2)输出由低变高电平之后，这个高电平通过电阻R30F反馈到IC320的同相输入端第6脚，使IC320(1／2)达到并维持饱和输出状态。D398的作用是在接通电源的瞬间使比较器的反相输入端迅速建立起工作电压，防止电路的误保护。 二、自动键控电路(UT-20781) 、 自动键控电路是整机的操作系统，它包括操作按键开关、键控编码器和显示译码电路。电路图如附图2-2。 (一)键控编码电路 SW701～SW71 l是操作功能按键开关。除毫伏标压开关SW711外，所有其他操作功能开关选通之后都通过IC701进行键控编码。 IC701是一种静态四位编码器，共有16种编码输出状态。第10～13脚为编码输出端，第14脚为选通脉冲输出端，每按一个开关，其输出端就输出一组相应的编码，同时第14脚还输出一个选通脉冲。它们被送到控制电路的单片微机Icl01，以产生相应的操作指令。第15脚为时钟脉冲输入端，由控制电路送来4096Hz的脉冲信号作为IC701的时钟信号。各功能开关的选通状态与IC701输出编码的对应关系如表l-3-4所示。 表1—3—4
(二)译码和显示电路 1．译码器 lC702和IC703(MCl4028)是二进制变十进制的数据译码器。它们对单片机送来的导联转换编码进行译码。其输入输出编码的逻辑真值与导联选择状态的对应关系如表卜3—5所示。 表1一3—5 | IC编号 | | 输出编码 Q7 Q6 Q5 Q4 Q3 Q2 Q1 Qo | | | 0 0 l 1 0 l 0 0 O 1 0 l O l 1 0 0 1 l l | 0 0 0 0 0 0 0 1 0 O 0 0 0 0 l O 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 l 0 O 0 0 0 0 l 0 0 O O 0 0 l 0 0 0 0 0 O 1 0 0 O 0 0 O l 0 0 0 0 0 O 0 | TEST I Ⅱ Ⅲ aVR aVL aVF V， | | 0 0 0 0 0 0 0 l 0 0 l 0 0 0 1 1 0 1 0 0 | 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 O 1 O 0 0 O 0 0 l 0 0 0 O 0 O l O O O 0 0 0 1 0 0 0 0 | |
2．异或门驱动器 IC705～Ic709(Mcl4070)组成异或门驱动器。每一个集成块中有四个异或门。这是一种正逻辑的异或门。 、 当两个输人端的输入电平相异时，输出为高电平，两个输入端的电平相同时输出为低 邑平。本机的异或门实际上是一个脉冲相位控制门。其中一个输入端加着一个32Hz的脉扣波，另一个输入端分别接在译码器输出端。当译码输出为高电平时，相应异或门的输出衣冲与输入脉冲相位反相。否则其输出脉冲与输入脉冲相位相同。 3．液晶显示器。液晶显示器是一种低电压低功耗的显示器件，本机所用的液晶显示器工作原理是：在。CD的公共控制端(第l、2、36、39、40脚)上施加32Hz的脉冲波。在每一个显示环声的控制端，通过IC705～IC709的20个异或门也同时施加着相同频率的脉冲。当显示不节控制端的脉冲波与公共控制端的脉冲波同相位时，LCD便无显示(因为同相位时加芏显示环节的电压为零)。而当相位相反时便有显示。这等于在显示环节加上了脉冲电矗． 采用脉冲供电方式不仅为了降低LCD的功耗，同时也为了延长LCD的使用寿命。 此外，Q702和发光二极管LED701是记录指示电路，Q703和LDE702是封闭指示电路，它们都由单片机来控制。 三、控制与主放大电路(UT-20033) 控制与主放大电路如附图2-2。 (一)控制电路 控制电路包括：单片机控制电路、音响电路、检纸电路、马达调速控制电路和自动定时电路。 1．单片机控制电路 ECG-615l型心电图机采用了单片微型计算机，并配以程序监控EPROM及外计数器(分频器)等外围电路来控制整机的工作程序。 (1)单片机ICl01 IC101(MSM5840RS)是一种四位的单片微型计算机。芯片包含CPU、RAM(容量为128×4位)，可编程定时器／计数器，时钟脉冲发生器，4位算术逻辑运算单元，30根I／O线(其中输入／输出双向四位接口两个：PA和PB，四位输入接口PK一个，二位输人接口PH一个，四个输出口(PD、PE、PF、PG)。采用CMOS工艺，功耗很小，约8mV。内有寄存器四个，堆栈寄存器四级，数据字宽是四位，指令字长是八位。有96条指令程序，由外接ROM中读出执行，平均执行时间7.6μS，时钟脉冲频率为4.2MHz。 四位输入接口PK接收来自键控电路的编码数据，这些数据标志着各种功能键的选通状态，如导联选择、走纸速度、灵敏度选择、滤波功能、自动／手动功能等。输入编码的逻辑真值与键控功能的关系参考表l－3-4。 PE口输出导联选择编码数据，一方面送到键控电路板上，译码后通过液晶显示器显示导联的选择状态；另一方面，第23、24脚输出的低位数据(A、B)送到前置放大电路饭上控制模拟电子开关的转换，而第25、26脚输出的高位数据(C、D)则通过数据筛选接口ICl07后分别控制四个电子开关集成电路的禁令控制端(IN端子)，与A、B编码组合起来对12个导联的心电信号进行选择。 输出口PF送出四种控制指令：第27脚输出自动／手动方式转换指令(自动时为低电平，手动时为高电平)主要控制液晶显示器上显示状态的转换。第28脚输出信号封闭指令(低电平有效)，它一方面控制液晶显示状态的改变，另一方面送到前置放大电路板上控制封闭电路(INST)的工作。第29脚输出滤波功能ON／OFF指令(ON为“l” OFF为“0”)，它一路送键控电路，控制液晶显示状态，另一路送前置放大电路(至1C310第9脚)控制滤波开关的转换。第30脚输出记录指令(START为低电平有效)，它只送键控电路板控制发光二极管的点灭，标明记录选通状态，而驱动走纸控制电路的指令则是由PD口输出。 PG口也是四位输出口。其第3l、32脚输出灵敏度转换编码数据(B、A编码真值：×1／2为“0，O”，×l为“l，l”，×2为“l，0”)，一方面经数据选择器ICl07(1／2)送键控电路的液晶显示器控制灵敏度显示状态的转换，另一方面还送到前置放大电路，控制灵敏度选择电子开关的转换。第33脚输出记录与停止记录的控制指令(记录时为低电平，停止时为高电平)。它控制走纸电路的工作。第34脚输出自动定标控制指令，在自动工作方式，每完成一导心电信号的记录后输出一个负脉冲，送前置放大电路，启动IC308内的毫伏标压产生器，完成自动定标的程序。 PH口的第36脚输入由检纸电路送来的检纸脉冲。第37脚接收由前置放大电路自动增益比较器IC313送来的自动增益控制脉冲。 PD口是四位输出口，第17～19脚为ROM输送高位的地址数据，同时通过数据触发器ICll0产生走纸速度转换指令和控制前放电路蜂值保持(IC3 11)工作的指令。 PA与PB四位双向传送口。通过数据总线，一方面采用由功能设定开关和数据传送接口(ICl06)送来的预置设定程序，另一方面通过锁存器Icl03、Icl04，既可向ROM传送地址数据，又可采用由ROM读出的数据。 除了上述八组接口，还有几个I／O控制端说明如下： IC101的第5脚是同步时序脉冲输出端，它输出131kHz的同步脉冲，分别作为锁存器(ICl03、ICl04)、D通道锁存器(IC110)和分频器(ICl05)的时钟脉冲。第12脚是读指令输出端，低电平有效。通过程序传送接口(ICl06)读出功能设定开关的预置状态。第22脚输出ROM的片选信号，低电平有效。第35脚是时钟脉冲输人端，接收ICl05分频后的256Hz的脉冲作为单片机内可编程定时器，计数器的时钟脉冲、第7脚置零端与第8脚方式控制端接在一起，由初始化电路(D105、Cll7等)通过D通道锁存器ICllO来控制开机后的电路初始状态。工作过程是开机瞬间c117上的电压不能突变，为零电平。ICll0第15脚输出也为O电平送到UPU的置零和方式控制端，将CPU置零并处于等待状态。随着Cll7上充电结束，C117上电压变为高电平。这个高电平通过ICll0送到CPU第7、8脚，解除初始置零状态，使CPU处于准备工作状态。 ICl01第9、10两脚之间接着一个4.2MHz的晶振器，它产生的脉冲作为单片机的时基脉冲。 (2)只读存储器(EPROM) 本机的只读存储器IC102采用了可抹擦编程的只读存储器，即EPROM。其内部记忆着整机的自动记录操作程序。本机所用EPROM(MB8516)的容量为l6K，具有+5V单一电源。写入方式简单，一字写入方式，写入时间短，程序功耗小，输入输出全部与TTL兼容，可用紫外线擦去(当用紫外光照射片子上面的石英玻璃窗口时，所有电路中浮空晶栅上的电荷会形成光电流泄漏掉，使内电路恢复起始状态，从而把写入的信号擦去，擦去可实现重写，所以称为可抹擦编程)等特点。其电路功能方框图如图1-3-3。
图中，A0～A10是地址数据输入端，OE是读出允许控制端，低电平有效，本机此端接地，处于常允许读出状态。CS端为片选信号输入端，低电平有效。就是说当CS端输入低电平，OE端也为低电平时，根据A0～A10输入的地址数据，EPROM便将相应存储区的信息读出到数据线上。D0～D7为8位数据读出线。file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/msohtml1/01/clip_image010.jpg <3)地址锁存器 ICl03和ICl04(MCl4042)是一种四态锁存器。其第6脚为极性控制端，当第六脚为负极性(零电平)控制时，如果时钟输入端第5脚为低电平，数据由D传送到Q端，而当第5脚为
高电平时，从上升沿开始信号被锁存。当 图1-3-3 MB8516功能方框图-第6脚为正极性(高电平)控制时，时钟输入端第5脚为高电平时，数据由D传送到Q端。当5脚为低电平时，从下降沿开始数据被锁存。其逻辑真值与锁存功能的对应关系如表1 3 6。本机利用了它的正极性控制。 表1-3-6
(4)程序设定控制接口 ICl06(MCl4503)和功能设定开关SWl0l组成了程序设定控制接口。通过设定 SWl01的六个开关，可以对记录长度、增益控制和基线调节等自动功能进行预置。ICl06实际上是一种三态门。其内部有六个缓冲门，第1脚和第15脚是六个门的控制端。当两个控制端为低电平时，缓冲门被开启，数据由输入传送至输出端，当控制端为高电平时，缓冲门封闭，呈高阻状态。在自动工作方式，当启动记录开关后，单片机给ICl06的控制端第l和第15脚送来一个低电平的读出指令，ICl06将功能设定开关SWl01的状态传送给数据总线，送给单片机，从而产生增益与基线自动调控功能及确定记录长度的自动程序。 (5)分频器(计数器) ICl05(MCl4040)是一种12阶的分频器，它将CPU送出的l 31kHz的脉冲进行分频。其中5阶分频(2-5分频)产生4096Hz的脉冲信号，由第5脚输出，一路供自动键控电路，作为编码器的时钟脉冲，另一路送到音响电路，作为音响驱动信号。经2叫分频得到256Hz的脉冲信号，由第12脚输出，经2峭分频得到512Hz的脉冲，由第3脚输出，分别作为25mm／s和50mm／s两种走纸速度的马达转速驱动脉冲，第l脚输出32Hz的脉冲(经21。分频)作为液晶显示器的工作电压。 (6)D通道锁存器 ICll0(MCl4174)是由六组D触发器组成的数据锁存器。其第l脚加了一个高电平。这种情况下，当第9脚的时钟脉冲上升沿到来时，由上升沿开始数据由D0～D5端分别传送到Q0～Q5端。当时钟脉冲下降沿到来时，Q0～Q5数据被锁存。 、 ICll0第5脚输出走纸速度转换指令，高电平时为25mm／s，低电平时为50mm／s。第2脚输出清除峰值保持的指令，低电平有效。第7脚输出停止峰值保持的指令，低电平有效。 (7)数据筛选控制门 lcl07(MCl4556)是一种数据筛选控制门。它将双端输入的二进制数据变为四选一的负逻辑输出信号。Icl07具有两组控制筛选门，每一组的输出端Q。～Q，的输出编码与输入编码的逻辑真值关系如表1-3-7 表1-3-7 file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/msohtml1/01/clip_image012.jpg ICl07(上1／2)的一组输出端Q0～Q3分别接到输入电路的导联选择电子开关集成块IC304~IC307的1N端子上。前面讲过，导联选择集成块的IN端子高电平控制时，开关被封闭在断路状态，只有为低电平时，电子开关集成块才可以被选通。Icl07的输出状态，刚好使得当一个导联电子开关集成块工作时，其它集成块处于封闭状态，从而保证了导联选择的准确性。 lcl07的第二组输出端(下l／2)’Q。～Q，输出灵敏度显示转换控制信号，它被送到键控电路板控制灵敏度的显示状态。 2．音响电路和检纸电路 音响电路由IC018、Icl09和蜂鸣器BZ-101组成。lCl08的两个正逻辑门(第8、9、10脚和第1 1、12、13脚)接成单稳态触发器。单稳时间为0.07秒。当按下任一操作按键时，都由键控电路板送来一个脉冲，使lcl09的负逻辑或非门(第8、9、10脚)输出一个正脉冲，鲍稳电路被触发，输出一个0．07秒的正脉冲。这个正脉冲使4096Hz的脉冲通过Icl09的另一个逻辑门(第11、12、1={脚)驱动蜂鸣器发出短暂的音晌，以证实键控开关的选通。 检纸电路由检纸光敏传感器PHCl02和脉冲放大整形电路Icll3等组成。光敏传感器把记录纸上的黑色方块标记变为脉冲信号，送到Icll3中进行放大整形，由7脚输出矩形脉冲信号。这个脉冲信号被送到CPU的PH口(第36脚)，经CPU处理后再由PG口第33脚送出自动确定走纸长度的控制指令。应当说明，当程度设定开关的第6位开关置于OFF时，检纸脉冲对CPU是没有意义的。 3．电机调速稳速控制电路 它包括光电耦合控制电路、锁相稳速控制电路和走纸速度切换电路。 (1)光电耦合控制电路 Q102、Q103和PHCl0l组成光电耦合控制电路，其作用是把走纸(START)指令和马达驱动脉冲耦合到接地电路的相锁稳速控制电路中去。 在"STOP"状态，即在不记录的情况下，单片机通过Icl08的一个逻辑门给Q102基级送来一个逻辑低电平，使Q102截止。光电耦合器第8脚输出为高电平。这个高电平加到Q105的基极使Q105导通，Q10l和Q104截止，马达得不到驱动电流而停止工作。当启动记录开关后，单片机送出低电平记录指令，通过Icl08之后变为高电平，使Q102导通，驱动光电耦合器工作，PHCl01第8脚输出变为低电平(为零伏)。使Q105截止， Q10l和Q104在Icll2第13脚输出电压的控制下而导通工作，为马达提供驱动电流，开始记录心电信号。当PHCl01第8脚变低电平后，ICl11第12脚也输出一个高电平。这个高电平一方面停止自动定时控制电路的工作(下面还会讲到)，另一方面送到主放大电路中的，热笔温度控制集成块Icll6的第4脚，提高热笔的温度。 与此同时，256Hz(纸速为25mm／s)或512Hz(纸速为50ram／s)的脉冲信号通过Q103，驱动光电耦合器PHClol(另l／2)，把马达驱动控制脉冲耦合到锁相稳速控制电路中去。 (2)锁相稳速控制电路 电路结构及工作原理见本章第一节。 ． (3)走纸速度转换电路 走纸速度的转换是由CPU输出的控制指令控制Icl09的两个逻辑门来实现的。 Icl09的第5脚上加着256Hz的脉冲信号，另一个逻辑门第2脚上加着512Hz的脉冲。当纸速选择在25mm／s时，微机控制电路给lcl09第6脚送来一个高电平，这时加在第5脚上的脉冲反相后由第4脚输出，这个256Hz的脉冲送到Icl09的第1脚，与第2脚输入的512Hz的脉冲相与后输出仍然为256Hz的脉冲(只是占空比发生变化)，作为纸速为25mm／s的驱动脉冲。 当纸速选为50mm／s时，Icl09第6脚上的控制电平由高变低，第4脚输出高电平，Icl09第l、2、3脚门处于开锁状态，512Hz的脉冲信号由第3脚输出，作为50mm／s纸速的驱动脉冲。 4．自动定时控制电路 自动定时控制电路由lcll7和Q107等组成。其功能是：在使用电池供电方式操作机器时，当操作人员忘记关掉电源而又不记录心电信号的情况下，机器会自动定时切断主供电电源，以延长电池的使用寿命。 Icll7的第l脚是自动定时控制端。当此端为低电平时电路起振，定时控制电路开始‘工作。当此端为高电平(约2．5v)时，定时控制电路不工作。 在使用电池供电时，此端的控制电平由工作方式(START／STOP)选择状态来决定。在"START"状态，由Icll 1通过D106和R141给此端送来高电平，自动定时控制电路不工作。在"STOP"状态，此端输入低电平。定时控制电路开始工作，电路开始振荡。振荡频率由R145和c132的时间常数决定，振荡周期约为O．15秒。经过11阶分频(即2叫。分频)后，其周期延长1024倍，大约两分多钟后，Icll7第8脚输出一个高电平，经连接插座CNJl04，通过电缆送至前置放大电路板上将两个直流／直流转换器同时关断，这个高电平又反馈到ICll7的第2脚，使第8脚维持在高电平输出状态。 当使用交流供电时，浮地前置放大电路板上+】2V电压经分压后通过连接电缆(CNJl04)给lcl 17第l脚提供一个约+2．5V的高电平，控制lcll7不再产生振荡，自动定时电路不再起作用，因而电源不会自动被切断。 Q107是稳压调整管，c131是滤波电容，通过它们给Icll7的内振荡电路提供一个稳定的工作电压。 Q106和LEDl01组成电源指示电路。当接通电源后，Q106导通LEDl0】被点亮，指示电源处于接通状态。 (二)主放大器电路 主放大器电路包括两级主放大集成电路(ICll4、Icll 5)、功率放大晶体管(Q108～ Q ll 1)磁敏传感式位置反馈记录器和热笔温度控制电路。 1．主放大集成电路 Icll4和IcIl5是二次集成的多功能放大集成块。 lcll4(AF6330)内部包括限幅放大器，角位移放大器、角速度放大器及心电信号与反馈信号的比较放大器。经增益调节后的心电信号由第12脚输入j第3脚是角位移放大器的输入端。它接收反映记录笔偏转角度的反馈信号，这个反馈信号是由位置反馈传感器检测到的。Icl 14第2脚是限幅放大器的限幅范围控制端，通常对地接一个可调|t。．m来调节限幅范围。第1脚是角速度放大器的增益控制端，对地接有VRl04，调节VRl04可改变角速度放大器的增益，即可改变反馈信号中的高频分量的增益，从而改变记录器的阻尼情况。最后心电图信号与反馈信号(其中包括直流分量和交流分量)经比较放大器放大后由第1 5脚输出。 ‘ ZDlol和R15l组成简单的稳压电路，+5V的稳压输出作为位置反馈传感器的工作电压。 ICll5也是一种专用集成电路，它为功效管提供激励电压。Q108～Q1 11接成互补式推挽输出电路。它们为笔马达提供偏转电流。 2．描笔温度控制电路 本机的热书式描笔采用了脉冲供电加热方式。Icll6(AH6332)的内部含自激多谐振荡器及三极管功率放大器等。第6脚输入+8V电压为内部自激多谐振荡器提供电压。第l脚输入+12V电压为内部的晶体管供电。第2脚是加热脉冲输出端，其内部电路与 ECG-6511心电图机的描笔温度控制电路完全相同。IcIl6的第4脚是预热控制端，预热时为低电平，接通电源后第4脚为低电平，Icll6内部自激多谐荡器开始振荡，第2脚输出一个周期约为0.85ms脉宽约为0.06ms幅度为12V的脉冲电压给记录笔预热。启动记录开关之后由马达转速控制电路中的IClll第12脚送来一个高电平，加在Icll6的第4脚上，此时振荡频率升高，描笔温度随之升高。～．’#：’6第5脚是笔温控制端，当改变第5脚上的电压时会改变其振荡脉冲的占空比，!!改变加热脉冲的有效宽度，从而改变描笔的温度。VRl05是描笔温度调节电位器，调蔓VR．105使第5脚上电压升高时，有效加热脉宽变窄，笔温降低。当第5脚上电压调纸呀，。妻效垫銎脉冲变宽，笔温升高。第5脚电压一般为4～5V。AH6332的内部电路结构-参考第4节图l 4-1。 四、交流供电／充电器 ECP一6151所用电源为SB-613D型交流供电充电器。电路包括：变压整流滤波电路利稔仕允电电路。参考附图2～l。 变压器T801将220V交流市电为17V交流电压。经D801作桥式全波整流，通过譬87’jc102滤波，得到直流电压，由供电／充电转换开关选择送到其他电路。在供电工堡皇工弋，整流滤波后的电压通过三端稳压集成块的稳压，得到+12V的直流电压，送到电源插座给主机供电。D802的作用是防止使用电池工作时通过整流滤波电路反向放电。．。 銮苎电路包括串联型稳压电源和过流保护电路。Q8 0l、Q802、Q804和Q804等组成串联型稳压电源。电路结构及工作原理与ECG-5151型心电图机的充电电路基本相’同。导篡?二6 1 5’掣!心电图机的充电电压需要调整在14．2±0．2V。R804和Q803组成充电过流保护电始，。巴把冗电电流限制在200mA以下。 五、电路参数的调整方法 (一)浮地电压的调整 1．接好电源线并接通电源开关。 将数字式电压表的正负测试端分别接在+8V与浮地之间(这里的浮地在电路图中为0符号标记的接地点。在前置放大电路板上，放电管的一端接浮地)。 3．调整前置放大电路板上VR302，使电压表上的读数为+8JV。 (二)迹线零位调节(调整OFFSET) ． 1.接通电源，将AUTO／MANu(即自动／手动开关)置于MANu(手动)状 2．启动START开关。 3·转换灵敏度开关1／2至l再至2，观察记录迹线是否随灵敏度转换而偏移。…。4二，如，复算移，可调整前置放大电路板上的VR301，使得当转换灵敏度时，迹线不会爱生任何偏移，此时调整完毕。 。 (三)充电电压的调整 I．将SB 6 J3D交流供电／充电器的底盖打开。 2．将电压表接在D803的阴极与地线之间。 3．调整VR807，使电压表的读数为14.2V±0.2V。 (四)限幅、增益、阻尼、笔温的调节。 这四项参数的调整比较容易，只要取下记录笔上的盖板就可见到调整上面四项参数的电位器 (五)更换IC308(KT-5改用KT-5A)后灵敏度的校正 １．将信号源峰一峰值为lmV标准电压接导联线的RA和RL输人端，即左手和左脚电极连线。心电图机选在第Ｉ导联。 2．接通电源并记录外输入的lmV标压信号。如果幅度不是10mm，调整记录笔上部的GAIN电位器(左数第一个)，使lmV标压幅度为10mm，这时机器灵敏度已经调准，然后启动STOP，停止记录o 3．将心电图机导联重新选择到TEST位置，启动START记录开关，并不断启动lmV标压开关。这时所记录的标压信号幅度如为10mm，说明机器灵敏度和毫伏标压已经校准，如果所记录的lmV标压幅度不为10mm，则应进行调整。 4．调整方法：在前置放大电路板的RX处至浮地接上一个500Ω可调电位器，边启动毫伏标压开关，边调整RX电位器，直到所记录的标压幅度为10mm为止。这时lmV标压已校准。 上述调整工作，当更换IC308改变IC型号时，必须进行重新调整。
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发表于 2014-6-3 10:56:00
