一种多通道电刺激装置的制作方法

本实用新型涉及医疗设备
技术领域：
，具体地是涉及一种多通道电刺激装置。
背景技术：
：电疗是利用不同类型电流和电磁场治疗疾病的方法，是物理治疗方法中最常用的方法之一。主要有直流电疗法、直流电药物离子导入疗法、低频脉冲电疗法、中频脉冲电疗法、高频电疗法、静电疗法。不同类型电流对人体主要生理作用不同。直流电是方向恒定的电流，可改变体内离子分布，调整机体功能，常用来作药物离子导入；低、中频电流刺激神经肌肉收缩，降低痛阈，缓解粘连，常用于神经肌肉疾病，如损伤、炎症等；高频电以其对人体的热效应和热外效促进循环，消退炎症和水肿，刺激组织再生，止痛，常用以治疗损伤、炎症疼痛症候群，大功率高频电可用于加温治癌；静电主要作用是调节中枢神经和植物功能，常用于神经官能症、高血压早期、更年期症候群。直流电疗法：直流电方向恒定，强度不随时间变化。理疗用的直流电电压一般在50～80v，电流强度0.05～0.1ma/cm2。当直流电作用于人体时,体液中电解质发生电解作用，产生正、负离子，正、负离子各向其极性相反的电极移动。直流电正、负极下组织内发生的理化变化，有调整神经的兴奋性，改善局部水肿或脱水现象，促进血液循环和代谢功能的作用。并可通过分节反射，改善内脏的活动功能。临床上常用直流电来镇痛、止痒、软化瘢痕、消肿、促进组织再生，改善中枢和周围神经功能等。低频脉冲电疗法：采用频率在1khz以下的低频脉冲电流。这种电流在人体内可引起离子和荷电微粒的迅速移动，因而对感觉神经和运动神经有明显的刺激作用。低频脉冲电流因波形不同，可分为方波、梯形波、指数曲线形波、三角波和正弦波等。根据临床治疗需要，可调整脉冲周期，脉冲宽度和升、降波时间。有时以更低频率的脉冲波去调制上述低频脉冲，这种波称低频调制波。中频电疗法：采用频率为1～100khz的中频正弦电流。临床上常用频率为2～5khz,常用方法有等幅中频正弦电疗法、调幅中频正弦电疗法和干扰电疗法三种。调制波频率为10～200hz,可采用全波或半波，连续调制或间断调制，还可采用等幅波和调制波交替出现，或频率交变的调制波。调制中频电流兼有低、中频电流的特点，用于止痛或促进血液循环，较低、中频电单独应用作用明显；用于神经肌肉刺激时，由于皮肤刺痛小，病人可耐受较大电量。干扰电是利用两组频率相差0～100hz的等幅中频正弦电流(临床多用5±0.1khz),交叉输入人体同一部位。在交叉部形成干扰电场，在体内按正弦电波的差拍原理产生0～100hz的低频调制中频电流。临床上利用3组等幅中频正弦电流，从三维空间交叉输入人体，形成立体干扰电场，其效果优于一般干扰电场。经改进后，采用3组强度交替改变的正弦电流,使局部的刺激作用更易为病人忍受，进一步提高治疗效果，此方法称为动态立体干扰电疗法。但是传统电刺激方案中特定的电刺激波形需要一种专用电路，无法高度兼容，使得需要多个通道多种电刺激波形同时治疗的设备需要接入不同电刺激发生模块，在多通道同时工作的时候，接口复杂，而且电刺激输出的应用部分只能相互独立无法共用，故设备体积无法做小，由于包含多个电刺激输出应用部分，每切换一种波形时需要更换应用部分，用户体验大打折扣。因此，本实用新型的发明人亟需构思一种新技术以改善其问题。技术实现要素：本实用新型提供了一种多通道电刺激装置，其可以为解决上述技术问题提供硬件上的支撑。本实用新型的技术方案是：一种多通道电刺激装置，包括：电源信号接口、电源隔离电路、信号隔离电路、微处理器、升压电路、dac输出电路、恒流源电路、极性切换电路和电刺激输出接口，其中所述电源信号接口分别与所述电源隔离电路和所述信号隔离电路连接，所述微处理器分别与所述信号隔离电路、所述升压电路、所述dac输出电路连接；所述恒流源电路包括正向恒流源电路和逆向恒流源电路，其分别与所述升压电路、所述dac输出电路、所述极性切换电路连接，所述极性切换电路与所述电刺激输出接口连接。优选地，所述正向恒流源电路包括但不限于运算放大器u2b、运算放大器u2c、运算放大器u3d、二极管d12、电阻r42、电阻r49、电阻r44，其中所述dac输出电路通过电阻r42后与所述运算放大器u2b的第五脚连接，所述运算放大器u2b的第五脚通过电阻r49后与所述运算放大器u2c的第八脚连接，所述运算放大器u2c的第十脚通过二极管d12后所述极性切换电路连接；所述运算放大器u2b的第七脚与所述运算放大器u3d的第十二脚连接，所述运算放大器u3d的第十三脚和第十四脚通过电阻r44后与所述微处理器连接。优选地，所述逆向恒流源电路包括但不限于高压运算放大器u5b、nmos管q4、高压运算放大器u5c、电阻r45、电阻r48，其中所述高压运算放大器u5b的第七脚通过电阻r45后与所述nmos管q4的第一脚连接，所述nmos管q4的第三脚与所述极性切换电路和所述高压运算放大器u5c的第十脚连接，所述高压运算放大器u5c的第八脚和第九脚通过电阻r48后与所述微处理器连接。优选地，还包括一硬件紧停按钮，其与所述极性切换电路连接。优选地，所述极性切换电路包括模拟开关u6、模拟开关u8、上拉电阻r7，其中所述正向恒流源电路中的二极管d12的正极端与所述模拟开关u8的第五脚连接；所述逆向恒流源电路中的nmos管q4的第三脚与所述模拟开关u8的第七脚连接；所述模拟开关u6的第十四脚和所述模拟开关u8的第十四脚均与所述硬件紧停按钮、所述微处理器和所述上拉电阻r7连接。优选地，还包括一稳压电路，所述稳压电路与所述电源隔离电路与所述微处理器连接。采用上述技术方案，本实用新型至少包括如下有益效果：本实用新型所述的多通道电刺激装置，可以实时测算出负载阻抗，获得导联脱落或者导联断开状态；多个电刺激输出波形时，仅需n+1个接口即可进行正负的脉冲输出，n为实际需求的通道数。多通道参数独立可调，可以输出不同形态，频率，占空比，幅值等，在不同类型的电刺激波形切换过程中，用户无需更换电刺激输出接口；该装置增加硬件紧停按钮，中断电刺激的输出无需经过内部微处理器的识别，而是硬件直接中断电刺激，用于在紧急情况下，以最快速度中断电刺激输出，提高用户使用过程中的安全。附图说明图1为本实用新型所述的多通道电刺激装置的结构示意图；图2为电源信号接口的电路图；图3为电源隔离电路的电路图；图4为信号隔离电路的电路图；图5为稳压电路的电路图；图6为微处理器的电路图；图7为升压电路的电路图；图8为dac输出电路的电路图；图9a为正向恒流源电路的电路图；图9b为逆向恒流源电路的电路图；图10为极性切换电路的电路图；图11为电刺激输出电路的电路图；图12为本实用新型所述的多通道电刺激装置的波形输出方法的流程图；图13为步骤s22的处理机制流程图；图14为步骤s6的处理流程图；图15a为输出幅值为1v，频率为5hz，占空比为50％的脉冲波，dac输出的波形图；图15b为输出幅值为1v，频率为5hz，占空比为50％的脉冲波，4个通道的对应波形图；图16a为输出幅值为1v，dac输出的波形图；图16b为输出幅值为1v，4个通道的波形图；图17a为输出幅值为1v，频率为10hz的正弦波，dac输出的波形图；图17b为输出幅值为1v，频率为10hz的正弦波，4个通道的对应波形图；图18a为输出幅值为1v，频率为10hz的三角波，dac输出的波形图；图18b为输出幅值为1v，频率为10hz的三角波，4个通道的对应波形图；图19a为输出幅值为1v，频率为10hz，顶端占空比为60％的梯形波，dac输出的波形图；图19b为输出幅值为1v，频率为10hz，顶端占空比为60％的梯形波，4个通道的对应波形图。具体实施方式下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。如图1至图11所示，为符合本实施例的一种多通道电刺激装置，包括：电源信号接口、电源隔离电路、信号隔离电路、微处理器、升压电路、dac输出电路、恒流源电路、极性切换电路和电刺激输出接口，其中所述电源信号接口分别与所述电源隔离电路和所述信号隔离电路连接，所述微处理器分别与所述电源隔离电路、所述信号隔离电路、所述升压电路、所述dac输出电路连接；所述恒流源电路包括正向恒流源电路和逆向恒流源电路，其分别与所述升压电路、所述dac输出电路、所述极性切换电路连接，所述极性切换电路与所述电刺激输出接口连接。优选地，所述正向恒流源电路以其中一个通道为例，包括运算放大器u2b、运算放大器u2c、运算放大器u3d、二极管d12、电阻r42、电阻r49、电阻r44，其中所述dac输出电路通过电阻r42后与所述运算放大器u2b的第五脚连接，所述运算放大器u2b的第五脚通过电阻r49后与所述运算放大器u2c的第八脚连接，所述运算放大器u2c的第十脚通过二极管d12后所述极性切换电路连接；所述运算放大器u2b的第七脚与所述运算放大器u3d的第十二脚连接，所述运算放大器u3d的第十三脚和第十四脚通过电阻r44后与所述微处理器连接。当通道数量需要增加时，可以相应的增加上述电路组件，即图9a可以根据通道的数量不同扩展为多个，其连接方式一致，本领域技术人与应当知晓，不赘述。优选地，所述逆向恒流源电路以其中一个通道为例，包括高压运算放大器u5b、nmos管q4、高压运算放大器u5c、电阻r45、电阻r48，其中所述高压运算放大器u5b的第七脚通过电阻r45后与所述nmos管q4的第一脚连接，所述nmos管q4的第三脚与所述极性切换电路和所述高压运算放大器u5c的第十脚连接，所述高压运算放大器u5c的第八脚和第九脚通过电阻r48后与所述微处理器连接。同理，当通道数量需要增加时，可以相应的增加上述电路组件，即图9b可以根据通道的数量不同扩展为多个，其连接方式一致，本领域技术人与应当知晓，不赘述。优选地，还包括一硬件紧停按钮，其与所述极性切换电路连接。我们知道在传统电刺激方案中，中断电刺激的方式是用户通过按键触发，设备内部微处理器(微控制器)软件识别到按键触发后，再启动中断电刺激过程，该过程相比较硬件直接中断电刺激输出来说，时间太长，不利于紧急情况下的安全。该装置增加硬件紧停按钮，中断电刺激的输出无需经过内部微处理器的识别，而是硬件直接中断电刺激，用于在紧急情况下，以最快速度中断电刺激输出，提高用户使用过程中的安全。优选地，所述极性切换电路包括模拟开关u6、模拟开关u8、上拉电阻r7，其中所述正向恒流源电路中的二极管d12的正极端与所述模拟开关u8的第五脚连接；所述逆向恒流源电路中的nmos管q4的第三脚与所述模拟开关u8的第七脚连接；所述模拟开关u6的第十四脚和所述模拟开关u8的第十四脚均与所述硬件紧停按钮、所述微处理器和所述上拉电阻r7连接。优选地，还包括一稳压电路，所述稳压电路与所述电源隔离电路与所述微处理器连接。下面结合附图具体说明本实施例。1、电源信号接口：该接口包含7个信号：1.1、j3_1:5v_vin,5v输入电源；1.2、j3_2:gnd_in,输入地；1.3、j3_3:3.3v_vin,3.3v输入电源；1.4、j3_4:module_rx,模块串口接收信号；1.5、j3_5:io_in,模块预留信号接收io口；1.6、j3_6:module_tx,模块串口发送信号；1.7、j3_7:io_out,模块预留信号发送io口。2、电源隔离电路5v_vin为模块的5v输入电源，通过h0505s-2wr2这个隔离模块转换为隔离5v电源，h0505s-2wr2隔离电压为4200vac或6000vdc，符合医疗器械加强绝缘的要求；3、信号隔离电路图示左边的信号为模块接口输入信号，右边为通过adum2402brwz这个数字隔离芯片后与mcu(微控制器)连接的信号，adum2402brwz隔离电压为5000vrms，同样符合医疗器械加强绝缘的要求。通过5v电源隔离和信号隔离，可以实现该模块装置与其他系统的完全隔离，使得装置符合医疗器械加强绝缘的要求，使用更加安全。4、稳压电路经过电源隔离后的5v电源，通过rt9013-33gb这个片ldo(低压差线性稳压器)转换为低噪声的3.3vd电源，给mcu等电路供电；5、微处理器微处理器(mcu)选用st公司的stm32f103rct6，该mcu为arm32-bitcortex-m3cpu，速度是72mhz，程序存储器容量是256kb，程序存储器类型是flash，ram容量是48k。6、升压电路通过tps61170drvr这片升压dcdc芯片，将5v电源升压到30v，给后续的恒流源电路使用。升压dcdc的电源输入通过一个pmoos管ao3407a来控制，mcu通过控制30v_en管脚的电平高低，来控制升压芯片的电源，从而达到控制30v电源输出的目的，当模块空闲不工作时，可以关闭30v电源达到低功耗的目的。30v电源的输出与否与30v_en控制关系如下：30v_en电平30v电源是否输出逻辑高有30v输出逻辑低关闭30v输出此外，tps61170drvr可以通过软件配置它的第5脚“ctrl”管脚来软件配置升压的程度，从而控制输出电压的大小，这在某些需要限制输出最大电压幅值的时候很有用。具体控制方式为：mcu控制“30v_ctrl”对应的引脚，输出10khz的pwm波形，pwm波的正向占空比为duty，那么输出电压值为：vout＝duty*30v，例如，需要输出15v电压，那么“30v_ctrl”管脚的pwm为10khz,50％占空比，如果需要输出30v电压，那么“30v_ctrl”管脚的pwm为10khz,100％占空比。7、dac输出电路由于mcu只有两路dac输出，故在多通道下，需要扩展dac输出，采用的是microchip公司的mcp4728-e/un，该芯片采用i2c通信，减少了通信所需io口，节约了mcu硬件资源，单个芯片可输出4路12位dac，支持两种参考电压模式，即内部2.048v电压以及外部扩展电压，最大通信频率可达3.4mbps，单次dac设置时间典型值为6us。芯片引脚注释如下：7.1、u7_1：vdd，电源输入7.2、u7_2：scl，i2c时钟引脚7.3、u7_3：sda，i2c数据引脚7.4、u7_4：为使能引脚，有两种模式，当该引脚电平由高到低时，写入的数据直接更新到寄存器中，作为输出，当该引脚始终拉低时，写入的数据直接实时更新作为输出。7.5、u7_5：用于检测芯片是否处于数据写入状态，当芯片处于“忙”状态，该引脚为低电平，当芯片处于“等待”状态，该引脚为高电平。7.6、u7_6：vouta，通道a输出引脚7.7、u7_7：voutb，通道b输出引脚7.8、u7_8：voutb，通道c输出引脚7.9、u7_9：voutb，通道d输出引脚7.10、u7_10：vss，接地引脚8、正向恒流源电路本实施例以4通道为例，故正向恒流源由4个通道组成，本电路以其中一个通道为例，通过高压运放tp2264-sr构成的正向恒流源，其中：dac_a4+为dac芯片输出电压，通过dac输出不同的波形，频率，占空比，幅值等，可产生任意波形，该任意波形直接控制了恒流源电路，配合后续电路产生任意波形的输出，a4+为正向恒流源输出，通过极性切换电路，与负载连接，三极管d12用于防止负载电流反灌入运放，从而影响电路，adc_a4+为导联脱落adc检测引脚，由于运放输入端阻抗极大，所以流经u3d的12引脚的电流可以忽略不计，在计算时可以将此处看成断路，故u3d构成的偏置电路不影响恒流源主电路的功能。正向恒流源工作原理如下：mcp4728-e/un控制dac_a4+处的电压为udac_a4+，u2b运放5脚电压为uu2b+,u2b运放6脚电压为uu2b-，u2b运放7脚电压为uu2b_out，u2c运放10脚电压为uu2c+,u2c运放9脚电压为uu2c-，u2c运放8脚电压为uu2c_out，假设a4+接负载为rl。根据运放叠加原理，u2b运放5脚电压uu2b+＝(uu2c_out*r42+udac_a4*r49)/(r42+r49)，又uu2c_out＝uu2c-，根据运放虚短虚断的原则uu2c-＝uu2c+，又根据分压原理，uu2c+＝(uu2b_out*rl)/(r46+rl),由此可得：公式一：uu2b+＝{[(uu2b_out*rl)/(r46+rl)]*r42+udac_a4+*r49}/(r42+r49)根据分压原理,u2b运放6脚电压uu2b-＝(uu2b_out*r41)/(r40+r41),由此可得：公式二：uu2b-＝(uu2b_out*r41)/(r40+r41)根据运放虚短虚断的原则，uu2b+＝uu2b-，根据公式一和公式二，将图中电路数据带入可得：公式三：uu2b_out＝udac_a4+*(r46+rl)/r46则负载端电流il＝uu2b_out/(r46+ra4+)，即il＝udac_a4+/r46，由于r46为定值电阻，故最终流过负载rl的电流值仅与udac_a4+有关，电流不会随负载的变化而变化，从而达到恒流的目的。图中的u3d为运放组成的电压跟随器，作为a4+处的偏置电路，由于运放的输入端输入阻抗极大，所以流进u3d的12脚电流可以忽略不计,所以此处的偏置电路不会对恒流源电路造成影响。根据公式三可以反推出rl与uu2b_out的关系，即公式四：rl＝[(uu2b_out*r46)/udac_a4+]-r46公式四中，udac_a4+为mcp4728-e/un控制的控制电压，为已知值，所以此时要求uu2b_out的值，根据运放虚短虚断的原则，uu2b_out＝uu3d+＝uu3d-＝uu3d_out，又根据分压原则，可得uu3d_out电压值为：公式五：uu2b_out＝uu3d_out＝[uadc_a4+*(r50+r44)]/r50uadc_a4+可以通过mcu检测adc的数值，经过计算得到，所以uadc_a4+也是已知值，由公式四、公式五可得：公式六：rl＝{[r46*uadc_a4+*(r50+r44)]/(r50*udac_a4+)}-r46公式六中，r46、r50、r44、uadc_a4+、udac_a4+都是已知值，所以负载值rl也就可以计算得到。通过rl值的大小，也可以得出负载电极处是否导联脱落或者导联短接，从而采取进一步保护措施。9、逆向恒流源电路本实施例以4通道为例，故逆向恒流源由4个通道组成，本电路以其中一个通道为例，通过高压运放tp2262-sr和nmos管nce0103y组成了一个逆向恒流源电路，其中：dac_a4-为dac芯片的输出电压，通过dac输出不同的波形，频率，占空比，幅值等，可产生任意波形，该任意波形直接控制了恒流源电路，配合后续电路产生任意波形的输出。a4-为逆向恒流源输出，通过极性切换电路，与负载连接。adc_a4-为adc检测电路，由于运放输入端阻抗极大，所以流经u5c的10引脚的电流可以忽略不计，在计算时可以将此处看成断路，故u5c构成的偏置电路不影响恒流源主电路的功能。逆向恒流源工作原理如下：mcp4728-e/un控制dac_a4-处的电压为udac_a4-，运放u5b的5脚电压为uu5b+，运放u5b的6脚电压为uu5b-，r52电阻电压为ur52。根据运放虚短虚断的原则，可得：公式一：udac_a4-＝uu5b+＝uu5b-＝ur52所以流过r52的电流为：公式二：ir52＝ur52/r52＝udac_a4-/r52流过q4的2,3脚的电流iq4＝ir52,a4-通过极性切换电路，与负载连接，所以流过负载的电流il＝iq4＝ir52＝ur52/r52＝udac_a4-/r52，所以流过负载的电流大小只与驱动电压udac_a4-和控制电阻r52有关，电流不会随负载的变化而变化，从而达到恒流的目的。图中，u5c为运放组成的电压跟随器，作为a4-处的偏置电路，由于运放的输入端输入阻抗极大，所以流进u5c的10脚电流可以忽略不计，所以此处的偏置电路不会对恒流源电路造成影响。根据分压原理，该偏置电路的输出电压为：公式三：uadc_a4-＝[r51/(r48+r51)]*uq4uq4为q4的3脚对地电压。uadc_a4-接入mcu的adc管脚，通过mcu的adc计算软件上可以得出uadc_a4-具体数值，所以对mcu来说uadc_a4-为已知，所以反过来计算uq4为：公式四：uq4＝uadc_a4-*(r4+r5)/r5通过该数值可以直接计算得出负载阻抗大小，具体计算如下：公式五：rl＝(u30v-uq4)/il＝[u30v-uadc_a4-*(r51+r48)/r51]/(udac_a4-/r52)式中u30v为升压电路提供的30v，是个常数30v，uadc_a4-是通过mcu的adc计算得出，udac_a4-为mcu控制输出的dac电压，所以，负载阻抗rl可以很轻松的通过计算得出。通过rl值的大小，也可以得出负载电极处是否导联脱落或者导联短接，从而采取进一步保护措施。10、极性切换电路adg5433bruz-reel7为adi公司生产的3通道spdt(单刀双掷)模拟开关。adg5433bruz-reel7每个开关通道的真值表如下：当sxa开时，sxa与dx直接导通，当sxb开时，sxb与dx直接导通，否则截止，由此构成开关电路。原理图中，elec_sw_c、elec_sw_a1、elec_sw_a2、elec_sw_a3、elec_sw_a4为mcu控制的开关信号，30v、gnd、a1+、a2+、a3+、a4+、a1-、a2-、a3-、a4-为恒流源的对应接口，分别连接在对应的sxa、sxb上，elec_c、elec_a1、elec_a2、elec_a3、elec_a4分别对应5个输出通道，连接在对应的dx通道上，构成4阴1阳或4阳1阴的逻辑输出。为紧停按钮信号，正常工作时，通过紧停按钮接地，adg5433bruz-reel7的模拟开关通道正常工作，当用户按下紧停按钮后，通过上拉电阻r7置位高电平，此时adg5433bruz-reel7的模拟开关所有通道关闭，所以elec_a1、elec_a2、elec_a3、elec_a4、elec_c无输出，从而以最快速度中断电刺激输出，提高用户使用过程中的安全，达到硬件紧停按钮的目的；此外，mcu也对的电平进行识别，正常工作时，电平为低，当用户按下紧停按钮后，电平变为高，从而识别到了用户按下了紧停按钮，从而软件上可以关闭30v电源，通过通信协议上报到主机采取措施。极性切换电路的极性控制逻辑如下：其中，当为高时，表示紧停按钮被按下，无论elec_sw_c、elec_sw_a1、elec_sw_a2、elec_sw_a3、elec_sw_a4接何种电平，也不管elec_a1、elec_a2、elec_a3、elec_a4、elec_c如何与负载相接，负载都会与控制电路断开。11、电刺激输出电路该电路用于和外部接口相连，该电路包含8个信号：11.1、j1_1：电刺激elec_a1输出端口，端口处对地并接esd管，防止端口处热插拔esd干扰；串接磁珠滤除高频信号干扰；11.2、j1_2：电刺激elec_a2输出端口，端口处对地并接esd管，防止端口处热插拔esd干扰；串接磁珠滤除高频信号干扰；11.3、j1_3：电刺激elec_a3输出端口，端口处对地并接esd管，防止端口处热插拔esd干扰；串接磁珠滤除高频信号干扰；11.4、j1_4：电刺激elec_a4输出端口，端口处对地并接esd管，防止端口处热插拔esd干扰；串接磁珠滤除高频信号干扰；11.5、j1_5：电刺激elec_c输出端口，端口处对地并接esd管，防止端口处热插拔esd干扰；串接磁珠滤除高频信号干扰；11.6、j1_6：紧停按钮信号，正常工作时，通过紧停按钮与j3_4接地，端口处对地并接esd管，防止端口处热插拔esd干扰；串接磁珠滤除高频信号干扰；11.7、j1_7：信号地，串接磁珠滤除高频信号干扰；11.8、j1_8：信号地，接线缆的屏蔽线。12、参数范围12.1、最大输出频率由于mcp4728-e/un的dac单次写入时间约为6us，即dac最大输出频率为166khz，运放以及mos管的频率远远大于166khz，所以：如果输出单向波形，最大输出频率为166khz；如果输出正负双向波形，最大输出频率为83khz。12.2、最大输出电压升压电路最大输出电压为30v，所以负载两端接入最大电压为30v；负载两端最大电压ul＝il*rl，根据根据接入的恒流源电路类型，可以直接计算得到负载两端电压ul。12.3、最大电流下的带负载能力由于的mcp4728-e/un最大输出电压取决于寄存器设置的参考电压，内部参考最大为2.048v，外部供电参考为3.3v，故udacmax＝3.3v。在正向恒流源中，根据公式rl＝[(uu2b_out*r46)/udac_a4+]-r46，在最大电流下，udac_a4+为3.3v，uu2b_out最大值由运放输入电压决定，该运放为30v供电，故取得uu2b_out＝30v，由此计算出rlmax＝[(30v*1k)/3.3v]-1k＝8.09k。根据以上分析，负载能力会根据不同输出电流情况下改变，即由mcp4728-e/un的dac输出值有关，确定公式为：rlmax＝[(30v*1k)/udac_a4+]-1k在逆向恒流源中，恒流源对应分压负载全为1k，所以负载最大电流ilmax＝3.3v/1k＝3.3ma，由于mos管的内阻是毫欧级别，并且最大电流只有3.3ma,所以mos管q4在完全导通的情况下压降极小可以忽略，最大电流下的带最大负载时，mos管是完全导通的，所以uq4＝ur52＝udac_a4-max＝3.3v，最大电流下的最大带负载能力rlmax＝(30v-uq4)/ilmax＝(30v-3.3v)/3.3ma＝8.09k。因此在正向恒流源下，在逆向恒流源下，最大电流下的最大带负载能力rlmax＝(30v-uq4)/ilmax＝(30v-3.3v)/3.3ma＝8.09k。rlmax＝(30v-uq1)/ilmax＝(30v-udac_a4-)/(udac_a4-/1k)＝[(30v*1k)/udac_a4-]-1k由上述分析可知，正向恒流源和逆向恒流源的最大带负载能力公式相同。本实施例装置可以实时测算出负载阻抗，获得导联脱落或者导联断开状态；电刺激多个电刺激输出波形时，仅需n+1个接口即可进行正负的脉冲输出，n为实际需求的通道数。多通道参数独立可调，可以输出不同形态，频率，占空比，幅值等，在不同类型的电刺激波形切换过程中，用户无需更换电刺激输出接口；该装置增加硬件紧停按钮，中断电刺激的输出无需经过内部微处理器的识别，而是硬件直接中断电刺激，用于在紧急情况下，以最快速度中断电刺激输出，提高用户使用过程中的安全。如图12所示，为上述所述的多通道电刺激装置的波形输出方法，包括如下步骤：s1：功能初始化；s2：接受协议信息，并对其进行解析，获取到每个通道对应的波形、频率、幅值等特征信息；s3：判断否有紧停按钮按下，若有则硬件中止所有输出，软件停止参数输出并上报给上位机，如果没有则进入步骤s4；s4：根据设置的数量以及通道号、轮询输出对应的波形；s5：计算dac输出值,极性输出；s6：根据adc采集的数据，计算各个通道负载阻抗的值，从而得到当前负载的状态；s7：上报给上位机当前负载的状态，包括工作有无异常、负载阻抗大小、是否有导联脱落以及是否有导联短接。优选地，所述步骤s2具体包括：s21：利用定时器分时处理，串口处理5ms轮询一次，检测是否有协议信息；s22：当有协议信息后，放入串口接收二维缓冲区内，该缓冲区用于存放协议信息，防止出现协议覆盖的情况；s23：接收完协议后进行解析，获取到每个通道对应的波形、频率、幅值等特征信息。优选地，所述步骤s22具体包括：s221：判断写指针和读指针是否相等，若是则进入步骤s222，如不是则进入步骤s224；s222：判断是否接收到协议，若是则进入步骤s223，若不是则返回步骤s21；s223：接收一条协议，二维写指针进1；s224：处理一条协议，二维读指针进1。优选地，所述步骤s6具体包括：s61：判断回路是否形成，如果没有形成则等待回路建立，如果形成则进入步骤s62；s62：采集adc数据；s63：判断采集数是否大于10次，若不是则继续采集，若是则进入步骤s64；s64：对采集的adc数据进行滤波处理；s65：计算各个通道负载阻抗的值，从而得到当前负载的状态。下面结合附图对本实施例进行详尽说明。13.1功能初始化模块上电后首先对各个模块进行初始化，包括nvic中断向量表初始化、系统时钟初始化、滴答定时器初始化、串口初始化、定时器初始化、adc初始化、电源初始化、adg5433模拟开关初始化、mcp4728dac芯片初始化以及电刺激参数的初始化。13.2分时处理，接受协议信息本实用新型设计软件采用分时机制，利用定时器实现各个模块的分时处理，串口处理5ms轮询一次，检测是否有协议信息，当有协议信息处理后，放入串口接收二维缓冲区内，该缓冲区用于存放协议信息，防止出现协议覆盖的情况，所述步骤s22的处理机制如图13所示：该机制多用于数据量较大的场合，优势在于只要二维数组开辟的缓存够大，协议处理的速度够快，永远不会出现丢包情况，串口中断接收完数据后直接进入主函数处理，防止在中断处理时间过长，影响时序。接收完协议后进行解析，获取到每个通道对应的波形、频率、幅值等数据。13.3判断紧停按钮利用adg5433bruz-reel7的引脚特性，可以实现一个电平关闭所有输出，即实现紧停功能，原理在adg5433bruz-reel7的电路说明中有阐述，当为低电平时，模拟开关使能工作，此时进行正常的电刺激逻辑输出，当紧停按钮按下，即引脚输出高电平时，模拟开关所有通道关闭，此时软件上还需要关闭30v输出，以免发生意外情况，做到硬件和软件的双重保护。13.4波形输出波形输出同样采用定时器的形式进行，定时器设置的时钟基准为50us，理论可以输出分辨率为200的1khz周期波形，时钟基准与分辨率和最小周期的关系为：时钟基准*分辨率＝波形最小周期若要输出更高频率或更大分辨率的波形，则需要调整时钟基准。若输出较低频率的波形时，需要则需要进行软件计算，计算定时器进入处理的频率，处理频率与设置周期的关系为：处理频率＝设置周期/(分辨率*时钟基准)根据处理频率的快慢，得到不同频率的波形。13.5计算dac输出值,极性切换波形的幅值分辨率由dac芯片决定，mcp4728-e/un为4通道12位dac芯片，本实用新型设计采用的基准电压位3.3v，故理论电压分辨率为：电压分辨率＝3.3v/4096＝0.000806v软件可通过得到的数字量计算输出电压，如输出2v电压，则需设置数字量为：dac数字量＝设置电压/电压分辨率＝(2v*4096)/3.3v＝24822v对应的数字量即为2482，以此类推，完成相应设置即可。由于dac输出电压皆为正，若要实现正负双向波形，则需要进行硬件上的通道切换，通道切换由模拟开关adg5433bruz-reel7决定，根据上述极性切换电路讲解，软件上做io口处理即可实现双向脉冲波形。13.6adc阻抗计算adc采用芯片内部adc进行信号采集，需要注意在进行adc采集时，回路需处于建立状态，回路在断路状态下采集的数据一般为无穷大阻抗，没有实际意义。adc采集10ms处理一次，步骤s6的处理流程图如图14所示：stm32f103rct6的adc为12位，基准电压为3.3v，电压分辨率为：电压分辨率＝3.3v/4096＝0.000806v根据正负恒流源电路阻抗计算公式，可以化简得到负载rl在本实用新型设计中的简易公式：正向：rl＝[{[uadc*(100k+1000k)]/100k}/(udac/1k)]-1k＝[(uadc*11)/(udac/1k)]-1k逆向：rl＝[30v-(uadc*11)]/(udac/1k)由于恒流源运放供电电压为30v，所以uadc*11不得大于30v，当大于30v时，恒流源饱和，该公式不在受用，由上述最大带负载能力公式可知，饱和电压下的阻抗计算公式为：rl＝[30v/(udac/1k)]-1k根据饱和电压下的阻抗计算公式，可以计算出在不同电流下的最大阻抗rlmax，在此列举一些典型数据：设置电流ilmax最大阻抗rlmax0.5ma59k1ma29k1.5ma19k2ma14k2.5ma11k3ma9k3.3ma8.09k当处于正常工作状态，若检测出阻抗接近饱和阻抗值，可以认为导联脱落，由上述分析可知，导联脱落并非检测到导联真的“断路”了，而是通过实时阻抗计算出此时阻抗过大，则认为脱落，若接触不良引起的阻抗过大，此时也属于导联脱落范围。14、波形实现方法本实用新型设计对波形的输出皆是用dac实现的，且各个通道都独立可设，输出波形线性度取决于波形的分辨率，本实用新型设计取分辨率为200进行波形输出，在200分辨率下的正负方波可以实现占空比1％可调，精确度较高。首先在elec_a1、elec_a2、elec_a3、elec_a4与elec_c上分别并入4个1kω负载，正常通过紧停按钮接地使得模块正常工作，各个波形产生的说明如下：14.1脉冲波脉冲分为单向脉冲和双向脉冲，单向脉冲就是在dac输出的时候不进行极性切换，双向脉冲即在dac输出间歇进行极性切换，以双脉脉冲为例说明实现原理，首先根据处理频率进入函数进行计数，当计数值等于设置的占空比时，使输出值为0，同时切换极性，当计数值为100时，重新计数，重复以上，由于本实用新型设计的分辨率为200，所以单向计数值可以达到100，即可实现占空比1％精度可调。输出幅值为1v，频率为5hz，占空比为50％的脉冲波，dac输出的波形以及4个通道的对应波形如图15a和图15b所示：14.2直流直流波形可以看作是100％占空比的方波，与脉冲波实现方式相同，根据处理频率进入波形处理函数后，输出当前的强度值即可。输出幅值为1v，dac输出的波形以及4个通道的波形如图16a和图16b所示：14.3正弦波正弦函数实现方式有两种，一种是直接通过函数计算，直接直接利用math库中的sin函数执行，本系统在使用sin函数时发现处理时间过长，故采用第二种方式，第二种方式为取点法，取正弦函数中的100个特征点，放入sin函数数组中，当进入函数计数时，输出对应数组对应的点。输出幅值为1v，频率为10hz的正弦波，dac输出的波形以及4个通道的对应波形如图17a和图17b所示：14.4三角波三角波利用一次函数进行计算，一次函数公式为：输出＝k*当前计数值+b其中当前计数值为0-100之间的数据，每进入一次处理函数进行加1，k值分上升沿和下降沿，由当前输出强度决定：上升：k＝强度/50下降：k＝-强度/50由于三角波的对称性，b值为：上升：b＝0下降：b＝强度*2在处理的时候，需要区分上升和下降，区分方式由计数值决定，当计数值为0-50时，处于上升状态，当计数值为50-100时，处于下降状态，当计数值为100时，计数清零，进行极性切换。输出幅值为1v，频率为10hz的三角波，dac输出的波形以及4个通道的对应波形如图18a和图18b所示：14.5梯形波梯形波在上升和下降时采用一次函数进行计算，在顶端采用固定值形式，本实用新型设计的梯形波可以实现10-90％占空比顶端可设，上升和下降过程中的输出函数为：输出＝k*当前计数值+b其中当前计数值为0-100之间的数据，每进入一次处理函数进行加1，k值分上升沿和下降沿，k值与设定的顶端占空比以及设定强度有关：上升：k＝强度/[(100-顶端占空比)/2]下降：k＝-强度/[(100-顶端占空比)/2]由于梯形波的对称性，b值为：上升：b＝0下降：b＝强度*[100/((100-顶端占空比)/2)]其中(100-顶端占空比)/2，能够得到上升和下降所要处理的计数时间，在处理的时候需要分三段处理，上升、下降以及顶端，上升、下降采用由上得出的一次函数即可，顶端直接输出占空比值，具体由设定的占空比决定。输出幅值为1v，频率为10hz，顶端占空比为60％的梯形波，dac输出的波形以及4个通道的对应波形如图19a和图19b所示：14.6混频混频有两种方式，一种是mcu内部软件计算混频函数，该方式多用于简易波形的混频，对mcu的计算处理能力要求较低；另一种是采用matlab软件仿真先进行函数混频，之后取点输出对应数据表，再将该数组输入进系统软件内部进行输出，该方式可用于多种复杂函数的混频计算。在此对两种混频方式进行说明：14.6.1混频方式一mcu内部函数计算，在一些简易波形的混频中，可以实现，如实现sin(pi*x)和cos(pi*x)函数的混合波形，即f(x)＝sin(pi*x)*cos(pi*x)＝0.5*sin(2*pi*x),直接可以通过简单的数学公式推到得到，输出的时候直接调用:输出＝强度*0.5*sin(2*pi*软件计数值)当然，公式推导的过程也直接直接交给mcu执行，由于普通的mcu处理能力有限，为减轻mcu负担，故采用人为计算的方式。14.6.2混频方式二在多个函数波形的混频输出下，由于mcu处理能力有限，而且直接进行软件处理相对复杂，可以借助matlab工具先进行函数计算，输出对应数组，再由mcu输进行处理即可，实现过程即：z(x)＝f(x)*g(x)*t(x)*…,其中f(x)、g(x)和t(x)为需要混频的函数，z(x)为混频后的函数，根据混频计算后的z(x)函数得出需要输出的波形特征参数，由mcu根据参数控制相应电路产生对应的输出波形，达到输出混频波形的目的。例如：f(x)＝sin(pi*x)g(x)＝cos(pi*x)t(x)＝sin(2*pi*x)p(x)＝cos(2*pi*x)z(x)＝f(x)*g(x)*t(x)*p(x)利用matlab仿真可以得到波形图由matlab生成的仿真波形，不需要再进行数学计算了，直接通过仿真可以观察到波形，调用dlmwrite函数，输出到txt文件中，再将生成的数组用软件实现，观察输出波形和仿真波形是否一致即可，简化了软件实现，减小了mcu的运算负担。本实用新型可以通过通信协议设置装置任意通道产生任意波形，包括设置波形的形态，频率，占空比，幅值等，并且可以实时测算出负载阻抗，获得导联脱落或者导联断开状态，此外，电刺激的输出有n+1个接口，可以输出n个通道的波形，如需要进行通道数的修改，仅需增添或减少1个接口，即可实现一个波形的增添或减少，相较于传统装置更加简易，在不同类型的电刺激波形切换过程中，用户无需切换电刺激输出接口，使得该装置使用起来简单方便，用户体验极好。同时，该装置增加硬件紧停按钮，中断电刺激的输出无需经过内部微处理器的识别，而是硬件直接中断电刺激，用于在紧急情况下，以最快速度中断电刺激输出，提高用户使用过程中的安全。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。当前第1页12