基于MSP430心肺听诊技能训练系统的设计

2．1 主控制器芯片的选择
主控制器是整个系统的核心部分，主控制器芯片的选择关系到整个系统功能的实现与否。本系统要实现语音播放、无线收发、多路模拟开关、电源低功耗、上位机教学等功能，所以就要求该芯片具有较高的运算速度，较大的RAM和FLASH空间，具有可扩展的IO口(比如I2C，SPI等)兼容一些外部芯片(如带有SPI的FLASH存储器或者一些其他芯片)，并且功耗较低，调试方便等。综合上述因素，主控制芯片用美国德克萨斯(TI)公司生产的MSP430，因为该系统是便携式心肺听诊系统，采用电池供电的方式，所以要求必须超低功耗，这样才能满足医学教学的要求，而该芯片最大的特点就是低功耗，电压准备工作模式是3．3 V，正常工作时电流在几毫安，完全满足系统要求。该芯片具有如下性能：
低电压范围：1．8～3．6 V；
超低功耗：标准模式1．3 mA，RAM保持关闭时为0．1 mA；
低电流：7 mA在32 kHz，2．2 V，250 mA在1 MHz，2．2 V；
5种节点模式和6 ms内从等待模式唤醒；
16位RISC指令结构和125 ns指令周期；
12位A／D转换和内部参考电压、采样保持、自动扫描特性；
16位定时器并带有映射寄存器的7路捕获、比较寄存器，定时器B；16位定时器并带有3路捕获／比较寄存器，定时器A；片内比较器；
串行在线编程，无须外部编程电压，安全熔丝保护程序代码；
内含60 KB闪存，2 KB随机存储器。
2．2 语音播放
语音播放是本系统一个重要组成功能之一。在这里有两个问题需要解决，一个是语音数据的存储，另一个是语音的编解码和播放。由于WAV波形数据占用的空间较大，所以有必要先对原始数据进行压缩编码。因此该系统选用中青世纪科技公司开发的PM50智能语音芯片，它既是语音播放电路，也是智能单片机，其音质水平，价格都要略优于著名的ISD电路，同时也有21 kHz的高保真音质。该芯片由专用的语音单片机和FLASH RAM存储器集合构成，它既有13～100 s的多段语音播放功能，也有单片机可编程的智能特性，该芯片具有如下特点：
可存储声音长度：13～100 s；
宽范围工作电压：DC 3～6 V；
工作电流50 mA，静态电流1μA；
直接驱动8 Ω 0．5 W的喇叭，具备PWM和DAC两种音频输出模式；
宽范围采样频率：4．8～21 kHz；
录制的语音可分并行1～8段和串行128段；
自带8个输入端口，9个输出端口，功能均可由用户自定义；
FLASH RAM结构，可以反复擦写录入，寿命在1万次以上；
两种封装形式：COB28和COB16；
开发用的电脑软件系超智能傻瓜图形设计，外行也能使用；
配合编程软件可以开发出并行、串行、智能型等多种控制模式；
最小系统的外围电路只需一只振荡电阻、一只电源滤波电容；
有13 s／20 s／50 s／100 s多个时间档次可选；
完成开发和试验生产后，直接用源文件投产掩膜，音质效果、功能性能不变。
2．3 多路模拟开关
多路模拟开关主要是用来选择播放位置点喇叭声音的，因为PM50芯片只能连接一路扬声器，所以只能通过多路模拟开关来选择各路喇叭接通，而MAX306CPI芯片是十六位多路选择开关，可以将两片芯片扩展起来形成32路选择开关，芯片电压在4．5～30 V之间，功耗非常小，且不影响喇叭的发音，完全满足要求。并且听诊器探头可以轻易地触动模型人皮下的专用位置，所以采用这种技术对本系统来说是一个很好的选择。