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经颅磁刺激(Transcranial Magnetic Stimulation简称:TMS)是一种能够在脑中感应聚焦电流,瞬间调制大脑皮质的无创方法。在临床研究、基础神经学和诊治脑疾病等方面有许多应用。它是一种无电极、无接触、无痛无损的感应电刺激。对比传统的电刺激仪,它提供了一种无创、无痛、非侵入性的刺激方式,为探索大脑科学提供了新的方法和手段。
作为经颅磁刺激中的关键技术之一——移相全桥,它的发展和进步,为经颅磁刺激的刺激方式和刺激强度的多样性奠定了基础。刺激方式和刺激强度的多样性为经颅磁刺激提供了更广阔的临床应用。本文针对经颅磁刺激仪中模拟的移相全桥开关电源控制器存在的电路复杂、可靠性差、不能满足经颅磁刺激中多样性刺激要求等不足,采用了先进的数字控制技术,设计了一个基于DSP和CPLD的数字移相全桥开关电源控制器。来适应经颅磁刺激中不断提高的开关电源输出可编程控制、刺激方式智能化控制等的要求。
本文首先从经颅磁刺激仪的基本原理出发,重点介绍了经颅磁刺激的基本构成。然后根据经颅磁刺激在临床应用中对刺激序列的要求,分析了基于模拟控制方式的移相全桥开关电源控制器存在控制电路复杂、全桥前后桥臂的死区时间受环境影响比较大、开关频率难以灵活调节等不足,提出了一个基于DSP和CPLD的移相全桥开关电源数字控制器的设计方案。并详细的讨论了整个系统硬件平台的搭建过程和具体功能的软件实现。最后,对系统进行了功能测试,给出了测试的结果。
硬件平台设计以TI公司的高性能的C2000系列DSP和Xilinx快速的XC9500系列CPLD为核心,根据系统具体的功能要求完成相关外围电路的设计。包括电源电路,复位电路、时钟电路、DSP与CPLD的接口电路、外接存储器电路、驱动隔离电路、声光报警电路和其他一些辅助功能的电路。整个硬件系统设计采用了冗余设计,为以后系统的软件升级提供了空间。
在软件设计部分,从功能需求出发,介绍了软件实现的工作流程,重点介绍了控制器完成的两大控制功能:一是移相全桥功能,二是重复刺激功能。在详细讨论了软件的设计思想之后,给出了关键控制点的部分程序代码。
文章最后对所设计系统进行了总结和展望。重点论述了本文所设计的系统的特点以及设计结果。同时对所设计系统指出了不足之处以及提出了改进意见。