phương pháp trị bệnh vang da ở trẻ sơ sinh tại các bện viện Việt Nam hiệnj nay

Tài liệu tham khảo phương pháp trị bệnh vang da ở trẻ sơ sinh tại các bện viện Việt Nam hiệnj nay

CHƯƠNG 3

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN C ỨU

3.1 Giới thiệu thực trạng các thiết bị trị bệnh v àng da ở trẻ sơ sinh ở các Bệnh viện hiện nay

Như đã trình bày ở trên, hầu hết các thiết bị y tế ở thị tr ường Việt Nam đều nhập ngoại,

những máy mà Việt Nam sản xuất chiếm một thị phần rất nhỏ, v à các thiết bị y tế có trình

độ công nghệ cao thì nước ta chưa sản xuất được Chính vì vậy những thiết bị y tế nhập

khẩu hầu hết là mắc tiền so với thu nhập trung b ình của nước ta, ngoài ra chính vì nhậpkhẩu nên các thiết bị y tế đều mang một đặc th ù là độc quyền dẩn tới thực tế là khi màthiết bị không may gặp sự cố th ì việc bảo trì rất khó khăn Đa số các tr ường hợp là phảithay linh kiện chính hãng, mà mỗi lần thay thường tốn rất nhiều tiền v à khó khăn, bởi vìnếu trục trặc những linh kiện m à hảng không có sẵn ở Việt Nam th ì cần phải chờ đặt hàng

ở nước ngoài nên rất mất thời gian và phát sinh chi phí

Ngoài ra trong quá trình kh ảo sát các thiết bị đèn chiếu trị bệnh vàng da trước đây và hiện

đang sử dụng tại các bệnh viện thì tôi thấy có một số hạn chế, đây cũng l à nguyên nhân

nảy ra một số ý tưởng trong quá trình thiết kế

Các thiết bị đèn chiếu trị bệnh vàng da ở trẻ sơ sinh thường dùng các bóng đèn huỳnhquang, các thiết bì này thông thường thì chỉ có một hệ thống đèn và một giường cho em

bé nằm

DÀN ĐÈN

GIƯỜNG EM BÉ NẰM

Hinh 3.1 Những dàn đèn chiếu vàng da dùng bóng đèn hu ỳnh quang.

Khi mới sử dụng thì các bóng đèn huỳnh quang này rất tốt, nhưng qua một thời gian dài

sử dụng thì các bóng này không phát ra c ường độ mong muốn nữa, chính v ì vậy sẽ kéodài thời gian điều trị Ngoài ra khi dàn đèn phát ra cư ờng độ sáng thì làm thế nào biết

được dàn đèn đó phát ra cường độ được yêu cầu, chính vì thế cần phải có một dụng cụ để

đo cường độ sáng ở khoảng b ước sóng này

Trong quá trình điều trị, việc xác định cường độ sáng trên da em được xác định theokhoảng cách giữa dàn đèn và em bé và kho ảng cách này do nhà sản xuất qui định Điềunày chỉ đúng khi các bóng đèn còn hoạt động tốt phát ra đúng cường độ, nếu vì một lý do

nào đó các bóng đèn này không phát ra công suất như đã tính toán thì tất yếu sẽ xảy ra

hiện tượng cường độ sáng chiếu lên em bé sẽ bị thiếu, dẫn tới kéo dài thời gian điều trị,gây ra thiệt hại về kinh tế cho ng ười thân của em bé

Nhưng tất cả các thiết bị đèn chiếu trị bệnh vàng da ở trẻ sơ sinh được biết ở các bệnh

viện hiện nay đều không đ ược tích hợp bộ phận đo cường độ sáng này Thiết bị đo cường

độ sáng này thông thường được các bệnh viện mua ri êng và của một hãng khác chuyên về

đo lường với giá rất cao nên thông thường được trang bị rất hạn chế Các Bác sĩ hoặc y táthông thường dựa vào kinh nghiệm của mình để điều chỉnh khoảng cách gi ữa dàn đèn và

em bé, nhưng như thế thì rất thủ công và theo cảm tính của Bác sĩ nên sẽ không chính

xác

Chính vì những thực tế như vậy đã làm nảy sinh một số ý tưởng thiết kế thiết bị trị bệnhvàng da cho trẻ sơ sinh, sẽ được trình bày trong phần sau

3.2 Phương pháp nghiên cứu và giải thích cải tiến dựa trên sự trên khảo sát

các thiết bị trong các bệnh viện

Chính vì vậy khi bắt tay vào thiết kế thiết bị đèn chiếu trị bệnh vàng da cho trẻ sơ sinh,cần phải cải tiến các hạn chế nh ư trên đã nêu trên Đó là cần phải tích hợp một thiết bị đo

cường độ sáng đi kèm với thiết bị đèn chiếu trị bệnh vàng da ở trẻ sơ sinh Để đảm bảo

rằng việc theo dõi cường độ sáng trên da em bé là chính xác và đáng tin cậy

Nhưng thế là chưa đủ cần phải có thêm một phần điều khiển tự động để điều chỉnh c ường

độ sáng trên da em bé dựa trên cường độ sáng mà Sensor thu nhận về để đảm bảo rằng

ánh sáng trên da em bé luôn ở trong một khoảng mong muốn V à cuối cùng một điều cần

lưu ý nữa đó là cần phải tận dụng những linh kiện điện tử sẵn có ở Việt Nam, nhưng vẫnđảm bảo những thông số kỹ thuật cho thiết bị như:

+ Thiết bị phải phát ra ánh sáng có khoả ng bước sóng đúng với yêu cầu, nhằm

đảm bảo cho quá trình điều trị có hiệu quả

+ Phát ra cường độ sáng đúng với yêu cầu đề chắc chắn rằng c ường độ sángtrên da em bé đúng với yêu cầu điều trị đặt ra

+ Đảm bào an toàn cho em bé trong quá trình điều trị

+ Ứng dụng vi xử lý để điều khiển thiết bị, tự động điều chỉnh cường độ sángtheo một giá trị cài đặt trước

+ Dể sử dụng

+ Rẻ hơn các thiết bị ngoại nhập

Ngoài ra việc sử dụng đèn LED super bright thay thế các bóng đèn huỳnh quang chuyêndụng cũng là một cải tiến trong quá tr ình thiết kế thiết bị đèn chiếu trị bệnh vàng da chotrẻ sơ sinh

Như trình bày ở trên, trước đây các thiết bị đ èn chiếu trị bệnh vàng da cho trẻ sơ sinhthường dùng bóng đèn huỳnh quang chuyên dụng Các bóng đèn huỳnh quang này được

phủ một lớp huỳnh quang đặc biệt nhằm phát ra ánh sáng xanh có b ước sóng thích hợp.Chính vì thế nên ánh sáng phát ra của những bóng đèn này là không liên tục (nhấp nháy)

So với việc thay đổi bóng huỳnh quang bằng đèn LED thì có những ưu điểm sau đây :

+ Hiệu quả điều trị cao hơn do ánh sáng của đèn LED phát ra là ánh sáng liên t ục,còn ánh sáng phát ra của bóng đèn huỳnh quang là không liên tục nên hiệu quả

điều trị của LED cao h ơn so với bóng đèn Huỳnh quang

+ Tuổi thọ trung bình của LED cao hơn so với bóng huỳnh quang

+ Tiết kiệm năng lượng vì công xuất tiêu thụ điện của LED thấp h ơn nhiều so vớicông xuất tiêu thụ của bóng huỳnh quang

+ Giá thành của 1 dàn đèn dùng LED th ấp hơn so với 1 dàn đèn dùng bóng huỳnhquang

+Việc sử dụng đèn LED làm cho dàn đèn cho c ấu trúc gọn hơn so với dàn đèndùng bóng Huỳnh quang giúp cho quá trình sử dụng được thuận tiện và dể dàng

hơn

+ Việc sử dụng đèn LED làm giảm quá trình sinh nhiệt do dàn đèn gây ra làm giảmyếu tố gây ảnh hưởng tới các thiết bị kh ác ví dụ như lông hấp em bé sơ sinh

Chính vì những điểm ưu thế hơn so với bóng đèn huỳnh quang như vậy nên việc thay thếbằng đèn LED super bright là một cải tiến có ý nghĩa quan trọng về mặt công nghệ và phùhợp với xu hướng phát triển của thế giới

3.3 Xây dựng sơ đồ khối cho thiết bị

Dựa vào những tiêu chí như đã trình bày ở trên, từ đó giúp tôi thiết kế sơ đồ khối của thiết

bị đèn chiếu trị bệnh vàng da ở trẻ sơ sinh Để đáp ứng được những mục đích nêu trên sơ

đồ khối sẽ bao gồm các khối sau đây:

1 Dàn đèn

2 Sensor quang thu nh ận ánh sáng

3 Khối khuếch đại

4 Khối ADC (chuyển tín hiệu Analog sang Digital)

5 Khối vi xử lý

6 Khối hiển thị thông số (c ường độ sáng) hiện tại

7 Khối cài đặt

8 Khối hiển thị thông số (c ường độ sáng) cài đặt

Sau đây là sơ đồ khối của thiết bị :

Hình 3.2 Sơ đồ khối thiết bị đèn chiếu trị bệnh vàng da cho trẻ sơ sinh

*) Giải thích sơ đồ khối.

Sơ đồ khối trên gốm có 9 khối

cách sắp sếp các đèn LED super bright này c ũng như số đèn LED

super bright này đư ợc tính toán cụ thể nhằm đảm bảo công xuất v à

phân bố trên gường em bé nằm Khối 2: Là Sensor quang thu nhận tín hiệu, có bước sóng thu nhận thíc h hợp

trong khoảng tần số mà dàn đèn LED super bright phát ra

trị thích hợp để sau đó tín hiệu n ày sẽ tiếp tục đưa vào khối ADC Khối 4: Đây là khối chuyển tín hiệu analog sang digital để tiếp tục đưa vào

khối kế tiếp xử lý

Dàn đèn

Hiển thịthông số hiệnthời

Phím nhấncài đặt

Khối điều khiển cường độ dàn đèn

Hiển thịthông số càiđặt

Khối 5: Khối vi xử lý, đây là khối điểu khiển trung tâm, điều khiển các bộ

phận khác như: điều khiển hoạt động của ADC, điểu khiển hiển thị

LED 7 đoạn, so sánh tín hiệu nhận v ào với giá trị cài đặt từ đó ra quyếtđịnh điều khiển cường độ dàn đèn

Khối 6: Hiển thị thông số hiện thời, tại đây sẽ phản ánh c ường độ sáng hiện tại

mà Sensor quang thu nh ận được

người sử dụng có thể cài đặt thông số cường độ sáng mong muốn d ànđèn chiếu vào em bé

Khối 8: Khối hiển thị thông số c ài đặt là nơi hiển thị các thông số khi ng ười sử

dụng tương tác với phím nhấn Khối 9: Khối điều khiển cường độ sáng dàn đèn, khối này chịu trách nhiệm

nhận tín hiệu điều khiển của khối Vi xử lý để từ đó tăng hoặc giảm

cường độ chiếu sáng lên da em bé nhằm giữ cho cường độ sáng trên da

em bé luôn trong khoảng cài đặt xác định

3.4 Lựa chọn các linh kiện cho thiết bị

3.4.1 Lựa chọn bóng đèn

Từ sơ đồ khối như trên, đây là nền tảng cơ sở để thiết kế thiết bị đ èn chiếu trị bệnh vàng

da cho trẻ sơ sinh, trong đó các bộ phận của thiết bị được cân nhắc chọn lựa các linh kiện

có sẵn ở Việt Nam Nhưng bên cạnh đó để đảm bảo tính chính xác cũng như hiệu quả

điều trị của thiết bị, các bộ phận li ên quan trực tiếp đến điều trị nh ư dàn đèn phát ra ánh

sáng có khoảng bước sóng thích hợp cần phải chọn linh kiện n ước ngoài bởi những lý do

sau đây:

+ Linh kiện dùng để phát ánh sáng xanh d ương cụ thể là tôi dùng đèn LED super

bright phát ra ánh sáng có bư ớc sóng trong khoảng 420 nm  480 nm hiện giờ

trên thị trường Việt Nam chưa có bán, chỉ có hàng Trung Quốc nhưng không cóthông số rõ rang

+ LED nhập từ nước ngoài có thông số rõ ràng nên ta có thể chắc chắn ánh sàngphát ra là ánh sáng mà ta mong mu ốn, và từ các thông số này ta có thể dễ dàng tính

ra số LED mà ta sử dụng nhằm đảm bảo phát ra c ường độ sáng như mong muốn Sau một thời gian tìm thông tin trên internet thì tôi đã tìm được bóng đèn LED phát ra ánhsáng mong muốn với cường độ sáng tương đố lớn và giá thành chấp nhận được Sau đây

là các thông số của bóng đèn LED super bright mà tôi đã tìm đuợc trên internet có mã sốRL5-B2545

Các thông số cơ bản:

Hình 3.3 Các thông số cơ bản của Super bright LED RL5 -B2545 [2].

Các thông số về kích thước:

Hình 3.4 Các thông số về kích thước của super bright LED RL5

Hình 3.6 Ảnh hưởng của nhiệt độ [2]

Các thông số về bước sóng:

Hình 3.7 Phổ bước sóng phát ra [2]

Bảng giá của LED RL5-B2545:

MÃ SỐ

LINH

KIỆN

TỪ 1-9 LED

TỪ 10-49 LED

TỪ 50-99 LED

3.4.2 Lựa chọn Sensor quang thu nhận tín hiệu

Chọn sensor là một công đọan rất quan trọng bởi v ì ánh sáng trong khoảng bước sóng nàyphát ra rất khó thu nhận, tín hiệu nhận về phụ thuộc v ào rất nhiều vào công đoạn lựa chọnSensor Chính vì thế chọn Sensor quang cần phải cân nhắc kỹ

Dựa vào bước sóng ánh sáng phát ra, ta chọn Sensor thu nhận sao cho có b ước sóng đáp

ứng trùng với bước sóng mà đèn LED Super bright phát ra

Sau một thời gian tìm thông tin trên internet và tham khảo ở các sách tôi tìm được conPhotodiode có mã số là BPW21R của hãng Siemens

Sau đây là Datasheet c ủa nó:

Hình 3.8 Hình dạng bên ngoài của sensor BPW21R [3]

+) Các thông số cơ bản:

Hình 3.9 Các thông số cơ bản của sensor BPW21R [3] +) các thông số đặc trưng:

Hinh 3.10 Các thông số đặc trưng của sensor photodiode BPW21R [3]

Từ các thông số trên ta có thể thấy đáp ứng bước sóng của photodiode BPW21R l à hoàntoàn phù hợp với yêu cầu thiết kế, khoảng b ước sóng đáp ứng là từ 420 nm  675 nm,sensor này có độ nhạy cao nhất ở bước sóng 565 nm, trong khi đó d àn đèn LED super

bright phát ra ánh sáng có bư ớc sóng trong khoảng từ 420 nm  550 nm với cường độ

phát mạnh nhất ở bước sóng 460 nm ( là bước sóng mà Bilirubine hấp thụ nhiều nhất )

Như vậy ta có thể nhận thấy rằng toàn bộ phổ ánh sáng của LED super bright đều nằm

trong khoảng bước sóng thu nhận của sensor, h ơn nửa ánh sáng do LED super bright phát

ra nằm trong khoảng gần nh ư tuyến tính với độ nhạy của sensor, N ên có thể kết luận làsensor của ta có đáp ứng thu nhận rất tốt với b ước sóng mà LED super bright phát ra

3.4.3 Lựa chọn linh kiện cho khối ADC

Ngày nay hầu hết việc truyền đạt tín hiệu cũng nh ư quá trình điều khiển và chỉ thị đềuthực hiện theo phương pháp số, vì vậy khối vi xử lý chỉ xử lý được các tín hiệu số được

mã dưới dạng các bit nhị phân, m à tín hiệu của ta thu nhận là tín hiệu Analog nên cầnphải có thiết bị mã hóa tín hiệu này sang các bít nhị phân Đây là thiết bị trung gian kết

nối giữa khối khuếch đại và khối xử lý trung tâm Trong phần này tôi dùng IC ADC 0809,

IC này rất thông dụng trong thực tế v à thường thấy trong các hệ thống điều khiển ở ViệtNam Ngoài ra IC ADC 0809 có m ột số ưu điểm sau:

3.4.3.1 Giới thiệu về IC ADC 0809 .

Bộ ADC 0809 là một thiết bị CMOS đơn tinh thể có bộ chuyển đổi t ương tự sang số A/D,mạch đa hợp 8 kênh và mạch logic điều khiển t ương thích với bộ vi xử lý Mạch A/D 8bit dùng phép xấp xỉ liên tiếp làm kỹ thuật biến đổi Mạch biến đổi đ ược đặt trưng bằngmạch so sánh, mạch chia điện áp 256 điện trở có cây chuyển mạch t ương tự và thanh ghixấp xỉ liên tiếp Linh kiện này có ưu điểm là loại bỏ các nhu cầu hiệu chỉnh zero v à toàngiải bên ngoài Tính giao diện dể dàng với các bộ vi xử lý được cung cấp bởi các ng õ vào

địa chỉ mạch ghép kênh được chốt và được giải mã và các ngõ ra 3-trạng thái TTL được

chốt

Ngoài ra IC ADC 0809 còn có các ưu điểm sau :

+ Dể dàng giao diện với các bộ vi xử lý

+ Không yêu cầu chỉnh ZERO hoặc to àn giải

+ Mạch đa hợp 8 kênh có mạch logic địa chỉ

+ Tốc độ biến đổi cao

+ Độ chính xác cao

+ Phụ thuộc tối thiểu vào nhiệt độ

+ độ chính xác và lặp lại trong thời gian d ài rất tốt

+ Công xuất tiêu thụ ít nhất

*) Sơ đồ chân IC ADC 0809:

Hình 3.11 Sơ đồ chân IC ADC 0809 [3].

*) Ý nghĩa các chân của IC ADC 0 809:

- IN1 IN8 : 8 ngõ vào analog

- A, B, C : giải mã chọn các ngõ vào Analog

- 2-1  2-8

: ngõ ra song song 8 bit

- ALE : cho phép chốt địa chỉ

- Start : xung bắt đầu chuyển đổi

- CLK: chân cấp xung clock cho ADC

- OE ( output enable ): xung cho biết được phép lấy tín hiệu ra

- EOC (end of convert ): chân cho bi ềt kết thúc chuyển đổi

- VCC, GND : lần lượt chân cấp nguồn và chân nối mass

3.4.3.2 Đặc điểm và nguyên tắc hoạt động của IC ADC 0809.

+Độ phân giải 8 bit

+ Sai số tổng không hiệu chỉnh : ± ½ LSB và ± 1LSB+ Nguồn cung cấp điện đơn: 5 VDC

+ Công xuất thấp : 15 mW+ Thời gian biến đổi: 100 µs+ Nguyên tắc chọn kênh Analog:

Hình 3.12 Nguyên tắc chọn kênh của ADC 0809

+ Nguyên tắc hoạt động của IC ADC 0809: muốn IC ADC 0809 hoạt động th ì cầnnối các châm điều khiển của IC ADC 0809 v ào hệ thống vi xử lý, và dùng hệ thống

vi xử lý này để điều khiển hoạt động của IC ADC 0809, cụ thể theo những bướcsau:

Bước 1: Chọn một kênh analog ngõ vào b ằng cách chốt các chân theo nh ưbảng trên

Bước 2: Kích hoạt xung ALE (chân cho phép chốt địa chỉ của IC ADC

0809 ) Bước 3: Kích hoạt chân start để cho IC ADC 0809 bắt đẩu chuy ên đổi Bước 4: Chờ cho chân EOC (end of convert ) lên m ức tích cực cao, lúcnày quá trình chuyển đổi đã thực hiện xong

Bước 5: Kích hoạt chân OE (output enable ) chân n ày cho phép đọc dữliệu ra từ IC ADC 0809

Giá trị ra của tín hiệu analog cấp v ào bằng N:

Trong đó:

-N là giá trị 8 bit ứng với tín hiệu analog v ào

- VIN là ngõ vào analog

-Vref (+)là điện áp tham chiếu tại chân REF (+)

Nếu nhưVref (-)= 0 Vtương ứng với nối xuống chân GND

hiệu analog là 5V

+ Một điều cần lưu ý là cấn phải tao mạch xung clock ri êng cho IC ADC 0809,bởi vì IC ADC 0809 không có xung clock riêng, tốc độ biến đổi của IC ADC

0809 phụ thuộc vào tần số xung clock, nhưng thời gian biến đổi này không nhanh

hơn 100 ms Tần số chuẩn của cung clock cấp cho IC ADC 0809 l à 640 khz

3.4.4 Lựa chọn linh kiện cho khối Vi xử lý

3.4.4.1 Vai trò của khối vi xử lý trong hệ thống

Khối vi xử lý là khối điều khiển trung tâm của hệ thống, có thể ví khối vi xử lý l à bộ óccủa 1 thiết bị hoặc 1 hệ thống ng ày nay hầu hết các thiết bị điện tử đều có các hệ thống

điều khiển tự động, các thiết bị n ày tự đông hoạt động theo một ch ương trình đã cài đặt

sẵn Các hệ thống tự động không chỉ đi v ào các lĩnh vực công nghiệp, y tế… m à còn đixâu vào các thiết bị sinh hoạt hàng ngày như Tivi, lò vi sóng, máy giặt Có thể nói rằng

điều khiển tự động ng ày càng làm cho cuộc sống con người ngày dể chịu và tiện nghihơn

Có thể nói rằng thiết bị càng thông minh thì vài trò c ủa khối vi xử lý càng thể hiện vai tròquan trọng của chúng, trong thiết kế thiết bị đèn chiếu vàng da dành cho trẻ sơ sinh thìkhông chỉ điểu chỉnh cường độ sáng của dàn đèn mà nó còn điều khiển quá trình thu nhậntín hiệu (IC ADC), ngoài ra còn thực hiện quá trình hiển thị lên LED 7 đoạn Nếu hệthống có kết nối với các thiết bị khác nh ư máy tính thì việc điều khiển tín hiệu cần phảiphối hợp đồng bộ giữa bộ phận nhận v à phát và muốn làm được điều này cũng cần có vi

xử lý để điều khiển tín hiệu theo các chuẩn giao tiếp Chính vì vậy cần phải có một quátrình điều khiển nhịp nhàng giữa các khâu để cho hệ thống điều khiển hoạ t động ổn định

và hiệu quả nhất Trong hệ thống điều khiển của thiết bị đ èn chiếu vàng da dành cho trẻ

sơ sinh tôi dùng IC 89C52 thuộc họ 8051 bởi vì những lý do sau:

+ Là một họ vi điều khiển rất thông dụng và phổ biến nhất nhất thế giới v à ứngdụng trong nhiều lĩnh lực

+ Có điểm mạnh trong cách sử lý ngắt

+ Họ vi xử lý 8051 có bán rất nhiều trên thị trường Việt Nam

+ Dung lượng Ram và Rom nội khá lớn ( Ram 128 byte, Rom 8Kb ) , thích hợp với

đồ án điều khiển, khi cần có thể mở rộng dung l ượng Rom nội

+ Tương thích với IC ADC 0809

+ Đơn vị thu/phát bất đồng bộ phổ biến UART ho àn toàn xong công

+ Sáu nguồn hay nguyên nhân ngắt ( interrupt source ) với hai mức ưu tiên

+ 128 byte RAM bên trong chip (Ram n ội)

+ Hai không gian địa chỉ 64Kbyte riêng rẽ cho bộ nhớ CODE (ch ương trình) và bộ

nhớ DATA (dữ liệu )

Hình 3.13 Sơ đồ khối của 8051 [4].

*) Sơ đồ cách bố trí chân của 8051:

Hình3.14 Sơ đồ bố trí chân của 8051 [4]

*) Ý nghĩa các chân trên 8051:

- Port 0: là port 2 chức năng trên các chân từ 32 đến 39, nếu dùng bộ nhớ mở rộng nó

được dồn kênh giữa bus địa chỉ và bus dử liệu

-Port 1: là cổng dành riêng cho nhập xuất trên các chân 1-8 Các chân được ký hiệu P1.0,

P1.1, P1.2,… có thể dùng cho giao tiếp với các thiết bị ngo ài nếu cần

- Port 2: là cổng công dụng kép trên các chân 21-28 được dùng như các đường xuất nhậphoặc là byte cao của bus địa chỉ đối với các thiết kế dùng bộ nhớ mở rộng

-Port 3: là cổng công dụng kép trên các chân 10-17 Các chân của port này có nhiều chức

năng, các công dụng chuyển đổi có liên hệ với các đặt tính đặt biệt của 8051 như sau:

.P3.0 :Dữ liệu nhận cho port nối tiếp

.P3.1 :Dữ liệu phát cho port nối tiếp

.P3.2 :Ngắt 0 bên ngoài

.P3.3 :Ngắt 1 bên ngoài

.P3.4 :Ngõ vào của timer/counter 0

.P3.5 :Ngõ vào của timer/counter 1

.P3.6 :Xung ghi bộ nhớ dữ liệu ngoài

.P3.7 :Xung đọc bộ nhớ dữ liệu ngoài

-PSEN: là chân số 29, tích cực mức thấp, nó là tín hiệu điều khiển để cho phép bộ nhớ

chương trình mở rộng và thường được nối đến nhân OE (output enable ) của một

EPROM để cho phép đọc các byte m ã lệnh Chú ý khi thi hành chương trình trong rom

nộiPSEN sẽ ở mức tích cực cao

-ALE :là chân số 30, tích cực mức cao, cho phép chốt địa chỉ

-EA : Cho phép truy cập bên ngoài, tín hiệu EA vào chân 31, thường được mắc lên mứccao (+5V ) hoặc tích cực mức thấp (0V) Nếu ở mức tích cực cao th ì 8051 thi hành lệnh

chương trình từ rom nội, nếu ở mức tích cực thấp th ì chương trính thi hành từ bộ nhớ mở

rộng

-RST: Chân số 9, tích cực mức cao, l à ngõ reset chính của 8051 Khi tín hiệu n ày được

đưa lên mức cao (trong ít nhất 2 chu kỳ máy), các thanh ghi b ên trong sẽ được nạp vào

những giá trị thích hợp để khởi đông hệ thống đúng

-Các ngõ vào dao động trên 8051: như đã thấy ở hình trên, 8051 có chân ngõ vào c ấp

xung clock trên chân s ố 18, 19 được nối nối với hai tụ 30 PF v à thạnh anh tạo dao độngtần số 12 Mhz

*) Các thanh ghi đặc biệt :

- Các thanh ghi port xuất nhập:

Các port của 8051 có ưu điểm là địa chỉ hóa từng bít, rất thuận lợi trong quá tr ình lậptrình và giao tiếp rất thuận lợi Các port n ày tương ứng ứng ở các địa chỉ:

- Port 0: ở địa chỉ 80H

- Port 1: ở địa chỉ 90H

- Port 2: ở địa chỉ AOH

- Port 3: ở địa chỉ B0H

- Các thanh ghi timer:

8051 gồm có 2 bộ định thời đếm 16 bit đ ược dùng trong các việc định thời hoặc đếm sựkiện Timer 0 ở địa chỉ 8AH ( TL 0 l à byte thấp ) và 8CH (TH0 là byte cao) Timer 1 ở

địa chỉ 8BH ( TL1 là byte thấp ) cà 8DH (TH1 là byte cao) Hoạt động của timer được đặt

bởi thanh ghi timer mode (TMOD) ở địa chỉ 89H v à thanh ghi và thanh ghi đi ều khiểntimer (TCON) ở địa chỉ 88H, và cần lưu ý là chỉ có TCON là địa chỉ hóa từng bit

- Các thanh ghi cổng nối tiếp:

8051 chứa 1 cổng nối tiếp trên chíp dành cho việc trao dổi thông tin với c àc thiết bị nốitiếp như máy tính, modem ho ặc các IC khác có giao tiếp nối tiếp, điều n ày rất thuận lợicho việc kết nối với máy tính củng nh ư ADC…

- Các thanh ghi ngắt:

8051 có cấu trúc 5 nguồn ngắt, 2 mức ưu tiên Các ngắt bị cấm sau khi reset hệ thống và

sẽ được cho phép bằng cách ghi v ào thanh ghi cho phép ng ắt ở địa chỉ A8H Cả hai thanh

ghi đuợc địa chỉ hóa từng bit Hoạt động ngắt đ ược bàn chi tiết ở phần sau

- Thanh ghi điều khiển nguồn:

Thanh ghi điều khiển nguồn (PCON) ở địa chỉ 87H chứa các bit điều khiển, v à chú ý là

PCON không thể truy cập theo các địa chỉ bit

*) Giới thiệu hoạt động của bộ định thời 8051:

Timer là một chuỗi các Flip Flop chia đôi tần số mắc nối tiếp vớ i nhau, chúng nhận tínhiệu vào làm nguồn xung nhịp Xung nhịp đ ược đưa vào Flip Flop thứ nhất để chia đôitần số xung nhịp Ng õ ra của Flip Flop thứ nhất l àm xung nhịp cho Flip Flop thứ 2

và.v.v…Ví mỗi tần kế tiếp chia đôi cho n ên timer có n tầng sẽ cho xung ra có tần số là tần

số xung nhịp chia cho 2n Ngõ ra của tần dưới làm xung nhịp cho Flip Flop báo tr àn củatimer Giá trị nhi phân trong các Flip Flop của timer có thể xem nh ư là số đếm xung nhịp

từ khi timer bắt đầu chạy Ví dụ, timer 16 bit sẽ đếm l ên từ 0000H đến FFFFH Cờ báotràn sẽ bật lên khi số đếm tràn từ FFFFH đến 0000h

8051 có 2 timer 16 bit , có 16 tầng hay tầng cuối cùng chia tần số xung nhịp cho 216=

65536 mỗi timer có 4 chế độ hoạt động Thông th ường người sử dụng timer nhằm mục

đích :

+ Định khoảng thời gian

+ Đếm sự kiện

+ Tạo tốc độ baud cho cổng nối tiếp có sẳn trong 8051.

Cụ thể trong các ứng dụng định khoảng thời gian, ng ười ta lập trình cho timer tràn ở mộtkhoảng đều đặn và đặt cờ tràn timer lên 1 Cờ được dùng để đồng bộ hóa chương trình đểthực hiện một tác động nh ư kiểm tra trạng thái của các ng õ vào hoặc gửi dữ liệu ra cácngõ vào

Hình 3.15 Các nguồn tạo xung nhip cho port nối tiếp [4]

Trong các ứng dụng đếm sự kiện d ùng để xác định số lần xảy ra của một sự kiện h ơn là

đo khoảng thời gian trôi qua giửa các sự kiện Một sự kiện l à bất cứa tác động bên ngoài

nào có thể cung cấp một chuyển tiếp 1 sang 0 tr ên một chân nào đó của 8051, ngoài ratimer còn dùng để set tốc độ baud cho cổng nối tiếp có sẵn trong 8051.

Tốc độ baud cố định ở các chế độ 0 v à 2, trong chế độ 0 tốc độ baud luôn bằng tần số củaxung clock cung cấp cho chip 8051 chia cho 12 Giả sử thạch anh d ùng trong 8051 là12Mhz thí tốc độ baud ở chế độ 0 l à 1Mhz

3.5 Thiết kế sơ đồ mạch điện chi tiết của thiết bị và mô hình

3.5.1 Sơ đồ chi tiết bộ khuếch đại

Hầu hết các thiết bị điện tử có các bộ phận cảm biến đều có bộ phân khuếch đại tín hiệu,khối này có vai trò làm cho tín hi ệu có độ đủ lớn để cho các phần cứng bên trong thiết bị

có thể giao tiếp được Có rất nhiều mạch khuếch đại nhưng mỗi mạch có những ưu điểm

và khuyết điểm riêng Tùy vào mỗi ứng dụng mà người sử dụng cân nhắc chọn lựa mạchkhuếch đại cho phù hợp

Riêng trong mảng thiết bị y tế, mạch khuếch đại thường sử dụng là mạch khuếch đại thiết

bị ( instrument amplifier ) B ởi vì mạch khuếch đại thiết bị này có khả năng lọc nhiễu rấttốt và rất ổn định, chính vì vậy trong phạm vi đề tài này mạch khuếch đại được tôi chọn

và sử dụng là mạch khuếch đại thiết bị

Sau đây là sơ đồ mạch khuếch đại mà tôi dùng:

Trong sơ đồ mạch trên tôi dùng IC LM324, m ắc với các điện trở như hình vẽ, vì nguyên

lý hoạt động của mạch khuếch đại vi sai là khuếch đại hiệu hai đầu tín hiệu nhận vào, màhai tín hiệu đầu vào này nhiễu giống nhau, chính vì vậy tín hiệu ra là tín hiệu có ích saukhi đã triệt tiêu nhiễu

Vì vậy khi chọn điện trở cho sơ đồ mạch trên cân phải chọn lựa điện trở có giá trị bằngnhau để bảo đảm sự triệt nhiễu tối đa Vì em dùng IC LM 324 nên không c ần thiết phải

điều chỉnh offset

Hình 3.16 Sơ đồ mạch khuếch đại

Sau đây là sơ đồ mạch thực tế thực hiện được:

Hình 3.17 Sơ đồ mạch khuếch đại

Hình ảnh thực tế khi test mạch khuếch đại:

Hình 3.18 Tín hiệu đầu vào [ 5V/div]

Hình 3.19 Tín hiệu đầu ra mạch khuếch đại [1V/div]

Qua hình trên ta thấy rằng tín hiệu vào rất là nhiễu nhưng khi qua mạch khuếch đại thì tínhiệu gần như là không còn nhiễu nữa, Tín hiệu đầu vào khoảng 3mV ở thang đo 5mv/divTín hiệu đầu ra khoảng 3V ở thang đo 1 V/div

3.5.2 Sơ đồ mạch cấp xung clock cho IC ADC 0809 v à 8051

Như đã trình bày ở trên thì IC ADC 0809 có m ột bộ phận tạo xung clock riêng, nguồnxung clock này làm giúp cho sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến thời gian biến đổi của IC ADC

0809 nhưng mà cũng không thể nhanh hơn 100ms, đây là thời gian biến đổi nhanh nhấtcủa IC ADC 0809

Có rất nhiều lựa chọn cho thiết kế để tạo nguồn xung clock cho IC ADC 0809 b ởi vì córất nhiều mạch tạo xung clock và tài liệu về phấn này cũng rất nhiều

Khi bắt đầu tiến hành tạo mạch xung clock cho IC ADC 0809 thì tôi ch ọn mạch xungclock dùng IC 555 bởi vì mạch này rất thông dụng và phổ biến ngoài ra có thể điều chỉnhtân số xung clock rất dể dàng

Sơ đồ mạch như sau:

Hình 3.20 Sơ đồ mạch của mạch xung clock dùng IC 555

Nhưng sau đó trong quá trình sử dụng thì bản thân tôi cũng thấy khi nâng tầng số cao trên

500 Khz thì xung ra không ổn định mà IC ADC 0809 cần xung Clock chuẩn là 640Khz,sau đây là sơ đồ mạch thực tế tôi làm được :

Hình 3.21 Mạch thực tế của mạch xung Clock dùng 555

Sau này trong quá trình tìm hi ểu thì tôi thấy dùng sơ đồ mạch sau đây rất tiện dụng vàhiệu quả khi tương tác với IC ADC 0809 rất tốt chạy rất ổn định và tới hiện nay thì chưathấy có trục trặc nào Sau đây là sơ đồ mạch :

Hình 3.22 Sơ đồ mạch của mạch xugn Clock dùng 74LS04