基于labview和DAQ的神经信号刺激器

燕山大学课程设计说明书燕山大学课程设计说明书题目：基于labview的神经信号发生器学院(系）：电气工程学院年级专业： 09级生物医学工程1班学号： 0901********学生姓名：王京指导教师：赵勇教师职称：讲师燕山大学课程设计（论文）任务书院（系）：电气工程学院基层教学单位：生物医学工程系学号0901******** 学生姓名王京专业（班级）09级生物医学工程1班设计题目基于labview的神经信号发生器设计技术参数●实现任意波形发生；●可随时改变输出信号的参数。

设计要求●设计生物参数电刺激系统设计电路；●用labview及pxi进行电路仿真；工作量●学会使用labview软件；●独立完成电路设计，并仿真；●参加答辩并书写任务书。

工作计划1.学习使用软件labview，选定设计方案；2.电路设计；3.电路设计；4.电路仿真、调试；5.答辩并书写任务书。

参考资料《现代测控电路》.李刚主编.高等教育出版社.《实例讲解Multisim 10电路仿真》. 程勇.人民邮电出版社. 《生物医学信号的处理与识别》杨福生.天津科技翻译出版公司.指导教师签字赵勇基层教学单位主任签字李昕2012年 7月 2日目录1课题的主要任务----------------------------------------------------------22.数据采集卡的选择-------------------------------------------------42.1 数据采集卡的主要性能指标----------------------------42.2数据采集卡的组成------------------------------------------52.3 PXI6251------------------------------------------------------53 系统总体的设计及实现----------------------------------------------63.1系统框架和设计流程------------------------------------------63.2系统设计--------------------------------------------------83.3系统具体应用程序---------------------------------------------83.4 程序框图的具体设计步骤---------------------------163.5基本波形信号发生器----------------------------------183.6 硬件连接调试--------------------------------------------------203.7 整体程序的具体实现-------------------------------------------21结论-------------------------------------------------------------------------23参考文献------------------------------------------------------------------24引言2002年．(Nature)杂志报道了美国纽约州立大学医学中心Chapin教授将电极植入大鼠的不同脑区．并给予适当的刺激．使实验动物可按照人所设想的一定路线行走【锄]。

2004年，美国波士顿大学Atema教授将电极植入鲨鱼大脑，利用植入鲨鱼体内的微型芯片。

操控它在水中游动的方向。

2006年．山东科技大学将8根微电极植入鸽子的脑中．插上刺激发生器。

可使鸽子实现起飞、盘旋、左转、右转、前进等动作。

2007年。

浙江大学将电极植人大鼠脑医．升给r适当的刺激和练实现了对大鼠的遥控导o1．课题的主要任务通过labview模拟生成刺激信号控制动物的活动，通过刺激和观察。

研究神经刺激对动物的调控信号源的波形有正弦波、方波、三角波、锯齿波等不同种类。

信号的频率、幅值和占空比等波形参数可按需要进行调节。

本设计以数据采集卡的物理通道进行设计，从LABVIEW设计的程序中产生的模拟（数字）输入，经过信号调节后，由数据采集卡采集并输出信号。

基于DAQ的任意波形发生器信号发生器作为科学实验必不可少的装置，被广泛地应用到教学、科研等各个领域。

高等学校特别是理工科的教学、科研需要大量的仪器设备，例如信号源、示波器等，常用仪器都必须配置多套，但是有些仪器设备价格昂贵，如果按照传统模式新建或者改造实验室投资巨大，造成许多学校仪器设备缺乏或过时陈旧，严重影响教学科研。

如果运用虚拟仪器技术构建系统，代替常规仪器、仪表，不但可以满足实验教学的需要、节约大量的经费、降低实验室建设的成本，而且能够提高教学科研的质量与效率。

随着现代电子、计算机和信号处理等技术的发展，极大促进了数字化技术在电子测量仪器中的应用，使原有的模拟信号处理逐步被数字信号处理所代替，从而扩充了仪器信号的处理能力，提高了信号测量的准确度、精度和变换速度，克服了模拟信号处理的诸多缺点，数字信号发生器随之发展起来。

其基本原理如图1.1所示。

波形发生电路D/A 转换电路I/O 控制控制信号输出键盘显示控制芯片信号采集图1.1 信号发生器基本原理框图信号发生器的应用非常广泛，种类繁多。

首先，信号发生器可以分通用和专用两大类，专用信号发生器主要为了某种特殊的测量目的而研制的，如电视信号发生器、脉冲编码信号发生器等，这种发生器的特性是受测量对象的要求所制约的。

其次，信号发生器按输出波形又可分为正弦波信号发生器、脉冲波信号发生器、函数发生器和任意波发生器等。

再次，按其产生频率的方法又可分为谐振法和合成法两种。

一般传统的信号发生器都采用谐振法，即用具有频率选择性的回路来产生正弦振荡，来获得所需频率。

2数据采集卡的选择数据采集板卡的性能与众多因素相关，要根据具体情况来具体分析。

所以在选择数据采集卡构成系统时，首先必须对数据采集卡的性能指标有所了解。

2.1数据采集卡的主要性能指标1）采样频率采样频率的高低，决定了在一定时间内获取原始信号信息的多少，为了能够较好的再现原始信号，不产生波形失真，采样率必须要足够高才行。

根据奈奎斯特理论采样频率至少是原信号的两倍，但实际中，一般都需要5～10倍。

2）采样方法采集卡通常都有好几个数据通道，如果所有的数据通道都轮流使用同一个放大器和A/D转换器，要比每个通道单独使用各自的经济的多，但这仅适用于对时间不是很重要的场合。

如果采样系统对时间要求严格，则必须同时采集，这就需要每个通道都有自己的放大和A/D转换器。

但是处于成本的考虑，现在普遍流行的是各个数据通道公用一套放大器和A/D转换器。

3）分辨率ADC的位数越多，分辨率就越高，可区分的电压就越小。

4）电压动态范围电压范围指ADC能扫描到的最高和最低电压。

一般最好能够使进入采集卡的电压范围刚好与其符合，以便利用其可靠的分辨率范围。

5）I/O通道数该参数表明了数据采集卡所能够采集的最多的信号路数。

2.2数据采集卡的组成1）多路开关。

将各路信号轮流切换至放大器的输入端，实现多参数多路信号的分时采集。

2）放大器。

将切换进入采集卡的信号放大至需要的量程内。

通常的放大器都是增益可调的，使用者可根据需要来选择不同的增益倍数。

3）采样保持器。

把采集到的信号瞬间值保持在A/D转换的过程中不变化。

4）A/D转换器。

将模拟的输入信号转化为数字量输出，完成信号幅值的量化。

2.3PXI-6251多功能数据采集卡NI PXI-6251是NI公司M系列的高速多功能数据采集卡其，具有16路16位模拟输入（8路差分或16路单端输入），但通道采样率最大可达1.25MS/s，多通道可达1.00 MS/s 。

2路16位模拟输出（2.8 MS/s）24条数字线，32位计数器。

与ＮＩ－ＤＡＱ驱动无缝结合，保证了实时信号不间断采集存储和传输。

图3.1 ＰＸＩ－６２５１实物图3系统总体的设计及实现3.1程序框图的设计流程用LABVIEW设计虚拟信号发生器的主要步骤是在设计程序框图上，图4.1是设计程序框图的主要流程。

创建通道选择连续采样指定采样率指定采样数写入采样开始等待生成所有采样停止清除图4.1 程序框图的设计流程3.2系统设计设计信号发生器的主要任务是设计程序框图和前面板，在设计这两部分中若没有出现数据类型不匹配、控件的属性设置等问题，再跟硬件连接，看是否可以产生各种信号，并且能被数字示波器采集到，并在硬件允许的范围内体现比现有信号发生器更宽泛的信号范围。

3.3 系统具体应用程序按系统的总体要求，设计一个可产生任意波形的程序。

图4.2为波形产生程序。

图4.2 波形产生程序左边一个大的while循环，里面套一个条件结构。

其主要的功能就是创建任意设计的波形，并将它在前面板中显示出来。

右边是一个平铺的顺序结构，这是在你想要停止运行的程序，并对已建立的波形进行保存的时候，所执行的部分。

下面先介绍一下任意波形发生器的主要原理：一、前面板框图1、创建波形显示区域图一3、波形创建面板图三二、程序框图1、主程序图四左边一个大的while循环，里面套一个条件结构。

其主要的功能就是创建任意设计的波形，并将它在前面板中显示出来。

右边是一个平铺的顺序结构，这是在你想要停止运行的程序，并对已建立的波形进行保存的时候，所执行的部分。

下面详细介绍各部分的功能：首次运行时，我们选择的是分支0.如下图：图五上图左下角红圈所示的是一个簇，对应于前面板上就是左图所示的部分：Waveform mode所对应的是一个下拉列表控件，点击绿色下拉箭头，会出现clear data,create,load data三项选择，它们分别对应数字0,1,2。

程序开始时，系统默认在clear data，所以解除捆绑后，对应的就是数字0，从而选择了分支0。

分支0中又套了一个条件结构，分真、假两个分支。

表明是否第一次调用子VI或部分程序框图。

只有在按下运行按钮后第一次调用时，该函数才返回TRUE。

当第一次运行时，条件分支选择“真”分支，弹出对话框，如下图所示：图六点击ok后，便可运行此程序了。

由于分支0的作用就是clear data，所以在分支0中还有一个对加载的波形进行清零的部分。

就是下图中绿圈圈出的部分：图七而上图红色圈出的的部分是一个选项卡，当我们在前面板选择clear data和load data时，前面板显示的是波形显示控件（如图二），选择create 是，显示的是波形创建面板（如图三）。

当我们选择create时，执行分支1，程序框图如下图所示：图八图中黄圈圈出的部分是一个簇，对应于前面板上的波形创建面板（如图三）。