基于DSP的神奇人脑心智锻炼机

四. 硬件描述：

a) 头皮电极用镀银电极，使用前用盐水浸泡。

电极放置方法：按国际10-20 系统标准，两个参考电极分别放置在左、右耳垂处，两信号电极分别放置在O1、O2 位置，DRL 电极可以接在人体任何位置。

b) 脑电放大器：采用现代高阻仪表放大器做输入的，总增益约20KV/V，另加屏蔽驱动电路和右脚驱动电路抑制50Hz 干扰，通频带1-30Hz。

c) A/D 之前的抗混叠滤波器采用8 阶椭圆低通开关电容滤波器，截止频率由时钟频率控制，DSP 中的内置两通道、八路12 位分辨率ADC,可配置成两通道两路同时采样，最高采样率达1.66Msps，ADC内部最大时钟频率5MHz,8.5 个时钟频率即可完成单次转换，具备与DSP 内部TIMER 模块、PWM 模块及外部信号同步触发功能，本系统就是利用TIMER 模块的TC2、TC3 定时中断并触发ADC，对1—30Hz 的脑电信号进行采样，采样频率为250Hz TIMER 提供精确50%占空比3.5K 时钟，R＝1.5。两路EEG 信号从AN0、AN4 输入。

d) MotorolaDSP56805 内部有16 个定时/计数器，可对内/外部事件计数，及对外部输入信号进行计时等基本功能，其中包括定频/变频脉冲输出，由于脑电信号经EEG 放大器放大后，须进行带限处理，利用TIMER 模块的TC0、TC1 提供8 阶椭圆低通开关电容滤波器3.5KHz 的工作时钟，截止频率由时钟频率控制。Timer D 模块分别输出变频方波，调节声、光节率。

e) 128*64 像素的LCD 显示器负责显示功能菜单和EEG 频谱对称性图，LCD 通过DSP 外部存储器跟DSP连接，另加4 条GPIO 控制脚。

f) 键盘只有两个按键，按左键滚动菜单项，右键选择项，分别接IRQA 和IRQB 外部中断。

g) 805 片内串行通讯接口(SPI)可方便地将各种DSP 产生的音效算法输出到外部DAC。

h) 利用片内串行通讯接口(SCI)通过红外数据接口设备(IRDA)与家用PC 通信，安全方便。

系统原理图

五. 软件描述

a) 由于要求从原始脑电信号中提取出7 个频段的信号功率，无相位要求，故采用以下指标的7 个IIR数字带通滤波器。

0.8 – 2.9 Hz, 通带波纹1.0dB, 阻带衰减 46dB。

3.2 – 5.0 Hz, 通带波纹1.0dB, 阻带衰减48dB

5.3 – 7.8 Hz, 通带波纹1.0dB, 阻带衰减48dB

8.2 – 10.8 Hz, 通带波纹1.0dB, 阻带衰减48dB

11.3 – 14.8 Hz, 通带波纹0.5dB, 阻带衰减48dB

15.3 – 18.0 Hz, 通带波纹0.5dB, 阻带衰减50dB

24.5 – 34.0 Hz, 通带波纹0.1dB, 阻带衰减44dB (53dB @ 50Hz)

b) 每通道128 点FFT 计算，并在LCD 上显示左右脑半球的EEG 频谱对比图(即脑频谱镜),重叠比4:1,即每0.25 秒计算更新一次。

c) 在脑波反馈模式中(EEG)，电子仪器通过头皮电极实时地拾取出脑波信号，并通过特殊的音效反馈给入静者，使其通过自身的心理调整，更加接近目标状态。每通道独立进行α、β、θ三频段数字带通滤波，滤波输出后进行相应的频段幅度比计算，再根据相应的比值控制可变频方波发生器输出，驱动音频。

软件描述

d) 在声光模式时，通过用户设定，仪器根据特定的生理节律，以音效、闪光的形式产生诱导刺激。通过一个8 段序列发生器，产生一个纯正弦波和背景粉红噪音，调制声、光输出。声音基调、振动频率、左右耳声音强度、粉红背景音强度、声音段长度和时间段长度等都可由用户自定义调节。每个预设值均有一个独立的用户可编程音调，而且增加了9 个预置节拍频率值。本功能正是采用正弦调制信号以声光形式对主体的脑电进行诱导，使之产生‘脑皮层共振’现象。

软件描述

e) 在闭环牵引模式时，脑波反馈模式与声光诱导模式，同时作用于受试者，使声光诱导可根据脑波的状态自动调节，大大缓和脑波状态，自我调节更有效。是一种频率牵引效应，使受测者在知道自己状态的同时，被引导仍向目标频率的脑波状态靠近，且知道靠近了多少。反馈短促且间隔较长的音频信号。从生物反馈技术来看，是把人脑不能感知的生理信号通过电子仪器提取、转化为声、光信号反馈给使用者，通过自身的心理调整，改变自身的生理状态，其中，心理调整是依靠使用者心理有意识地、甚至强烈的愿望，然而，一些人，如儿童、小儿多动症患者，精神涣散症、精神、注意力难以集中、情绪易波动者等都需要借助有效机制的引导。以当前的脑波信号根据所设目标频率，使调制光及声响依照接近目标的距离进行诱导，令受测者通过反馈信息不自觉地接近目标。

软件描述

程序初始化