低功耗MCU電子電路設(shè)計(jì)圖集錦TOP12 —電路圖天天讀（110） - 全文

　　TOP1 STM32低成本W(wǎng)iFi播放電路

　　以STM32F103 作為微處理器，設(shè)計(jì)一個(gè)低成本的無(wú)線WiFi 音樂(lè)播放系統(tǒng)，結(jié)合接收WiFi 數(shù)據(jù)的WM-G-MR-08（wm631）模塊和VS1003B 音頻解碼器實(shí)現(xiàn)MP3 音樂(lè)播放。基于Android 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的客戶(hù)端軟件采用手機(jī)控制，完成手機(jī)端與控制端之間的數(shù)據(jù)傳輸，實(shí)現(xiàn)手機(jī)遠(yuǎn)程對(duì)音樂(lè)播放器的控制。結(jié)果表明，該系統(tǒng)設(shè)備簡(jiǎn)單方便、成本較低、系統(tǒng)可靠、易于擴(kuò)展。本設(shè)計(jì)基于已經(jīng)發(fā)展成熟的WiFi 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，充分利用WiFi 覆蓋范圍廣、傳輸速度快、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。Android 具有開(kāi)源性、封裝性、性?xún)r(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)，基于Android 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的客戶(hù)端軟件移植性強(qiáng)，通用性高。采用手機(jī)作為控制終端，便于操作。手機(jī)通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)（WiFi）對(duì)音樂(lè)播放系統(tǒng)進(jìn)行控制，可以實(shí)現(xiàn)方便、快捷、智能化的要求。

　　音頻解碼模塊

　　VS1003B 是一個(gè)單片MP3/WMA/MIDI 音頻解碼器和ADPCM 解碼器。它包含一個(gè)高性能、自主產(chǎn)權(quán)的低功耗的DSP 處理器核VS_DSP4，工作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器為用戶(hù)應(yīng)用提供5KB 的指令ROM 和0.5KB 的數(shù)據(jù)RAM。其還具有串行的控制和數(shù)據(jù)接口、1 個(gè)高品質(zhì)可變采樣率的ADC 和立體聲DAC、4 個(gè)常規(guī)用途的I/O 口、1 個(gè)UART，以及1 個(gè)地線緩沖器和耳機(jī)放大器。

　　 STM32低成本W(wǎng)iFi播放電路設(shè)計(jì)詳解

　　STM32F103 將從SD 卡里讀取的MP3 音頻數(shù)據(jù)流傳給音頻解碼模塊，音頻解碼模塊將該數(shù)據(jù)流解析并轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)后再進(jìn)行輸出。VS1003B 與STM32F103 的數(shù)據(jù)通信是通過(guò)J2 排針上的SPI 總線方式進(jìn)行的。

　　WiFi 無(wú)線模塊

　　WiFi（Wireless Fidelity，無(wú)線保真技術(shù)）的最大優(yōu)點(diǎn)是傳輸速度較高，而且能自動(dòng)調(diào)整帶寬，可以有效地保障網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性和可靠性。該設(shè)計(jì)采用的WM-G-MR- 08 模塊不僅具有WiFi 的功能，而且能提供小尺寸和高數(shù)據(jù)速率的無(wú)線連接，可應(yīng)用于無(wú)線PDA、DSC、媒體適配器、微型打印機(jī)、條碼掃描器、VOIP 電話等。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置是該WM-G-MR-08 潛在的應(yīng)用，在嵌入式上的應(yīng)用主要集中在移動(dòng)裝置方面。在設(shè)計(jì)中，WM-G-MR-08 模塊通過(guò)開(kāi)發(fā)板上的J1排針的SPI 引腳與主控芯片通信，ANT1SMACON 為無(wú)線網(wǎng)卡，其原理圖如圖2所示。

　　 STM32低成本W(wǎng)iFi播放電路設(shè)計(jì)詳解

　　本設(shè)計(jì)是在ARM7 平臺(tái)上構(gòu)建WiFi，成本優(yōu)勢(shì)明顯。采用當(dāng)前較新的控制方式—智能手機(jī)軟件控制+無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，不僅能充分利用WiFi 的傳輸速度快、覆蓋范圍廣等優(yōu)勢(shì)，而且基于Android 的平臺(tái)建設(shè)成本低、使用方便。同時(shí)，這種方式采用的手機(jī)軟件具有通用性，市場(chǎng)應(yīng)用價(jià)值高，易于推廣，能為用戶(hù)提供優(yōu)質(zhì)、方便快捷的音樂(lè)播放服務(wù)。

　　單片機(jī)在超聲波測(cè)距中應(yīng)用電路

　　該系統(tǒng)的工作原理：由微機(jī)編程送出 40kHz 頻率的方波信號(hào)至信號(hào)處理器，信號(hào)處理器通過(guò)兩級(jí)放大，再經(jīng)過(guò)壓電換能器將信號(hào)發(fā)射出去，該信號(hào)遇到障礙物反射回來(lái)在此稱(chēng)為回波。同時(shí)，壓電換能器將接收的回波，通過(guò)信號(hào)處理的檢波放大、積分整形及一系列常見(jiàn)電路的處理，送至微機(jī)處理。顯示器的聲音告警頻率、發(fā)光二極管方位指示及障礙物距超聲波探頭的距離顯示均由單片機(jī)控制。

　　單片機(jī)在超聲波測(cè)距中應(yīng)用電路設(shè)計(jì)

　　12 節(jié)循環(huán)鏈表，求每個(gè)超聲波探頭四次測(cè)得值的平均值，以減小誤差，再比較三個(gè)探頭平均值，最小的值即為最近的障礙物反射回來(lái)回波所需的時(shí)間。電原理圖如圖2 所示，其中圖2 中的P3. 4 即SYNC同步周期端接一循環(huán)移位計(jì)數(shù)器的CL K端，Q0 、Q1 、Q2 輸出分別控制三個(gè)超聲換能器使它輪流工作，電路圖及工作波形圖如圖3 、4 所示。

　　TOP2 采用C8051F020的RS485串行通信電路

　　要實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與計(jì)算機(jī)之間的RS485 通信，一般可以采用2 種方法：一種方法是在單片機(jī)與計(jì)算機(jī)兩端分別采用RS232 與RS485 電平轉(zhuǎn)換裝置；另一種方法是采用RS485 通信卡，并將其插在計(jì)算機(jī)主板上。采用前一種方法的優(yōu)點(diǎn)是硬件裝置安裝簡(jiǎn)便，軟件編程相對(duì)簡(jiǎn)單；缺點(diǎn)是通信速率被限制在20 kb/s以?xún)?nèi)。第二種方法的優(yōu)點(diǎn)是通信距離較遠(yuǎn)，速率較高，可達(dá)10 Mb/s;缺點(diǎn)是需要安裝通訊卡和驅(qū)動(dòng)程序，并進(jìn)行必要的設(shè)置。本文采用第二種方法。

　　采用UART 串行總線進(jìn)行通信，因?yàn)閁ART 是一種廣泛應(yīng)用于遠(yuǎn)距離、低速率、低成本通信的串行傳輸接口，由于其具有數(shù)據(jù)線少的特點(diǎn)，在數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)中得到了大量應(yīng)用。基本的UART 通信只需要兩根數(shù)據(jù)線（RXD、TXD）即可完成數(shù)據(jù)的相互通信，接收和發(fā)送都是全雙工形式，其中RXD 是接收端，TXD 是發(fā)送端。

　　采用C8051F020的RS485串行通信電路設(shè)計(jì)

　　C8051F020 單片機(jī)有2 個(gè)UART（UART0 和UARTl），以UART0 為例，它的TxD 和RXD 分別與數(shù)字I/0 引腳PO.O 和PO.1 復(fù)用，通過(guò)交叉開(kāi)關(guān)配置寄存器進(jìn)行選擇。由于MAX485 工作在半雙工狀態(tài)，它與單片機(jī)連接時(shí)的接線比較簡(jiǎn)單，只需要用單片機(jī)某一個(gè)引腳（如PO.2）來(lái)控制RE 和DE 這2 個(gè)引腳。PCL-846B 通信卡有4 個(gè)通道，選擇通道1 與單片機(jī)進(jìn)行通信，另外將通道2 和通道4 進(jìn)行連接，以自發(fā)自收的方式實(shí)現(xiàn)通信卡的自檢。單片機(jī)與外部電路的連接關(guān)系如圖2 所示。在使用RS485 通信卡進(jìn)行通信時(shí)，當(dāng)信號(hào)傳遞到通信線路兩端時(shí)，如果阻抗不匹配，可能會(huì)產(chǎn)生信號(hào)反射問(wèn)題。信號(hào)反射會(huì)造成信號(hào)的失真和變形，從而導(dǎo)致通信錯(cuò)誤。其解決方法就是在通信線路的兩端各連接一個(gè)終端匹配電阻，保證阻抗匹配。當(dāng)通信距離較短，一般在小于300 m 時(shí)，可不使用終端電阻。當(dāng)通信距離大于300 m 時(shí)，應(yīng)當(dāng)使用終端電阻，其阻值必須與通信線路的線性阻抗相同。電阻值一般選取120 Ω左右，當(dāng)通信距離較長(zhǎng)時(shí)，可以選用300 Ω。

　　前置放大電路的設(shè)計(jì)

　　前置放大電路是模擬信號(hào)采集的前端，也是整個(gè)電路設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，它不僅要求從人體準(zhǔn)確地采集到微弱的心電信號(hào)，還要將干擾信號(hào)降到最低，由于心電信號(hào)屬于差分信號(hào)，所以電路應(yīng)采用差動(dòng)放大的結(jié)構(gòu)，同時(shí)要求系統(tǒng)具有高共模抑制比、高輸入阻抗、低漂移等特點(diǎn)。因此，選擇合適的運(yùn)算放大器至關(guān)重要，這里選擇儀用運(yùn)放AD620 實(shí)現(xiàn)前置放大，AD620 具有高精度、低噪聲、低輸入偏置電流低功耗等特點(diǎn)，使之適合ECG 監(jiān)測(cè)儀等醫(yī)療應(yīng)用。AD620 的放大倍數(shù)由1 與8 腳之間的反饋電阻決定，增益G=49.4 kΩRG+1，由于心電信號(hào)中含有較大的直流分量，因此前置放大電路的放大倍數(shù)不能過(guò)大，在這里選擇放大約10倍，因此反饋電阻R6 取約5 kΩ，為提高電路的共模抑制能力，這里用一個(gè)OP07檢測(cè)R10，R4 上的共模信號(hào)驅(qū)動(dòng)導(dǎo)線屏蔽層，消除分布電容。同時(shí)用另一個(gè)OP07運(yùn)放和R5，C3，R7 組成右腿驅(qū)動(dòng)電路，在R10，R4 上檢測(cè)到的共模信號(hào)經(jīng)反相放大器后經(jīng)R7，反饋到人的右腿，進(jìn)一步抑制了共模信號(hào)和50 Hz 工頻干擾，這里右腿驅(qū)動(dòng)有一個(gè)對(duì)交流電的反饋通路，交流電的干擾可能對(duì)人體產(chǎn)生危害，因此這里要注意做好絕緣措施，同時(shí)保護(hù)電阻R7 盡可能大，取1 MΩ以上。此外系統(tǒng)電源的不穩(wěn)定也對(duì)心電信號(hào)的采集有較大影響，因此在本系統(tǒng)中，所有運(yùn)放的電源腳都并聯(lián)兩個(gè)0.1μF 和10μF 的電容退耦，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，前置放大電路的電路圖如圖3 所示。

　　揭秘STM32的心電采集儀電路原理

　　帶通濾波器的設(shè)計(jì)

　　從前置放大電路輸出的心電信號(hào)還含有較大直流分量和肌電信號(hào)，基線漂移等干擾成分，所需采集的有用心電信號(hào)在0.03～100 Hz 范圍之間，因此需設(shè)計(jì)合理的濾波器使該范圍內(nèi)的信號(hào)得以充分通過(guò)，而該范圍以外的信號(hào)得到最大限度的衰減，這里采用具有高精度，低偏置，低功耗特點(diǎn)的兩個(gè) OP07 運(yùn)放分別組成二階有源高通濾波器和低通濾波器，高通濾波器由C11，C17，R7，R10 組成，截止頻率f1≈0.03 Hz，低通濾波器由R8，R9，C10，C13 組成，截止頻率約為f2≈100Hz，系統(tǒng)帶通濾波器的電路如圖4 所示。

　　揭秘STM32的心電采集儀電路原理

　　本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的是以STM32 為控制核心，以AD620，OP07 為模擬信號(hào)采集端的小型心電采集儀，該設(shè)計(jì)所測(cè)心電波形基本正常，噪聲干擾得到有效抑制，電路性能穩(wěn)定，基本滿足家居監(jiān)護(hù)以及病理分析的要求，整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，成本低廉，具有一定的醫(yī)用價(jià)值。

　　TOP3 Cortex-M0的RFID讀卡器電路

　　主控芯片NXP LPC812：LPCS00 系列是基于ARM Cortex-M0+的低成本32 位MCU 系列產(chǎn)品，工作時(shí)CPU 頻率最高可達(dá)30 MHz。它支持最高16 KB 的閃存和4 KB 的SRAM。SLRC610 是NXP 公司新一代多協(xié)議無(wú)線近場(chǎng)芯片中的一員，它是用于13.56MHz 的非接觸式通信的高度集成的收發(fā)器芯片，支持并遵守IS0/IEC15693、EPCUID 和ISO/IEC18000-3 mode 3/EPC Class-1 HF 協(xié)議的卡片。它與主機(jī)的通信接口有SPI、UART、I2C 總線（包括I2C 和I2CL 模式）三種。另外，它的安全性比上一代更高，支持安全訪問(wèn)模塊（SAM）的連接。

　　 Cortex-M0的RFID讀卡器電路設(shè)計(jì)方案

　　模塊硬件設(shè)計(jì)

　　模塊主要由通信升級(jí)接口、調(diào)試接口、提示信號(hào)、LPC812、SLRC610、模塊內(nèi)置天線等組成。模塊框圖如圖1 所示。

　　主控芯片電路設(shè)計(jì)

　　LPC812 是LPC800 系列配置最高的型號(hào)，它有TSSOP16、SO2O、TSSOP20 三種封裝，因?yàn)樵O(shè)計(jì)的是小模塊，所以選用了sO2O 塑料小型封裝。由于LPC812支持通過(guò)開(kāi)關(guān)矩陣將特殊功能分配到某個(gè)I/O 引腳，所以在設(shè)計(jì)原理圖的時(shí)候可以充分考慮將某個(gè)功能分配到哪個(gè)引腳上既方便布線、性能又好。另外，本次設(shè)計(jì)中LPC812 內(nèi)置的1%精度的12 MHz 內(nèi)部RC 振蕩器作系統(tǒng)時(shí)鐘。主控芯片電路如圖2 所示。

　　 Cortex-M0的RFID讀卡器電路設(shè)計(jì)方案

　　射頻芯片電路設(shè)計(jì)

　　SLRC610 只有一種小型的HVQFN32 封裝，特別要注意它的第33 引腳，也就是芯片朝PCB 面正中間一個(gè)正方形的面，這個(gè)面必須良好接地，否則會(huì)出現(xiàn)些奇怪的現(xiàn)象。SLRC610 支持SPI、I2C 總線、I2CI 和UART 四種接口，它會(huì)在掉電復(fù)位后通過(guò)IFSEL0 和IFSEL1 電平組合來(lái)判斷當(dāng)前主機(jī)接口類(lèi)型。本次設(shè)計(jì)是采用了硬編碼的SPI 接口，在硬件電路上需IFSEL0 接地、IFSEL1 接VCC。射頻芯片電路如圖3 所示。其巾，引在SLRC610 芯片中33 引腳VSS 的作用是接地和散熱，所以此引腳必須良好接地。

　　 Cortex-M0的RFID讀卡器電路設(shè)計(jì)方案

　　天線的匹配電路包含一個(gè)EMC 低通濾波器（L1、L2、C5、C6），一個(gè)匹配電路（C3、C4、C7～ C1O），一個(gè)接收電路（R2、R3、C15）和天線本身。接收電路的元件值需被特別設(shè)計(jì)并根據(jù)板子實(shí)際情況調(diào)整。本次設(shè)計(jì)模塊的尺寸有限，接收電路采用了元器件較少的單端模式，且天線線圈是內(nèi)置在PCB 中間層，以方便應(yīng)用，減小體積。

　　本模塊設(shè)計(jì)中采用的是較新的主控和射頻芯片，價(jià)格較低，性能又強(qiáng)，而且在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)不會(huì)有供貨、價(jià)格等方面的問(wèn)題。LPC800 系列既增加了開(kāi)關(guān)矩陣等實(shí)用的功能，方便用戶(hù)電路設(shè)計(jì)，也集成了老一代單片機(jī)的ISP 升級(jí)功能。本文詳細(xì)描述了這兩顆芯片的使用方法以及對(duì)模塊的調(diào)試方法與步驟等。該模塊采用貼面封裝的元件，具有低成本、低功耗、小尺寸、讀寫(xiě)卡距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)，使用起來(lái)很方便，具有較高的應(yīng)用價(jià)值。

　　TOP4 ATmega128的16路遙控單元電路

　　本文介紹一款具有16 路遙控接點(diǎn)輸出的ARTU-J16，該裝置通過(guò)RS485 總線與上位機(jī)相連，作為遠(yuǎn)程繼電器輸出模塊，用于接收計(jì)算機(jī)指令，執(zhí)行系統(tǒng)的遙控操作或自動(dòng)控制，繼電器輸出共16 路，裝置擁有1600 組操作事件記錄，帶GPS 校時(shí)功能，在外部電源掉電后可以保證SOE 事件記錄一個(gè)月內(nèi)不丟失，相對(duì)以往控制方式。

　　撥碼開(kāi)關(guān)設(shè)定輸入

　　撥碼開(kāi)關(guān)提供用戶(hù)一個(gè)簡(jiǎn)化的人機(jī)接口，用于設(shè)定RS485 通訊中的地址、波特率、數(shù)據(jù)格式等設(shè)定功能，撥碼開(kāi)關(guān)（SW1）的10 位數(shù)據(jù)口都接10k 電阻上拉到Vcc，電路使用一個(gè)74HC244（IC5）數(shù)據(jù)緩沖器，把撥碼開(kāi)關(guān)的狀態(tài)傳送到8 位數(shù)據(jù)總線，剩余兩根數(shù)據(jù)線則直接接到CPU 的I/O 端口（見(jiàn)圖2）。

　　 ATmega128的16路遙控單元電路分析

　　通訊方式

　　通訊方式采用雙路RS485 方式，調(diào)試及設(shè)定和上位機(jī)通訊部分在物理上分成兩路，互不干擾，有效防止可能存在的誤操作（見(jiàn)圖3）。

　　 ATmega128的16路遙控單元電路分析

　　看門(mén)狗控制

　　掉電自動(dòng)保存部分使用MAX691CWE（IC8）作為電源管理，在系統(tǒng)有輔助供電的情況下保證IC3 由主電源Vcc 供電，當(dāng)主電源掉電時(shí)則自動(dòng)切換到后備電池供電方式。同時(shí)此芯片還兼有看門(mén)狗功能，在系統(tǒng)死機(jī)的極端情況下及時(shí)　復(fù)位CPU 使系統(tǒng)快速恢復(fù)至受控狀態(tài)（見(jiàn)圖5）。

　　 ATmega128的16路遙控單元電路分析

　　繼電器控制及輸出

　　繼電器控制輸出使用一個(gè)74HC273（IC14）鎖存需要輸出的8 路繼電器輸出狀態(tài)，再經(jīng)由ULN2803（IC15）驅(qū)動(dòng)對(duì)應(yīng)的繼電器（K1 只是16 路中的一路），二極管D1 可以旁路繼電器K1 在斷開(kāi)的瞬間所產(chǎn)生的反向電流，而并接在K1輸出接點(diǎn)上的壓敏電阻VZ1 則可以吸收關(guān)斷后級(jí)感性負(fù)載所產(chǎn)生的反向電動(dòng)勢(shì)，有效延長(zhǎng)輸出繼電器觸點(diǎn)的壽命（見(jiàn)圖6）。

　　 ATmega128的16路遙控單元電路分析

　　ARTU-J16 遙控單元國(guó)家繼電保護(hù)及自動(dòng)化設(shè)備質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心測(cè)試，符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。該產(chǎn)品已在某油田供水供電公司、蘇州某稅務(wù)大廈、內(nèi)蒙某煤礦等工程配電監(jiān)控系統(tǒng)中得到應(yīng)用，降低了投資成本，產(chǎn)生了較好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。

　　TOP5 解讀GP21+EFM32低功耗熱量表電路

　　超聲波主控MCU采用EFM32TG840F32，它是基于ARM公司的32位Cortex-M3內(nèi)核設(shè)計(jì)而來(lái)，對(duì)比于傳統(tǒng)的8位、16位單片機(jī)，它具有更高的運(yùn)算和數(shù)據(jù)處理能力，更高的代碼密度，更低的功耗。實(shí)際數(shù)據(jù)顯示，EFM32TG840在執(zhí)行 32位乘法運(yùn)算僅需4個(gè)內(nèi)核時(shí)鐘周期，32位除法運(yùn)算僅需8個(gè)內(nèi)核時(shí)鐘周期，而相應(yīng)熱表上運(yùn)用的16位單片機(jī)卻分別需要50和465個(gè)時(shí)鐘周期。而恰恰在時(shí)間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換芯片TDC-GP21上采集得到的數(shù)據(jù)均是32位長(zhǎng)度，因此在運(yùn)算和熱量計(jì)算時(shí)均是32位的數(shù)據(jù)運(yùn)算。EFM32TG840 具有EM0-EM4共5種低功耗模式。在EM2的低功耗模式下，微控制器仍可實(shí)現(xiàn)RTC運(yùn)行，LEUART、LETIMER及LESENSE的通信或控制功能，而功耗僅需900你A。而且它具有靈活的喚醒方式和自主工作的PRS系統(tǒng)，可以由外部I/O、I2C通信接口、LEUART通信信號(hào)等等方式喚醒。

　　EFM32TG840 集成了8×20段的LCD驅(qū)動(dòng)器，滿足直接驅(qū)動(dòng)超聲波熱量表液晶屏的需求，而功耗僅為550nA。EFM32TG840的LCD驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部集成電壓升壓功能和對(duì)比度調(diào)節(jié)功能，可實(shí)現(xiàn)在芯片內(nèi)部VCMP電壓比較器監(jiān)控VDD電壓，分等級(jí)開(kāi)啟LCD升壓及對(duì)比度調(diào)節(jié)，達(dá)到LCD的現(xiàn)象效果良好，即使系統(tǒng)電池隨著使用時(shí)間增加出現(xiàn)電壓跌落現(xiàn)象。

　　解讀GP21+EFM32低功耗熱量表電路——電路圖天天讀（106）

　　圖2 主控MCU及顯示電路

　　EFM32TG840的I/O可以設(shè)置為低功耗模式喚醒及GPIO中斷模式，因此外部操作按鈕可以在低功耗條件下實(shí)現(xiàn)交互控制動(dòng)作。TDC-GP21是德國(guó)ACAM公司在2011年11月底推出的新一代專(zhuān)門(mén)針對(duì)超聲波熱量表檢測(cè)計(jì)量所用的數(shù)字時(shí)間轉(zhuǎn)換器。TDC-GP21芯片采用 QFN32封裝，除了具備TDC-GP2的功能外，還額外集成了超聲波熱量表所需要的信號(hào)處理模擬部分，例如模擬開(kāi)關(guān)以及低噪聲斬波穩(wěn)定（自動(dòng)進(jìn)行溫度電壓校正）模擬信號(hào)比較器。TDC-GP21溫度部分集成了施密特觸發(fā)器，可直接接上溫度傳感器和參考電阻，就可以進(jìn)行高精度的測(cè)量，測(cè)量的性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)熱量表所需的要求。7x32bit的EEPROM單元，可用于存儲(chǔ)熱量表整表的ID信息及配置寄存器信息。

　　TDC-GP21需要兩個(gè)供電電壓，分別是核心電壓VCC和I/O電壓Vio，在本方案中采用了ACAM推薦的兩個(gè)供電電壓使用相同的電壓源進(jìn)行供電，并增加去耦雙通道濾波電路以達(dá)到降低系統(tǒng)噪聲的效果。其他部分電路例如換能器、PTC電阻的連接以及晶體的接法均采用原廠提供的官方參考電路進(jìn)行搭建。在時(shí)鐘方面TDC-GP21將輸出 32.768KHz時(shí)鐘，為EFM32TG840F32提供低頻時(shí)鐘，可節(jié)省主控MCU的低頻晶振。

　　解讀GP21+EFM32低功耗熱量表電路——電路圖天天讀（106）

　　MBUS通信部分

　　超聲波熱量表通過(guò)MBUS（Meter Bus）總線通信進(jìn)行自動(dòng)抄表。現(xiàn)場(chǎng)的熱量表可通過(guò)MBUS將數(shù)據(jù)上傳到集中器，然后由集中器或再上一級(jí)集中器將數(shù)據(jù)通過(guò)以太網(wǎng)或無(wú)線GPRS通信模塊將數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓┡行牡暮笈_(tái)，進(jìn)行計(jì)費(fèi)及管理。本方案中采用TI公司的MBUS芯片為T(mén)SS721A。TSS721A是一種用于儀表總線的收發(fā)器集成芯片，其內(nèi)含接口電路可以調(diào)節(jié)儀表總線結(jié)構(gòu)中主從機(jī)之間的電平，同時(shí)該收發(fā)器可由總線供電，對(duì)從機(jī)不增加功率需求，總線可無(wú)極性連接。 TSS721A的連接電路如圖4所示。

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　　圖4 TSS721A連接電路

　　紅外通信部分

　　根據(jù)《CJ/T 188-2004》技術(shù)規(guī)范文檔，超聲波熱量表紅外通信采用38KHz的載波對(duì)通信數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制且有效通信距離大于2m，選用波長(zhǎng)為940nm的紅外發(fā)射管與接收管。供熱管理人員可以使用手持紅外抄表設(shè)備對(duì)超聲波熱量表進(jìn)行抄表。紅外通信電路如圖5所示。

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　　圖5 紅外通信電路

　　TOP6 解讀STM32高功率激光醫(yī)療儀控制電路

　　高功率激光醫(yī)療儀市場(chǎng)需求越來(lái)越大，而目人機(jī)交互模塊前國(guó)內(nèi)此類(lèi)設(shè)備在控制上缺乏對(duì)系統(tǒng)安全和出光精準(zhǔn)度的考慮。同時(shí)隨著YY0505-2012 醫(yī)用電氣電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)于2014 年的執(zhí)行，設(shè)計(jì)符合YY0505-2012 標(biāo)準(zhǔn)的醫(yī)用設(shè)備已迫在眉睫。因此，本文采用模塊化設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)了一種基于STM32 的2μm光纖激光器醫(yī)療儀控制系統(tǒng)，將水冷單元的參數(shù)監(jiān)控、電源模塊的抗干擾設(shè)計(jì)、輸出功率的校準(zhǔn)等集成于一體。測(cè)試結(jié)果表明，系統(tǒng)可靠穩(wěn)定，操作方便。

　　系統(tǒng)硬件以STM32F107VCT6 為核心，硬件框圖如圖2 所示。精密水冷單元的參數(shù)監(jiān)控包括高低水位、水流量、水壓力、水溫的監(jiān)測(cè)；以觸摸屏為主的人機(jī)交互模塊集成了出光指示燈、鑰匙開(kāi)關(guān)、急停、啟動(dòng)、腳踏、門(mén)控等外部硬件控制；配電模塊集成了繼電器驅(qū)動(dòng)電路和電磁兼容設(shè)計(jì)。其中，水冷單元、光纖激光器、觸摸屏和音效合成模塊分別通過(guò)RS232 與主控制器通信。

　　解讀STM32高功率激光醫(yī)療儀控制電路

　　圖2 系統(tǒng)硬件框圖

　　配電模塊電路設(shè)計(jì)

　　為實(shí)現(xiàn)高可靠性，配電模塊電路采用冗余設(shè)計(jì)，每路繼電器驅(qū)動(dòng)電路控制兩個(gè)固態(tài)繼電器。以圖3 所示激光器的繼電器驅(qū)動(dòng)電路為例，U5、U6 代表兩個(gè)繼電器，輸出端分別串聯(lián)到電源的零線和火線上，實(shí)現(xiàn)同開(kāi)同斷，避免某一個(gè)繼電器發(fā)生故障時(shí)影響整個(gè)系統(tǒng)的工作。每路信號(hào)除通過(guò)I/O 控制外，急停信號(hào)也對(duì)繼電器可控，達(dá)到軟件和硬件同時(shí)急停的目的。選用的急停按鈕是常閉型，高電平有效，當(dāng)急停觸發(fā)時(shí)，Q3 不導(dǎo)通，致9 引腳電平拉低，再與I/O 信號(hào)經(jīng)過(guò)與門(mén)，輸出也為低電平，致Q4 不導(dǎo)通，繼電器處于開(kāi)路狀態(tài)，電源斷路。

　　解讀STM32高功率激光醫(yī)療儀控制電路

　　另外，電路一方面在STOP 和I/O 信號(hào)接口處接入5V 瞬態(tài)抑制管，以防止靜電積累損壞器件；另一方面在Q4 導(dǎo)通時(shí)D3 點(diǎn)亮作為電路工作狀態(tài)指示，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)異常時(shí)方便故障排查。

　　本文設(shè)計(jì)了一種基于2μm 高功率光纖激光器的醫(yī)療儀，以STM32 為控制核心，完成了人性化的人機(jī)觸控界面功能設(shè)計(jì)、激光器的驅(qū)動(dòng)控制、精密水冷單元的參數(shù)監(jiān)控、配電模塊的抗干擾設(shè)計(jì)以及輸出功率的校準(zhǔn)。輸出功率0W 或4W~80W，步進(jìn)長(zhǎng)度1W 連續(xù)可調(diào)，可通過(guò)腳踏自由切換汽化和凝血兩種功率參數(shù)輸出；溫度采集精度±0.5℃，水流量3.6L/min，符合IPG-TLR-80-WC-Y12 型號(hào)光纖激光器正常工作要求。經(jīng)過(guò)功率校準(zhǔn)算法，用戶(hù)設(shè)置功率與終端采集功率的最大偏差由之前的63.6%降低到2.5%，控制精度為±1W.測(cè)試結(jié)果表明，該系統(tǒng)具有可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、輸出功率穩(wěn)定準(zhǔn)確、操作便利等優(yōu)點(diǎn)。

　　ISD2560 是ISD 系列單片語(yǔ)音錄放集成電路的一種，是一種永久記憶型錄放語(yǔ)音電路，錄音時(shí)間為60 秒，能重復(fù)錄放達(dá)10 萬(wàn)次。它采用直接電平存儲(chǔ)技術(shù)，省去了A/D、D/A 轉(zhuǎn)換器。ISD2560 集成度高，內(nèi)部包括前置放大器、內(nèi)部時(shí)鐘、定時(shí)器、采樣時(shí)鐘、濾波器、自動(dòng)增益控制、邏輯控制、模擬收發(fā)器、解碼器、和480KB 的EERPOM 等。內(nèi)部EERPOM存儲(chǔ)單元，均勻分為600 行，具有600 個(gè)地址單元，每個(gè)地址單元指向其中一行，每一個(gè)地址單元的地址分辨率為100MS。ISD2560 控制電平與TTL 電平兼容，接口簡(jiǎn)單，使用方便。

　　 AT89C2051控制語(yǔ)音芯片錄放音系統(tǒng)電路 —電路圖天天讀（108）

　　ISD2560 內(nèi)置了若干操作模式，可用最少的外圍器件實(shí)現(xiàn)最多的功能。操作模式也有地址端控制；當(dāng)最高位都為1 時(shí)，其他地址端最高就選擇某個(gè)模式。因此操作模式和直接尋址相互排斥。操作模式可由微控制器也可有硬件實(shí)現(xiàn)。基本電路原理圖如下：錄音按下錄音鍵接地，是 PD 端、P/R 端為低電平，此時(shí)啟動(dòng)錄音；結(jié)束時(shí)松開(kāi)按鍵，單片機(jī)有讓P/R 端回到高電平，既完成一段語(yǔ)音的錄制。同樣的方法可錄取第二段、第三段等。值得注意的是，錄音時(shí)間不能超過(guò)預(yù)先設(shè)定的每段語(yǔ)音的時(shí)間。放音的操作更為簡(jiǎn)單，按下錄音鍵接高電平，使P/D 端P/R 端為低電平啟動(dòng)方音功能；結(jié)束時(shí)，松開(kāi)按鍵，即完成一段語(yǔ)音的播放。

　　采樣單片機(jī)控制語(yǔ)音芯片

　　錄音時(shí)，按下錄音鍵，單片機(jī)通過(guò)D 端口線設(shè)置語(yǔ)音段的起始地址，再使PD 端、P/R 端為低電平啟動(dòng)錄音；結(jié)束時(shí)，松開(kāi)按鍵，單片機(jī)有讓P/R 端回到高電平，即完成一段語(yǔ)音的錄制。同樣的方法可以錄取第二段、第三段等。值得注意的是，錄音時(shí)間不能超過(guò)預(yù)先設(shè)定的每段語(yǔ)音的時(shí)間。

　　放音時(shí)，根據(jù)需播放的語(yǔ)音內(nèi)容，找到相應(yīng)的語(yǔ)音段起始地址，并通過(guò)口線送出。P/R 端設(shè)為低電平，并讓/CE 端產(chǎn)生一負(fù)脈沖啟動(dòng)放音，這時(shí)單片機(jī)只需要等待ISD2560信息結(jié)束信號(hào)。信號(hào)為一負(fù)脈沖，在負(fù)脈沖的上升沿，該段語(yǔ)音才播放結(jié)束，所以單片機(jī)必須要檢測(cè)到的上升沿才能播放第二段，否則播放的語(yǔ)音就不連續(xù)。ISD2560 與單片AT89C2051 的接口電路以及外圍電路如圖所示。單片機(jī)的P1 口、P3.4 和P3.5 分別與ISD2560 的地址線相連，用以設(shè)置語(yǔ)音段的起始地址。P3.0~P3.3 用以控制錄放音狀態(tài)。P3.7 連接一按鍵，供錄音時(shí)使用。由TL7705 構(gòu)成可靠復(fù)位及電源監(jiān)視電路。

　　 AT89C2051控制語(yǔ)音芯片錄放音系統(tǒng)電路 —電路圖天天讀（108）

　　ISD2560 雖然提供了地址輸入線，但它的內(nèi)部信息段的地址卻無(wú)法讀出。本系統(tǒng)采用單片機(jī)來(lái)控制，不需讀出信息地址，而直接設(shè)置信息段起始地址。其實(shí)現(xiàn)方式有兩種：一是由于ISD2560的地址分辨率為100 ms，所以可用單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)器定時(shí)100 ms，然后再利用一計(jì)數(shù)器對(duì)單片機(jī)定時(shí)次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，則計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值為語(yǔ)音段所占用的地址單元。該方式能充分利用ISD2560內(nèi)部的E2PROM，在字段較多時(shí)可利用該方法。二是語(yǔ)音字段如果較少，則可根據(jù)每一字段的內(nèi)容多少，直接分配地址單元。一般按每1 s 說(shuō)3 個(gè)字計(jì)算，60 s 可說(shuō)180 個(gè)字，再根據(jù)ISD2560 的地址分辨率為100 ms，即可計(jì)算出語(yǔ)音段所需的地址單元數(shù)。本電路采用第二種方式。

　　TOP7 MSP430無(wú)線充電器電路原理

　　現(xiàn)階段，電子設(shè)備諸如智能手機(jī)、平板電腦、筆記本幾乎都是線充，不僅攜帶不方便，而且成本還比較高。基于MSP430 單片機(jī)的無(wú)線充電器設(shè)計(jì)方案，由能量發(fā)送單元和能量接收單元兩大部分組成，利用電磁感應(yīng)原理實(shí)現(xiàn)電能無(wú)線傳遞的充電器。本無(wú)線充電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是用線圈耦合方式傳遞能量，使接收單元接收到足夠的電能，以保證后續(xù)電路能量的供給。由于無(wú)線傳電電壓隨能量發(fā)送單元和接收單元耦合線圈的間距D 在測(cè)試中需要改變，而充電時(shí)間相對(duì)固定，便于控制，所以充電方式上選擇固定電流充電的恒流充電方案。在器件選擇上選擇有多種省電模式，功耗特別省，抗干擾力特強(qiáng)的MSP430 系列超低功耗單片機(jī)MSP430F2274作為無(wú)線傳能充電器的監(jiān)測(cè)控制核心芯片，電壓和充電時(shí)間顯示采用低功耗OCM126864—9 液晶屏，以提高充電電路的能量利用效率。

　　電源切換

　　直流輸入采用單刀雙閘繼電器，交流上電常開(kāi)閉合，常閉打開(kāi)實(shí)現(xiàn)交流優(yōu)先，交流斷電繼電器斷電，常閉閉合，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)切換。在切換時(shí)，時(shí)間很短，C1 可提供一定時(shí)間的電量，可以實(shí)現(xiàn)不斷電切換，不影響充電。見(jiàn)圖2 所示。

　　 MSP430無(wú)線充電器電路原理解析

　　發(fā)射及接收電路

　　發(fā)射電路由振蕩信號(hào)發(fā)生器和諧振功率放大器兩部分組成，見(jiàn)圖3 所示。采用NE555 構(gòu)成振蕩頻率約為510KHZ 信號(hào)發(fā)生器，為功放電路提供激勵(lì)信號(hào)；諧振功率放大器由Lc 并聯(lián)諧振回路和開(kāi)關(guān)管IRF840 構(gòu)成。振蕩線圈按要求用直徑為0.8mm 的漆包線密繞2O 圈，直徑約為6.5cm，實(shí)測(cè)電感值約為142uH ，由，當(dāng)諧振在510KHZ 時(shí)，與其并聯(lián)的電容c5、c6 約為680P，可用470pF 的固定電容并聯(lián)一個(gè)200PF 的可調(diào)電容，可方便調(diào)節(jié)諧振頻率。

　　 MSP430無(wú)線充電器電路原理解析

　　大功率管TRF840 最大電流為8A、完全開(kāi)啟時(shí)內(nèi)阻為0.85 歐，管子發(fā)熱量大，所以需要加裝散熱片。當(dāng)功率放大器的選頻回路的諧振頻率與激勵(lì)信號(hào)頻率相同時(shí)，功率放大器發(fā)生諧振，此時(shí)線圈中的電壓和電流達(dá)最大值，從而產(chǎn)生最大的交變電磁場(chǎng)。當(dāng)接收線圈與發(fā)射線圈靠近時(shí)，在接收線圈中產(chǎn)生感生電壓，當(dāng)接收線圈回路的諧振頻率與發(fā)射頻率相同時(shí)產(chǎn)生諧振，電壓達(dá)最大值。構(gòu)成了如圖4 所示的諧振回路。實(shí)際上，發(fā)射線圈回路與接收線圈回路均處于諧振狀態(tài)時(shí)，具有最好的能量傳輸效果。

　　 MSP430無(wú)線充電器電路原理解析

　　充電電路

　　如圖5 所示，電能經(jīng)過(guò)線圈接收后，高頻交流電壓經(jīng)快速二極1N4148 進(jìn)行全波整流，3300F 的電容濾波，再用5.1v 壓二極管穩(wěn)壓，輸出直流電為充電器提供較為穩(wěn)定的工作電壓。

　　 MSP430無(wú)線充電器電路原理解析

　　充電效率是一個(gè)不得不考慮的問(wèn)題。本設(shè)計(jì)系統(tǒng)可以在發(fā)射接收電路的能量傳輸部分做適當(dāng)改進(jìn)，以獲得更高的效率和更遠(yuǎn)的距離；也可以設(shè)計(jì)充電設(shè)備檢測(cè)電路，在沒(méi)有能量接收電路時(shí)能量發(fā)送部分處于睡眠狀態(tài)，當(dāng)能量接收電路靠近發(fā)送部分時(shí)，激活發(fā)射電路開(kāi)始充電。本設(shè)計(jì)系統(tǒng)達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，具有無(wú)線充電、攜帶方便、成本低、無(wú)需布線等優(yōu)勢(shì)，有著廣泛的應(yīng)用前景。

　　TOP8 PIC數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)接口電路

　　ICSP接口電路

　　在線串行編程ICSP，是PIC單片機(jī)的特點(diǎn)之一，它可以把程序直接燒寫(xiě)到單片機(jī)中，并對(duì)單片機(jī)進(jìn)行在線串行編程與調(diào)試。ICSP接口電路只有五根線，依次為： VPP、VDD、VSS、PGD、PGC，它們與PIC單片機(jī)的連接如下圖：

　　 PIC數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)接口電路設(shè)計(jì)圖

　　為保證ICSP安全正常工作，燒寫(xiě)時(shí)序線PGD和PGC、燒寫(xiě)電壓VPP要與其它電路完全隔離。

　　USB接口電路

　　本設(shè)計(jì)中的USB接口圖如下，PIC18F4550采用總線供電模式，應(yīng)用的所有電源均來(lái)自USB。USB四根接線中，D+，D-是USB通信的兩個(gè)數(shù)據(jù)線。PIC18F4550內(nèi)置有3.3V 穩(wěn)壓器，為內(nèi)部收發(fā)器和內(nèi)部/外部上拉電路提供電源。使用USB功能時(shí)，要設(shè)置內(nèi)部穩(wěn)壓器使能。外接電容Cusb是為PIC單片機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行而加的。

　　 PIC數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)接口電路設(shè)計(jì)圖

　　A/D轉(zhuǎn)換

　　A/D轉(zhuǎn)換模塊集成在PIC18F4550內(nèi)部，是數(shù)據(jù)采集電路的主要組成部分。40 引腳的PIC18F4550內(nèi)置的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，具有13 路輸入，10位數(shù)字信號(hào)輸出，可以直接使用。

　　I2C總線接口、SPI接口、I/O接口

　　1）I2C總線

　　I2C總線是一種兩線制串行總線，通過(guò)SDA和SCL在連到總線上的器件之間傳送數(shù)據(jù)，根據(jù)唯一地址識(shí)別每個(gè)器件，用于連接微控制器及其外圍設(shè)備。

　　2）SPI接口

　　SPI總線系統(tǒng)是一種同步串行外設(shè)接口，它可以使微控制器與各種外圍設(shè)備以串行方式進(jìn)行通信。

　　3）I/O接口

　　以上三個(gè)模塊是PIC18F4550本身具有的功能，都可以作為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的輸入端，把外界數(shù)據(jù)傳輸給單片機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)換、處理。它們的使用拓展了數(shù)據(jù)采集功能，使采集的數(shù)據(jù)不僅僅局限于模擬信號(hào)，還可以是傳感器采集到的數(shù)字信號(hào)，可以是串行輸入的信號(hào)，也可以是并行輸入的信號(hào)。

　　電路原理圖：

　　 PIC數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)接口電路設(shè)計(jì)圖

　　TOP9 AVR單片機(jī)硬件電路設(shè)計(jì)

　　Mega16已經(jīng)內(nèi)置了上電復(fù)位設(shè)計(jì)。并且在熔絲位里，可以控制復(fù)位時(shí)的額外時(shí)間，故AVR外部的復(fù)位線路在上電時(shí)，可以設(shè)計(jì)得很簡(jiǎn)單：直接拉一只10K的電阻到VCC即可（R0）。為了可靠，再加上一只0.1uF的電容（C0）以消除干擾、雜波。D3（1N4148）的作用有兩個(gè)：作用一是將復(fù)位輸入的最高電壓鉗在 Vcc+0.5V 左右，另一作用是系統(tǒng)斷電時(shí)，將R0（10K）電阻短路，讓C0快速放電，讓下一次來(lái)電時(shí)，能產(chǎn)生有效的復(fù)位。當(dāng)AVR在工作時(shí)，按下S0開(kāi)關(guān)時(shí)，復(fù)位腳變成低電平，觸發(fā)AVR芯片復(fù)位。