低功耗MCU電子電路設計圖集錦TOP12 —電路圖天天讀（110）

　　TOP1 STM32低成本W(wǎng)iFi播放電路

　　以STM32F103 作為微處理器，設計一個(gè)低成本的無(wú)線(xiàn)WiFi 音樂(lè )播放系統，結合接收WiFi 數據的WM-G-MR-08（wm631）模塊和VS1003B 音頻解碼器實(shí)現MP3 音樂(lè )播放?；贏(yíng)ndroid 系統開(kāi)發(fā)的客戶(hù)端軟件采用手機控制，完成手機端與控制端之間的數據傳輸，實(shí)現手機遠程對音樂(lè )播放器的控制。結果表明，該系統設備簡(jiǎn)單方便、成本較低、系統可靠、易于擴展。本設計基于已經(jīng)發(fā)展成熟的WiFi 無(wú)線(xiàn)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A(yíng)ndroid 系統開(kāi)發(fā)的客戶(hù)端軟件移植性強，通用性高。采用手機作為控制終端，便于操作。手機通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )（WiFi）對音樂(lè )播放系統進(jìn)行控制，可以實(shí)現方便、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)權的低功耗的DSP 處理器核VS_DSP4，工作數據存儲器為用戶(hù)應用提供5KB 的指令ROM 和0.5KB 的數據RAM。其還具有串行的控制和數據接口、1 個(gè)高品質(zhì)可變采樣率的ADC 和立體聲DAC、4 個(gè)常規用途的I/O 口、1 個(gè)UART，以及1 個(gè)地線(xiàn)緩沖器和耳機放大器。

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

　　WiFi 無(wú)線(xiàn)模塊

　　WiFi（Wireless Fidelity，無(wú)線(xiàn)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)調整帶寬，可以有效地保障網(wǎng)絡(luò )的穩定性和可靠性。該設計采用的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據速率的無(wú)線(xiàn)連接，可應用于無(wú)線(xiàn)PDA、DSC、媒體適配器、微型打印機、條碼掃描器、VOIP 電話(huà)等。數據存儲裝置是該WM-G-MR-08 潛在的應用，在嵌入式上的應用主要集中在移動(dòng)裝置方面。在設計中，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(xiàn)網(wǎng)卡，其原理圖如圖2所示。

　　本設計是在A(yíng)RM7 平臺上構建WiFi，成本優(yōu)勢明顯。采用當前較新的控制方式—智能手機軟件控制+無(wú)線(xiàn)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，而且基于A(yíng)ndroid 的平臺建設成本低、使用方便。同時(shí)，這種方式采用的手機軟件具有通用性，市場(chǎng)應用價(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)。

　　單片機在超聲波測距中應用電路

　　該系統的工作原理：由微機編程送出 40kHz 頻率的方波信號至信號處理器，信號處理器通過(guò)兩級放大，再經(jīng)過(guò)壓電換能器將信號發(fā)射出去，該信號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控制。

　　12 節循環(huán)鏈表，求每個(gè)超聲波探頭四次測得值的平均值，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)移位計數器的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)現單片機與計算機之間的RS485 通信，一般可以采用2 種方法：一種方法是在單片機與計算機兩端分別采用RS232 與RS485 電平轉換裝置；另一種方法是采用RS485 通信卡，并將其插在計算機主板上。采用前一種方法的優(yōu)點(diǎn)是硬件裝置安裝簡(jiǎn)便，軟件編程相對簡(jiǎn)單；缺點(diǎn)是通信速率被限制在20 kb/s以?xún)?。第二種方法的優(yōu)點(diǎn)是通信距離較遠，速率較高，可達10 Mb/s;缺點(diǎn)是需要安裝通訊卡和驅動(dòng)程序，并進(jìn)行必要的設置。本文采用第二種方法。

　　采用UART 串行總線(xiàn)進(jìn)行通信，因為UART 是一種廣泛應用于遠距離、低速率、低成本通信的串行傳輸接口，由于其具有數據線(xiàn)少的特點(diǎn)，在數字系統設計中得到了大量應用?；镜腢ART 通信只需要兩根數據線(xiàn)（RXD、TXD）即可完成數據的相互通信，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。

　　C8051F020 單片機有2 個(gè)UART（UART0 和UARTl），以UART0 為例，它的TxD 和RXD 分別與數字I/0 引腳PO.O 和PO.1 復用，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)，它與單片機連接時(shí)的接線(xiàn)比較簡(jiǎn)單，只需要用單片機某一個(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)現通信卡的自檢。單片機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)，當信號傳遞到通信線(xiàn)路兩端時(shí)，如果阻抗不匹配，可能會(huì )產(chǎn)生信號反射問(wèn)題。信號反射會(huì )造成信號的失真和變形，從而導致通信錯誤。其解決方法就是在通信線(xiàn)路的兩端各連接一個(gè)終端匹配電阻，保證阻抗匹配。當通信距離較短， 一般在小于300 m 時(shí)，可不使用終端電阻。當通信距離大于300 m 時(shí)，應當使用終端電阻，其阻值必須與通信線(xiàn)路的線(xiàn)性阻抗相同。電阻值一般選取120 Ω左右，當通信距離較長(cháng)時(shí)，可以選用300 Ω。

　　前置放大電路的設計

　　前置放大電路是模擬信號采集的前端，也是整個(gè)電路設計的關(guān)鍵，它不僅要求從人體準確地采集到微弱的心電信號，還要將干擾信號降到最低，由于心電信號屬于差分信號，所以電路應采用差動(dòng)放大的結構，同時(shí)要求系統具有高共模抑制比、高輸入阻抗、低漂移等特點(diǎn)。因此，選擇合適的運算放大器至關(guān)重要，這里選擇儀用運放AD620 實(shí)現前置放大，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 監測儀等醫療應用。AD620 的放大倍數由1 與8 腳之間的反饋電阻決定，增益G=49.4 kΩRG+1，由于心電信號中含有較大的直流分量，因此前置放大電路的放大倍數不能過(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R10，R4 上的共模信號驅動(dòng)導線(xiàn)屏蔽層，消除分布電容。同時(shí)用另一個(gè)OP07運放和R5，C3，R7 組成右腿驅動(dòng)電路，在R10，R4 上檢測到的共模信號經(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和50 Hz 工頻干擾，這里右腿驅動(dòng)有一個(gè)對交流電的反饋通路，交流電的干擾可能對人體產(chǎn)生危害，因此這里要注意做好絕緣措施，同時(shí)保護電阻R7 盡可能大，取1 MΩ以上。此外系統電源的不穩定也對心電信號的采集有較大影響，因此在本系統中，所有運放的電源腳都并聯(lián)兩個(gè)0.1μF 和10μF 的電容退耦，提高系統的穩定性，前置放大電路的電路圖如圖3 所示。

　　帶通濾波器的設計

　　從前置放大電路輸出的心電信號還含有較大直流分量和肌電信號，基線(xiàn)漂移等干擾成分，所需采集的有用心電信號在0.03～100 Hz 范圍之間，因此需設計合理的濾波器使該范圍內的信號得以充分通過(guò)，而該范圍以外的信號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，系統帶通濾波器的電路如圖4 所示。

　　本設計實(shí)現的是以STM32 為控制核心，以AD620，OP07 為模擬信號采集端的小型心電采集儀，該設計所測心電波形基本正常，噪聲干擾得到有效抑制，電路性能穩定，基本滿(mǎn)足家居監護以及病理分析的要求，整個(gè)系統設計簡(jiǎn)單，成本低廉，具有一定的醫用價(jià)值。

　　TOP3 Cortex-M0的RFID讀卡器電路

　　主控芯片NXP LPC812：LPCS00 系列是基于A(yíng)RM 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(xiàn)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。它與主機的通信接口有SPI、UART、I2C 總線(xiàn)（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(fǎng)問(wèn)模塊（SAM）的連接。

　　模塊硬件設計

　　模塊主要由通信升級接口、調試接口、提示信號、LPC812、SLRC610、模塊內置天線(xiàn)等組成。模塊框圖如圖1 所示。

　　主控芯片電路設計

　　LPC812 是LPC800 系列配置最高的型號，它有TSSOP16、SO2O、TSSOP20 三種封裝，因為設計的是小模塊，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，所以在設計原理圖的時(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(xiàn)、性能又好。另外，本次設計中LPC812 內置的1%精度的12 MHz 內部RC 振蕩器作系統時(shí)鐘。主控芯片電路如圖2 所示。

　　射頻芯片電路設計

　　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 )出現些奇怪的現象。SLRC610 支持SPI、I2C 總線(xiàn)、I2CI 和UART 四種接口，它會(huì )在掉電復位后通過(guò)IFSEL0 和IFSEL1 電平組合來(lái)判斷當前主機接口類(lèi)型。本次設計是采用了硬編碼的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。

　　天線(xiàn)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(xiàn)本身。接收電路的元件值需被特別設計并根據板子實(shí)際情況調整。本次設計模塊的尺寸有限，接收電路采用了元器件較少的單端模式，且天線(xiàn)線(xiàn)圈是內置在PCB 中間層，以方便應用，減小體積。

　　本模塊設計中采用的是較新的主控和射頻芯片，價(jià)格較低，性能又強，而且在很長(cháng)一段時(shí)間內不會(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)電路設計，也集成了老一代單片機的ISP 升級功能。本文詳細描述了這兩顆芯片的使用方法以及對模塊的調試方法與步驟等。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)卡距離遠等特點(diǎn)，使用起來(lái)很方便，具有較高的應用價(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(xiàn)與上位機相連，作為遠程繼電器輸出模塊，用于接收計算機指令，執行系統的遙控操作或自動(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)月內不丟失，相對以往控制方式。

　　撥碼開(kāi)關(guān)設定輸入

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

　　通訊方式

　　通訊方式采用雙路RS485 方式，調試及設定和上位機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）。

　　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，在系統有輔助供電的情況下保證IC3 由主電源Vcc 供電，當主電源掉電時(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，在系統死機的極端情況下及時(shí)　復位CPU 使系統快速恢復至受控狀態(tài)（見(jiàn)圖5）。

　　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）驅動(dòng)對應的繼電器（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)斷后級感性負載所產(chǎn)生的反向電動(dòng)勢，有效延長(cháng)輸出繼電器觸點(diǎn)的壽命（見(jiàn)圖6）。

　　ARTU-J16 遙控單元國家繼電保護及自動(dòng)化設備質(zhì)量監督檢驗中心測試，符合相關(guān)標準要求。該產(chǎn)品已在某油田供水供電公司、蘇州某稅務(wù)大廈、內蒙某煤礦等工程配電監控系統中得到應用，降低了投資成本，產(chǎn)生了較好的社會(huì )和經(jīng)濟效益。

　　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A(yíng)RM公司的32位Cortex-M3內核設計而來(lái)，對比于傳統的8位、16位單片機，它具有更高的運算和數據處理能力，更高的代碼密度，更低的功耗。實(shí)際數據顯示，EFM32TG840在執行 32位乘法運算僅需4個(gè)內核時(shí)鐘周期，32位除法運算僅需8個(gè)內核時(shí)鐘周期，而相應熱表上運用的16位單片機卻分別需要50和465個(gè)時(shí)鐘周期。而恰恰在時(shí)間數據轉換芯片TDC-GP21上采集得到的數據均是32位長(cháng)度，因此在運算和熱量計算時(shí)均是32位的數據運算。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RTC運行，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，可以由外部I/O、I2C通信接口、LEUART通信信號等等方式喚醒。

　　EFM32TG840 集成了8&TImes;20段的LCD驅動(dòng)器，滿(mǎn)足直接驅動(dòng)超聲波熱量表液晶屏的需求，而功耗僅為550nA。EFM32TG840的LCD驅動(dòng)器內部集成電壓升壓功能和對比度調節功能，可實(shí)現在芯片內部VCMP電壓比較器監控VDD電壓，分等級開(kāi)啟LCD升壓及對比度調節，達到LCD的現象效果良好，即使系統電池隨著(zhù)使用時(shí)間增加出現電壓跌落現象。

　　圖2 主控MCU及顯示電路

　　EFM32TG840的I/O可以設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)現交互控制動(dòng)作。TDC-GP21是德國ACAM公司在2011年11月底推出的新一代專(zhuān)門(mén)針對超聲波熱量表檢測計量所用的數字時(shí)間轉換器。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處理模擬部分，例如模擬開(kāi)關(guān)以及低噪聲斬波穩定（自動(dòng)進(jìn)行溫度電壓校正）模擬信號比較器。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)行高精度的測量，測量的性能遠遠超過(guò)熱量表所需的要求。7x32bit的EEPROM單元，可用于存儲熱量表整表的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到降低系統噪聲的效果。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(chǎng)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，可節省主控MCU的低頻晶振。

　　MBUS通信部分

　　超聲波熱量表通過(guò)MBUS（Meter Bus）總線(xiàn)通信進(jìn)行自動(dòng)抄表?，F場(chǎng)的熱量表可通過(guò)MBUS將數據上傳到集中器，然后由集中器或再上一級集中器將數據通過(guò)以太網(wǎng)或無(wú)線(xiàn)GPRS通信模塊將數據傳輸的供暖中心的后臺，進(jìn)行計費及管理。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(xiàn)的收發(fā)器集成芯片，其內含接口電路可以調節儀表總線(xiàn)結構中主從機之間的電平，同時(shí)該收發(fā)器可由總線(xiàn)供電，對從機不增加功率需求，總線(xiàn)可無(wú)極性連接。 TSS721A的連接電路如圖4所示。

　　圖4 TSS721A連接電路

　　紅外通信部分

　　根據《CJ/T 188-2004》技術(shù)規范文檔，超聲波熱量表紅外通信采用38KHz的載波對通信數據進(jìn)行調制且有效通信距離大于2m，選用波長(cháng)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備對超聲波熱量表進(jìn)行抄表。紅外通信電路如圖5所示。

　　圖5 紅外通信電路

　　TOP6 解讀STM32高功率激光醫療儀控制電路

　　高功率激光醫療儀市場(chǎng)需求越來(lái)越大，而目人機交互模塊前國內此類(lèi)設備在控制上缺乏對系統安全和出光精準度的考慮。同時(shí)隨著(zhù)YY0505-2012 醫用電氣電磁兼容標準于2014 年的執行，設計符合YY0505-2012 標準的醫用設備已迫在眉睫。因此，本文采用模塊化設計，設計了一種基于STM32 的2μm光纖激光器醫療儀控制系統，將水冷單元的參數監控、電源模塊的抗干擾設計、輸出功率的校準等集成于一體。測試結果表明，系統可靠穩定，操作方便。

　　系統硬件以STM32F107VCT6 為核心，硬件框圖如圖2 所示。精密水冷單元的參數監控包括高低水位、水流量、水壓力、水溫的監測；以觸摸屏為主的人機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動(dòng)電路和電磁兼容設計。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。

　　圖2 系統硬件框圖

　　配電模塊電路設計

　　為實(shí)現高可靠性，配電模塊電路采用冗余設計，每路繼電器驅動(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(xiàn)和火線(xiàn)上，實(shí)現同開(kāi)同斷，避免某一個(gè)繼電器發(fā)生故障時(shí)影響整個(gè)系統的工作。每路信號除通過(guò)I/O 控制外，急停信號也對繼電器可控，達到軟件和硬件同時(shí)急停的目的。選用的急停按鈕是常閉型，高電平有效，當急停觸發(fā)時(shí)，Q3 不導通，致9 引腳電平拉低，再與I/O 信號經(jīng)過(guò)與門(mén)，輸出也為低電平，致Q4 不導通，繼電器處于開(kāi)路狀態(tài)，電源斷路。

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

　　本文設計了一種基于2μm 高功率光纖激光器的醫療儀，以STM32 為控制核心，完成了人性化的人機觸控界面功能設計、激光器的驅動(dòng)控制、精密水冷單元的參數監控、配電模塊的抗干擾設計以及輸出功率的校準。輸出功率0W 或4W~80W，步進(jìn)長(cháng)度1W 連續可調，可通過(guò)腳踏自由切換汽化和凝血兩種功率參數輸出；溫度采集精度±0.5℃，水流量3.6L/min，符合IPG-TLR-80-WC-Y12 型號光纖激光器正常工作要求。經(jīng)過(guò)功率校準算法，用戶(hù)設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.測試結果表明，該系統具有可靠性高、抗干擾能力強、輸出功率穩定準確、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，能重復錄放達10 萬(wàn)次。它采用直接電平存儲技術(shù)，省去了A/D、D/A 轉換器。ISD2560 集成度高，內部包括前置放大器、內部時(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。內部EERPOM存儲單元，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。

　　ISD2560 內置了若干操作模式，可用最少的外圍器件實(shí)現最多的功能。操作模式也有地址端控制；當最高位都為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?；倦娐吩韴D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；結束時(shí)松開(kāi)按鍵，單片機有讓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)預先設定的每段語(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；結束時(shí)，松開(kāi)按鍵，即完成一段語(yǔ)音的播放。

　　采樣單片機控制語(yǔ)音芯片

　　錄音時(shí)，按下錄音鍵，單片機通過(guò)D 端口線(xiàn)設置語(yǔ)音段的起始地址，再使PD 端、P/R 端為低電平啟動(dòng)錄音；結束時(shí)，松開(kāi)按鍵，單片機有讓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)預先設定的每段語(yǔ)音的時(shí)間。

　　放音時(shí)，根據需播放的語(yǔ)音內容，找到相應的語(yǔ)音段起始地址，并通過(guò)口線(xiàn)送出。P/R 端設為低電平，并讓/CE 端產(chǎn)生一負脈沖啟動(dòng)放音，這時(shí)單片機只需要等待ISD2560信息結束信號。信號為一負脈沖，在負脈沖的上升沿，該段語(yǔ)音才播放結束，所以單片機必須要檢測到的上升沿才能播放第二段，否則播放的語(yǔ)音就不連續。ISD2560 與單片AT89C2051 的接口電路以及外圍電路如圖所示。單片機的P1 口、P3.4 和P3.5 分別與ISD2560 的地址線(xiàn)相連，用以設置語(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 構成可靠復位及電源監視電路。

　　ISD2560 雖然提供了地址輸入線(xiàn)，但它的內部信息段的地址卻無(wú)法讀出。本系統采用單片機來(lái)控制，不需讀出信息地址，而直接設置信息段起始地址。其實(shí)現方式有兩種：一是由于ISD2560的地址分辨率為100 ms，所以可用單片機內部定時(shí)器定時(shí)100 ms，然后再利用一計數器對單片機定時(shí)次數進(jìn)行計數，則計數器的計數值為語(yǔ)音段所占用的地址單元。該方式能充分利用ISD2560內部的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，則可根據每一字段的內容多少，直接分配地址單元。一般按每1 s 說(shuō)3 個(gè)字計算，60 s 可說(shuō)180 個(gè)字，再根據ISD2560 的地址分辨率為100 ms，即可計算出語(yǔ)音段所需的地址單元數。本電路采用第二種方式。

　　TOP7 MSP430無(wú)線(xiàn)充電器電路原理

　　現階段，電子設備諸如智能手機、平板電腦、筆記本幾乎都是線(xiàn)充，不僅攜帶不方便，而且成本還比較高?；贛SP430 單片機的無(wú)線(xiàn)充電器設計方案，由能量發(fā)送單元和能量接收單元兩大部分組成，利用電磁感應原理實(shí)現電能無(wú)線(xiàn)傳遞的充電器。本無(wú)線(xiàn)充電系統的設計是用線(xiàn)圈耦合方式傳遞能量，使接收單元接收到足夠的電能，以保證后續電路能量的供給。由于無(wú)線(xiàn)傳電電壓隨能量發(fā)送單元和接收單元耦合線(xiàn)圈的間距D 在測試中需要改變，而充電時(shí)間相對固定，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，抗干擾力特強的MSP430 系列超低功耗單片機MSP430F2274作為無(wú)線(xiàn)傳能充電器的監測控制核心芯片，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)現交流優(yōu)先，交流斷電繼電器斷電，常閉閉合，實(shí)現自動(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)現不斷電切換，不影響充電。見(jiàn)圖2 所示。

　　發(fā)射及接收電路

　　發(fā)射電路由振蕩信號發(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 構成振蕩頻率約為510KHZ 信號發(fā)生器，為功放電路提供激勵信號；諧振功率放大器由Lc 并聯(lián)諧振回路和開(kāi)關(guān)管IRF840 構成。振蕩線(xiàn)圈按要求用直徑為0.8mm 的漆包線(xiàn)密繞2O 圈，直徑約為6.5cm，實(shí)測電感值約為142uH ，由， 當諧振在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 的可調電容，可方便調節諧振頻率。

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

　　充電電路

　　如圖5 所示，電能經(jīng)過(guò)線(xiàn)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 壓二極管穩壓，輸出直流電為充電器提供較為穩定的工作電壓。

　　充電效率是一個(gè)不得不考慮的問(wèn)題。本設計系統可以在發(fā)射接收電路的能量傳輸部分做適當改進(jìn)，以獲得更高的效率和更遠的距離；也可以設計充電設備檢測電路， 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。本設計系統達到了設計要求，具有無(wú)線(xiàn)充電、攜帶方便、成本低、無(wú)需布線(xiàn)等優(yōu)勢，有著(zhù)廣泛的應用前景。

　　TOP8 PIC數據采集系統接口電路

　　ICSP接口電路

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

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

　　USB接口電路

　　本設計中的USB接口圖如下，PIC18F4550采用總線(xiàn)供電模式，應用的所有電源均來(lái)自USB。USB四根接線(xiàn)中，D+，D-是USB通信的兩個(gè)數據線(xiàn)。PIC18F4550內置有3.3V 穩壓器，為內部收發(fā)器和內部/外部上拉電路提供電源。使用USB功能時(shí)，要設置內部穩壓器使能。外接電容Cusb是為PIC單片機穩定運行而加的。

　　A/D轉換

　　A/D轉換模塊集成在PIC18F4550內部，是數據采集電路的主要組成部分。40 引腳的PIC18F4550內置的模數轉換器，具有13 路輸入，10位數字信號輸出，可以直接使用。

　　I2C總線(xiàn)接口、SPI接口、I/O接口

　　1）I2C總線(xiàn)

　　I2C總線(xiàn)是一種兩線(xiàn)制串行總線(xiàn)，通過(guò)SDA和SCL在連到總線(xiàn)上的器件之間傳送數據，根據唯一地址識別每個(gè)器件，用于連接微控制器及其外圍設備。

　　2）SPI接口

　　SPI總線(xiàn)系統是一種同步串行外設接口，它可以使微控制器與各種外圍設備以串行方式進(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，都可以作為數據采集系統的輸入端，把外界數據傳輸給單片機進(jìn)行轉換、處理。它們的使用拓展了數據采集功能，使采集的數據不僅僅局限于模擬信號，還可以是傳感器采集到的數字信號，可以是串行輸入的信號，也可以是并行輸入的信號。

　　電路原理圖：

　　TOP9 AVR單片機硬件電路設計

　　Mega16已經(jīng)內置了上電復位設計。并且在熔絲位里，可以控制復位時(shí)的額外時(shí)間，故AVR外部的復位線(xiàn)路在上電時(shí)，可以設計得很簡(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)：作用一是將復位輸入的最高電壓鉗在 Vcc+0.5V 左右，另一作用是系統斷電時(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)生有效的復位。當AVR在工作時(shí)，按下S0開(kāi)關(guān)時(shí)，復位腳變成低電平，觸發(fā)AVR芯片復位。

　　重要說(shuō)明：實(shí)際應用時(shí)，如果你不需要復位按鈕，復位腳可以不接任何的零件，AVR芯片也能穩定工作。即這部分不需要任何的外圍零件。

　　晶振電路的設計

　　Mega16已經(jīng)內置RC振蕩線(xiàn)路，可以產(chǎn)生1M、2M、4M、8M的振蕩頻率。不過(guò)，內置的畢竟是RC振蕩，在一些要求較高的場(chǎng)合，比如要與RS232通信需要比較精確的波特率時(shí)，建議使用外部的晶振線(xiàn)路。

　　早期的90S系列，晶振兩端均需要接22pF左右的電容。Mega系列實(shí)際使用時(shí)，這兩只小電容不接也能正常工作。不過(guò)為了線(xiàn)路的規范化，我們仍建議接上。

　　重要說(shuō)明：實(shí)際應用時(shí)，如果你不需要太高精度的頻率，可以使用內部RC振蕩。即這部分不需要任何的外圍零件。

　　AD轉換濾波線(xiàn)路的設計

　　為減小AD轉換的電源干擾，Mega16芯片有獨立的AD電源供電。官方文檔推薦在VCC串上一只10uH的電感（L1），然后接一只0.1uF的電容到地（C3）。Mega16內帶2.56V標準參考電壓。也可以從外面輸入參考電壓，比如在外面使用TL431基準電壓源。不過(guò)一般的應用使用內部自帶的參考電壓已經(jīng)足夠。習慣上在A(yíng)REF腳接一只0.1uF的電容到地（C4）。重要說(shuō)明：實(shí)際應用時(shí)，如果你想簡(jiǎn)化線(xiàn)路，可以將AVCC直接接到VCC，AREF懸空。即這部分不需要任何的外圍零件。

　　TOP10 ISP下載接口電路設計

　　ISP下載接口，不需要任何的外圍零件。使用雙排2＊5插座。由于沒(méi)有外圍零件，故PB5（MOSI）、PB6（MISO）、PB7（SCK）、復位腳仍可以正常使用，不受ISP的干擾?！≈匾f(shuō)明：實(shí)際應用時(shí)，如果你想簡(jiǎn)化零件，可以不焊接2＊5座。但在PCB設計時(shí)最好保留這個(gè)空位，以便以后升級AVR內的軟件。

　　JTAG仿真接口設計

　　仿真接口也是使用雙排2＊5插座。需要四只10K的上拉電阻。

　　重要說(shuō)明：實(shí)際應用時(shí)，如果你不想使用JTAG仿真，并且不想受四只10K的上拉電阻的影響，可以將JP1－JP4斷開(kāi)。

　　電源設計

　　AVR單片機最常用的是5V與3.3V兩種電壓。本線(xiàn)路以開(kāi)關(guān)切換兩種電壓，并且以雙色二極管指示（5V時(shí)為綠燈，3.3V時(shí)為紅燈）。二極管D1防止用戶(hù)插錯電源極性。D2可以允許用戶(hù)將電壓倒灌入此電路內，不會(huì )損壞1117－ADJ。

　　1117－ADJ的特性為1腳會(huì )有50uA的電流輸出，1－2腳會(huì )有1.25V電壓。利用這個(gè)特點(diǎn)，可以計算出輸出電壓：當 SW開(kāi)關(guān)打向左邊時(shí)，R6上的電流為 1.25/0.33 = 3.78ma 。R8上的電流為1117－ADJ 1腳電流加上R6上的電流，即0.05+3.78=3.83ma. 可以計算得R8上的電壓為3.84V。 于是得出VCC=1.25+3.83=5.08V。誤差在2%以?xún)?。?SW開(kāi)關(guān)打向右邊時(shí)，R6上的電流為 1.25/0.62 = 2.02ma 。R8上的電流為1117－ADJ 1腳電流加上R6上的電流，即0.05+2.02=2.07ma. 可以計算得R8上的電壓為2.07V。 于是得出VCC=1.25+2.07=3.32V。誤差在1%以?xún)?。使?%精度的電阻，可以控制整個(gè)輸出電壓誤差在3%以?xún)取?br />

　　TOP11 解讀51單片機LED系統電路

　　LED 旋轉顯示器時(shí)基于視覺(jué)暫留原理，開(kāi)發(fā)的一種旋轉式LED 顯示屏。其在具有一定轉速地載體上安裝16 個(gè)LED 發(fā)光器件，各LED 發(fā)光管等間距排位一條直線(xiàn)，隨著(zhù)旋轉速度的加快，在計算機軟件精確的時(shí)序控制下，不斷掃描出預設的文字，圖案等。使用一個(gè)光耦（U 型槽的紅外對管）作為定位傳感器，當旋轉一周時(shí)，擋光板遮擋光源，光敏三極管的集電極輸出高電平，當離開(kāi)擋光板時(shí)，集電極再次輸出低電平，從而給單片機一個(gè)下降沿的跳變型號，產(chǎn)生一個(gè)中斷，從而更新顯示。供電部分，因為整個(gè)裝置是在不停的高速旋轉當中，所以我們做了一個(gè)簡(jiǎn)單的電刷裝置，把220V 的交流電通過(guò)變壓器變成12V 的交流電，再由橋式整流電路，和濾波電路，變?yōu)槠交闹绷麟?，最后通過(guò)7805 芯片輸出我們需要的5V 直流電源，通過(guò)電刷把電源和指針板上的單片機連接為其供電。而旋轉載體因為需要12V 的電壓源，所以采用分別供電的方式。

　　系統硬件原理圖

　　系統硬件原理如下圖所示

　　光耦傳感器模塊的設計

　　對射式U 型槽光耦具有，響應速度快，驅動(dòng)簡(jiǎn)單，安裝容易，容易于單片機通信等特點(diǎn)。如圖所示，當上電之后，光耦的光敏三極管的集電極時(shí)輸出低電平，當有物體擋住了光敏三極管感應的紅外光線(xiàn)時(shí)，光敏三極管的集電極和發(fā)射極處于高阻態(tài)，所以集電極輸出高電平，當光敏三極管再次感應到紅外光源的時(shí)候，集電極再次輸出低電平，從而給單片機一個(gè)中斷信號。

　　顯示模塊的設計

　　LED 顯示器具有功耗低，接口控制方便等優(yōu)點(diǎn)，而且模塊的接口信號和操作指令具有廣泛的兼容性，并能直接與單片機接口，可方便地實(shí)現各種不同的操作，在各類(lèi)測量及控制儀表中被廣泛的應用。當在LED 上顯示漢字時(shí)，應先取得漢字的點(diǎn)陣構成數據，然后將其寫(xiě)入顯示存儲器中進(jìn)行顯示。旋轉LED 顯示器是一種通過(guò)同步控制發(fā)光二極位置和點(diǎn)亮狀態(tài)來(lái)實(shí)現圖文顯示的新型顯示器，其結構新穎，成本低廉，可視角度達360°。

　　TOP12 揭秘STC12直流電子負載電路

　　本文提出了一種基于STC12C5A60S 的直流電子負載的設計方案。主要以高速、低功耗、超強抗干擾STC12C5A60S 單片機為控制核心設計直流電子負載。包括控制電路（MCU）、主電路、采樣電路、顯示電路等，能夠檢測被測電路的電流值、電壓值等各個(gè)參數，并能直觀(guān)的在液晶上顯示。本系統由自鎖開(kāi)關(guān)控制電路的工作狀態(tài)，通過(guò)手動(dòng)調節開(kāi)關(guān)切換在恒壓、恒流、恒阻電路之間的工作狀態(tài)，由LED 燈指示相應的工作狀態(tài)。系統的穩壓范圍為1V-30V，穩流范圍為100mA-3.5A，誤差0-5%在題目要求范圍內，達到題目要求并擴展了恒壓、恒流的范圍。由單片機控制，通過(guò)按鍵達到對恒壓值或恒流值在一定范圍內的控制，設置了過(guò)載保護，通過(guò)亮燈顯示過(guò)載。

　　方案通過(guò)兩個(gè)自鎖開(kāi)關(guān)來(lái)控制電路的工作狀態(tài)，在恒壓、橫流、恒阻之間進(jìn)行切換，通過(guò)stc12c5a60s 單片機通過(guò)D/A 芯片控制恒壓、恒流等的值，stc12c5a60s 是高速、低功耗、超強抗干擾的新一代8051單片機，指令代碼完全兼容傳統的8051，但速度快8-12倍，8路高速10位A/D 轉換。采用大功率NMOS 管IRF540，該管導通電阻足夠小，源漏抗擊穿能力足夠強。軟硬件結的方式，方便簡(jiǎn)潔實(shí)現了不同模塊之間的轉換，很好的完成了恒壓、恒流等基本功能，并完成了恒阻等附加功能。

　　恒壓電路

　　TEXT 和GND 的為測試點(diǎn)。電路整體是個(gè)負反饋：當TEXT 高于設定值時(shí)，運放輸出高電壓，Q1 導通度增加，負載阻抗變小，和電源內阻分壓，TEXT 減小，直至V+=V-;當TEXT 低于設定值時(shí)，運放輸出低電壓，Q1到通度減小，負載和電源內阻分壓變大，TEXT 增大，直至V+=V-。

　　恒流電路圖

　　TEXT 和GND 為測試點(diǎn)，OP07中V+=V-。當V+》V-時(shí)，運放輸出高電壓，Q1導通度增加，電流增大，V-升高，達到V+=V-。當V+《V-時(shí)，運放輸出低電壓，Q1到通度減小，負載和電源內阻分壓變大，電流降低，直至V+=V-。所穩定的電流=V-除以阻值。

　　恒阻電路圖

　　當滑動(dòng)變阻器打到5 0 % 時(shí)電阻分壓V+=1/2Vin=V-， 電流I=Vin/4，R=Vin/I=4歐，電源電壓與電流成正比例變化?？梢杂脝纹瑱C實(shí)現，R=VText/I，由恒流原理實(shí)現。（如需長(cháng)時(shí)間測試，MOSS 管最好接大散熱片）。

　　提出一種基于STC12C5A60S 的直流電子負載的設計方案。本方案中設計的直流電子負載主要以高速、低功耗、超強抗干擾STC12C5A60S 單片機為控制核心，由自鎖開(kāi)關(guān)控制電路的工作狀態(tài)，通過(guò)手動(dòng)調節開(kāi)關(guān)切換在恒壓、恒流、恒阻電路之間的工作狀態(tài)。系統的穩壓范圍為1V-30V，穩流范圍為100mA-3.5A，誤差0-5%在題目要求范圍內，達到對恒壓值或恒流值在一定范圍內的控制， 設置了過(guò)載保護，通過(guò)亮燈顯示過(guò)載，經(jīng)驗證，本方案具有實(shí)際的應用價(jià)值。