低功耗MCU電子電路設(shè)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(shè)計一個低成本的無線WiFi 音樂播放系統(tǒng)，結(jié)合接收WiFi 數(shù)據(jù)的WM-G-MR-08（wm631）模塊和VS1003B 音頻解碼器實現(xiàn)MP3 音樂播放?；贏ndroid 系統(tǒng)開發(fā)的客戶端軟件采用手機控制，完成手機端與控制端之間的數(shù)據(jù)傳輸，實現(xiàn)手機遠程對音樂播放器的控制。結(jié)果表明，該系統(tǒng)設(shè)備簡單方便、成本較低、系統(tǒng)可靠、易于擴展。本設(shè)計基于已經(jīng)發(fā)展成熟的WiFi 無線網(wǎng)絡(luò)，充分利用WiFi 覆蓋范圍廣、傳輸速度快、抗干擾能力強等優(yōu)點。Android 具有開源性、封裝性、性價比高等優(yōu)點，基于Android 系統(tǒng)開發(fā)的客戶端軟件移植性強，通用性高。采用手機作為控制終端，便于操作。手機通過無線網(wǎng)絡(luò)（WiFi）對音樂播放系統(tǒng)進行控制，可以實現(xiàn)方便、快捷、智能化的要求。

　　音頻解碼模塊

　　VS1003B 是一個單片MP3/WMA/MIDI 音頻解碼器和ADPCM 解碼器。它包含一個高性能、自主產(chǎn)權(quán)的低功耗的DSP 處理器核VS_DSP4，工作數(shù)據(jù)存儲器為用戶應(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 個高品質(zhì)可變采樣率的ADC 和立體聲DAC、4 個常規(guī)用途的I/O 口、1 個UART，以及1 個地線緩沖器和耳機放大器。

　　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)換成模擬信號后再進行輸出。VS1003B 與STM32F103 的數(shù)據(jù)通信是通過J2 排針上的SPI 總線方式進行的。

　　WiFi 無線模塊

　　WiFi（Wireless Fidelity，無線保真技術(shù)）的最大優(yōu)點是傳輸速度較高，而且能自動調(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)速率的無線連接，可應(yīng)用于無線PDA、DSC、媒體適配器、微型打印機、條碼掃描器、VOIP 電話等。數(shù)據(jù)存儲裝置是該WM-G-MR-08 潛在的應(yīng)用，在嵌入式上的應(yīng)用主要集中在移動裝置方面。在設(shè)計中，WM-G-MR-08 模塊通過開發(fā)板上的J1排針的SPI 引腳與主控芯片通信，ANT1SMACON 為無線網(wǎng)卡，其原理圖如圖2所示。

　　本設(shè)計是在ARM7 平臺上構(gòu)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，而且基于Android 的平臺建設(shè)成本低、使用方便。同時，這種方式采用的手機軟件具有通用性，市場應(yīng)用價值高，易于推廣，能為用戶提供優(yōu)質(zhì)、方便快捷的音樂播放服務(wù)。

　　單片機在超聲波測距中應(yīng)用電路

　　該系統(tǒng)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，信號處理器通過兩級放大，再經(jīng)過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在此稱為回波。同時，壓電換能器將接收的回波，通過信號處理的檢波放大、積分整形及一系列常見電路的處理，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(jié)循環(huán)鏈表，求每個超聲波探頭四次測得值的平均值，以減小誤差，再比較三個探頭平均值，最小的值即為最近的障礙物反射回來回波所需的時間。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(shù)器的CL K端，Q0 、Q1 、Q2 輸出分別控制三個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

　　要實現(xiàn)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(zhuǎn)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)點是硬件裝置安裝簡便，軟件編程相對簡單；缺點是通信速率被限制在20 kb/s以內(nèi)。第二種方法的優(yōu)點是通信距離較遠，速率較高，可達10 Mb/s;缺點是需要安裝通訊卡和驅(qū)動程序，并進行必要的設(shè)置。本文采用第二種方法。

　　采用UART 串行總線進行通信，因為UART 是一種廣泛應(yīng)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(shù)據(jù)線少的特點，在數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計中得到了大量應(yīng)用?；镜腢ART 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。

　　C8051F020 單片機有2 個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，通過交叉開關(guān)配置寄存器進行選擇。由于MAX485 工作在半雙工狀態(tài)，它與單片機連接時的接線比較簡單，只需要用單片機某一個引腳（如PO.2）來控制RE 和DE 這2 個引腳。PCL-846B 通信卡有4 個通道，選擇通道1 與單片機進行通信，另外將通道2 和通道4 進行連接，以自發(fā)自收的方式實現(xiàn)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 通信卡進行通信時，當信號傳遞到通信線路兩端時，如果阻抗不匹配，可能會產(chǎn)生信號反射問題。信號反射會造成信號的失真和變形，從而導(dǎo)致通信錯誤。其解決方法就是在通信線路的兩端各連接一個終端匹配電阻，保證阻抗匹配。當通信距離較短， 一般在小于300 m 時，可不使用終端電阻。當通信距離大于300 m 時，應(yīng)當使用終端電阻，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，當通信距離較長時，可以選用300 Ω。

　　前置放大電路的設(shè)計

　　前置放大電路是模擬信號采集的前端，也是整個電路設(shè)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(yīng)采用差動放大的結(jié)構(gòu)，同時要求系統(tǒng)具有高共模抑制比、高輸入阻抗、低漂移等特點。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，使之適合ECG 監(jiān)測儀等醫(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OP07檢測R10，R4 上的共模信號驅(qū)動導(dǎo)線屏蔽層，消除分布電容。同時用另一個OP07運放和R5，C3，R7 組成右腿驅(qū)動電路，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，進一步抑制了共模信號和50 Hz 工頻干擾，這里右腿驅(qū)動有一個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，同時保護電阻R7 盡可能大，取1 MΩ以上。此外系統(tǒng)電源的不穩(wěn)定也對心電信號的采集有較大影響，因此在本系統(tǒng)中，所有運放的電源腳都并聯(lián)兩個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。

　　帶通濾波器的設(shè)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(shè)計合理的濾波器使該范圍內(nèi)的信號得以充分通過，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，低功耗特點的兩個 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(tǒng)帶通濾波器的電路如圖4 所示。

　　本設(shè)計實現(xiàn)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(shè)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(wěn)定，基本滿足家居監(jiān)護以及病理分析的要求，整個系統(tǒng)設(shè)計簡單，成本低廉，具有一定的醫(yī)用價值。

　　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)議無線近場芯片中的一員，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（包括I2C 和I2CL 模式）三種。另外，它的安全性比上一代更高，支持安全訪問模塊（SAM）的連接。

　　模塊硬件設(shè)計

　　模塊主要由通信升級接口、調(diào)試接口、提示信號、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

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

　　射頻芯片電路設(shè)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 面正中間一個正方形的面，這個面必須良好接地，否則會出現(xiàn)些奇怪的現(xiàn)象。SLRC610 支持SPI、I2C 總線、I2CI 和UART 四種接口，它會在掉電復(fù)位后通過IFSEL0 和IFSEL1 電平組合來判斷當前主機接口類型。本次設(shè)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。

　　天線的匹配電路包含一個EMC 低通濾波器（L1、L2、C5、C6），一個匹配電路（C3、C4、C7～ C1O），一個接收電路（R2、R3、C15）和天線本身。接收電路的元件值需被特別設(shè)計并根據(jù)板子實際情況調(diào)整。本次設(shè)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)計中采用的是較新的主控和射頻芯片，價格較低，性能又強，而且在很長一段時間內(nèi)不會有供貨、價格等方面的問題。LPC800 系列既增加了開關(guān)矩陣等實用的功能，方便用戶電路設(shè)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(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、讀寫卡距離遠等特點，使用起來很方便，具有較高的應(yīng)用價值。

　　TOP4 ATmega128的16路遙控單元電路

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

　　撥碼開關(guān)設(shè)定輸入

　　撥碼開關(guān)提供用戶一個簡化的人機接口，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74HC244（IC5）數(shù)據(jù)緩沖器，把撥碼開關(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（見圖2）。

　　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（見圖3）。

　　看門狗控制

　　掉電自動保存部分使用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，當主電源掉電時則自動切換到后備電池供電方式。同時此芯片還兼有看門狗功能，在系統(tǒng)死機的極端情況下及時　復(fù)位CPU 使系統(tǒng)快速恢復(fù)至受控狀態(tài)（見圖5）。

　　繼電器控制及輸出

　　繼電器控制輸出使用一個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)動對應(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 在斷開的瞬間所產(chǎn)生的反向電流，而并接在K1輸出接點上的壓敏電阻VZ1 則可以吸收關(guān)斷后級感性負載所產(chǎn)生的反向電動勢，有效延長輸出繼電器觸點的壽命（見圖6）。

　　ARTU-J16 遙控單元國家繼電保護及自動化設(shè)備質(zhì)量監(jiān)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(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ARM公司的32位Cortex-M3內(nèi)核設(shè)計而來，對比于傳統(tǒng)的8位、16位單片機，它具有更高的運算和數(shù)據(jù)處理能力，更高的代碼密度，更低的功耗。實際數(shù)據(jù)顯示，EFM32TG840在執(zhí)行 32位乘法運算僅需4個內(nèi)核時鐘周期，32位除法運算僅需8個內(nèi)核時鐘周期，而相應(yīng)熱表上運用的16位單片機卻分別需要50和465個時鐘周期。而恰恰在時間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換芯片TDC-GP21上采集得到的數(shù)據(jù)均是32位長度，因此在運算和熱量計算時均是32位的數(shù)據(jù)運算。EFM32TG840 具有EM0-EM4共5種低功耗模式。在EM2的低功耗模式下，微控制器仍可實現(xiàn)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(tǒng)，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(qū)動器，滿足直接驅(qū)動超聲波熱量表液晶屏的需求，而功耗僅為550nA。EFM32TG840的LCD驅(qū)動器內(nèi)部集成電壓升壓功能和對比度調(diào)節(jié)功能，可實現(xiàn)在芯片內(nèi)部VCMP電壓比較器監(jiān)控VDD電壓，分等級開啟LCD升壓及對比度調(diào)節(jié)，達到LCD的現(xiàn)象效果良好，即使系統(tǒng)電池隨著使用時間增加出現(xiàn)電壓跌落現(xiàn)象。

　　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現(xiàn)交互控制動作。TDC-GP21是德國ACAM公司在2011年11月底推出的新一代專門針對超聲波熱量表檢測計量所用的數(shù)字時間轉(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處理模擬部分，例如模擬開關(guān)以及低噪聲斬波穩(wěn)定（自動進行溫度電壓校正）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，就可以進行高精度的測量，測量的性能遠遠超過熱量表所需的要求。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推薦的兩個供電電壓使用相同的電壓源進行供電，并增加去耦雙通道濾波電路以達到降低系統(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行搭建。在時鐘方面TDC-GP21將輸出 32.768KHz時鐘，為EFM32TG840F32提供低頻時鐘，可節(jié)省主控MCU的低頻晶振。

　　MBUS通信部分

　　超聲波熱量表通過MBUS（Meter Bus）總線通信進行自動抄表。現(xiàn)場的熱量表可通過MBUS將數(shù)據(jù)上傳到集中器，然后由集中器或再上一級集中器將數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)或無線GPRS通信模塊將數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓┡行牡暮笈_，進行計費及管理。本方案中采用TI公司的MBUS芯片為TSS721A。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)中主從機之間的電平，同時該收發(fā)器可由總線供電，對從機不增加功率需求，總線可無極性連接。 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(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的載波對通信數(shù)據(jù)進行調(diào)制且有效通信距離大于2m，選用波長為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)備對超聲波熱量表進行抄表。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(yī)療儀控制電路

　　高功率激光醫(yī)療儀市場需求越來越大，而目人機交互模塊前國內(nèi)此類設(shè)備在控制上缺乏對系統(tǒng)安全和出光精準度的考慮。同時隨著YY0505-2012 醫(yī)用電氣電磁兼容標準于2014 年的執(zhí)行，設(shè)計符合YY0505-2012 標準的醫(yī)用設(shè)備已迫在眉睫。因此，本文采用模塊化設(shè)計，設(shè)計了一種基于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、輸出功率的校準等集成于一體。測試結(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；以觸摸屏為主的人機交互模塊集成了出光指示燈、鑰匙開關(guān)、急停、啟動、腳踏、門控等外部硬件控制；配電模塊集成了繼電器驅(qū)動電路和電磁兼容設(shè)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RS232 與主控制器通信。

　　圖2 系統(tǒng)硬件框圖

　　配電模塊電路設(shè)計

　　為實現(xiàn)高可靠性，配電模塊電路采用冗余設(shè)計，每路繼電器驅(qū)動電路控制兩個固態(tài)繼電器。以圖3 所示激光器的繼電器驅(qū)動電路為例，U5、U6 代表兩個繼電器，輸出端分別串聯(lián)到電源的零線和火線上，實現(xiàn)同開同斷，避免某一個繼電器發(fā)生故障時影響整個系統(tǒng)的工作。每路信號除通過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，Q3 不導(dǎo)通，致9 引腳電平拉低，再與I/O 信號經(jīng)過與門，輸出也為低電平，致Q4 不導(dǎo)通，繼電器處于開路狀態(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(dǎo)通時D3 點亮作為電路工作狀態(tài)指示，當系統(tǒng)出現(xiàn)異常時方便故障排查。

　　本文設(shè)計了一種基于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觸控界面功能設(shè)計、激光器的驅(qū)動控制、精密水冷單元的參數(shù)監(jiān)控、配電模塊的抗干擾設(shè)計以及輸出功率的校準。輸出功率0W 或4W~80W，步進長度1W 連續(xù)可調(diào)，可通過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 型號光纖激光器正常工作要求。經(jīng)過功率校準算法，用戶設(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.測試結(jié)果表明，該系統(tǒng)具有可靠性高、抗干擾能力強、輸出功率穩(wěn)定準確、操作便利等優(yōu)點。

　　ISD2560 是ISD 系列單片語音錄放集成電路的一種，是一種永久記憶型錄放語音電路，錄音時間為60 秒，能重復(fù)錄放達10 萬次。它采用直接電平存儲技術(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)部時鐘、定時器、采樣時鐘、濾波器、自動增益控制、邏輯控制、模擬收發(fā)器、解碼器、和480KB 的EERPOM 等。內(nèi)部EERPOM存儲單元，均勻分為600 行，具有600 個地址單元，每個地址單元指向其中一行，每一個地址單元的地址分辨率為100MS。ISD2560 控制電平與TTL 電平兼容，接口簡單，使用方便。

　　ISD2560 內(nèi)置了若干操作模式，可用最少的外圍器件實現(xiàn)最多的功能。操作模式也有地址端控制；當最高位都為1 時，其他地址端最高就選擇某個模式。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，此時啟動錄音；結(jié)束時松開按鍵，單片機有讓P/R 端回到高電平，既完成一段語音的錄制。同樣的方法可錄取第二段、第三段等。值得注意的是，錄音時間不能超過預(yù)先設(shè)定的每段語音的時間。放音的操作更為簡單，按下錄音鍵接高電平，使P/D 端P/R 端為低電平啟動方音功能；結(jié)束時，松開按鍵，即完成一段語音的播放。

　　采樣單片機控制語音芯片

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

　　放音時，根據(jù)需播放的語音內(nèi)容，找到相應(yīng)的語音段起始地址，并通過口線送出。P/R 端設(shè)為低電平，并讓/CE 端產(chǎn)生一負脈沖啟動放音，這時單片機只需要等待ISD2560信息結(jié)束信號。信號為一負脈沖，在負脈沖的上升沿，該段語音才播放結(jié)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。單片機的P1 口、P3.4 和P3.5 分別與ISD2560 的地址線相連，用以設(shè)置語音段的起始地址。P3.0~P3.3 用以控制錄放音狀態(tài)。P3.7 連接一按鍵，供錄音時使用。由TL7705 構(gòu)成可靠復(fù)位及電源監(jiān)視電路。

　　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法讀出。本系統(tǒng)采用單片機來控制，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，所以可用單片機內(nèi)部定時器定時100 ms，然后再利用一計數(shù)器對單片機定時次數(shù)進行計數(shù)，則計數(shù)器的計數(shù)值為語音段所占用的地址單元。該方式能充分利用ISD2560內(nèi)部的E2PROM，在字段較多時可利用該方法。二是語音字段如果較少，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3 個字計算，60 s 可說180 個字，再根據(jù)ISD2560 的地址分辨率為100 ms，即可計算出語音段所需的地址單元數(shù)。本電路采用第二種方式。

　　TOP7 MSP430無線充電器電路原理

　　現(xiàn)階段，電子設(shè)備諸如智能手機、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?；贛SP430 單片機的無線充電器設(shè)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(yīng)原理實現(xiàn)電能無線傳遞的充電器。本無線充電系統(tǒng)的設(shè)計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 在測試中需要改變，而充電時間相對固定，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作為無線傳能充電器的監(jiān)測控制核心芯片，電壓和充電時間顯示采用低功耗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，交流上電常開閉合，常閉打開實現(xiàn)交流優(yōu)先，交流斷電繼電器斷電，常閉閉合，實現(xiàn)自動切換。在切換時，時間很短，C1 可提供一定時間的電量，可以實現(xiàn)不斷電切換，不影響充電。見圖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， 見圖3 所示。采用NE555 構(gòu)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，實測電感值約為142uH ，由， 當諧振在510KHZ 時，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200PF 的可調(diào)電容，可方便調(diào)節(jié)諧振頻率。

　　大功率管TRF840 最大電流為8A、完全開啟時內(nèi)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，功率放大器發(fā)生諧振，此時線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。當接收線圈與發(fā)射線圈靠近時，在接收線圈中產(chǎn)生感生電壓，當接收線圈回路的諧振頻率與發(fā)射頻率相同時產(chǎn)生諧振，電壓達最大值。構(gòu)成了如圖4 所示的諧振回路。實際上，發(fā)射線圈回路與接收線圈回路均處于諧振狀態(tài)時，具有最好的能量傳輸效果。

　　充電電路

　　如圖5 所示，電能經(jīng)過線圈接收后，高頻交流電壓經(jīng)快速二極1N4148 進行全波整流，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。

　　充電效率是一個不得不考慮的問題。本設(shè)計系統(tǒng)可以在發(fā)射接收電路的能量傳輸部分做適當改進，以獲得更高的效率和更遠的距離；也可以設(shè)計充電設(shè)備檢測電路， 在沒有能量接收電路時能量發(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，激活發(fā)射電路開始充電。本設(shè)計系統(tǒng)達到了設(shè)計要求，具有無線充電、攜帶方便、成本低、無需布線等優(yōu)勢，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單片機的特點之一，它可以把程序直接燒寫到單片機中，并對單片機進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單片機的連接如下圖：

　　為保證ICSP安全正常工作，燒寫時序線PGD和PGC、燒寫電壓VPP要與其它電路完全隔離。

　　USB接口電路

　　本設(shè)計中的USB接口圖如下，PIC18F4550采用總線供電模式，應(yīng)用的所有電源均來自USB。USB四根接線中，D+，D-是USB通信的兩個數(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，要設(shè)置內(nèi)部穩(wěn)壓器使能。外接電容Cusb是為PIC單片機穩(wěn)定運行而加的。

　　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)唯一地址識別每個器件，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)備以串行方式進行通信。

　　3）I/O接口

　　以上三個模塊是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)傳輸給單片機進行轉(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，還可以是傳感器采集到的數(shù)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(shè)計

　　Mega16已經(jīng)內(nèi)置了上電復(fù)位設(shè)計。并且在熔絲位里，可以控制復(fù)位時的額外時間，故AVR外部的復(fù)位線路在上電時，可以設(shè)計得很簡單：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：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，將R0（10K）電阻短路，讓C0快速放電，讓下一次來電時，能產(chǎn)生有效的復(fù)位。當AVR在工作時，按下S0開關(guān)時，復(fù)位腳變成低電平，觸發(fā)AVR芯片復(fù)位。

　　重要說明：實際應(yīng)用時，如果你不需要復(fù)位按鈕，復(fù)位腳可以不接任何的零件，AVR芯片也能穩(wěn)定工作。即這部分不需要任何的外圍零件。

　　晶振電路的設(shè)計

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

　　早期的90S系列，晶振兩端均需要接22pF左右的電容。Mega系列實際使用時，這兩只小電容不接也能正常工作。不過為了線路的規(guī)范化，我們?nèi)越ㄗh接上。

　　重要說明：實際應(yīng)用時，如果你不需要太高精度的頻率，可以使用內(nèi)部RC振蕩。即這部分不需要任何的外圍零件。

　　AD轉(zhuǎn)換濾波線路的設(shè)計

　　為減小AD轉(zhuǎn)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(nèi)帶2.56V標準參考電壓。也可以從外面輸入?yún)⒖茧妷海热缭谕饷媸褂肨L431基準電壓源。不過一般的應(yīng)用使用內(nèi)部自帶的參考電壓已經(jīng)足夠。習(xí)慣上在AREF腳接一只0.1uF的電容到地（C4）。重要說明：實際應(yīng)用時，如果你想簡化線路，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(shè)計

　　ISP下載接口，不需要任何的外圍零件。使用雙排2＊5插座。由于沒有外圍零件，故PB5（MOSI）、PB6（MISO）、PB7（SCK）、復(fù)位腳仍可以正常使用，不受ISP的干擾。　重要說明：實際應(yīng)用時，如果你想簡化零件，可以不焊接2＊5座。但在PCB設(shè)計時最好保留這個空位，以便以后升級AVR內(nèi)的軟件。

　　JTAG仿真接口設(shè)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。

　　重要說明：實際應(yīng)用時，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。

　　電源設(shè)計

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

　　1117－ADJ的特性為1腳會有50uA的電流輸出，1－2腳會有1.25V電壓。利用這個特點，可以計算出輸出電壓：當 SW開關(guān)打向左邊時，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%以內(nèi)。當 SW開關(guān)打向右邊時，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%以內(nèi)。使用1%精度的電阻，可以控制整個輸出電壓誤差在3%以內(nèi)。

　　TOP11 解讀51單片機LED系統(tǒng)電路

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

　　系統(tǒng)硬件原理圖

　　系統(tǒng)硬件原理如下圖所示

　　光耦傳感器模塊的設(shè)計

　　對射式U 型槽光耦具有，響應(yīng)速度快，驅(qū)動簡單，安裝容易，容易于單片機通信等特點。如圖所示，當上電之后，光耦的光敏三極管的集電極時輸出低電平，當有物體擋住了光敏三極管感應(yīng)的紅外光線時，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(yīng)到紅外光源的時候，集電極再次輸出低電平，從而給單片機一個中斷信號。

　　顯示模塊的設(shè)計

　　LED 顯示器具有功耗低，接口控制方便等優(yōu)點，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，可方便地實現(xiàn)各種不同的操作，在各類測量及控制儀表中被廣泛的應(yīng)用。當在LED 上顯示漢字時，應(yīng)先取得漢字的點陣構(gòu)成數(shù)據(jù)，然后將其寫入顯示存儲器中進行顯示。旋轉(zhuǎn)LED 顯示器是一種通過同步控制發(fā)光二極位置和點亮狀態(tài)來實現(xiàn)圖文顯示的新型顯示器，其結(jié)構(gòu)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(shè)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(shè)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、電壓值等各個參數(shù)，并能直觀的在液晶上顯示。本系統(tǒng)由自鎖開關(guān)控制電路的工作狀態(tài)，通過手動調(diào)節(jié)開關(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(yīng)的工作狀態(tài)。系統(tǒng)的穩(wěn)壓范圍為1V-30V，穩(wěn)流范圍為100mA-3.5A，誤差0-5%在題目要求范圍內(nèi)，達到題目要求并擴展了恒壓、恒流的范圍。由單片機控制，通過按鍵達到對恒壓值或恒流值在一定范圍內(nèi)的控制，設(shè)置了過載保護，通過亮燈顯示過載。

　　方案通過兩個自鎖開關(guān)來控制電路的工作狀態(tài)，在恒壓、橫流、恒阻之間進行切換，通過stc12c5a60s 單片機通過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(tǒng)的8051，但速度快8-12倍，8路高速10位A/D 轉(zhuǎn)換。采用大功率NMOS 管IRF540，該管導(dǎo)通電阻足夠小，源漏抗擊穿能力足夠強。軟硬件結(jié)的方式，方便簡潔實現(xiàn)了不同模塊之間的轉(zhuǎn)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。電路整體是個負反饋：當TEXT 高于設(shè)定值時，運放輸出高電壓，Q1 導(dǎo)通度增加，負載阻抗變小，和電源內(nèi)阻分壓，TEXT 減小，直至V+=V-;當TEXT 低于設(shè)定值時，運放輸出低電壓，Q1到通度減小，負載和電源內(nèi)阻分壓變大，TEXT 增大，直至V+=V-。

　　恒流電路圖

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

　　恒阻電路圖

　　當滑動變阻器打到5 0 % 時電阻分壓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實現(xiàn)，R=VText/I，由恒流原理實現(xiàn)。（如需長時間測試，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(shè)計方案。本方案中設(shè)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，由自鎖開關(guān)控制電路的工作狀態(tài)，通過手動調(diào)節(jié)開關(guān)切換在恒壓、恒流、恒阻電路之間的工作狀態(tài)。系統(tǒng)的穩(wěn)壓范圍為1V-30V，穩(wěn)流范圍為100mA-3.5A，誤差0-5%在題目要求范圍內(nèi)，達到對恒壓值或恒流值在一定范圍內(nèi)的控制， 設(shè)置了過載保護，通過亮燈顯示過載，經(jīng)驗證，本方案具有實際的應(yīng)用價值。