生物電信號發(fā)生器原理分析

1、生物電信號發(fā)生器原理分析1概述 本生物電信號發(fā)生器采用ADuC848混合信號處理器進行控制，采用AT29C256作為外部數(shù)據(jù)存儲空間，便于存儲較大信息量的生物電信號，同時系統(tǒng)具有串口通信功能，可以實現(xiàn)與PC機的連接，以對信號進行進一步的處理。系統(tǒng)硬件電路結(jié)構(gòu)簡單，配合以合適的軟件，可以實現(xiàn)豐富的功能。 本信號發(fā)生器可實現(xiàn)以下基本功能：信號采集處理、信號產(chǎn)生、串口通信、按鍵控制、液晶顯示等。 2.最小系統(tǒng)原理分析2.1 ADuC848及其支持系統(tǒng)ADuC848混合信號處理器采用8051內(nèi)核，單周期指令集，指令執(zhí)行效率高。集成16位10通道ADC，12位電壓輸出DAC，省去了外部模數(shù)、數(shù)模轉(zhuǎn)換器，

2、提高了轉(zhuǎn)換精度，減小了功耗。內(nèi)部自帶12.58MHz高精度時鐘。另外芯片支持UART、SPI、I2C等通訊接口，便于進行單片機間通信、單片機與PC機通信及程序的下載、調(diào)試。系統(tǒng)采用外部直流電源供電，用J2作為電源插孔。單片機同樣采用該電源供電。為了防止電源抖動，在單片機的34、35，20、21及47、48腳之間及電源插頭的VCC與GND之間接入0.1uF的電容，從而保證可靠供電。單片機外接了一個32kHz的晶振，在單片機低速低功耗工作時用以為單片機提供標準時鐘。圖1 單片機復位電路手動復位電路如圖1所示，按鍵未按下時，RESET為低電位，單片機正常工作，當按鍵被按下，電容迅速放電，同時RESE

3、T變成高電位，按鍵松開后，電容充電，RESET繼續(xù)保持高電位，只要RESET保持高電位超過2個機器周期，單片機即被復位，電容充電到一定程度后，RESET再次變成低電位，程序從頭開始執(zhí)行。由圖中元器件參數(shù)可知，阻容電路時間常數(shù)=RC=101031010-6s=0.1s，可見電容充電時間足以保證使單片機復位。2.2 外部數(shù)據(jù)存儲器AT29C256接口電路AT29C256是Atmel推出的一款閃存芯片，內(nèi)部有256K存儲空間，用于單片機數(shù)據(jù)存儲空間的擴展。它與單片機之間的通信需要地址鎖存芯片74ALS573（U4）的協(xié)助，其接口電路如圖2。圖2 外部數(shù)據(jù)存儲器接口電路地址總線為單片機的P0、P2口，

4、同時P0口分時復用為數(shù)據(jù)總線。當單片機需要向AT29C256寫入數(shù)據(jù)時，首先通過P0、P2口輸出16位目的地址（包含片選信號），其中低8位地址（P0口的數(shù)據(jù)）寫入74ALS573，同時單片機ALE腳自動產(chǎn)生一個鎖存信號，將低8位地址鎖存在74ALS573，使74ALS573的Q0Q7腳電平保持為單片機P0腳的電平不變，Q0Q7送到AT29C256的A0A7，高8位直接送到AT29C256的A8A14及，然后單片機從P0口輸出數(shù)據(jù)，將8位數(shù)據(jù)通過AT29C256的DQ0DQ7引腳寫入閃存，完成一次數(shù)據(jù)寫入操作。單片機從AT29C256中讀取數(shù)據(jù)的過程與寫入數(shù)據(jù)的過程類似。2.3 模數(shù)、數(shù)模轉(zhuǎn)換模

5、數(shù)、數(shù)模轉(zhuǎn)換的基準電壓由圖3所示電路提供。穩(wěn)壓二極管使REFIN+的電壓相對于AGND為2.5V，REFIN-接到AGND，電壓為相對0V。圖3 基準電壓電路模擬信號由J1的5腳輸入，經(jīng)過運放LM358與電阻、電容所構(gòu)成的網(wǎng)絡，信號被放大、濾波后，輸入到單片機的P1.0口（此時該口設置為AIN1，為模擬信號輸入端口），送入單片機內(nèi)部的模數(shù)轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換，后由單片機進行處理。單片機產(chǎn)生的數(shù)字信號經(jīng)內(nèi)部數(shù)模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換以后經(jīng)過單片機的13、14兩管腳輸出到H3的1腳（DAC0）、3腳（DAC1），H3為跳線選擇開關(guān)，可以選擇1腳或3腳與2腳（DAC）接通。若DAC0與DAC接通，則單片機13腳輸出的

6、模擬信號經(jīng)過由運放LM358和電阻、電容組成的網(wǎng)絡放大、濾波后由J1的2腳（DAOUT）輸出，而單片機14腳輸出的模擬信號可以由J1的3腳（DAC1）不經(jīng)過處理直接輸出。同樣，若DAC1與DAC接通，則單片機14腳輸出的信號經(jīng)處理后由J1的2腳（DAOUT）輸出，單片機13腳的信號可以通過H3的1腳直接引出。另外，J1的4腳為單片機計數(shù)器的輸入端。2.4 串行接口圖4 RS232串行通信接口電路串口為下載程序、單片機通信的接口。由于RS232電平與單片機產(chǎn)生的TTL電平不能匹配（RS232規(guī)定發(fā)送端邏輯1為-5-15V，邏輯0為+5+15V，接收端邏輯1為-3-15V，邏輯0為+3+15V，信

7、號傳輸過程中允許有2V的壓降；而單片機輸出邏輯1電平不足+5V，邏輯0略高于0V），因此在單片機與PC機通信（包括程序下載）時需要在通信線路中間進行電平轉(zhuǎn)換。MAX202為專用的RS232通信驅(qū)動/接受器，用它構(gòu)成電平轉(zhuǎn)換電路，使用方便，穩(wěn)定性好。為簡化電路，系統(tǒng)的RS232通信采用了沒有任何聯(lián)絡和握手信號的直接通信，這樣只需要RS232接口的22根線中的3根線（TXD、RXD和GND）即可實現(xiàn)單片機與單片機或PC機之間的通信。串口通信接口電路如圖4所示。J3為RS232通信接口的插頭。2.5 LCD液晶顯示圖5 液晶顯示模塊接口電路 圖6 按鍵接口電路系統(tǒng)采用12864像素的LCD液晶顯示模

8、塊LM6023B作為系統(tǒng)與用戶交互的窗口。LM6023B與單片機之間的接口電路如圖5。當需要進行顯示或?qū)︼@示進行控制時，單片機通過P2.0P2.3輸出控制信號，鎖存在74ALS573，單片機根據(jù)指令自動產(chǎn)生讀或?qū)懶盘?，之后單片機通過P0口讀入顯示模塊狀態(tài)或輸出8位指令碼或8位數(shù)據(jù)碼，完成一次控制或顯示。P3.3控制LCD背光的亮滅，由于P3.3口輸出電流較小，不足以驅(qū)動LCD的背光燈，因此采用三極管Q1來進行驅(qū)動。2.6 鍵盤控制由于系統(tǒng)所設按鍵較少，采用了按鍵直接連接單片機I/O口的方式，電路簡單，編程方便。按鍵與單片機的接口如圖6。圖中KEY1KEY4分別對應單片機的P1.2、P1.3、P

9、1.4和P3.2。當沒有按鍵按下時，單片機的I/O口通過1k的電阻接到GND上，為低電平，當有按鍵按下，對應的I/O口直接接到VCC上，變成高電平。通過掃描對應端口的電平變化即可識別相應按鍵，從而完成相應功能。3. 系統(tǒng)工作過程模擬開機，系統(tǒng)自動進行初始化，LCD顯示歡迎界面，系統(tǒng)初始化完成后進入工作狀態(tài)。當需要產(chǎn)生信號時，通過按鍵控制程序，使單片機產(chǎn)生波形、頻率、幅值符合需要的信號，經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換、放大、濾波后由J1輸出，同時LCD顯示單片機工作狀態(tài)及所產(chǎn)生的信號的特征。當需要進行模擬信號處理時，通過按鍵控制使單片機進入模擬信號處理狀態(tài)，模擬信號通過J1口輸入，經(jīng)放大、濾波后送模數(shù)轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換完成后送單片機處理，LCD顯示單片機工作