生物电信号发生器原理分析

1、生物电信号发生器原理分析1概述 本生物电信号发生器采用ADuC848混合信号处理器进行控制，采用AT29C256作为外部数据存储空间，便于存储较大信息量的生物电信号，同时系统具有串口通信功能，可以实现与PC机的连接，以对信号进行进一步的处理。系统硬件电路结构简单，配合以合适的软件，可以实现丰富的功能。 本信号发生器可实现以下基本功能：信号采集处理、信号产生、串口通信、按键控制、液晶显示等。 2.最小系统原理分析2.1 ADuC848及其支持系统ADuC848混合信号处理器采用8051内核，单周期指令集，指令执行效率高。集成16位10通道ADC，12位电压输出DAC，省去了外部模数、数模转换器，

2、提高了转换精度，减小了功耗。内部自带12.58MHz高精度时钟。另外芯片支持UART、SPI、I2C等通讯接口，便于进行单片机间通信、单片机与PC机通信及程序的下载、调试。系统采用外部直流电源供电，用J2作为电源插孔。单片机同样采用该电源供电。为了防止电源抖动，在单片机的34、35，20、21及47、48脚之间及电源插头的VCC与GND之间接入0.1uF的电容，从而保证可靠供电。单片机外接了一个32kHz的晶振，在单片机低速低功耗工作时用以为单片机提供标准时钟。图1 单片机复位电路手动复位电路如图1所示，按键未按下时，RESET为低电位，单片机正常工作，当按键被按下，电容迅速放电，同时RESE

3、T变成高电位，按键松开后，电容充电，RESET继续保持高电位，只要RESET保持高电位超过2个机器周期，单片机即被复位，电容充电到一定程度后，RESET再次变成低电位，程序从头开始执行。由图中元器件参数可知，阻容电路时间常数=RC=101031010-6s=0.1s，可见电容充电时间足以保证使单片机复位。2.2 外部数据存储器AT29C256接口电路AT29C256是Atmel推出的一款闪存芯片，内部有256K存储空间，用于单片机数据存储空间的扩展。它与单片机之间的通信需要地址锁存芯片74ALS573（U4）的协助，其接口电路如图2。图2 外部数据存储器接口电路地址总线为单片机的P0、P2口，

4、同时P0口分时复用为数据总线。当单片机需要向AT29C256写入数据时，首先通过P0、P2口输出16位目的地址（包含片选信号），其中低8位地址（P0口的数据）写入74ALS573，同时单片机ALE脚自动产生一个锁存信号，将低8位地址锁存在74ALS573，使74ALS573的Q0Q7脚电平保持为单片机P0脚的电平不变，Q0Q7送到AT29C256的A0A7，高8位直接送到AT29C256的A8A14及，然后单片机从P0口输出数据，将8位数据通过AT29C256的DQ0DQ7引脚写入闪存，完成一次数据写入操作。单片机从AT29C256中读取数据的过程与写入数据的过程类似。2.3 模数、数模转换模

5、数、数模转换的基准电压由图3所示电路提供。稳压二极管使REFIN+的电压相对于AGND为2.5V，REFIN-接到AGND，电压为相对0V。图3 基准电压电路模拟信号由J1的5脚输入，经过运放LM358与电阻、电容所构成的网络，信号被放大、滤波后，输入到单片机的P1.0口（此时该口设置为AIN1，为模拟信号输入端口），送入单片机内部的模数转换器进行转换，后由单片机进行处理。单片机产生的数字信号经内部数模转换器转换以后经过单片机的13、14两管脚输出到H3的1脚（DAC0）、3脚（DAC1），H3为跳线选择开关，可以选择1脚或3脚与2脚（DAC）接通。若DAC0与DAC接通，则单片机13脚输出的

6、模拟信号经过由运放LM358和电阻、电容组成的网络放大、滤波后由J1的2脚（DAOUT）输出，而单片机14脚输出的模拟信号可以由J1的3脚（DAC1）不经过处理直接输出。同样，若DAC1与DAC接通，则单片机14脚输出的信号经处理后由J1的2脚（DAOUT）输出，单片机13脚的信号可以通过H3的1脚直接引出。另外，J1的4脚为单片机计数器的输入端。2.4 串行接口图4 RS232串行通信接口电路串口为下载程序、单片机通信的接口。由于RS232电平与单片机产生的TTL电平不能匹配（RS232规定发送端逻辑1为-5-15V，逻辑0为+5+15V，接收端逻辑1为-3-15V，逻辑0为+3+15V，信

7、号传输过程中允许有2V的压降；而单片机输出逻辑1电平不足+5V，逻辑0略高于0V），因此在单片机与PC机通信（包括程序下载）时需要在通信线路中间进行电平转换。MAX202为专用的RS232通信驱动/接受器，用它构成电平转换电路，使用方便，稳定性好。为简化电路，系统的RS232通信采用了没有任何联络和握手信号的直接通信，这样只需要RS232接口的22根线中的3根线（TXD、RXD和GND）即可实现单片机与单片机或PC机之间的通信。串口通信接口电路如图4所示。J3为RS232通信接口的插头。2.5 LCD液晶显示图5 液晶显示模块接口电路 图6 按键接口电路系统采用12864像素的LCD液晶显示模

8、块LM6023B作为系统与用户交互的窗口。LM6023B与单片机之间的接口电路如图5。当需要进行显示或对显示进行控制时，单片机通过P2.0P2.3输出控制信号，锁存在74ALS573，单片机根据指令自动产生读或写信号，之后单片机通过P0口读入显示模块状态或输出8位指令码或8位数据码，完成一次控制或显示。P3.3控制LCD背光的亮灭，由于P3.3口输出电流较小，不足以驱动LCD的背光灯，因此采用三极管Q1来进行驱动。2.6 键盘控制由于系统所设按键较少，采用了按键直接连接单片机I/O口的方式，电路简单，编程方便。按键与单片机的接口如图6。图中KEY1KEY4分别对应单片机的P1.2、P1.3、P

9、1.4和P3.2。当没有按键按下时，单片机的I/O口通过1k的电阻接到GND上，为低电平，当有按键按下，对应的I/O口直接接到VCC上，变成高电平。通过扫描对应端口的电平变化即可识别相应按键，从而完成相应功能。3. 系统工作过程模拟开机，系统自动进行初始化，LCD显示欢迎界面，系统初始化完成后进入工作状态。当需要产生信号时，通过按键控制程序，使单片机产生波形、频率、幅值符合需要的信号，经过数模转换、放大、滤波后由J1输出，同时LCD显示单片机工作状态及所产生的信号的特征。当需要进行模拟信号处理时，通过按键控制使单片机进入模拟信号处理状态，模拟信号通过J1口输入，经放大、滤波后送模数转换器，转换完成后送单片机处理，LCD显示单片机工作