基于ATmega48的微功耗电刺激器的设计

文章摘要：使用3V电池直接给单片机供电。单片机通过图中的ON_OFF控制包括DC/DC电路在内的外围电路的供电，在工作的间歇期进入休眠状态无输出脉冲时，将ON_OFF设为高电平，切断外围电路的供电，从而有效地降低系统的电流损耗。3 ATmega48单片机及其脉冲发生电路3.1 ATmega48单片机及应用ATmega48单片机是Atmel公司在2004年底推出的微功耗高性能八位单片机，采用TQFP32紧凑型封装，批量生产时还可以选用更小体积的MLF32封装(尺寸仅为5mm×5mm)。内有4KB的Flash程序存储器、256B的EEPROM和512B的静态存储器。支持ISP串行下载方式。ATmega48单

基于ATmega48的微功耗电刺激器的设计,标签：电源电路,电路设计,http://www.88dzw.com

使用3V电池直接给单片机供电。单片机通过图中的ON_OFF控制包括DC/DC电路在内的外围电路的供电，在工作的间歇期进入休眠状态无输出脉冲时，将ON_OFF设为高电平，切断外围电路的供电，从而有效地降低系统的电流损耗。

　　3 ATmega48单片机及其脉冲发生电路

　　3.1 ATmega48单片机及应用

　　ATmega48单片机是Atmel公司在2004年底推出的微功耗高性能八位单片机，采用TQFP32紧凑型封装，批量生产时还可以选用更小体积的MLF32封装(尺寸仅为5mm×5mm)。内有4KB的Flash程序存储器、256B的EEPROM和512B的静态存储器。支持ISP串行下载方式。

　　ATmega48单片机为RISC结构，在1MHz频率下速度为1MIPS。系统时钟有外部低频、外部高频、内部RC振荡器时钟等多种工作方式可以选择。选择方法是通过编写熔丝位，并结合软件编程与时钟相关的寄存器实现。选择单片机的时钟频率越高，单片机的功耗也越大。本系统选用128kHz的内部RC振荡器，在工作电压为3V时，静态电流小于60μA。休眠状态时静态电流更低。ATmega48单片机内有六种省电休眠模式，可以使仪器在非工作期间进入休眠状态。ATmega48的系统时钟还可以通过编程分频进一步地降低时钟频率，减小功耗，在仪器休眠期，采用32倍的分频系数将时钟降低到4kHz。

　　ATmega48单片机内有两个8位的定时/计数器，一个16位的定时/计数器，可以满足本系统对开启时间、脉宽、脉冲频率的精确控制。另外单片机还有6个PWM输出口，可以用于调节仪器的刺激强度。ATmega48单片机内部有独立的硬件看门狗时钟，可以有效地防止单片机死机。

　　本系统选用的ATmega48V是ATmega48的低电压工作的芯片，选用ATmega48V作为电刺激器的主控芯片，几乎不需要另加其他的元件。ATmega48V可以在1.8V~5.5V范围的电压下工作，在电池使用的有效电压范围内，单片机均可正常工作，能充分利用电池的容量。

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　3.2 脉冲发生电路

　　通常具有一定驱动功率的脉冲输出电路首先产生脉冲波形，再将脉冲波形用集成的功率放大器作驱动放大，放大电路工作在线性放大区。这种放大电路必须具有静态电流来维持合适的静态工作点，功耗较大。为了降低耗电流，本系统的电刺激器用开关方式生成刺激脉冲。单片机及其脉冲发生器电路原理如图3所示。J1是刺激电极的接线端子，OC0A是ATmega48V定时器0的PWM输出口，根据实验的要求调节输出强度。用PWM输出以及R6、R7、C6和C7组成的滤波器调节U3A正相的输入电压。运放U3A接为正相放大方式，放大倍数由R8和R9决定。Q2为功率放大三极管，增大输出的驱动能力。Q3工作在开关状态，用于控制输出脉冲的宽度和频率，当ATmega48V的9脚是高电平时，Q3导通，输出刺激脉冲；导通500μs后，ATmega48V的9脚变到低电平，Q3关闭，脉冲结束；按10Hz的频率循环往复。

　　4 功能实现及软件编程

　　ATmega48有131条指令，大多是单机器周期指令，指令系统非常丰富。ATmega48在指令设计时很好地考虑到C语言的操作模式，用C语言编程可以得到很高的代码效率。ATmega48属于AVR系列的单片机，常用的用于AVR单片机开发的C语言有两种：AVR-ICC和AVR-GCC。AVR-ICC是商业的AVR的C语言集成化开发工具(IDE)，界面友好，使用简单，有生产和代理商很好的技术支持。而AVR-GCC是依靠网络流行的公开源代码的自由软件，可以从网上(http://www.avrfreaks.net)免费下载编译软件和各种工具软件。由于AVR-GCC有大量的高手参与开发和众多网上参与者的测试，其软件的更新速度和代码效率以及软件缺陷率的排除都非常出色。但是AVR-GCC是由UNIX平台上移植过来的，保留了类似UNIX的操作方式，对于不熟悉UNIX的WINDOWS用户，其使用时入门很困难，只有熟练使用后才能感到其功能的强大。在http://www.avrfreaks.net网上有关于AVR-GCC的论坛，使用中的许多问题都可以在论坛上得到帮助。由于AVR-GCC具有低廉的使用成本和出色的功能，所以本系统选用AVR-GCC作为编程工具。

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