低功耗MCU电子电路设计图集锦TOP12 —电路图天天读（2） 电子电路, 电路图, 设计图, 通信

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　TOP2 采用C8051F020(＄12.6125)的RS485(＄49.9800)串行通信电路
　　要实现单片机与计算机之间的RS485 通信，一般可以采用2 种方法：一种方法是在单片机与计算机两端分别采用RS232(＄780.5000) 与RS485 电平转换装置；另一种方法是采用RS485 通信卡，并将其插在计算机主板上。采用前一种方法的优点是硬件装置安装简便，软件编程相对简单；缺点是通信速率被限制在20 kb/s以内。第二种方法的优点是通信距离较远，速率较高，可达10 Mb/s;缺点是需要安装通讯卡和驱动程序，并进行必要的设置。本文采用第二种方法。
　　采用UART 串行总线进行通信，因为UART 是一种广泛应用于远距离、低速率、低成本通信的串行传输接口，由于其具有数据线少的特点，在数字系统设计中得到了大量应用。基本的UART 通信只需要两根数据线（RXD、TXD）即可完成数据的相互通信，接收和发送都是全双工形式，其中RXD 是接收端，TXD 是发送端。

　　

　　C8051F020 单片机有2 个UART（UART0 和UARTl），以UART0 为例，它的TxD 和RXD 分别与数字I/0 引脚PO.O 和PO.1 复用，通过交叉开关配置寄存器进行选择。由于MAX485(＄1.2730) 工作在半双工状态，它与单片机连接时的接线比较简单，只需要用单片机某一个引脚（如PO.2）来控制RE 和DE 这2 个引脚。PCL-846B 通信卡有4 个通道，选择通道1 与单片机进行通信，另外将通道2 和通道4 进行连接，以自发自收的方式实现通信卡的自检。单片机与外部电路的连接关系如图2 所示。在使用RS485 通信卡进行通信时，当信号传递到通信线路两端时，如果阻抗不匹配，可能会产生信号反射问题。信号反射会造成信号的失真和变形，从而导致通信错误。其解决方法就是在通信线路的两端各连接一个终端匹配电阻，保证阻抗匹配。当通信距离较短， 一般在小于300 m 时，可不使用终端电阻。当通信距离大于300 m 时，应当使用终端电阻，其阻值必须与通信线路的线性阻抗相同。电阻值一般选取120 Ω左右，当通信距离较长时，可以选用300 Ω。
　　前置放大电路的设计
　　前置放大电路是模拟信号采集的前端，也是整个电路设计的关键，它不仅要求从人体准确地采集到微弱的心电信号，还要将干扰信号降到最低，由于心电信号属于差分信号，所以电路应采用差动放大的结构，同时要求系统具有高共模抑制比、高输入阻抗、低漂移等特点。因此，选择合适的运算放大器至关重要，这里选择仪用运放AD620(＄1.9285) 实现前置放大，AD620 具有高精度、低噪声、低输入偏置电流低功耗等特点，使之适合ECG 监测仪等医疗应用。AD620 的放大倍数由1 与8 脚之间的反馈电阻决定，增益G=49.4 kΩRG+1，由于心电信号中含有较大的直流分量，因此前置放大电路的放大倍数不能过大，在这里选择放大约10倍，因此反馈电阻R6 取约5 kΩ，为提高电路的共模抑制能力，这里用一个OP07检测R10，R4 上的共模信号驱动导线屏蔽层，消除分布电容。同时用另一个OP07运放和R5，C3，R7 组成右腿驱动电路，在R10，R4 上检测到的共模信号经反相放大器后经R7，反馈到人的右腿，进一步抑制了共模信号和50 Hz 工频干扰，这里右腿驱动有一个对交流电的反馈通路，交流电的干扰可能对人体产生危害，因此这里要注意做好绝缘措施，同时保护电阻R7 尽可能大，取1 MΩ以上。此外系统电源的不稳定也对心电信号的采集有较大影响，因此在本系统中，所有运放的电源脚都并联两个0.1μF 和10μF 的电容退耦，提高系统的稳定性，前置放大电路的电路图如图3 所示。

　　

　　带通滤波器的设计
　　从前置放大电路输出的心电信号还含有较大直流分量和肌电信号，基线漂移等干扰成分，所需采集的有用心电信号在0.03～100 Hz 范围之间，因此需设计合理的滤波器使该范围内的信号得以充分通过，而该范围以外的信号得到最大限度的衰减，这里采用具有高精度，低偏置，低功耗特点的两个 OP07 运放分别组成二阶有源高通滤波器和低通滤波器，高通滤波器由C11，C17，R7，R10 组成，截止频率f1≈0.03 Hz，低通滤波器由R8，R9，C10，C13 组成，截止频率约为f2≈100Hz，系统带通滤波器的电路如图4 所示。

　　

　　本设计实现的是以STM32 为控制核心，以AD620，OP07 为模拟信号采集端的小型心电采集仪，该设计所测心电波形基本正常，噪声干扰得到有效抑制，电路性能稳定，基本满足家居监护以及病理分析的要求，整个系统设计简单，成本低廉，具有一定的医用价值。