【正文】 純粹的USB接口芯片僅處理USB通。另一類是采用具備USB通信功能的普通單片機，例如Intel公司的8X931(基于8051)、Cypress公司的EZUSB(基于8051)，選擇這類USB控制器的最大好處在于開發(fā)者對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和指令集非常熟悉，開發(fā)工具簡單，是目前常用的一種方案，但對于簡單或低成本系統(tǒng)，價格高將會是最大的障礙。目前，市場上供應的USB控制器主要有兩種：帶USB接口的單片機或純粹的USB接口芯片。傳統(tǒng)的PC機是通過RS232串口(DB9)、并口(DB25)等來連接不同的周邊設備，近些年USB接口開始日益普及，USB支持熱插拔可即插即用，并有傳輸速度快等特點，可以使PC與外設的連接更為快速簡潔。如果用戶將管腳懸空或接地，F(xiàn)LASH將不具備寫保護功能，所有的主存頁都可進行讀寫。AT45DB041的選擇性寫保護功能為用戶的使用提供了巨大的便利，用戶可以將非常重要的數(shù)據(jù)，如系統(tǒng)參數(shù)、密碼和身份信息等存人主存的前256頁，并將置低，使這些數(shù)據(jù)處于寫保護狀態(tài)，以保證這些數(shù)據(jù)不會被誤擦除。寫保護():AT45DB041具有的寫保護功能僅對主存的前256頁有效。如果為0，則設備忙。忙閑狀態(tài)通過寄存器的第7位指示。在這個時間里，狀態(tài)寄存器將指示狀態(tài)忙。當上檢測到一個由低到高的跳變時，器件將首先擦除被選中的主存頁，然后將儲存在緩存中的數(shù)據(jù)寫入該頁。上一個由低到高的跳變，將結(jié)束寫緩存操作。在數(shù)據(jù)傳送的過程中，狀態(tài)寄存器將指示狀態(tài)忙。在這一過程中管腳必須保持低電位。主存頁到緩存的傳送:一頁數(shù)據(jù)可以從主存?zhèn)髦辆彺?或2。在這整個過程中必須保持低電平。當載入結(jié)束后，在SCK輪換時鐘的控制下，緩存中的數(shù)據(jù)就可以從S0讀出。其中9位地址碼(BFA8BFA0)被用作指定要讀取的首字節(jié)。讀緩存:通過不同的操作碼可選擇讀取兩個緩存中的其中一個(操作碼54H用作讀緩存1，而操作碼56H用作讀緩存2)。當管腳為低時，輪換時鐘管腳(SCK)控制操作碼和指定的緩存或主存地址碼通過SI口的載人。由串行時鐘(SCK)對讀寫進行控制。AT45DB041數(shù)據(jù)讀寫采用串行方式，讀寫速度快，從頁到緩存的傳輸時間為80微秒左右，并且兼容CMOS和TTL輸入和輸出。除了主存以外，AT45DB041還有兩個容量為264字節(jié)的數(shù)據(jù)緩存，緩存可以用作主存與外部進行數(shù)據(jù)交換時的緩沖區(qū)域，也可以暫存一些臨時數(shù)據(jù)。AT45DB041中的數(shù)據(jù)按頁存放，主存共2048頁，每頁264字節(jié)，所以總?cè)萘繛?28K字節(jié)(約4M比特)。該芯片具有容量大、讀寫速度快、外圍電路少等諸多優(yōu)點，更為重要的是該芯片工作方式為單電源供電。在選擇具體的芯片時，主要考慮了一下的系統(tǒng)要求：工作的電壓要求、接口速度、供電電壓要求、容量、時序要求等因素。、3V、。該芯片非常適用于電池供電場合。 產(chǎn)生5V電壓的3片ICL7660并聯(lián)電路圖查數(shù)據(jù)手冊可知并聯(lián)情況下約等于120/3=40 。為了降低轉(zhuǎn)換器的輸出阻抗，提高帶負載能力，可將多片ICL7660并聯(lián)使用。ICL7660內(nèi)部包括一個直流電源調(diào)節(jié)單元，RC振蕩單元，二分頻器，電壓轉(zhuǎn)換單元，四個輸出用的功率MOS管，和一個邏輯控制單元。此端不接電容時，振蕩頻率為10kHz。ICL7660的引腳排列如圖所示，各引腳功能如下:NC(1):空腳；CAP+、CAP(4):分別外接電容的正負端；GND(3):信號地； (5):轉(zhuǎn)換電壓輸出端(負端)；LV(6):芯片內(nèi)置電源低電壓端。這種轉(zhuǎn)換器利用振蕩器和多路模擬開關(guān)實現(xiàn)電壓極性的轉(zhuǎn)換，因而靜態(tài)電流小、轉(zhuǎn)換效率高、外圍電路簡單。根據(jù)數(shù)據(jù)手冊上的典型電路，本課題需要的+： +5V電壓產(chǎn)生電路 ICL7660芯片ICL7660是美國MAXIM公司生產(chǎn)的變極性DCDC轉(zhuǎn)換器。④可選擇電流限制，減小波紋效應。②。調(diào)節(jié)兩個外接電阻輸出電壓也可以設置成其它值。MAX1675（產(chǎn)生5V）AS1117ICL76605V 電源管理模塊框圖 MAX1675芯片MAX1675是一種簡單高效電壓提升型直流電壓轉(zhuǎn)換器。ICL7660是變極性DCDC轉(zhuǎn)換芯片，輸出電壓為5V。，為了滿足器件正常工作所需的穩(wěn)定電壓的要求，第二級芯片要能在第一級的輸出電壓做供電電壓時工作，并兼顧主流使用趨勢，這里設計了由MAXl67ICL7660、AS1117三片芯片構(gòu)成的電源管理模塊[5]。本課題中用到了諸多芯片，其中大部分在5V電壓下可正常工作，但也有少數(shù)芯片需要在另外的條件下工作，以達到更好的效果。其次是電池具有一定內(nèi)阻，而且隨著放電內(nèi)阻逐漸增大，在負載發(fā)生變化時，造成輸出電壓的變化。 TLC1543芯片與AT89C55WD單片機連接 電源管理模塊為了減小體積和重量，低功耗便攜式產(chǎn)品大都采用數(shù)量有限的電池供電。整個構(gòu)成需要10個時鐘周期。CS下降沿使DATAOUT引腳脫離高阻抗狀態(tài)并啟動一次I/O CLOCK的工作過程。由于該器件有6種基本的串行接口時序方式，鑒于本文篇幅所限，僅介紹工作方式1的工作時序(本器件應用部分的編程也是參照此時序)，這種方式是一種具有10時鐘和CS在轉(zhuǎn)換周期的無效(高)的快速轉(zhuǎn)換方式，其他方式參閱TI公司的數(shù)據(jù)手冊。TLC1543的工作由CS使能或禁止。 工作方式方式CS時鐘數(shù)DATAOUT端的MSB快速方式方式1轉(zhuǎn)換周期時為高10CS下降沿方式2連續(xù)低10EOC上升沿方式3轉(zhuǎn)換周期時為高1116CS下降沿方式4連續(xù)低16EOC上升沿慢速方式方式5轉(zhuǎn)換周期時為高1116CS下降沿方式6連續(xù)低16第16個時鐘下降沿 轉(zhuǎn)換周期見前所述，轉(zhuǎn)換開始于第4個I/O CLOCK的下降沿之后，片內(nèi)轉(zhuǎn)換器對采樣值進行逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換，其工作由I/O CLOCK同步了的內(nèi)部時鐘控制。在第10個時鐘的下降沿EOC輸出變低，而當轉(zhuǎn)換完成時回到邏輯高電平。TLC1543可以用6種基本串行接口時序方式，這些方式取決于I/O CLOCK的速度與CS的工作。 輸入寄存器格式功能選擇送入地址寄存器的值二進制十六進制模擬輸入通道A000000A100011A200102A300113A401004A501015A601106A701117A810008A910019A101010A測試電壓1011B1100C1101D同時串口也從DATAOUT端接收前一次轉(zhuǎn)換的結(jié)果。這4位為模擬通道地址，控制14通道模擬多路器從11個模擬輸入和3個內(nèi)部自測電壓中(其選擇格式見表)，選通一路送到采樣保持電路，該電路從第4個I/O CLOCK的下降沿開始對所選模擬輸入進行采樣，采樣一直持續(xù)6個I/O CLOCK周期，保持到第10個I/O CLOCK的下降沿。當串行口使CS變低，開始轉(zhuǎn)換過程，I/O CLOCK和ADDRESS使能，并使DATAOUT端脫離高阻狀態(tài)。TLC1543工作過程分為兩個周期:I/O周期和實際轉(zhuǎn)換周期。該芯片中的轉(zhuǎn)換器結(jié)合外部輸入的差分高阻的基準電壓，具有簡化比率轉(zhuǎn)換、刻度以及模擬電路與邏輯電路和電源噪聲隔離的特點。系統(tǒng)時鐘由片內(nèi)產(chǎn)生，并由(I/O CLOCK)同步。片內(nèi)設有自動采樣保持電路。這樣通過一個直接的四線接口與主處理器或其外圍的串行口通訊。TLC1543是CMOS、10位開關(guān)電容逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器。美國TI公司生產(chǎn)的11通道10位TLC1543模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片采集數(shù)據(jù)[15]。 TLC1543芯片在手指脈搏血氧度檢測電路中，對A/D模塊的要求是要有高轉(zhuǎn)換速度、較高分辨率、低量化誤差，同時又要確保電路規(guī)模小。所以逐次漸進型A/D完成轉(zhuǎn)換所需時間明顯短，而且電路規(guī)模要比并聯(lián)型小的多。這時寄存器里所存的數(shù)碼就是所存的輸出數(shù)字量。然后再按同樣的方法將此高位置1，并比較輸出與輸入的大小以確定這個1是否應當保留。這個數(shù)字量被D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成相應的模擬電壓，并送到比較器與輸入信號進行比較。轉(zhuǎn)換開始前將寄存器清零。它在D/A轉(zhuǎn)換器部分輸入數(shù)字量的給出方式有所改變。當輸出為n位的二進制代碼時，最長轉(zhuǎn)換時間可達到倍的時鐘信號周期。這種方案優(yōu)點是電路簡單。隨著計數(shù)的進行，D/A轉(zhuǎn)換器輸出的模擬電壓也不斷增加，當輸出與輸入的模擬電壓相等時，比較器的輸出電平變?yōu)?，將門封鎖，于是計數(shù)器停止計數(shù)。常用的有計數(shù)型和逐次漸進型兩種方案。將這個模擬電壓和輸入的模擬電壓信號相比較。由于電路規(guī)模不可能做的那么大，因此這個缺點限制了它的應用。目前，輸出為8位的并聯(lián)比較型A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換時間可以達到50ns以下，這是其他類型A/D轉(zhuǎn)換器都無法做到的。不過分得越細使用的比較器和觸發(fā)器數(shù)目越大，電路更加復雜。 在并聯(lián)比較型A/D轉(zhuǎn)換電路中，由電壓比較器、寄存器和代碼轉(zhuǎn)換電路構(gòu)成。 A/D轉(zhuǎn)換的幾種不同類型 直接A/D轉(zhuǎn)換器能把輸入的模擬電壓直接轉(zhuǎn)換為數(shù)字量而不需要經(jīng)過中間變量。再把量化的結(jié)果用代碼，比如二進制代碼表示出來，就是編碼了。在取樣過程中，取樣定理規(guī)定了取樣頻率不得低于輸入模擬信號的最高頻率分量的頻率的二倍。因此，A/D轉(zhuǎn)換的過程是首先對輸入的模擬電壓信號取樣，取樣結(jié)束后進入保持時間，在這段時間內(nèi)將取樣的電壓量化為數(shù)字量，并按一定的編碼形式給出轉(zhuǎn)換結(jié)果。根據(jù)實際情況，調(diào)節(jié)電阻與，以得到最佳的陷波效果。所以改變m可調(diào)節(jié)帶寬。當時， =0；當時和時，增益接近1。帶寬BW越窄，品質(zhì)因素越高。理想帶阻濾波器在阻帶內(nèi)的增益為零。本課題通過設計一個50Hz的陷波器，來削弱工頻干擾。在本課題中由于光電容積脈搏波信號較弱，%，在這種情況下極易受到電磁干擾的影響。由于，選取C=，可計算得R=69kΩ。其傳遞函數(shù)為：== () 式（）中，零頻增益為：=1+ （）自然角頻率為： （）阻尼系數(shù)為： （） 低通濾波器為了簡化設計，在所設計的二階巴特沃茲低通濾波器中，其參數(shù)滿足如下條件: =C2=C，R1=R2=R。一個二階低通濾波器包含兩個RC支路，即將二階高通濾波器的R與C對換位置，即可構(gòu)成二階低通濾波器。 二階巴特沃茲低通濾波器為了消除高頻干擾，在脈搏波檢測電路中設計了一個二階巴特沃茲低通濾波器。 高通濾波器其傳遞函數(shù)為:G(s)= = （） 式（）中，通頻帶增益為:G0=1+ （）自然角頻率為: （）阻尼系數(shù)為: （）為了簡化計算，通常選==C，R1=R2=R，則式（）、（）可以簡化為： = （） ε=3G0 （）本課題設計的二階高通濾波器參數(shù)分別為: ==C=, R1=R2=R=640kΩ, =,R=10kΩ。為了取得較好的濾波效果，這里采用二階高通濾波器，其阻帶衰減特性的斜率為40dB/10oct，克服了一階高通濾波器阻帶衰減太慢的缺點。經(jīng)過同步檢波的正/負極性性切換電路后暗光信號轉(zhuǎn)換為負信號，而有用信號為正，再通過后面電路的積分作用使兩信號極性相反的成分相減，從而從有用的復合信號中除去暗光信號。當C=0時開關(guān)斷開運放的同相輸入端為高阻抗輸入，輸入信號未經(jīng)衰減而輸入，使其反相輸入端電位為正電位，其輸入和輸出電位相同，R上沒有電流流過，相當于一個同相緩沖器，輸出的信號和輸入信號相同。由于每個CP信號的后半周期是暗電流期，而我們想要去除的也是這后半周期的暗電流值。 前置放大電路 同步檢波、正/負極切換電路為了消除外界環(huán)境光的干擾影響，采用了同步檢波的正/負極性切換電路將暗光信號從有用信號中減去，切換電路由一個運放和模擬開關(guān)4066組成。采用差動方式連接電容帶來的附加作用是，降低共模電容的不平衡，有助于高頻共模抑制。為了達到更好的使用效果，根據(jù)數(shù)據(jù)手冊里推薦的做法，AD623采用雙電源供電方式，并且接5V，接5V。為了增強電路的耐直流極化的能力，避免進入截止和飽和狀態(tài)，前置放大增益不宜過大，本課題設計AD623的增益為: =1+=21,=5kΩ （）為了防止干擾噪聲進入差動輸入端，在儀表放大器AD623兩個輸入端之間接一個電容，再用兩個電阻一起構(gòu)成一個差動低通濾波器。它提供一種對輸出引入精密補償?shù)闹苯臃椒?，還可以利用參考端提供一個虛地電壓來放大雙極性信號。AD623的增益(G)是用一個精密電阻(%1%精度)RG(連接1腳和8腳的電阻)設置的。由于AD623電路結(jié)構(gòu)中的三個運放輸出擺幅都能達到任一電源限，而且其共模電壓范圍可擴展到負電源限以下，所以提高了AD623的輸出信號范圍。AD623與傳統(tǒng)三運放結(jié)構(gòu)儀表放大器(例如AD620)的不同之處是在兩個輸入放大器之前分別加兩個PNP晶體管作為電壓緩沖器，以便向兩個輸入放大器提供共模信號，并且符合電源限輸入運放電路結(jié)構(gòu)的要求。AD623主要用于低功耗醫(yī)用儀表放大器、傳感器接口，熱電偶放大器，工業(yè)過程控制、低功耗數(shù)采系統(tǒng)及差動放大器。⑦ AD623可以取代分立器件搭成的儀表放大器，具有優(yōu)良的線性度、溫度穩(wěn)定性和小體積可靠性。⑥ AD623低功耗(電源電流最大575μA)、寬電源范圍和電源限輸出