基于MAXQ2010的低功耗便攜式醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)記錄儀的設(shè)計

基于MAXQ2010的數(shù)據(jù)記錄儀設(shè)計實例

像許多用來采集或存儲數(shù)據(jù)的電子設(shè)備一樣，基于MAXQ2010的數(shù)據(jù)記錄儀采用USB接口與主機（如個人電腦）通信。但是，由于MAXQ2010 自己沒有USB接口，我們利用FTDI公司的芯片F(xiàn)T232R實現(xiàn)USB與UART的轉(zhuǎn)接。

采用FT232R可以給數(shù)據(jù)記錄儀設(shè)計帶來許多好處。首先，當USB總線活動時，數(shù)據(jù)記錄儀可以利用FT232R的3.3V穩(wěn)壓器輸出供電，僅需一對二極管即可實現(xiàn)與電池供電的自動切換，因為穩(wěn)壓器輸出（減去0.2V二極管前向壓降）電壓總比電池電壓減去二極管壓降后的電壓高，這樣就可保證連接到USB總線時，記錄儀不用電池而通過 USB Vbus供電。采用兩個二極管（圖1）是為了防止給電池充電，輸出電容用來降低負載瞬變對電池的影響。其次，MAXQ2010可以利用兩個串口（UART）中的一個直接與運行在個人電腦上的應(yīng)用程序通信，不需要任何額外的驅(qū)動程序。兩個串口之間通過一個建立在USB接口上的虛擬COM口連接。本設(shè)計采用MAXQ2010 基于32kHz 晶體的FLL作為其自身的時鐘源（如果需要還可為RTC提供時基），其成本比其它晶體或諧振電路的成本要低得多。FLL 電路相當于一個倍頻系數(shù)為256的倍頻器，將32kHz的晶體振蕩頻率變到8.388MHz作為MAXQ2010的時鐘。

為計算基于MAXQ2010的數(shù)據(jù)記錄儀究竟會消耗多少電流，可以考慮執(zhí)行以下操作：首先一個外部信號（如按鍵或傳感器電壓突然升高）將微控制器從停止模式喚醒；系統(tǒng)隨即通過一個單端的ADC通道讀取模擬傳感器電壓，將采集的傳感器電壓值存儲在數(shù)據(jù)RAM中；此時為了節(jié)省功耗，微控制器重回到停止模式，而在約60秒后，微控制器再次被喚醒（ 回到第 1步）。因此，計算平均電流消耗并估算電池壽命需要將微控制器的以下參數(shù)代入公式（1）：tActive（完成上述全部操作所需的時間，包括進入停止模式的時間）、iActive（上述操作期間的典型電流值）、tStop（保持停止模式的時間）、iStop（停止模式的典型電流）、tExit（從停止模式被喚醒所需的時間）、iExit（被喚醒時的典型電流）。

　　(tActive × iActive) + (tStop × iStop) + (tExit + iExit)

　　tActive + tStop + tExit

根據(jù)以上參數(shù)的值可以計算出平均電流大約為202nA；即如果電源是一個普通的CR2032紐扣鋰電池，可以估算出電池壽命為1138小時。不同電池生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的電池的特性會有所不同，CR2032電池在90%的放電區(qū)間內(nèi)壓降不超過0.3V，這意味著在電池電壓降到2.7V之前（經(jīng)過一個二極管壓降后為2.5V，滿足單電源工作時的最低電壓），微控制器可以工作1024個小時。

增加電池容量或數(shù)量、用可充電電池，或當連接到 USB時自動充電等許多措施均以用來延長電池壽命。一般平均電流僅略高于停止模式的待機電流，這是因為停止模式的時間遠長于程序運行時間，停止模式的電流起主導(dǎo)作用。程序循環(huán)體代碼可以被擴展，如測量多個傳感器值或增加其它功能并不會顯著改變電池壽命。當然，使用其它外設(shè)功能，如LCD顯示，LED指示或串口等都會增加功耗，設(shè)計者在計算實際電池壽命時需要綜合考慮這些功能可能增加的功耗。