用于生物样本超声处理系统的PWM信号产生电路及方法技术方案

本发明专利技术涉及超声波电源及其应用技术领域，具体涉及用于生物样本超声处理系统的PWM信号产生电路及方法，电路包括微控制器及其连接的电源模块、复位电路模块和振荡电路模块，在电路工作时，通过微控制器产生并输出PWM信号，包括如下步骤：根据振荡电路产生的正弦波的频率，配置微控制器内部的倍频及分频电路模块，得到微控制器的系统时钟频率；再根据系统时钟频率配置微控制器内部定时器模块的时钟频率、定时器参数，从微控制器芯片的引脚以高低电平的形式输出PWM信号。本发明专利技术硬件简洁，稳定性高，一致性好，并能明显降低故障率，能通过微控制器灵活控制PWM信号的频率、占空比、开启关闭等输出性能，可以实现多种灵活的应用。

【技术实现步骤摘要】
用于生物样本超声处理系统的PWM信号产生电路及方法
本专利技术涉及超声波电源及其应用
，具体涉及一种用于生物样本超声处理系统的PWM信号产生电路及方法。
技术介绍
目前常用的超声波频率范围在20kHz～50kHz，而生物样本处理需要用到数百kHz的高频率超声波，使样本的各种性状发生变化，满足进一步分析或者测试的要求，此时需要使用一种超声波电源驱动超声换能器产生该高频超声波。因此，在超声波电源中，就需要使用能够产生信号频率在100kHz～1MHz的超声信号源，以驱动功率放大器输出对应频率的电信号。现有技术中，20kHz～50kHz的常规超声波主要用于清洗工作中，超声信号源使用RC振荡电路产生固定频率的信号源，或者用特定的时钟电路作为信号源输入到TL494等芯片产生驱动功率放大器的PWM信号，进而驱动功率放大器产生驱动超声换能器的功率电信号，但TL494等PWM芯片的频率只能达到300kHz。常规的超声波系统的频率不能全满足生物样本处理的要求，需要将频率范围提高到100kHz～1MHZ。同时，信号源一般使用RC振荡器，产生的时钟频率为一固定值，不能灵活调整；而电阻电容等电子元器件在参数上通常有10％或更大的偏差，因此在一致性上会出现差别，导致得到的频率也会有同样的偏差。因此，鉴于现有技术中的不足，还需要提出更为合理的技术方案，解决现有技术中存在的技术问题。
技术实现思路
本专利技术提供一种用于生物样本超声处理系统的PWM信号产生电路及方法，旨在使用微控制器内部的集成模块，为超声波电源提供超声信号源，使驱动电路模块能够驱动超声波换能器，发射对应频率的超声波。为了实现上述效果，本专利技术所采用的电路的技术方案为：一种用于生物样本超声处理系统的PWM信号产生电路，用于产生PWM信号，包括：微控制器，用于生成并输出所需的PWM信号；电源模块，用于为微控制器供电；复位电路模块，用于微控制器执行程序前上电复位，使执行起始位置为设定的程序地址；使微控制器完成初始化后，保证微控制器能正常工作运行；振荡电路模块，用于产生微控制器的系统时钟的基本信号源。上述公开的电路，以微控制器为核心，以振荡电路的时钟为基础，通过配置和控制其外围电路及内部电路模块，得到高稳定性和准确性的系统时钟驱动定时器工作，输出频率符合生物样本处理需求的信号，最终驱动超声波换能器正常工作。进一步的，复位电路实现上电复位，使得微处理器每次由设定的程序地址启动并开始执行，保证程序能正常运行，具体的：所述的复位电路模块采用微分型复位电路、积分型复位电路、比较器型复位电路或看门狗型复位电路。优选的是，此处公开一种具体可行的复位电路模块组成：所述的复位电路模块包括第三电容且第三电容设置接地，还包括第四电阻，所述的第四电阻的前端与第三电容电连接，且前端的等电势点连接至微控制器；第四电阻的后端的电势与电源模块输出端的电势相等。进一步的，为提高振荡电路的精确度，减小误差，所述的振荡电路模块采用晶振电路，晶振电路的两个输出端分别连接至微控制器的输入引脚；晶振电路的两个输出端之间桥接有第五电阻。再进一步，微控制器产生对应的PWM信号后，输出至后级的工作模块或工作电路，由于微控制器与后级工作模块或工作电路的工作电气环境不同，故需要对微控制器做电气保护处理，具体的，举出如下可行的方案：所述的微控制器的输出端连接有缓冲电路模块或隔离电路模块，用于保持微控制器的电气运行环境安全。上述内容对电路的组成进行了详细的描述，此处继续对利用该电路产生PWM信号的方法进行说明。具体如下：一种用于生物样本超声处理系统的PWM信号产生方法，利用上述技术方案中公开的信号产生电路，通过微控制器产生并输出PWM信号，包括如下步骤：振荡电路模块工作产生正弦波信号并输入至微控制器；根据振荡电路模块产生的正弦波的频率，配置微控制器并得到系统时钟频率；根据系统时钟频率，配置微控制器并产生与所需超声频率相同的PWM信号，从微控制器芯片的引脚以高低电平的形式输出PWM信号。可以理解的是，上述公开的PWM信号产生方法，根据外部晶振电路产生的正弦波的频率，并通过配置微控制器内部的倍频及分频电路模块，得到微控制器的系统时钟频率；再根据系统时钟频率，通过配置微控制器内部定时器模块的时钟频率、定时器参数，从微控制器芯片的引脚以高低电平的形式输出PWM信号。以微控制器为核心，通过配置外围电路及内部电路模块，使定时器工作，按照所需的频率输出电信号，并能通过微控制器编程实现开启、关闭以及更复杂的脉冲输出功能；所述的定时器的时钟频率与微控制器的时钟频率对应，方便在产生PWM信号的过程中进行信号的转换，便于定时器模块使用系统时钟频率产生PWM信号。产生的PWM信号，最终传输给功放电路模块或驱动电路模块，参与后级设备模块的工作过程控制。进一步的，在上述方法中，涉及所述的向微控制器输入正弦波信号，并转换成方波信号输出的电路模块，其中微控制器内部电路包括寄存器、倍频单元和分频单元，用以完成正弦波信号到方波信号的转换。进一步的，在生成的PWM信号对外输出时，可以单路输出，也可以多路互补输出，在本专利技术所采用的方案中进行了优化，并举出如下可行的方案：所述的方波信号以两路周期相同的互补方波信号输出。进一步的，在生成PWM信号后，PWM信号处理后生产多路信号，具体的方式可采用如下可行的方案：PWM信号的频率由微控制器上设置的定时器计数周期值确定，且PWM信号的占空比由微控制器上设置的定时器的跳变值确定。再进一步，处理生成的PWM信号并最终生成两路互补的方波信号的方式为：通过设置定时器的计数周期值、跳变值、互补输出及死区时间，使PWM方波信号产生PWM_P和PWM_N两路互补输出信号。进一步的，通常微控制器的系统时钟频率在1MHz～200MHz，该时钟频率可以基于外部振荡电路的时钟频率转换得到，因此，通过对微控制器配置内部的时钟转换电路得到系统时钟频率；具体的，可采用如下可行的方案：所述的微控制器电连接有振荡电路模块，微控制器将振荡电路模块的频率转换至1MHz～200MHz，且以该转换后的频率作为微控制器的基础时钟频率。再进一步，常规的RC振荡电路由电容电阻连接组成，其信号频率的准确度和一致性不高，误差较大，因此难以满足超声电源的应用，故对振荡电路的组成进行改进，具体可采用如下可行的方案：所述的振荡电路模块采用晶振电路模块，且晶振电路模块的频率为1～20MHz，优选的，其中一种可选的具体方案为8MHz。优选的，所述的晶振电路模块采用石英晶振电路模块。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：1.本专利技术使用数MHz的晶振，产生对应的频率信号，并通过微控制器内部集成的倍频硬件模块，可以达到几十到一百MHz的频率，再通过定时器输出100kHz-1MHz的PWM信号频率，得到的PWM频率准确，频率范围满足了生物样本的超声处理需求并能灵活调节。2.本专利技术使用了常用的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于生物样本超声处理系统的PWM信号产生电路，用于产生PWM信号，其特征在于，包括：/n微控制器，用于生成并输出所需的PWM信号；/n电源模块，用于为微控制器供电；/n复位电路模块，用于微控制器执行程序前上电复位，使执行起始位置为设定的程序地址；/n振荡电路模块，用于设置微控制器的基础时钟频率。/n

【技术特征摘要】
1.用于生物样本超声处理系统的PWM信号产生电路，用于产生PWM信号，其特征在于，包括：
微控制器，用于生成并输出所需的PWM信号；
电源模块，用于为微控制器供电；
复位电路模块，用于微控制器执行程序前上电复位，使执行起始位置为设定的程序地址；
振荡电路模块，用于设置微控制器的基础时钟频率。


2.根据权利要求1所述的PWM信号产生电路，其特征在于：所述的复位电路模块采用微分型复位电路、积分型复位电路、比较器型复位电路或看门狗型复位电路。


3.根据权利要求1所述的PWM信号产生电路，其特征在于：所述的振荡电路模块采用晶振电路，晶振电路的两个输出端分别连接至微控制器的输入引脚；晶振电路的两个输出端之间桥接有第五电阻。


4.根据权利要求1所述的PWM信号产生电路，其特征在于：所述的微控制器的输出端连接有缓冲电路模块或隔离电路模块，用于保持微控制器的电气运行环境安全。


5.用于生物样本超声处理系统的PWM信号产生方法，应用权利要求1～4中任一项所述的信号产生电路，通过微控制器产生并输出PWM信号，其特征在于，包括如下步骤：
振荡电路模块工作产生正弦波信号并输入至微控制器；
根据振荡电路模块产生的正弦波的频率，配置微控制器并得到系统时钟频率；
根据系统时钟频率，配置微控制...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭民伟，康炎，
申请(专利权)人：深圳达远辰光科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44