一种基于MSP430的可充电脑起搏器设计方案

脉冲发生器是系统的核心部件，它最终通过手术植入胸部皮肤下面，再经皮下通过导线把脉冲发生器与刺激电极起起来。基于体积和功耗的考虑，选择美国TI公司生产的高集成度、低功耗的微处理器MSP430F169和短距离单片无线收发芯片A来实现。MSP430F169作为内部刺激器的控制核心，接收外部遥控器发出并通过内外通信电路传送的指令，产生电压、频率、脉宽和电极可调的脉冲信号。其中电压调节范围为0～10.5V，常用为 1～3.5V，可调精度为0.1V;频率调节范围为3～250Hz，常用为130～220Hz，可调精度为5Hz;脉宽调节范围为60～450μs，常用为60～250μs，可调精度为30μs。刺激电极采用3.6V电压工作，而最后需输出0～10.5V的脉冲信号，所以MSP430F169的DA输出端与三倍压电路相连。当输出电压幅值设置为0～3.6V时，该部分电路停止工作，从而大大降低了系统功耗。为了防止突发高频刺激对病人的危害，专门设计了一个限频电路，通过硬件的方式将刺激器输出信号频率限定在200pps(Pulse Per Second)以内。 MSP430系列单片机是美国德州仪器(TI)公司生产的高集成度、高精度的单芯片系统(SOC)，是目前工业界中具有最低功耗的flash 16-bit RISC微控制器。MSP430 F169具有丰富的片内外设，是一款性价比极高的单片机，利用它作系统的控制核心，不仅极大地简化了系统硬件电路，还大大提高了系统的性价比。 MSP430单片机集中体现了现代单片机先进的低功耗设计理念，其时钟系统提供了丰富的中硬件组合形成。它包括一个片内DCO和两个晶体振荡器，可以产生三种系统适用的时钟信号，支持六种工作方式，有五种低功耗模式，可以通过软件对内部时钟系统进行不同设置来控制芯片，使它处于不同工作方式，从而使整个系统达到最低的功耗并发挥最优的性能，所以该单片机非常适合脑起搏器的设计要求。利用芯片内置的自动扫描功能，ADC可以不需要中央处理器的协助而独立地工作，从而让处理器去执行其它操作或进入省电工作模式。当CPU接收到来自遥控器的检测刺激器内法拉电容的电压信号的指令时，启动ADC，经端口6进入ADC进行模/数转换，转换的结果被自动存放在相应通道的寄存器中，并通过无线收发器送到外部遥控器进行液晶显示。MSP430F169产生的脉冲信号经DAC12输出后通过倍压限频电路、延伸导线和刺激电极刺激靶点。

1.3 外部遥控器的组成及工作原理

外部遥控器以为控制核心，采用中文液晶菜单界面，四按键控制，为医护人员提供直观简易的操作方式。医护人员只要按照液晶菜单的提示进行相应的按键操作即可。遥控器开机后，MSP430F149首先对各种参数进行编码和初始化，并准备接收由医护人员通过按键发送过来的指令，并将这些指令通过外部通信模块发送到内部通信模块，经解码后将信号送至刺激器CPU，然后CPU执行相应的操作并把执行后的结果送回遥控器显示窗口。 系统采用COG-MOBI2006-02 LCD模块，内部使用NEC公司生产的uPD16682A控制器，可显示汉字及图形，共有21个引脚，管脚分布如表1所示。采用8位串行数据输入方式，可以使用MSP430F149的USART0模块对其进行控制，将SI、A0、SCL、/CS1、/RES分别与MSP430F149的 P3.1(SIMO0)、P3.2(SOMI0)、P3.3(SCL)、P3.4、P3.5引脚相连即可。LCD控制器uPD16682A内部定义了一组命令，MCU通过向LCD发送这些命令和数据操作LCD，包括显示开/关、行地址设置、列地址设置、写数据以及电压控制等。 表1 MOBI2006的管脚分布 管脚号管脚名说 明管脚号管脚名说 明 1，21 NC 不连接 2～13 　电压控制 14 GND 地 15 VCC 电源 16 SI 数据输入 17 SCL 时钟 18 A0 数据/命令选择 19 /RES 复位 20 /CS1 片选　　　外部遥控器为医护人员提供四个操作按键，并利用软按键轮询技术将菜单和按键组合在一起从而在单一按键上实现不同的功能。菜单包括欢迎菜单、主菜单、次级菜单等三个层次，均由液晶显示提供，每一组菜单都给医护人员提供简单直观的提示。由于系统只有四个按键，所以采用查询方式的独立式按键电路，分别占用 MSP430F149的四个口线。

1.4 内外通信模块的组成及工作原理

外部遥控器对内部刺激器的控制主要通过内外通信模块实现。TRF6900A是构成内外通信模块的主要器件，是TI公司最新推出的短距离无线射频芯片。该芯片采用FSK调制，使用ISP频段，频率无需申请，其有效数据传输距离为100m，数据传输速率高达50kbps，抗干扰能力强，功耗低，体积小，与 MSP430系列单片机接口简单，从而可以从从节省电路板空间。图2是TRF6900A与MSP430F149和MSP430F169的接口示意图。在内部刺激器中，TRF6