基于AVR的微功耗電刺激器

　　4 功能實現及軟件編程

　　ATmega48有131條指令，大多是單機器周期指令，指令系統非常豐富。ATmega48在指令設計時很好地考慮到C語言的操作模式，用C語言編程可以得到很高的代碼效率。ATmega48屬于AVR系列的單片機，常用的用于AVR單片機開發的C語言有兩種：AVR-ICC和AVR-GCC。AVR-ICC是商業的AVR的C語言集成化開發工具(IDE)，界面友好，使用簡單，有生產和代理商很好的技術支持。而AVR-GCC是依靠網絡流行的公開源代碼的自由軟件，可以從網上(http://www.avrfreaks.net)免費下載編譯軟件和各種工具軟件。由于AVR-GCC有大量的高手參與開發和眾多網上參與者的測試，其軟件的更新速度和代碼效率以及軟件缺陷率的排除都非常出色。但是AVR-GCC是由UNIX平臺上移植過來的，保留了類似UNIX的操作方式，對于不熟悉UNIX的WINDOWS用戶，其使用時入門很困難，只有熟練使用后才能感到其功能的強大。在http://www.avrfreaks.net網上有關于AVR-GCC的論壇，使用中的許多問題都可以在論壇上得到幫助。由于AVR-GCC具有低廉的使用成本和出色的功能，所以本系統選用AVR-GCC作為編程工具。

　　電刺激器在工作的間歇期進入休眠狀態。ATmega48有6種休眠方式，每一種方式休眠的部件不相同，休眠后單片機的功耗也不同。由于電刺激器在休眠時要求定時重新喚醒進行工作，必須保留一個定時器的工作。因此選用的休眠方式為IDLE，在IDLE方式下定時器2仍然可以工作。以下是休眠部分的程序。

　　set_sleep_mode(SLEEP_MODE_IDLE); //設置休眠方式為IDLE
SMCR |= _BV(SE); 　　　　　　　　//允許休眠
_asm_ _volatile_ ('sleep' 'nt' :: ); //進入休眠
SMCR amp;= ~_BV(SE); //從休眠中喚醒，進入工作狀態，不允許休眠

　　定時器2用于對休眠期的時間間隔計時。t2_init_idle(void) 是進入休眠狀態前初始定時器2的程序，SIGNAL(SIG_OVERFLOW2)是休眠狀態下定時器2的中斷服務程序。每1分鐘定時器2將會產生溢出中斷，喚醒單片機。

　　void t2_init_idle(void){ //定時器2進入休眠狀態前的初始化
CLKPR=(1＜＜CLKPCE); //允許改變系統時鐘；進入休眠狀態前改變系統時鐘
CLKPR=0x05; //系統時鐘的分頻比例為32，系統時鐘為4kHz
TCCR2A=0; //定時器/計數器2工作于定時器方式
TIMSK2=(1＜＜TOIE2); //允許定時器2溢出中斷
TCCR2B=0x07; //定時器2時鐘分頻比例為1024
TCNT2=32; //定時器2產生1分鐘定時的初始值
}
SIGNAL(SIG_OVERFLOW2){ //定時器2溢出的中斷服務程序
TCNT2=32; //重置定時器2產生1分鐘定時的初始值
min++; //分鐘計數
}

　　當喚醒5次，即休眠5分鐘后，單片機重新進入喚醒工作狀態。在喚醒工作狀態下，使用定時器2控制脈沖的寬度和頻率，需要定時器2重新初始化，并將系統時鐘恢復到128kHz(程序略)。

　　設置定時器0工作于PWM輸出方式，用于控制刺激強度。

　　void t0_init(void){ //定時器0初始化為PWM輸出
TCCR0B=(1＜＜CS01); //定時器0時鐘分頻比例為8
TCCR0A=(1＜＜WGM00)|(1＜＜WGM01); //快速PWM方式
TCCR0A|=(1＜＜COM0B1); //符合時為低電平，峰值變高
OCR0B=outv; //輸出電平用OCR0B控制
}

　　系統總程序流程如圖4所示。

　　電刺激實驗器的開發是為了植入大鼠體內，研究電刺激對癲癇抑制的機理。本研究開發的電刺激實驗器整體結構尺寸為Φ17mm(直徑) x 7mm(厚)。脈沖發生放大電路用開關方式實現，大大降低了系統的功耗。采用ATmega48單片機控制輸出脈沖，精度高、功耗小、工作可靠、可以連續工作一個月以上，滿足了實驗的要求。