体外诊断原理与设计-第4讲-体外诊断控制板电路设计

体外诊断仪器原理与设计PrincipleandDesignofInVitroDiagnosticInstrument第4讲体外诊断控制板电路设计1电源电路PowerSupplyCircui“体外诊断实验平台用到的电源系统一共有3个，分别是12V、5V以及3.3V。12V电源系统为体外诊断实验平台的电源输入，主要用于步进电机、柱塞泵、夹爪、泵阀以及凝块检测模块的驱动；5V和3.3V则由12V转出，其中，5V电源系统主要用于光耦、液面检测驱动和电平转换，3.3V电源系统则用于主控芯片STM32F103RCT6的供电及其外设器件的驱动。4.1212V转5V电路3

12V转5V电路使用的是LM2596S-5.0芯片，是一种降压型电源管理单片集成电路的开关电压调节器，能够输出3A的驱动电流，同时具有很好的线性和负载调节特性，固定输出为5V，可以为控制板提供强大电源。5V转3.3V电路4

5V转3.3V电路使用的是BL8064CB3TR33芯片，该芯片属于低功耗器件，正常工作时功耗非常低，消耗电流10μA左右，输出最大电流为200mA。微控制器电路MicrocontrollerCircui“

微控制器电路选用的主控芯片是STM32F103RCT6，用于控制各种应用，就像人类的大脑。除此之外，这部分电路还有一些相关模块电路，包括复位电路、SWD调试接口电路、晶振电路、独立按键电路、LED电路、平台选择电路、串口调试电路、蜂鸣器电路和各种接口电路。4.25STM32微控制器电路6

STM32微控制器电路是体外诊断控制板的核心部分，由滤波电路、STM32微控制器、启动模式选择电路组成。复位电路7

RESET信号与STM32F103RCT6芯片的NRST引脚相连，用于芯片复位，NRST引脚通过一个上拉电阻10kΩ连接到3.3V电源网络，因此在默认状态下，RESET为高电平；只有复位按键RST按下时，NRST引脚电平为低电平，STM32F103RCT6才进行一次系统复位。SWD调试电路8

SWD调试电路用于调试和下载程序。SWD只需要四根线（CLK、DIO、VCC和GND），极大节省了I/O端口。晶振电路9

STM32微控制器具有非常强大时钟系统，除了内置高速和低速的时钟系统外，还可以通过外接晶振为STM32微控制器提供高精度的高速和低速时钟系统。图为外接晶振电路，X7为8MHz无源晶振，连接到时钟系统的HSE（外部高速时钟）。晶振电路10

体外诊断控制板上有三个独立按键，分别是KEY1、KEY2和KEY3。每个按键都与一个电容并联，且通过一个10kΩ电阻连接到3.3V电源网络。按键未按下时，输入到STM32微控制的电压为高电平；按键按下时，输入到STM32微控制的电压为低电平。网络KEY1、KEY2和KEY3分别连接在STM32F103RCT6芯片的PC13、PA5和PA0引脚上。LED电路11

体外诊断控制板上有两个LED灯，均为绿色，每个LED分别与一个1.5kΩ电阻串联连接到STM32F103RCT6芯片的引脚上，在LED电路中，电阻起着分压限流的作用，网络LD0和LD1分别连接STM32F103RCT6芯片的PB5和PB13引脚。平台选择电路12

平台选择电路的网络DIP0和DIP1分别连接STM32F103RCT6芯片的PA1和PB8引脚。SW0为拨码开关，编码值与平台的对应关系如表所示。体外诊断实验平台初始化时通过读取拨码开关的输入值确定当前实验平台的编号，由电路原理图可知，拨码开关拨至左边为接地，输入值为0，拨码开关拨至右边则接3V3，输入值为1。

编号

平台DIP1DIP0液面检测与移液实验平台（IVD1）00直线加样与液路清洗实验平台（IVD2）01全自动移液移杯实验平台（IVD3）10液路凝块检测实验平台（IVD4）11平台指示电路13

平台指示电路用于提示拨码开关选择了哪款体外诊断实验平台。拨码开关的DIP0和DIP1网络不仅连接到了STM32微控制器，同时还连接到了2-4译码器电路的通道A。译码器通道A的输出端口连接了4个橙色LED灯，每个LED灯对应一个体外诊断实验平台编号，起到提示作用。拨动拨码开关后，相应的LED灯就会亮起。串口调试电路14

串口调试电路连接到了STM32F103RCT6芯片的USART3，该电路只用于调试，由USB转串口芯片CH340G实现控制板与计算机间的通信与调试功能。可以通过B型USB线，在计算机上用串口调试助手软件与体外诊断实验平台进行通信及调试。蜂鸣器电路15

体外诊断控制板上有一个蜂鸣器，用于安全警报或提示。网络BEEP连接到STM32F103RCT6芯片的PC15引脚。BEEP为高电平时，三极管Q3导通，驱动蜂鸣器响起。接口电路InterfaceCircuit“体外诊断实验平台用到的各种器件都是通过接口接到体外诊断控制板上的，这些接口电路可大致分为电机接口电路、光耦/液面检测接口电路、泵/阀接口电路、夹爪接口电路以及凝块检测接口电路5种。4.316电机接口电路17

体外诊断控制板上有J8、J2、J7、J9、J3、J6和J25共7个电机接口，分别用于控制体外诊断实验的Motor1～Motor7，下图为Motor1所对应的电机接口电路图，Motor2～Motor7的接口电路与Motor1相同。光耦/液面检测接口电路18

体外诊断控制板上有6个光耦接口J1、J10、J12、J17、J18和J19，还有一个液面检测接口J31，分别对应体外诊断实验的OPTIC1～OPTIC7，其中，左图为OPTIC1接口电路，OPTIC2～OPTIC6的接口电路与OPTIC1相同，右图为OPTIC7接口电路，OPTIC7接口电路只用于液面检测。泵/阀接口电路19

体外诊断控制板上有J4、J5、J20和J21共4个泵/阀接口，分别对应体外诊断实验的PUMP1～PUMP4，其中，下图为PUMP1接口电路，PUMP2～PUMP4的接口电路与PUMP1相同。夹爪接口电路20

体外诊断控制板用于控制夹爪的引脚一共有两个，其中，CLAW_ENABLE_MCU用于控制夹爪的开闭，CLAW_CHECK_MCU则通过一个电平匹配电