来源：单片机及嵌入式系统应用 作者：漳州师范学院 张华林

    摘 要：介绍在单片机控制下智能超声波洁牙机的硬件设计、软件设计和抗干扰设计，特别介绍硬件设计中的几个关键问题：稳定振荡信号的产生；振荡信号的强度控制及输出控制；谐振点的自动扫描搜索。

    关毽词：超声波 洁牙机 推挽功率放大 电流取样反馈超声波洁牙机在医疗领域已广泛应用。现国内外所用超声波洁牙机多采用模拟振荡电路。存在如下缺陷：第一，振荡频率容易漂移。在连续工作一段时间后，振荡频率漂移，造成洁牙机工作不正常。第二，由于压电陶瓷片谐振频带范围窄，谐振频率点采用手动搜索，不容易找准。本人设计的超声波沽牙机以单片机为核心，采用电流取样反馈自动扫描搜索谐振点，谐振频率和振荡强度数字锁定，谐振点漂移极小，从而在根本上解决了上述问题。该电路设计思路新颖，抗干扰能力强，工作稳定可靠。

    1 硬件设计

    硬件电路框图如图1所示。该洁牙机的基本工作过程如下：tl494为核心振荡电路在mpu控制下产生占空比可控的推挽脉冲输出，由mpu串行发送数据到振荡频率控制电路，控制振荡产生电路的振荡频率，使振荡电路产生的振荡信号的占空比和频率受mpu控制，该振荡信号经功率放大电路放大，经高频变压器升压后驱动压电陶瓷片，把超声振荡电信号转为超声机械振动信号，该机械振动能良好地清除牙垢和牙结石等，从而达到美观牙齿的效果。

    1.1 电源设计

    超声洁牙机在正常工作时功率为10～20 w，且要求在180～250 v的宽电压范围内工作，为满足要求，减少电源部分发热，本电路电源部分采用开关电源。整机电路原理图如图2所示。

    本开关电源采用摩托罗拉公司的dc—dc控制芯片mc34063，该电路具有线路简单，成本低廉，效率高，温升低的特点。核心元件mc34063是一种单片双极型线性集成电路，片内包含有温度补偿带隙基准源，一个占空比周期控制振荡器驱动器和大电流输出开关。输出电压u=(1+r2／ri)·1．25 v，限流电阻为1 ω，故输人电流被限制在0．3 v／1 ω=0．3 a。

    1．2 振荡电路

    振荡信号的产生有多种方法。最简单的方法是由pic16f73直接产生pwm输出，该方法简洁方便，但有两个缺陷：第一，不能产生推挽振荡信号。因而功率放大电路只能工作在正半周，效率低，发热较严重，不利于电路稳定工作。第二，压电陶瓷片的谐振点在(30±5)khz，谐振频带宽度≤80 hz。pic16f73的pwm输出在25～35 khz频率下，步进频率≥loo hz，因此picl6f73的pwm输出可能找不到压电陶瓷片的最佳谐振点。笔者设计的振荡电路圆满解决了上述问题。

    振荡电路控制芯片采用tlt94，该芯片内部框图如图3所示，具体电路见图2。推挽振荡信号由tl494的9脚和10脚输出，该信号的频率由t1。494的5脚和6脚外接的电容ct和电阻rt决定，rt和ct应选用低温漂的电阻和电容。该信号振荡频率计算公式为：fosc=1．1／2rt·ct；该信号的占空比由tl494的1脚和2脚的外接信号电压决定。

    1.3 频率控制

    为满足压电陶瓷片振荡频率为25～35 khz，步进频率≤80 hz的要求，图2电路中的rw是阻值为20 kω的粗调电位器，数字电位器ic4是picl6f73控制下的细调电位器。经计算rw粗调(以1c4为5 kω计)，使，fosc变化范围为24．5～35．7khz，满足要求。细调的数字电位器ic4选用总阻值10 kω，256级可调的mcp41010，mcp41010与picl6f73的通信采用方便快捷的spi方式，步进阻值是39．0625 ω。振荡器的步进频率为：

    振荡频率为35 khz时的步进频率为30．4 hz，振荡频率为25 khz时的步进频率为15．6 hz。由上述数据可知，采用数字电位器控制tl494工作方式可满