【应用】低功耗32位MCU EFM32，实现低成本医疗内窥镜

时间： 2019-07-15 来源：世强

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概述

医疗内窥镜是目前常用的一种临床诊断工具，医生通过内窥镜能直接观察到人体内部器官的病变情况，如溃疡，肿瘤等，还可以利用它进行微创的外科手术，在医学界应用广泛。

电子内窥镜主要由光学镜头、信息采集系统、监视器等组成。电子内窥镜的成像原理是：信息采集系统装备的光源发出的光信号，经镜头内的导光纤维导人人体体腔，经体腔内表面反射后，被镜身前端装备的微型图像传感器CCD接收，CCD将光信号转换成电信号，再通过导线输送到信息采集系统，信息采集系统将图像信号处理后显示在监视器屏幕上。

电子内窥镜的系统结构

EFM32是由SILICON LABS公司采用ARM Cortex-M0+\M3\M4内核设计而来的高性能低功耗32位微控制器。它具有突出的低功耗特性，在电子内窥镜的数据采集单元，人机界面单元均非常适用。

图1：电子内窥镜结构框图

（1）数据采集单元

主要包括用于影像采集的CCD传感器、照明LED以及数据采集MCU。LED光源照亮被检测体，CCD能够检测到反射光并将其转换为电信号，MCU用于采集电信号，并将电信号转换为数字信号并与处理运算单元通信。选用小封装，高性价比，低功耗，带USB接口的EFM8UB1系列单片机。

（2）人机界面

人机界面为实施人员提供操作及信息界面。人机界面可由电脑实现，主控EFM32WG通过232/485接口与人机界面实时通信。

（3）控制执行

由主CPU控制微型电机带动镜头的转动，尽量减少体积，可采用12V SPI接口电机驱动芯片完成电机控制。

（4）存储单元

采用4KB I²C通信接口EEPROM，用于存储参数数据等。

（5）电源管理

将外部输入电压一路通过LDO输出3.3V为MCU供电，同时另一路输出12V为微型供电，分别选用Ricoh高性价比LDO芯片 RP105x和R1516x。

EFM32的方案优势

（1）高性能

EFM32WG系列单片机采用Cortex-M4内核，主频最高可达48MHz，支持DSP指令及浮点运算单元，能够更快更高效的处理视频及图像数据，提高图像处理能力。

（2）超低功耗

EFM32是全球最低功耗的32位微控制器，具有5种工作模式，其待机模式EM2的功耗电流仅为900nA，且此状态下带有RTC及一些低频外设。

（3）高集成度

EFM32片上集成有ADC、模拟比较器、运算放大器等模拟外设以及串口、I²C、USB-HOST等通信接口，资源丰富，配置灵活。

（4）良好的扩展性

EFM32的WG系列之间具有良好的兼容性，软件全系列兼容，保证用户在统一的硬件平台上，可进行不同功能需求的裁剪。Flash资源从最低的64KB~256KB，RAM资源为32KB。

总结

EFM32具有的高效的处理能力、优异的低功耗性能以及丰富的外设，非常适合于电子内窥镜的应用。其集成的USB-HOST接口，结合Cortex-M4内核的高效运算能力以及DSP指令和浮点运算单元，能够很轻松执行图像处理任务，EFM32具有丰富的外设，为系统扩展功能及降低成本提供了条件。因此，EFM32是电子内窥镜应用的最佳选择。

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