2.1 MSP430F4270主控芯片
　　超低功耗单片机MSP430F4270的工作电压为1.8V-3.6V，晶振为32.768kHz的低速晶振，活动模式的功耗仅为250μA，使系统具有较低的动态功耗；具有32KBFLASH，用于存储程序和较大量的调幅信号波形数据；内置12位D/A转换器用于调幅波形数据的片内数模转换，输出特定频率和幅度的调幅信号；TimerA定时器用于产生特定频率的方波调制信号和外围电路控制信号。另外，MSP430还五种低功耗模式，可以通过软件控制芯片的工作方式，进行系统状态的实时调度，使整个系统达到最低的功耗并发挥其最优的性能[5,6] 。
　　2.2 信号合成模块
　　包括方波调制电路和微分电路两部分，信号合成原理如图2所示。

图2 信号合成原理图
　　（1）调幅电路：实现方波信号调幅，电路如图3。

图3 调幅电路

　　微分电路的输出电压Vo和输入电压Vin之间为微分关系，如图5所示。

　　2.3 信号输出模块
　　在单电源供电电路中，不能直接输出双极性信号，信号输出模块的信号调理过程如图6所示。

图6 信号输出调理

　(1) 全波整流电路：实现将微分后的双极性刺激信号全波整流为单极性信号。采用完全无需二极管并可在单电源供电情况下运行的全波整流，具有处理满摆幅的输入和输出、消除二极管压降的影响和实现高精度的小信号整流的特点，电路如图7所示。

图7 全波整流电路
　　其中，R3=R4=2R2，当VIN>0V时，则运放A为跟随器，其输出VHALF等于VIN/2，而运放B作用为一个减法器，其输出电压VOUT = VIN。当VIN＜=0V时，则VHALF = 0V，此时电路是一个单位增益反相器，输出VOUT = -VIN，时相关系如图8所示。

　(2) 双极性控制电路：用于控制单极性信号的偶次周期时间间隔内得到反极性的电流输出，实现单极性信号的双极性输出。采用了单片机MSP430产生的极性相反的一组脉冲和三极管来控制输出极性的转换。三极管工作在开关状态，通过脉冲信号控制不同组合三极管的导通和关闭来实现负载上电流的流向，从而实现极性的控制，其原理如图9所示。

图9 双极性控制原理
　　当开关K1和K4闭合，并且K2和K3断开时，负载RL上的电流方向由左向右；而当开关K2和K3闭合，并且K1和K4断开时，负载RL上的电流方向由右向左，实现了单极性信号在负载上的双极性输出。

　(3) 恒流源输出电路：实现输出幅度的控制以及恒定电流输出，输出电流不受负载变动的影响。电路由轨到轨单电源运算放大器MCP6004、CMOS管、电源以及刺激电极(即负载RL)组成，如图10所示。



图10 压控恒流输出电路
　　供电电压足够高时，输出电流的幅度由输入电压与电阻RL的比值来决定，而与输出的负载无关。