ADS1298模擬前端的便攜式生理信號采集系統(tǒng)
加入技術(shù)交流群
ADS1298主要特性為：
①8通道24位ADC轉(zhuǎn)換芯片，其采樣頻率可工作在250sps～32ksps。
②各通道含可編程放大器，其放大倍數(shù)在1～12倍可調(diào)；CMRR>100 dB時，輸入阻抗約為10MΩ。
③內(nèi)置右腿驅(qū)動放大器和威爾遜中心電端。
根據(jù)心電模式或腦電模式的具體應(yīng)用，通過單片機配置多路選擇器(MUX)內(nèi)部各個輸入端(INPUTS、RLD)的通斷，可編程放大器(A1～A8)的放大倍數(shù)和AD轉(zhuǎn)換器(ADC1～ADC8)的采樣頻率。當(dāng)芯片完成一次轉(zhuǎn)換，Data Ready引腳變?yōu)榈碗娖?，通知MCU通過SPI總線讀取數(shù)據(jù)。
2．4 MCU控制部分
選用STM32F103芯片作為系統(tǒng)的MCU。該芯片具有高性能(72 MHz工作頻率、具有單周期乘法指令和硬件除法指令)，低功耗(0．19 mW／ MHz)和豐富外設(shè)(SPI及USB等)等特點。對于模擬前端ADS1298，MCU作為主機，采用SPI協(xié)議進行通信。系統(tǒng)上電時，設(shè)置ADS1298的相應(yīng)寄存器；在檢測到ADS1298的Data Ready信號后，讀取ADC的轉(zhuǎn)換結(jié)果。對于上位機，MCU作為從機，采用USB協(xié)議和上位機進行通信。MCU在連接上位機時，完成USB枚舉等初始化動作；當(dāng)接收到ADS1298的數(shù)據(jù)后，打包成USB數(shù)據(jù)包，傳送給上位機。
2．5 USB隔離
為保護人體安全，本設(shè)計中采用ADuM4160芯片進行上下位機隔離，下位機采用電池供電。ADuM4160芯片是ADI公司推出的專用USB隔離芯片，具有透明、易于配置、兼容USB2．0協(xié)議、可隔離5 000 V電壓等優(yōu)點。圖4為USB隔離部分框圖。芯片左側(cè)VBUS1、DD+、DD-和GND1分別連接上位機的5 V、USB正端、USB負(fù)端和地線；芯片右側(cè)VBUS2、DD+、DD-和PIN分別連接MCU的電源、USB正端(PA12口)、USB負(fù)端(PA11口)、I ／O口(PA10口)，其中PIN為使能端。本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/202392.htm
2．6 電源部分
本系統(tǒng)需要3路電源供電：數(shù)字部分供電電壓3．3 V、模擬正端供電電壓3 V、模擬負(fù)端供電電壓-3 V。其中，3．3 V由AMS1117-3．3芯片從電池電壓轉(zhuǎn)換得到，3V由TPS73230芯片從電池芯片轉(zhuǎn)換得到，-3V由TPS60403芯片從3V電壓轉(zhuǎn)換得到。
3 上位機程序設(shè)計
3．1 USB驅(qū)動部分
采用LabVIEW的NI-VISA子程序控件來實現(xiàn)USB驅(qū)動。VISA(Virtual Instrument Software Architecture)是一個用來與各種儀器總線進行通信的高級應(yīng)用編程接口(API)。運用該API，可使用NI-VISA方便地實現(xiàn)USB的讀寫功能。
基于NI-VISA的USB驅(qū)動配置過程如下：
①使用驅(qū)動程序開發(fā)向?qū)?Driver Development Wizard，DDW)創(chuàng)建INF文檔。安裝NI-VISA軟件(3．0或后續(xù)版本)，打開DDW，選擇USB，在相應(yīng)欄里面填入USB設(shè)備的VID、PIE)、制造商名稱和型號名稱，最后點擊“完成”按鈕即可生成*．INF驅(qū)動文件。
②安裝INF文檔，并安裝使用INF文檔的USB設(shè)備。將*．INF文件復(fù)制到系統(tǒng)盤的Windows文件夾下，在右鍵菜單中點擊安裝即可。當(dāng)PC機檢測到本系統(tǒng)的下位機接入后，會根據(jù)INF配置文件加載NI-VISA作為底層驅(qū)動。
評論