ADS1298模擬前端的便攜式生理信號(hào)采集系統(tǒng)
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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(shí)，輸入阻抗約為10MΩ。
③內(nèi)置右腿驅(qū)動(dòng)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(guò)單片機(jī)配置多路選擇器(MUX)內(nèi)部各個(gè)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(guò)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(diǎn)。對(duì)于模擬前端ADS1298，MCU作為主機(jī)，采用SPI協(xié)議進(jìn)行通信。系統(tǒng)上電時(shí)，設(shè)置ADS1298的相應(yīng)寄存器；在檢測(cè)到ADS1298的Data Ready信號(hào)后，讀取ADC的轉(zhuǎn)換結(jié)果。對(duì)于上位機(jī)，MCU作為從機(jī)，采用USB協(xié)議和上位機(jī)進(jìn)行通信。MCU在連接上位機(jī)時(shí)，完成USB枚舉等初始化動(dòng)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(jī)。
2．5 USB隔離
為保護(hù)人體安全，本設(shè)計(jì)中采用ADuM4160芯片進(jìn)行上下位機(jī)隔離，下位機(jī)采用電池供電。ADuM4160芯片是ADI公司推出的專(zhuān)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(diǎn)。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(jī)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://www.antipu.com.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(jī)程序設(shè)計(jì)
3．1 USB驅(qū)動(dòng)部分
采用LabVIEW的NI-VISA子程序控件來(lái)實(shí)現(xiàn)USB驅(qū)動(dòng)。VISA(Virtual Instrument Software Architecture)是一個(gè)用來(lái)與各種儀器總線進(jìn)行通信的高級(jí)應(yīng)用編程接口(API)。運(yùn)用該API，可使用NI-VISA方便地實(shí)現(xiàn)USB的讀寫(xiě)功能。
基于NI-VISA的USB驅(qū)動(dòng)配置過(guò)程如下：
①使用驅(qū)動(dòng)程序開(kāi)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(kāi)DDW，選擇USB，在相應(yīng)欄里面填入U(xiǎn)SB設(shè)備的VID、PIE)、制造商名稱和型號(hào)名稱，最后點(diǎn)擊“完成”按鈕即可生成*．INF驅(qū)動(dòng)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(pán)的Windows文件夾下，在右鍵菜單中點(diǎn)擊安裝即可。當(dāng)PC機(jī)檢測(cè)到本系統(tǒng)的下位機(jī)接入后，會(huì)根據(jù)INF配置文件加載NI-VISA作為底層驅(qū)動(dòng)。
評(píng)論