中级
30 分钟

使用 VEMD8080 和 TM4C129EKCPDT 听听你的心声。

心跳追踪器。

Heart Rate 7 Click with Fusion for Tiva v8

已发布 6月 24, 2024

点击板

Heart Rate 7 Click

开发板

Fusion for Tiva v8

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

TM4C129EKCPDT

提供实时准确的心率测量,帮助您追踪和管理心血管健康。

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

Heart Rate 7 Click基于Vishay的VEMD8080光传感器,这是一个在可见光谱中具有增强灵敏度的高速光电二极管元件。Click板™还使用了两个VLMTG1400,这是Vishay专门为HRM测量应用设计的高亮度真绿色LED,提供了狭窄的绿光波长带。Heart Rate 7 Click由模拟前端和光学前端组成。模拟前端IC的主要任务是驱动LED并通过消除背景噪声和环境光的影响来调节光电二极管(PD)接收到的信号。除此之外,它还将测量转换为数字信息,供MCU使用。为了使转换准确,模拟前端设备不能引入任何伪像到读数中。Heart Rate 7 Click采用了AFE4404,这是一款集成的模拟前端(AFE)设备,用于光学心率监测和生物传感,来实现准确的测量。该IC支持多达三个切换LED和单个PD元件。PD元件的电流通过集成的跨阻放大器部分(TIA)转换为线性电压,具有可编程增益,以便AD部分进行采样,该部分具有22位ADC转换器。信号链在整个接收通道中保持完全差分,以实现良好的共模噪声抑制和来自电源的噪声。AFE IC使用I2C通信,其引脚路由到相应的mikroBUS™ I2C引脚。模拟前端IC与周期性重复操作(脉冲重复频率或PRF)一起工

作。每个周期有四个采样阶段。四个不同的读数存储在单独的24位输出寄存器中。TIA输出上还有四个滤波器,允许来自PD的脉冲通过ADC,隔离发射LED处于打开状态的时间,并在每个采样阶段切换到不同的滤波器。采样阶段由LED模式确定:两个LED模式或三个LED模式。这影响相应采样周期中脉冲的LED - LED1和LED2,或LED 1,LED 2和LED 3。但是,Heart Rate 7 Click只有2个LED,因此不应使用三个LED模式。模拟前端AFE4404 IC还包括一个DAC来取消PD的直流偏移。当TIA增益设置为较高值时,它会放大PD信号的直流分量。这个直流分量需要从信号路径中移除,以允许适当的ADC转换,因此在输入阶段使用相对于现有DC偏移的相反方向的DAC。这允许更高的PD信号放大,从而获得更多有用(交流)信号检测灵敏度。LED驱动器分别为每个通道提供6位LED电流控制。这允许在0和50mA之间有63个步骤。此范围可以扩大到100mA。标记为LED SUP的板载SMD跳线可以设置LED驱动器的供电电压。它提供了3.3V和5V之间的选择。ADC_RDY引脚为主机MCU提供中断,使其无需不断轮询传感器以获取数据。当PRF周期结

束时,此引脚设置为高逻辑电平,允许读取四个输出数据寄存器。PRF可以在每秒10到1000次样本之间变化。此引脚路由到mikroBUS™的INT引脚。AFE4404 IC可以同时内部和外部进行时钟同步。建议使用与主机MCU相同的时钟来驱动Heart Rate 7 Click,以进行精确和同步的测量。输入时钟可以高达60MHz,但IC的内部分频器必须设置为使时钟保持在4MHz至6MHz的范围内。当由内部时钟驱动时,设备以4MHz运行。默认情况下,选择外部时钟输入。时钟信号可以通过mikroBUS™的PWM引脚输入。上电后,AFE IC需要进行复位。该IC的RESETZ引脚被路由到mikroBUS™的RST引脚,使主机MCU能够对其进行复位。将此信号拉低约25µs至50µs将导致设备复位。将此引脚拉动超过200µs将使设备进入关机模式。还可以通过通过I2C设置适当寄存器中的位来复位设备。板载上拉电阻将此引脚拉到高逻辑电平。有关寄存器及其设置方法的更多信息,请参阅AFE4404 IC数据表。但是,包含的库包含了允许轻松配置和使用Heart Rate 7 Click的功能。所包含的示例(演示)应用程序演示了其功能,并可用作自定义设计的参考。

Heart Rate 7 Click top side image
Heart Rate 7 Click bottom side image

功能概述

开发板

Fusion for TIVA v8 是一款专为快速开发嵌入式应用的需求而特别设计的开发板。它支持广泛的微控制器,如不同的32位ARM® Cortex®-M基础MCUs,来自Texas Instruments,无论它们的引脚数量如何,并且具有一系列独特功能,例如首次通过WiFi网络实现的嵌入式调试器/程序员。开发板布局合理,设计周到,使得最终用户可以在一个地方找到所有必要的元素,如开关、按钮、指示灯、连接器等。得益于创新的制造技术,Fusion for TIVA v8 提供了流畅而沉浸式的工作体验,允许在任何情况下、任何地方、任何

时候都能访问。Fusion for TIVA v8开发板的每个部分都包含了使同一板块运行最高效的必要组件。一个先进的集成CODEGRIP程序/调试模块提供许多有价值的编程/调试选项,包括对JTAG、SWD和SWO Trace(单线输出)的支持,并与Mikroe软件环境无缝集成。此外,它还包括一个干净且调节过的开发板电源供应模块。它可以使用广泛的外部电源,包括电池、外部12V电源供应和通过USB Type-C(USB-C)连接器的电源。通信选项如USB-UART、USB HOST/DEVICE、CAN(如果MCU卡支持的话)和以

太网也包括在内。此外,它还拥有广受好评的 mikroBUS™标准,为MCU卡提供了标准化插座(SiBRAIN标准),以及两种显示选项,用于TFT板线产品和基于字符的LCD。Fusion for TIVA v8 是Mikroe快速开发生态系统的一个组成部分。它由Mikroe软件工具原生支持,得益于大量不同的Click板™(超过一千块板),其数量每天都在增长,它涵盖了原型制作和开发的许多方面。

Fusion for Tiva v8 horizontal image

微控制器概述 

MCU卡片 / MCU

default

类型

8th Generation

建筑

ARM Cortex-M4

MCU 内存 (KB)

512

硅供应商

Texas Instruments

引脚数

128

RAM (字节)

262144

使用的MCU引脚

mikroBUS™映射器

NC
NC
AN
Reset/Power-down
PK3
RST
NC
NC
CS
NC
NC
SCK
NC
NC
MISO
NC
NC
MOSI
Power Supply
3.3V
3.3V
Ground
GND
GND
External Clock Input
PL4
PWM
ADC Ready/Interrupt
PQ4
INT
NC
NC
TX
NC
NC
RX
I2C Clock
PD2
SCL
I2C Data
PD3
SDA
Power Supply
5V
5V
Ground
GND
GND
1

“仔细看看!”

Click board™ 原理图

Heart Rate 7 Click Schematic schematic

一步一步来

项目组装

Fusion for PIC v8 front image hardware assembly

从选择您的开发板和Click板™开始。以Fusion for Tiva v8作为您的开发板开始

Fusion for PIC v8 front image hardware assembly
GNSS2 Click front image hardware assembly
SiBRAIN for PIC32MZ1024EFK144 front image hardware assembly
Board mapper by product7 hardware assembly
Necto image step 2 hardware assembly
Necto image step 3 hardware assembly
Necto image step 4 hardware assembly
NECTO Compiler Selection Step Image hardware assembly
NECTO Output Selection Step Image hardware assembly
Necto image step 6 hardware assembly
Necto image step 7 hardware assembly
Necto image step 8 hardware assembly
Necto image step 9 hardware assembly
Necto image step 10 hardware assembly
Necto PreFlash Image hardware assembly

实时跟踪您的结果

应用程序输出

1. 应用程序输出 - 在调试模式下,“应用程序输出”窗口支持实时数据监控,直接提供执行结果的可视化。请按照提供的教程正确配置环境,以确保数据正确显示。

2. UART 终端 - 使用UART Terminal通过USB to UART converter监视数据传输,实现Click board™与开发系统之间的直接通信。请根据项目需求配置波特率和其他串行设置,以确保正常运行。有关分步设置说明,请参考提供的教程

3. Plot 输出 - Plot功能提供了一种强大的方式来可视化实时传感器数据,使趋势分析、调试和多个数据点的对比变得更加直观。要正确设置,请按照提供的教程,其中包含使用Plot功能显示Click board™读数的分步示例。在代码中使用Plot功能时,请使用以下函数:plot(insert_graph_name, variable_name);。这是一个通用格式,用户需要将“insert_graph_name”替换为实际图表名称,并将“variable_name”替换为要显示的参数。

软件支持

库描述

这个库包含 Heart rate 7 Click 驱动程序的 API。

关键功能:

  • heartrate7_write_reg - 心率7寄存器写入函数。

  • heartrate7_read_reg - 心率7寄存器读取函数。

  • heartrate7_sw_reset - 心率7软件复位函数。

开源

代码示例

完整的应用程序代码和一个现成的项目可以通过NECTO Studio包管理器直接安装到NECTO Studio 应用程序代码也可以在MIKROE的GitHub账户中找到。

/*!
 * @file main.c
 * @brief HeartRate7 Click example
 *
 * # Description
 * This example showcases ability for device to read Heart Rate 7 Click Board.
 *
 * The demo application is composed of two sections :
 *
 * ## Application Init
 * Configures the micro controller for communication and initializes the Click board. 
 *
 * ## Application Task
 * This section shows how the data is processed and sent to the MikroPlot application.
 *
 * @note For testing this example application SerialPlot was used. 
 * There you can see heart rate graphicly shown.
 *
 * @author Stefan Ilic
 *
 */

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "heartrate7.h"

static heartrate7_t heartrate7;
static log_t logger;
static uint32_t sensor_value;
static uint32_t time = 0;

void application_init ( void ) 
{
    log_cfg_t log_cfg;  /**< Logger config object. */
    heartrate7_cfg_t heartrate7_cfg;  /**< Click config object. */

    /** 
     * Logger initialization.
     * Default baud rate: 115200
     * Default log level: LOG_LEVEL_DEBUG
     * @note If USB_UART_RX and USB_UART_TX 
     * are defined as HAL_PIN_NC, you will 
     * need to define them manually for log to work. 
     * See @b LOG_MAP_USB_UART macro definition for detailed explanation.
     */
    LOG_MAP_USB_UART( log_cfg );
    log_init( &logger, &log_cfg );
    log_info( &logger, " Application Init " );

    // Click initialization.
    heartrate7_cfg_setup( &heartrate7_cfg );
    HEARTRATE7_MAP_MIKROBUS( heartrate7_cfg, MIKROBUS_1 );
    if ( I2C_MASTER_ERROR == heartrate7_init( &heartrate7, &heartrate7_cfg ) ) 
    {
        log_error( &logger, " Communication init." );
        for ( ; ; );
    }
    
    if ( HEARTRATE7_ERROR == heartrate7_default_cfg ( &heartrate7 ) )
    {
        log_error( &logger, " Default configuration." );
        for ( ; ; );
    }
    
    log_info( &logger, " Application Task " );
}

void application_task ( void ) 
{
    sensor_value = heartrate7_get_aled1_val( &heartrate7 );
    log_printf( &logger, "%lu,%lu \r\n", sensor_value, time );
    time += 10;
    Delay_ms ( 10 );
}

int main ( void ) 
{
    /* Do not remove this line or clock might not be set correctly. */
    #ifdef PREINIT_SUPPORTED
    preinit();
    #endif
    
    application_init( );
    
    for ( ; ; ) 
    {
        application_task( );
    }

    return 0;
}

// ------------------------------------------------------------------------ END

额外支持

资源

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