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
Buck 22 Click front image hardware assembly
SiBRAIN for PIC32MZ1024EFK144 front image hardware assembly
v8 SiBRAIN MB 1 - upright/background 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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