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30 分钟

用 ADS1194 和 STM32F103RB 让心电图触手可及

揭示生命节奏

ECG 2 Click with Nucleo 64 with STM32F103RB MCU

已发布 10月 08, 2024

点击板

ECG 2 Click

开发板

Nucleo 64 with STM32F103RB MCU

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

STM32F103RB

体验实时心电图监测的力量,它提供即时准确的心脏健康见解。

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

ECG 2 Click基于德州仪器的ADS1194,这是一款低功耗、8通道、16位生物电测量模拟前端。ADS1194是一款多通道同时采样的Δ-Σ模数转换器,具有内置的可编程增益放大器、内部参考和板载振荡器。每个通道都有一个灵活的输入多路复用器,可以独立连接到用于测试、温度和脱落检测的内部生成信号。该ADC可以在125sps到8ksps的数据速率范围内对数据进行采样,并具有1、2、3、4、6、8或12步的可编程增益。此外,ECG 2 Click还具有内置的右腿驱动放大器、脱落检测、WCT、测试信号、脉冲检测通道选择等功能。ECG 2 Click可以工作在几种模式下。连续模式适用于需要固定转换结果流的应用。单次转换模式适用于需要非标准或非连续数据速率的应用。板载的3.5mm耳机插孔用于将电

缆/电极连接到Click板™上。电极从皮肤收集电压,然后信号经放大、滤波,并通过mikroBUS™插座发送到主机MCU。三个电极应放置在左臂、右臂和腹部左侧(心脏下方)、左腿上。除了耳机插孔外,ECG 2 Click还包括用于4线测量的螺钉端子。ECG 2 click还可以通过放置在两臂和两腿上的四个电极进行连接。最终的测量结果可以使用免费应用程序MikroPlot显示为心电图,MikroPlot是一款免费的数据可视化工具(Windows)。它是一个简单的工具,可以帮助您可视化随时间记录的传感器数据,适用于生物信号(心电图、脑电图、肌电图)和环境数据记录(温度、湿度等)。图表是由从MCU发送的数据生成的(ECG 2 click输入的ADC值+时间戳)。该应用程序可以通过USB UART连接

从微控制器接收数据集。ECG 2 Click使用标准的4线SPI串行接口与主机MCU通信。数据就绪输出用作状态信号,指示何时数据已准备好,其中DRD引脚在有新数据可用时将变为低电平。此外,其他引脚满足ECG 2 Click的功能。ADS1194可以通过RST引脚进行复位,具有低逻辑状态,而可以通过PWD引脚进行电源关闭,具有低逻辑状态。主机MCU可以通过将PGA的输出引出到PAC引脚(测试脉冲输出1)来检测脉冲的存在。此Click板™只能使用3.3V逻辑电压电平操作,而它通过LDO(3V稳定)使用5V用于模拟电源供应。在使用具有不同逻辑电平的MCU之前,板必须执行适当的逻辑电压电平转换。然而,此Click板™配备了一个包含函数和示例代码的库,可用作进一步开发的参考。

ECG 2 Click hardware overview image

功能概述

开发板

Nucleo-64 搭载 STM32F103RB MCU 提供了一种经济高效且灵活的平台,供开发者探索新想法并原型设计他们的项目。该板利用 STM32 微控制器的多功能性,使用户能够为他们的项目选择最佳的性能与功耗平衡。它配备了 LQFP64 封装的 STM32 微控制器,并包含了如用户 LED(同时作为 ARDUINO® 信号)、用户和复位按钮,以及 32.768kHz 晶体振荡器用于精确的计时操作等基本组件。Nucleo-64 板设计考虑到扩展性和灵活性,它特有的 ARDUINO® Uno

V3 扩展连接器和 ST morpho 扩展引脚头,提供了对 STM32 I/O 的完全访问,以实现全面的项目整合。电源供应选项灵活,支持 ST-LINK USB VBUS 或外部电源,确保在各种开发环境中的适应性。该板还配备了一个具有 USB 重枚举功能的板载 ST-LINK 调试器/编程器,简化了编程和调试过程。此外,该板设计旨在简化高级开发,它的外部 SMPS 为 Vcore 逻辑供电提供高效支持,支持 USB 设备全速或 USB SNK/UFP 全速,并内置加密功能,提升了项目的功效

和安全性。通过外部 SMPS 实验的专用连接器、 用于  ST-LINK 的 USB 连接器以及 MIPI® 调试连接器,提供了更多的硬件接口和实验可能性。开发者将通过 STM32Cube MCU Package 提供的全面免费软件库和示例得到广泛支持。这些,加上与多种集成开发环境(IDE)的兼容性,包括 IAR Embedded Workbench®、MDK-ARM 和 STM32CubeIDE,确保了流畅且高效的开发体验,使用户能够充分利用 Nucleo-64 板在他们的项目中的能力。

Nucleo 64 with STM32F103RB MCU double side image

微控制器概述 

MCU卡片 / MCU

default

建筑

ARM Cortex-M3

MCU 内存 (KB)

128

硅供应商

STMicroelectronics

引脚数

64

RAM (字节)

20480

你完善了我!

配件

Click Shield for Nucleo-64 配备了两个专有的 mikroBUS™ 插座,使得所有的 Click board™ 设备都可以轻松地与 STM32 Nucleo-64 开发板连接。这样,Mikroe 允许其用户从不断增长的 Click boards™ 范围中添加任何功能,如 WiFi、GSM、GPS、蓝牙、ZigBee、环境传感器、LED、语音识别、电机控制、运动传感器等。您可以使用超过 1537 个 Click boards™,这些 Click boards™ 可以堆叠和集成。STM32 Nucleo-64 开发板基于 64 引脚封装的微控制器,采用 32 位 MCU,配备 ARM Cortex M4 处理器,运行速度为 84MHz,具有 512Kb Flash 和 96KB SRAM,分为两个区域,顶部区域代表 ST-Link/V2 调试器和编程器,而底部区域是一个实际的开发板。通过 USB 连接方便地控制和供电这些板子,以便直接对 Nucleo-64 开发板进行编程和高效调试,其中还需要额外的 USB 线连接到板子上的 USB 迷你接口。大多数 STM32 微控制器引脚都连接到了板子左右边缘的 IO 引脚上,然后连接到两个现有的 mikroBUS™ 插座上。该 Click Shield 还有几个开关,用于选择 mikroBUS™ 插座上模拟信号的逻辑电平和 mikroBUS™ 插座本身的逻辑电压电平。此外,用户还可以通过现有的双向电平转换器,使用任何 Click board™,无论 Click board™ 是否在 3.3V 或 5V 逻辑电压电平下运行。一旦将 STM32 Nucleo-64 开发板与我们的 Click Shield for Nucleo-64 连接,您就可以访问数百个工作于 3.3V 或 5V 逻辑电压电平的 Click boards™。

Click Shield for Nucleo-64 accessories 1 image

3线心电图/肌电图电缆配备了便捷的3.5毫米耳机插头,专为心电图记录而设计。这款1米长的电缆是医疗专业人士和爱好者的实用伴侣。为了补充这根电缆,您还可以使用单次使用的48x34毫米的粘贴式心电图/肌电图电极,每个电极都配有一个心电图/肌电图电缆插头适配器。这些电极在与我们的心电图/肌电图电缆配对使用时,确保了无缝的体验,并为全面的心脏监测提供可靠的心电图/肌电图信号传输。相信这个设置的准确性和便利性,轻松自信地记录心电图和肌电图。

ECG 2 Click accessories image

使用的MCU引脚

mikroBUS™映射器

Test Pace Out
PC0
AN
Reset
PC12
RST
SPI Chip Select
PB12
CS
SPI Clock
PB3
SCK
SPI Data OUT
PB4
MISO
SPI Data IN
PB5
MOSI
Power Supply
3.3V
3.3V
Ground
GND
GND
Power Down
PC8
PWM
Data Ready
PC14
INT
NC
NC
TX
NC
NC
RX
NC
NC
SCL
NC
NC
SDA
Power Supply
5V
5V
Ground
GND
GND
1

“仔细看看!”

Click board™ 原理图

ECG 2 Click Schematic schematic

一步一步来

项目组装

Click Shield for Nucleo-64 accessories 1 image hardware assembly

从选择您的开发板和Click板™开始。以Nucleo 64 with STM32F103RB MCU作为您的开发板开始。

Click Shield for Nucleo-64 accessories 1 image hardware assembly
Nucleo 64 with STM32F401RE MCU front image hardware assembly
LTE IoT 5 Click front image hardware assembly
Prog-cut hardware assembly
LTE IoT 5 Click complete accessories setup image hardware assembly
Board mapper by product8 hardware assembly
Necto image step 2 hardware assembly
Necto image step 3 hardware assembly
Necto image step 4 hardware assembly
Necto image step 5 hardware assembly
Necto image step 6 hardware assembly
Clicker 4 for STM32F4 HA MCU Step hardware assembly
Necto No Display image step 8 hardware assembly
Necto image step 9 hardware assembly
Necto image step 10 hardware assembly
Debug Image Necto Step 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ECG 2 Click驱动的API。

关键函数:

  • ecg2_read_an_pin_value - ECG 2读取AN引脚值的函数

  • ecg2_send_command - ECG 2发送命令的函数

  • ecg2_read_channel_data - ECG 2读取数据通道的函数

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 ECG2 Click example
 *
 * # Description
 * This is an example that demonstrates the use of the ECG 2 Click board.
 *
 * The demo application is composed of two sections :
 *
 * ## Application Init
 * Initializes SPI and UART communication, configures INT pin as INPUT, RST pin as OUTPUT, CS pin as 
 * OUTPUT and PWM pin as OUTPUT. Initializes SPI driver, initializes ECG2 Click, sends START and 
 * RDATAC opcodes.
 *
 * ## Application Task
 * Captures readings from channel and plots data to serial plotter.
 *
 * @author Stefan Ilic
 *
 */

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "ecg2.h"

static ecg2_t ecg2;
static log_t logger;
uint32_t time;

void application_init ( void )
{
    log_cfg_t log_cfg;  /**< Logger config object. */
    ecg2_cfg_t ecg2_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.
    ecg2_cfg_setup( &ecg2_cfg );
    ECG2_MAP_MIKROBUS( ecg2_cfg, MIKROBUS_1 );
    if ( SPI_MASTER_ERROR == ecg2_init( &ecg2, &ecg2_cfg ) )
    {
        log_error( &logger, " Communication init." );
        for ( ; ; );
    }
    SET_SPI_DATA_SAMPLE_EDGE;
    
    if ( ECG2_ERROR == ecg2_default_cfg ( &ecg2 ) )
    {
        log_error( &logger, " Default configuration." );
        for ( ; ; );
    }
    Delay_ms ( 100 );
    ecg2_send_command( &ecg2, ECG2_START_CONVERSION );
    Delay_ms ( 100 );
    ecg2_send_command( &ecg2, ECG2_ENABLE_READ_DATA_CONT_MODE );
    Delay_ms ( 100 );
    
    log_info( &logger, " Application Task " );
    Delay_ms ( 100 );
}

void application_task ( void ) 
{   
    uint16_t ecg_an = 0;
    ecg2_read_channel_data( &ecg2, 5, &ecg_an );
    log_printf( &logger, " %.6u, %.8lu \r\n", ecg_an, time );
    time += 5;
    Delay_ms ( 5 );   
}

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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