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30 分钟

通过使用INA114和STM32F446RE创建简单的脑活动监测器

捕捉您大脑的每一个波动

EEG Click with Nucleo 64 with STM32F446RE MCU

已发布 10月 08, 2024

点击板

EEG Click

开发板

Nucleo 64 with STM32F446RE MCU

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

STM32F446RE

揭开脑电波的秘密,使用我们的尖端EEG技术。

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

EEG Click基于INA114,这是一款由Burr Brown®(德州仪器旗下专注于高性能模拟和混合信号IC的部门)生产的精密仪器放大器(IA)。该IC提供低噪声、激光修剪的偏移电压和良好的共模抑制比。它使用单个电阻来设置增益,增益可以轻松设置高达10,000倍。在此Click板上,INA114 IA的增益设置约为12倍。此外,信号的进一步放大和滤波由Microchip的四通道运算放大器MCP609完成,因此最终增益因子约为7800倍。如此高的放大倍数对于放大大脑活动期间产生的微弱电压是必要的。为了微调放大

倍数,一个多圈精密电位器允许设置中间放大阶段的增益在10到100倍之间。由于“脑波”可以是正的也可以是负的,EEG Click使用虚拟接地,电位为2.048V。这也有助于减少来自公共接地的噪声,提高读数的质量。放大的脑活动信号可在mikroBUS™的AN引脚上获得,允许主机MCU进行采样。EEG测量应理想地在电气隔离的房间中进行,因为任何电磁干扰(EMI)都可能破坏测量数据。然而,INA114提供了一些EMI保护,因为它具有出色的共模抑制比(CMRR),允许它成功地取消大部分感应干扰。此Click板

使用3电极设置,可以通过Click板上的3.5mm插孔连接。尽管使用镀银氯电极可以获得最佳效果,但任何电极都可以使用。EEG使用DRL电极放置方案:两个电极放置在耳后,第三个电极放置在前额。DRL电极(在前额)有助于消除公共电压,而另外两个电极连接到INA114 IA的差分输入。完整的信号路径很好地保护了电压尖峰和瞬变,这些可能由于人体接触产生的静电放电(ESD)而出现,因此有一组ESD抑制二极管和TVS二极管,防止敏感的IA和运算放大器在其输出端被ESD事件损坏。

EEG Click hardware overview image

功能概述

开发板

Nucleo-64 搭载 STM32F446RE 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 STM32F446RE MCU double side image

微控制器概述 

MCU卡片 / MCU

default

建筑

ARM Cortex-M4

MCU 内存 (KB)

512

硅供应商

STMicroelectronics

引脚数

64

RAM (字节)

131072

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ECG/EMG电缆配有方便的3.5mm电话插孔,专为心电图记录而设计。该1米电缆是医疗专业人员和爱好者的实用伴侣。为搭配此电缆,您还可以使用一次性粘性ECG/EMG电极,尺寸为48x34mm,每个电极都配有ECG/EMG电缆插针适配器。这些电极与我们的ECG/EMG电缆配对时,确保无缝体验,并保证可靠的ECG/EMG信号传输,用于全面的心脏监测。信赖此配置的准确性和便利性,轻松自信地记录心电图和肌电图。

EEG Click accessories image

使用的MCU引脚

mikroBUS™映射器

Analog Output
PC0
AN
NC
NC
RST
NC
NC
CS
NC
NC
SCK
NC
NC
MISO
NC
NC
MOSI
NC
NC
3.3V
Ground
GND
GND
NC
NC
PWM
NC
NC
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

EEG 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 STM32F446RE 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
Nucleo-64 with STM32XXX MCU Access MB 1 Mini B Conn - upright/background 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

该库包含EEG Click驱动程序的 API。

关键功能:

  • eeg_read_an_pin_value - 该函数读取AN引脚的AD转换结果

  • eeg_read_an_pin_voltage - 该函数读取AN引脚的AD转换结果并将其转换为相应的电压水平

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 EEG Click Example.
 *
 * # Description
 * This example demonstrates the use of EEG Click board.
 *
 * The demo application is composed of two sections :
 *
 * ## Application Init
 * Initializes Click board.
 *
 * ## Application Task
 * Reads ADC value and sends results on serial plotter every 5 ms.
 *
 * @author Jelena Milosavljevic
 *
 */

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "eeg.h"

static eeg_t eeg;   /**< EEG Click driver object. */
static log_t logger;    /**< Logger object. */
uint32_t time = 0;

void application_init ( void )
{
    log_cfg_t log_cfg;  /**< Logger config object. */
    eeg_cfg_t eeg_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 " );
    log_printf( &logger, " ----------------------------------------------\r\n" );
    log_printf( &logger, "                ***EEG click***               \r\n" );
    log_printf( &logger, "----------------------------------------------\r\n" );
    Delay_ms( 2000 );
    
    // Click initialization.
    eeg_cfg_setup( &eeg_cfg );
    EEG_MAP_MIKROBUS( eeg_cfg, MIKROBUS_1 );
    if ( ADC_ERROR == eeg_init( &eeg, &eeg_cfg ) ){
        log_error( &logger, " Application Init Error. " );
        log_info( &logger, " Please, run program again... " );

        for ( ; ; );
    }
    log_info( &logger, " Application Task " );
}

void application_task ( void ) 
{
    uint16_t eeg_an_value = 0;
        
    if ( eeg_read_an_pin_value( &eeg, &eeg_an_value ) != ADC_ERROR ) {
        log_printf( &logger, " %u,%lu\r\n", eeg_an_value, time );
        Delay_ms( 5 );
        time += 5;
    }
}

void main ( void ) 
{
    application_init( );

    for ( ; ; ) {
        application_task( );
    }
}

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

额外支持

资源

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