摘要：ADS1292R是TI公司早在2012年就出產的一款醫用級ADC芯片，它主要應用在醫療儀器(心電圖ECG),能夠監護患者以及和人護理和健身監視器。ADS1292R具備兩個低噪聲可編程增益放大器(PGA)和和兩個高分別率模數轉換器器(ADC)，集成了心電採集所須要的部件，方便設備小型化。它的功耗極低，使得能夠做爲長時間監控成爲可能。並且輸入參考噪音低，共模抑制比高。足以進行心電採集。電賽極可能會讓你們利用這款芯片作一個心電圖檢測儀，顯示模塊極可能就是你們所熟知的RGB大屏幕，同時這道題應該是信號題了。前端
心電信號和呼吸信號是人體的重要生物電信號。尤爲是心電信號，它比其餘生物電信號更直觀，更具備規律性，它是反映心臟健康情況的重要依據。心電圖是診斷和分析治療心血管疾病的一個重要手段，在臨牀治療中心電圖獲得普遍應用。可是常規心電圖通常須要經過大型醫療場所，如醫院、療養院的心電圖機採集數據得到，其得到途徑較難、價格較高、耗時長等弊端阻礙了心電圖機的進一步應用。今年你們經歷了新冠疫情，因此出這種題目也是情理當中，畢竟學以至用，學了不能用，那學了又有何用？對吧。編程
一、引腳功能及配置
這可芯片的引腳還很多，一共有32個引腳。固然作電賽你們確定都是買的幾百塊錢的模塊，確定不會本身親自動手焊接，並且買的模塊只會把芯片所須要的通訊引腳和電源引腳引出來。因此作硬件的也就節省了不少時間。固然節省的時間不是讓你去休息的。你須要花大量的時間來研究數據手冊，把外圍電路優化好才能讓軟件更好地去寫代碼。
性能
這裏我簡單的看一下數據手冊，可能分析的不對，須要各位大顯身手去開動大家聰明的大腦了。咱們從1號到32號引腳講講它的引腳功能：優化
- 1號和2號引腳PGA1N/PGA1P是PGA的輸出引腳。
- 3號和4號引腳IN1N/IN1P這是一對模擬輸入，這裏用的是差分輸入以減少共模干擾，在它們輸入到MUX以前，還通過了EMI濾波器。
- 5號和6號引腳 IN2P/IN2N和3號和4號引腳一樣是一對模擬輸入，差分輸入以減少共模干擾。
- 7號和8號引腳PGA2N/PGA2P和上面的1號和2號引腳對應，是PGA的輸出引腳。
- 9號和10號引腳VREFP和VREFN分別是同相和反相反饋電壓。
- 11號和27號引腳VCAP1和VCAP2是旁路電容，做用是吸取器件的交流成分(紋波經常被認爲是交流成分)
- 12號AVDD是模擬電源.
- 13號AVSS是模擬地。
- 14號CLKSEL引腳和寄存器中時鐘管理的部分共同控制了外部或者內部時鐘的選擇，以及時鐘是否從17號引腳CLK引腳輸出。
- 15號PWDN/RESET是低有效的復位功能。
- 16號START使能引腳。
- 18號到21號四個引腳CS SCLK DIN DOUT 是標準的SPI通訊協議。
- 22號引腳DRDY低有效的數據傳輸準備完成標誌信號。
- 23號引腳DVDD數字電源。
- 24號引腳DGND數字地。
- 25號和26號引腳GPIO1和GPIO2是配置寄存器的引腳。
- 28號和引腳RLDINV是右腿驅動的反向輸入端，不用的時候連到模擬地上。
- 29號和引腳RLDIN/RLDREF是右腿驅動電路對MUX的輸入，或者右腿驅動電路的非逆變輸入，不用的時候必須接到模擬地AVSS上。
- 30號和引腳RLDOUT 右腿驅動輸出。
- 31號和32號引腳RESP_MODP/IN3P RESP_MODN/IN3N 這一對引腳有兩個功能：第一是做爲呼吸的激勵信號（模擬輸出）；第二個做用是輔助的模擬差分輸入，能夠被MUX複用到任何一路PGA上。
注意：ui
- RLD 開頭的引腳，RLD是「右腿驅動電路」，是醫療電子中一個常見的概念。由於醫療電子其實是採集人體固定位置間的生物電壓，在它的量級，人體自己做爲天線接收的家庭用電電器等的輻射產生的電壓就是一個不可忽略的噪聲了，因此這時候咱們須要想辦法抑制這個共模電壓：
- 什麼是PGA? PGA是「可編程增益放大器」 ，能夠做爲前端減少高速ADC的噪聲，其原理就是使用PGA提供的高增益下，信噪比提高，這樣就總的下降了噪聲。
二、信號採集的硬件要求
心電及呼吸信號採集前端是整個監護系統的核心部分，若是前端信號採集部分的電路出現問題，即便你的模塊板子再好也不能獲得你想要的輸入信號，天然就GG。ECG 屬於微弱的小信號，其幅值在 10μ V~5mV 之間，極易受到干擾，致使有用信號淹沒在諸多噪聲中。爲了能有效地提取出有用信號，對信號採集硬件提出以下要求：spa
- (1)高輸入阻抗
人體阻抗高達幾 KΩ 至幾十 KΩ，能夠將人體當作是高阻抗的弱信號輸出源。人體自己、衣着和環境等的不一樣會引發人體阻抗很大的變化，爲了防止人體阻抗的波動引發監護系統信號的不穩定，信號採集硬件應具備較高的輸入阻抗。同時，硬件採集電路的輸入阻抗也不宜太高，不然會引入較強的外界干擾。那這時你的硬件手就應該好好利用運算放大器來設計電路。 - (2)高共模抑制比CMRR
心電信號受到的最大幹擾是 50Hz 的工頻干擾，它以共模的形式加載到每個電極上，造成共模干擾。所以心電採集電路應具備很高的共模抑制比，通常要求在 60~80dB。
這兩點是前端設計電路最重要的兩點。設計
三、電極片的選擇
極片也是傳感器的一種，其做用是將人體內的離子導電的位移電流轉化爲檢測電路中的電子導電的傳導電流，電極片做爲檢測電路輸入前端，其性能也影響着檢測電路的噪聲、共模抑制比等，因此選擇合適的電極片對整個系統的信號質量尤其重要。既然是比賽那就用學校的錢買最好的點電極片了，戰術後仰！！！
3d
四、測量的電路
下圖1是官方數據手冊中截取的，圖二是對應的中文內部框圖，圖三是在網上屢次看到的原理圖。有些圖用的人多了天然有他的道理，這個沒必要糾結。設計電路首先要聽從數據手冊而後再在此電路的基礎上進行修改。
注意：因爲人體阻抗高達幾KΩ 至幾十KΩ，在心電信號採集時經常遇到信號偏差大或者失真現象。心電信號除了易受外界干擾之外，人體內部器官之間、表皮之間都存在相互影響，甚至是人的情緒變化也會引發心電信號不穩定。
調試
五、信號輸入電路和右腿驅動電路設計
ADS1292R 能夠實現雙通道信號採集和模數轉換，通道 1(IN1N 和 IN1P)爲呼吸信號採集通道，IN3N 和 IN3P 爲 ADS1292R 內部產生的32kHz 正弦電流信號的輸出端。在正弦電流信號的輸出電路中，能夠在31號和32號引腳外加保護電阻，限制從 ADS1292R 流向人體的電流，同時還能夠在電阻後加電容起到隔離流回人體的直流的做用(電阻和電容是串聯)。在呼吸信號輸入電路中，C2和 C7起到抑制流回人體的直流電流的做用。C1和 C6起到人體免受電路突發故障所引發的大電流傷害的做用。code
心電信號極易受到 50Hz 工頻干擾，這種干擾常以共模的形式出現。通常在生物電信號檢測電路中，須要對消驅動電路即右腿驅動電路來消除這種共模干擾，從而提升系統的共模抑制比。
ADS1292R 片內集成了右腿驅動電路，這樣有利於減少監護設備的體積，下降功耗。右腿信號由 RLDINV 端口輸入至片內右腿驅動電路，設置 ADS1292R內部 RLD_SENS 寄存器，使片內右腿驅動電路的輸出連至通道 2 以減小心電信號中共模干擾。官方公開的資料中並未給出片內右腿驅動電路的反相放大器中電阻阻值，其放大倍數未知，爲保證整個電路的信號穩定、可靠，右腿驅動電路須要各位大佬根據系統須要外搭。
六、心電及呼吸信號降噪
心電信號很是微弱，典型值僅爲 1mV 左右。正常的心電信號大部分爲 0.5~ 40Hz 的低頻信號，而心電信號的整體範圍爲 0.05~100Hz。心電信號極易受到來自外界、人體自身以及電路的干擾，如基線漂移、工頻干擾、肌電噪聲等。干擾信號混雜於心電及呼吸信號中，致使有用信號畸變，有時有用信號會徹底淹沒在噪聲裏，故有用信號的特徵值很難被提取。因此相應的濾波去噪處理是必要的。
經常使用的心電信號去噪方法有硬件降噪和軟件濾波這兩種。硬件降噪主要是經過搭建相應的電路來實現濾波功能，但這種硬件濾波電路不只搭建調試難度大，並且增長了成本、體積和功耗。建議你們經過軟件濾波，這對參加電賽的軟件手來講確定不難，智能車都搞過這點濾波的問題還能難道你這個大佬嗎？對吧！
七、主控芯片
TI杯固然是建議用TI提供的板子—MSP430。若是你前期沒有用過MSP430的板子也沒有問題，用STM32也不是不能夠。另外芯片也單片機通訊的方式是SPI通訊，我相信SPI通訊你們都會，由於有的7針的OLED顯示屏就是用的SPI通訊，這點就不用多說了。
八、驅動代碼
代碼初始化須要配置寄存器，具體程序中已經註釋的很是清楚，僅供參考啊！
void ads_Init(void) { uint8_t send_data[20], read_data[20]; ads_Reset(1); // 復位引腳置一，正常工做 osDelay(1000); osDelay(100); //指令：中止連續讀數據模式 send_data[0]=ADS1292R_CMD_SDATAC; while(HAL_OK!= HAL_SPI_TransmitReceive(&hspi1,send_data,read_data,1,1000)); osDelay(10); //寫配置寄存器2=0xa0，內部參考電壓爲2.42V send_data[0] = ADS1292R_CMD_WREG_1(ADS1292R_REG_CONFIG2); send_data[1] = ADS1292R_CMD_WREG_2(1); send_data[2] = 0xa0; while(HAL_OK!= HAL_SPI_TransmitReceive(&hspi1,send_data,read_data,3,1000)); osDelay(10); //寫配置寄存器1=0x01，連續轉換模式，採樣率爲250 send_data[0] = ADS1292R_CMD_WREG_1(ADS1292R_REG_CONFIG1); send_data[1] = ADS1292R_CMD_WREG_2(1); send_data[2] = 0x01; while(HAL_OK!= HAL_SPI_TransmitReceive(&hspi1,send_data,read_data,3,1000)); osDelay(10); //寫導聯脫落檢測寄存器=0xF0，正負極分別爲70%和30%，該功能實際未使用 send_data[0] = ADS1292R_CMD_WREG_1(ADS1292R_REG_LOFF); send_data[1] = ADS1292R_CMD_WREG_2(1); send_data[2] = 0xF0; while(HAL_OK!= HAL_SPI_TransmitReceive(&hspi1,send_data,read_data,3,1000)); osDelay(10); //寫通道1設置寄存器=0x30，設置增益爲3，正常節點輸入 send_data[0] = ADS1292R_CMD_WREG_1(ADS1292R_REG_CH1SET); send_data[1] = ADS1292R_CMD_WREG_2(1); send_data[2] = 0x30; while(HAL_OK!= HAL_SPI_TransmitReceive(&hspi1,send_data,read_data,3,1000)); osDelay(10); //寫右腿驅動寄存器=0xEF，PGA的斬波頻率爲4分頻，使能右腿驅動，關閉右腿驅動的脫落檢測，通道2的右腿驅動負極和正極分別鏈接到通道2輸入的負極和正極，通道1的右腿驅動負極和正極分別鏈接到通道1的負極和正極 send_data[0] = ADS1292R_CMD_WREG_1(ADS1292R_REG_RLD_SENS); send_data[1] = ADS1292R_CMD_WREG_2(1); send_data[2] = 0xEF; while(HAL_OK!= HAL_SPI_TransmitReceive(&hspi1,send_data,read_data,3,1000)); osDelay(10); //寫脫落檢測寄存器=0x0F，關閉通道1和2的電流方向檢測，使能通道1和2的正負極脫落檢測 //其實只使用了通道1，並且脫落檢測實際上沒有使用 send_data[0] = ADS1292R_CMD_WREG_1(ADS1292R_REG_LOFF_SENS); send_data[1] = ADS1292R_CMD_WREG_2(1); send_data[2] = 0x0F; while(HAL_OK!= HAL_SPI_TransmitReceive(&hspi1,send_data,read_data,3,1000)); osDelay(10); //寫呼吸控制寄存器1=0xF2，使能呼吸調製解調電路，呼吸解調相位爲135°，時鐘爲32KHz，內部時鐘 send_data[0] = ADS1292R_CMD_WREG_1(ADS1292R_REG_RESP1); send_data[1] = ADS1292R_CMD_WREG_2(1); send_data[2] = 0xF2; while(HAL_OK!= HAL_SPI_TransmitReceive(&hspi1,send_data,read_data,3,1000)); osDelay(10); //寫呼吸控制寄存器2=0x83，關閉偏置校準，呼吸控制頻率爲32KHz，右腿驅動參考信號爲外部信號 send_data[0] = ADS1292R_CMD_WREG_1(ADS1292R_REG_RESP2); send_data[1] = ADS1292R_CMD_WREG_2(1); send_data[2] = 0x83; while(HAL_OK!= HAL_SPI_TransmitReceive(&hspi1,send_data,read_data,3,1000)); osDelay(10); ads_Start(1); //啓動轉換 osDelay(10); //指令：連續讀模式 send_data[0]=ADS1292R_CMD_RDATAC; while(HAL_OK!= HAL_SPI_TransmitReceive(&hspi1,send_data,read_data,1,1000)); osDelay(10); } void ads_Get_Data(uint8_t* raw_data) { static uint8_t sendBuf[9]={ 0,0,0,0,0,0,0,0,0}; HAL_SPI_TransmitReceive_DMA(&hspi1,sendBuf,raw_data,9); }