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TI的ECG集成模拟前端ADS119x开发心得(AS1194/6/8)

2012-06-21 11:02 267 查看
   这是从TI支持社区发现的一篇文章,自己最近正好学习,这方面的资料很少,于是把它转过来,大家一起学习。文中的时钟设置我用STM32测试ADS119x的手册推荐设置是没问题的,可能和具体的MCU有关吧。

   ADS119x初始化使用原作者时序很好,我刚开始的时候没有初始化好,结果SPI读出的数据全部为零,学习的同胞们注意一下。

 

    ADS1198/ADS1298开发设计心得与遗留问题总结

 

    首先非常感谢TI公司的支持,自己手里面的6片ADS1198全部是从TI公司申请到的,并且遇到问题后能TI的技术支持工程师能及时给出解答,所以写这篇文章,一是对自己这几个月工作的总结,二是也算是对TI公司的感谢,也希望能帮助到以后使用ADS1198/1298的朋友。

    本人使用MSP430F5418与ADS1198设计12导心电监测仪,其实就是个低档的HOLTER,在HOLTER的基础上加了几个操作按键和LCD显示屏。历时3个多月,前几天算是能比较满意的用ADS1198采集到ECG信号了!现在简单说下开发过程以及遇到的一些问题。

    先说下MSP430单片机,本人01年开始使用(那是还是大四),先后使用过1100,135,149,2418等型号,这次选用了5418,因为信价比高,等开始实际调试使用时,才发现5418与之前的型号有很多升级。增加了几个功能模块同时也整合了一些功能模块。比如SYS模块,PMM模块,UCS模块等(还有一些功能由于没用上也没研究),这几个模块我看了很长时间英文资料(英文水平不咋地)后,发现SYS和PMM模块对我根本就没有用,并且把PMM模块关掉了,增加了这些模块视乎能提高430的安全性,但我觉得430这种单片机由于设计宗旨是低功耗3V供电。所以一般都是采用电池供电的,加上这2个模块似乎意义不大。反而与之前的型号兼容性不好了!

    本人在做这款12导心电监测仪之前搞过1年多心电,只用运放做过9导心电监测仪,所以在ECG方面的经验还是很少的,发现这款ADS1198芯片还是在电源网上看到的,申请到样片后,手册和开发指南看了不下七八遍才基本理解明白,现在说说自己曾经迷糊而后来解决以及仍没解决的问题列出来:

    1.ADS1198有16位AD,可是PGA增益最大只有12,没有二级放大,对于ECG信号最大幅值在5mV左右,经过12倍放大为60MV, 60/2400*65536=1638,即只要用12位就能标示出ECG信号了,也就是说浪费掉了4位AD,如果用ADS1298也会同样出现这种情况,只是会比1198精确些而已,如果用ADS1198/1298测量EEG信号,EEG信号是uV级的,真不能能不能用啊!

    2. 请看手册第12页,这里的这幅图下面的NOTE写着SPI CPOL=0,CPHA=1,但是实际在调试程序时我发现这里应该设置为CKPH=0,CKPL=0.

    3.册20页的公共点参考电压的公式似乎也由点问题,这里是AVDD-0.2V我觉得不对,应该是VREF+,因为如果按以上公式计算出的公共参考电压,有可能最大幅值超过VREF+,也就是AD不能正确的采集出实际数值。

    4.手册第19页中设置CHNSET[2:0]=011时,1,2,5,6,7,8是用来测量AVDD/2,而3,4是用来测量DVDD/2,我设计的电路板是AVDD与DVDD电压相同,通过磁珠连接,结果测试出来的数据1,2,5,6,7,8 比我计算的理论数据差了10000多,而3.4比理论数据差了1000多,这两组之间也差了10000多,这个问题我现在也没搞明白,请TI的工程师和使用过的朋友解答一下吧。

    5.当我用心电模拟仪输入信号时,(我的设计中1,2,3,4,5,6,7,8分别对应II,III,V1,V2,V3,V4,V5,V6),发现但我设置8个通道检测导联脱落时(即设置LOFF_SENSP=0XFF, LOFF_SENSN=0XFF),II,III的基线与V1,V2,V3,V4,V5,V6相差10000多,如果设置LOFF_SENSP=0X00, LOFF_SENSN=0X00时,即不检测导联脱落时,II,III,V1,-V6就在同一基线上了。这个也没搞明白。有待朋友们解答。

    6.当心电模拟仪测试信号好用后,我实测人体信号,发现各路信号基线都不一致,我调试了半个月也没调出来,(我的设计基本上是抄TI的设计指南里的原理图的,我也明白为什么TI设计指南里为什么没有给出实测人体信号!,估计它的板子也一样有这个问题),后来请教TI的技术支持工程师JHL老师,他说要加高通滤波器,后来我在输入进ADS1198前加了各种高通滤波器,发现最实用的竟然是用0.1UF加10M电阻,这样这8路信号基本上在一条直线上了,(V1偏差大一点与其他的基线差100左右),但加了电阻电容滤波后,用心电模拟仪再测量时,原本一致的基线现在反而有偏差了,我是搞糊涂了!另外今天刚看到JHL老师的回复,说他说的加高通滤波实际上是软件滤波,如果是这样的话,看来我用430就不行了,应该改DSP做FFT变换吧!

    总结一下,ADS1198/1298的确集成了很多ECG电路,比如8路仪表放大,威尔逊网络,内部测试信号,导联脱落检测(我用着不好使,呵呵)等等,而且也降低了功耗,节省了成本。是做便携式设备很好的选择,但问题也很大,内部只有前级放大,没有加二级放大,同时由于集成度太高,仪表放大后直接进AD,不能加高通,低通,以及抗肌电干扰等电路。这些工作恐怕全部要留给上位机用软件来解决,至于能解决到什么程度,我就不知道了!

    以上就是个人使用ADS1198/1298的一些心得,能解决的问题以及遗留的问题,由于本人能力有限,估计会有很多错误和误解。以上所写,仅供大家参考,谢谢!

                                                                    作者:liangzuolin

 

 

一下附上我用430开发的程序,已经调试通过,仅供参考!

#define  ADS1198_CS0             P3OUT &= ~BIT0

#define  ADS1198_CS1             P3OUT |=  BIT0

#define  ADS1198_START0          P2OUT &= ~BIT5

#define  ADS1198_START1          P2OUT |=  BIT5

#define  ADS1198_RST0            P2OUT &= ~BIT6

#define  ADS1198_RST1            P2OUT |=  BIT6

#define  ADS1198_PWDN0           P2OUT &= ~BIT4

#define  ADS1198_PWDN1           P2OUT |=  BIT4

#define  ADS1198_READY           (P2IN&0x40)

#define  RDATAC                  0x10

#define  SDATAC                  0x11

#define  FALSE                   0

#define  TRUE                    1

#define  Addr_ID                 0x00

#define  Addr_CONFIG1            0x01

#define  Addr_CONFIG2            0x02

#define  Addr_CONFIG3            0x03

#define  Addr_LOFF               0x04

#define  Addr_CH1SET             0x05

#define  Addr_CH2SET             0x06

#define  Addr_CH3SET             0x07

#define  Addr_CH4SET             0x08

#define  Addr_CH5SET             0x09

#define  Addr_CH6SET             0x0A

#define  Addr_CH7SET             0x0B

#define  Addr_CH8SET             0x0C

#define  Addr_RLD_SENSP          0x0D

#define  Addr_RLD_SENSN          0x0E

#define  Addr_LOFF_SENSP         0x0F

#define  Addr_LOFF_SENSN         0x10

#define  Addr_LOFF_FLIP          0x11

#define  Addr_LOFF_STATP         0x12

#define  Addr_LOFF_STATN         0x13

#define  Addr_GPIO               0x14

#define  Addr_PACE               0x15

#define  Addr_CONFIG4            0x17

#define  Addr_WCT1               0x18

#define  Addr_WCT2               0x19

//-------------------------------------------------------------------------

//                ADS1198 spi 接口初始化

//-------------------------------------------------------------------------

void ADS1198_Spi_Init(void)



     P3SEL |= 0x0E;                                        // P3.1,P3.2,P3.3复用功能

     UCB0CTL1 |= UCSWRST;                                  // Put state machine in reset

     UCB0CTL0 |= UCMST+UCSYNC+UCMSB;                       // 3-pin, 8-bit SPI Master,MSB first,Mode 0(ucckpl=0,ucckph=1)

     UCB0CTL1 |= UCSSEL_2;                                 // SMCLK

     UCB0BR0 = 0x04;                                       // /4

     UCB0BR1 = 0;                                          //

     UCB0CTL1 &= ~UCSWRST;                                 // 开启SPI

}

//-------------------------------------------------------------------------

//               发送ADS1198单字节命令

//-------------------------------------------------------------------------

void ADS1198_Send_CMD_One(uchar cmd)

{

     while (!(UCB0IFG&UCTXIFG));                           // USCI_B0 TX buffer ready?

     UCB0TXBUF = cmd;                                      // Transmit data

}

//-------------------------------------------------------------------------

//               传输ADS1198多字节命令

//-------------------------------------------------------------------------

void ADS1198_Send_CMD_Muti(uchar cmd,uchar len,uchar dat[])

{

     uchar i;

     ADS1198_Send_CMD_One(cmd);                            // 发送第一字节命令+地址

     ADS1198_Send_CMD_One(len-1);                          // 发送第二字节命令,发送数据长度

     for(i=0;i<len;i++)

     {

         ADS1198_Send_CMD_One(dat[i]);                     // 发送多字节数据

     }

}  

//-------------------------------------------------------------------------

//              接收ADS1198多字节命令

//-------------------------------------------------------------------------

uchar ADS1198_Recive_Data(uchar cmd,uchar len,uchar dat[])

{

     uchar i;

     ADS1198_Send_CMD_One(cmd);                            // 发送接收命令第一字节+地址

     ADS1198_Send_CMD_One(len-1);                          // 发送接收第二字节命令,接收数据长度

     for(i=0;i<len;i++)

     {

         ADS1198_Send_CMD_One(0);                          // 发送SPI时钟,DOUT=0

         SomeNOP();SomeNOP();SomeNOP();SomeNOP();          // 延时

         SomeNOP();SomeNOP();SomeNOP();SomeNOP();

         if(UCB0IFG&UCRXIFG)                               // 判断接收标志

         {

             dat[i] = UCB0RXBUF;                           // 接收数据字节

         }

         else

         {

             return FALSE;

         }

     }

     return TRUE;



//-------------------------------------------------------------------------

//              连续采集模式下接收数据

//-------------------------------------------------------------------------

uchar ADS1198_ReadData_Continue(uchar dat[],uchar len)

{

     uchar i;

     for(i=0;i<len;i++)

     {

         ADS1198_Send_CMD_One(0);                          // 发送SPI时钟,DOUT=0

         SomeNOP();SomeNOP();SomeNOP();SomeNOP();          // 延时

         SomeNOP();SomeNOP();SomeNOP();SomeNOP();

         if(UCB0IFG&UCRXIFG)                               // 判断接收标志

         {

             dat[i] = UCB0RXBUF;                           // 接收数据字节

         }

         else

         {

             return FALSE;

         }

     }

     return TRUE;  

}

//-------------------------------------------------------------------------

void ADS1198_Init(void)

{

     uchar d[8];

     P2DIR |= 0x60;                                        // ads1198 RST,READY管脚输出

     P3DIR |= 0x01;                                        // ADS1198 CS 管脚输出

     ADS1198_CS0;                                          // 选中ADS1198

     ADS1198_PWDN1;                                        // 禁止进入低功耗模式

     ADS1198_START0;                                       // 禁止采集

     ADS1198_RST1;                                         // 复位置高

     delayMS(1000);                                        // 延时1S

     ADS1198_RST0;                                         // 复位1198

     delayMS(100);                                         // 延时100MS   

     ADS1198_RST1;                                         // 复位清除

     delayMS(1);

     ADS1198_Send_CMD_One(SDATAC);                         // 发送停止命令

     ADS1198_Recive_Data(0x20+Addr_ID,1,d);                // 读ADS1198 ID号

     if(d[0]==0xB6)                                        // 判断是否为ADS1198 ID

     {

         d[0] = 0xCC;                                      // 内部参考+2.4V+RLDREF(AVDD-AVSS)/2+RLD buffer允许+RLD检测允许

         ADS1198_Send_CMD_Muti(0x40+Addr_CONFIG3,1,d);     // 配置寄存器

         d[0] = 0x45;                                      // Multiple readback+250SPS

         ADS1198_Send_CMD_Muti(0x40+Addr_CONFIG1,1,d);     // 配置寄存器

         d[0] = 0x34;                                      // INT_TEST内部测试信号+(-2X测试信号)+Fclk/2.048M

         ADS1198_Send_CMD_Muti(0x40+Addr_CONFIG2,1,d);     // 配置寄存器

         d[0] = 0x33;                                      // (7.5%/92.5%)+Pull-up/pull-down mode+DC lead-off detection turned on

         ADS1198_Send_CMD_Muti(0x40+Addr_LOFF,1,d);

         d[0]=0x60;d[1]=0x60;d[2]=0x60;d[3]=0x60;d[4]=0x60;d[5]=0x60;d[6]=0x60;d[7]=0x60;// 12倍增益+正常导联输入

         //d[0]=0x65;d[1]=0x65;d[2]=0x65;d[3]=0x65;d[4]=0x65;d[5]=0x65;d[6]=0x65;d[7]=0x65;// 12倍增益+测试信号输入

         ADS1198_Send_CMD_Muti(0x40+Addr_CH1SET,8,d);

         d[0] = 0x01;d[1] = 0x03;                          // RLD1P,RLD1N,RLD2N对应R,L,F,为右腿驱动源

         ADS1198_Send_CMD_Muti(0x40+Addr_RLD_SENSP,2,d);   // 配置寄存器

         d[0] = 0x00;d[1] = 0x00;                          // 8个通道不检测测导联脱落

         ADS1198_Send_CMD_Muti(0x40+Addr_LOFF_SENSP,2,d);  // 配置寄存器

         d[0] = 0x01;                                      // 通道1,通道2作为起搏检测通道,开启起搏检测缓冲器

         ADS1198_Send_CMD_Muti(0x40+Addr_PACE,1,d);        // 配置寄存器

         d[0] = 0x02;                                      // 持续转换模式+Lead-off comparators enabled

         ADS1198_Send_CMD_Muti(0x40+Addr_CONFIG4,1,d);

         d[0] = 0x08;d[1] = 0xCB;                          // power on WCTA+WCTB+WCTC,RLD1P,RLD1N,RLD2N为威尔逊中心信号源

         ADS1198_Send_CMD_Muti(0x40+Addr_WCT1,2,d);

         ADS1198_Send_CMD_One(RDATAC);                     // 连续读命令

         ADS1198_START1;                                   // 开始数据采集

     }

}    

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