完全集成模拟前端AFE4400的脉冲血氧仪应用

随着人们越来越重视医疗健康，相对应的产品也随之推出。TI就很好的走在前面，对于生理信号采集方面不仅推出了ADS124x系列和ADS129x系列，也推出了集成了光传感器AFE系列。

AFE4400 是一款非常适合于脉冲血氧仪应用的完全集成模拟前端 (AFE)。 此器件包含一个具有集成模数转换器 (ADC) 的低噪声接收器通道、一个 LED 发射部件和针对传感器以及 LED 故障检测的诊断功能。

数据手册介绍到此结束。不废话，接下来介绍电路原理图。原理图也是根据数据手册的典型应用得到的。两个红光和红外LED选用的是DCM05（或者DCM03）

NRST为芯片复位，低电平有效，复位后需要重新配置寄存器。

PD_ALM为光电传感器断开信号，LED_ALM为LED断开信号，DIAG_END是检测终了信号，这3个信号可连接单片机，用于检测器件的连接情况。

AFE_PDN为低功耗引脚，低电平有效。

ADC_RDY为信号采集并转换完成，此时可通过SPI读取转换结果。

PCB布局也非常简单，左边芯片为AFE4400，右边的芯片是stm8L151.

程序方面主要讲一下寄存器配置和数据读取。

1. void AFE4404_Set_Value(void)
2. {
3.   //AFE4400_Set_Register(CONTROL0,        0x04);
4.   AFE4400_Set_Register(LED2STC,         6050);
5.   AFE4400_Set_Register(LED2ENDC,        7998);
6.   AFE4400_Set_Register(LED2LEDSTC,      6000);
7.   AFE4400_Set_Register(LED2LEDENDC,     7999);
8.   AFE4400_Set_Register(ALED2STC,        50);
9.   AFE4400_Set_Register(ALED2ENDC,       1998);
10.   AFE4400_Set_Register(LED1STC,         2050);
11.   AFE4400_Set_Register(LED1ENDC,        3998);
12.   AFE4400_Set_Register(LED1LEDSTC,      2000);
13.   AFE4400_Set_Register(LED1LEDENDC,     3999);
14.   AFE4400_Set_Register(ALED1STC,        4050);
15.   AFE4400_Set_Register(ALED1ENDC,       5998);
16.   AFE4400_Set_Register(LED2CONVST,      4);
17.   AFE4400_Set_Register(LED2CONVEND,     1999);
18.   AFE4400_Set_Register(ALED2CONVST,     2004);
19.   AFE4400_Set_Register(ALED2CONVEND,    3999);
20.   AFE4400_Set_Register(LED1CONVST,      4004);
21.   AFE4400_Set_Register(LED1CONVEND,     5999);
22.   AFE4400_Set_Register(ALED1CONVST,     6004);
23.   AFE4400_Set_Register(ALED1CONVEND,    7999);
24.  
25.   AFE4400_Set_Register(ADCRSTSTCT0,     0);
26.   AFE4400_Set_Register(ADCRSTENDCT0,    3);
27.   AFE4400_Set_Register(ADCRSTSTCT1,     2000);
28.   AFE4400_Set_Register(ADCRSTENDCT1,    2003);
29.   AFE4400_Set_Register(ADCRSTSTCT2,     4000);
30.   AFE4400_Set_Register(ADCRSTENDCT2,    4003);
31.   AFE4400_Set_Register(ADCRSTSTCT3,     6000);
32.   AFE4400_Set_Register(ADCRSTENDCT3,    6003);
33.  
34.   AFE4400_Set_Register(PRPCOUNT,        7999);
35.  
36.   AFE4400_Set_Register(CONTROL1,        0x100);
37. //  AFE4400_Set_Register(TIA_AMB_GAIN,    0x004481);
38.   AFE4400_Set_Register(TIA_AMB_GAIN,    0x004141);
39.   AFE4400_Set_Register(LEDCNTRL,        0x8F8F);
40.   AFE4400_Set_Register(CONTROL2,        0x100);
41. }

前面的寄存器是配置芯片的时序的，这里的配置使用的是官方手册给的数值，这里不做讨论，详细意思在手册上能查阅。由于我们使用的是8M的晶振，寄存器PRPCOUNT的值为7999，意味着一个周期为1ms，这里采样率为1000Hz,对于采集血氧饱和度足矣。

AFE4400读取寄存器的方式有些特别，根据手册所述需要设置CONTROL0的读写位之后才能读取数据。

1. void AFE4400_Set_READABLE(u8 isReadable)
2. {
3.   SPI_WriteByte(CONTROL0);  //写入寄存器地址
4.   SPI_WriteByte(0x00);
5.   SPI_WriteByte(0x00);
6.   SPI_WriteByte(isReadable);
7. }
8.  
9. u32 AFE4400_Read_Register(u8 reg_address)
10. {
11.   u32 temp0=0, temp1=0, temp2=0;
12.   u32 temp=0;
13.  
14.   AFE_CS_L;
15.   AFE4400_Set_READABLE(1);
16.  
17.   SPI_WriteByte(reg_address);  //写入寄存器地址
18.   temp0 = SPI_ReadByte();
19.   temp1 = SPI_ReadByte();
20.   temp2 = SPI_ReadByte();
21.   AFE_CS_H;
22.  
23.   temp = temp0<<16 | temp1<<8 | temp2;
24.   return temp;
25. }
26.  
27. void AFE4400_Set_Register(u8 reg_address, u32 data)
28. {
29.   AFE_CS_L;
30.   AFE4400_Set_READABLE(0);
31.  
32.   SPI_WriteByte(reg_address);  //写入寄存器地址
33.   SPI_WriteByte((data>>16)&0xFF);
34.   SPI_WriteByte((data>>8)&0xFF);
35.   SPI_WriteByte((data)&0xFF);
36.   AFE_CS_H;
37. }

数据读取通过ADC_RDY信号的下降沿触发之后使用SPI读取。

通过蓝牙发送到手机编写的APP中，画图显示波形。

最后附上驱动代码：http://download.csdn.net/detail/devintt/9849976