GD32 MCU 开发板 Workshop 报告

一、 方案简介

本方案基于 GD32F350 Cortex-M4 内核的 MCU 为主控,脑电波采集前端由三个干电极组成，为了保证脑电信号采集的准确性，采集到的信号通过较短屏蔽线进行传输，并需要进行前级处理之后才能发送到云端进行数据处理。首先需要对采集到的信号进行前级放大，使其达到伏的量级，为后级信号处理做好准备；由于存在50Hz的工频干扰，因此还需采用陷波电路进行滤波；滤波完成后，通过ADC转化为数字信号，再通过Wi-Fi模块发送到云端。本系统选用TI公司产的适用于EEG和生物电势测量的低噪声24位模数转换器。该芯片内部集成了可编程放大器以及24位高精度ADC，使用方便，可通过SPI协议直接与MCU处理器通信。同时，该芯片还具有通过引线功能检测电极接触是否良好的能力，且具有多种蒙太奇配置。在本产品中，由于采用参考蒙太奇配置方式，电极是相对于单个参考电极测量，并且该蒙太奇还可以计算出在连续蒙太奇中测量得到的波形，方法是找出相对于同一电极测量的两个电极波形之间的差异。

二、 GD32 MCU 产品的介绍

?  GD32 MCU 主要规格参数；  

?  Cortex-M4@108Mhz

?  Flash: 16KB/32KB/64KB/128KB

?  RAM: 4KB/8KB/16KB/16KB

?  Timer x6, UARTx2, SPIx2, I2Cx2

?  USB 2.0 FS OTG x1

?  12bits ADCx1 @2.6Msps (10 Channels)

?  Comparatorx2

?  12bits DACx1

?  QFN28/QFN32 /LQFP48/LQFP64

?  Working Voltage：2.6V~3.6V

?  Working Temperature：-40℃ ~ +85℃

?  GD32 MCU 各模块的性能优势；（下面为示例）

a)        GD32F350 从架构上看，内核采用 Arm Cortex-M4，中断控制器，DMA，108Mhz SYS CLK。时钟来源也是多种，2 个外部晶体振荡器源：32.768khz 和 4M~32Mhz，3 个内部 RC 振荡器：2 个高速 RC 振荡器（8Mhz 和 48Mhz）， 1 个 32Khz 低速 RC 振荡器。由于采用

Arm 的架构，所以使用起来比较顺手，平台软件代码具有一致性；

b)       外设的类型和数量非常丰富：UARTx2，I2Cx2，SPIx2， TIMERx6; 各类定时器一共可产生超过 24 路 PWM，其中一个高级定时器可以产生 6 路互补的 PWM。

c)        高速 SAR ADC@2.6Msps，保证整个采样到转换可以在 1us 内完成。芯片内置 2 个高速硬件比较器和 DAC，可以通过配置 DAC 用 I/O 输出联系的电平，也可以使用 DAC 的输出和比较器配合使用，实现外部模拟电平触发的高速中断。

d)       GD32F350 还具备一个 USB 2.0 FS 接口，接口具备 OTG 功能，可是实现链接其他设备端进行高速通讯。

e)        GD32F350 的封装也有多种选择，QFN28/QFN32 /LQFP48/LQFP64, 由于本设计应用所需要的通讯速度不是太高，因此采用了 LQFP48 封装，既降低了焊接故障率，又能降低了开发者 DIY 的焊接难度。

三、 方案介绍+方案系统框图

本方案基于 GD32F350 Cortex-M4 内核的 MCU 为主控,脑电波采集前端由三个干电极组成，为了保证脑电信号采集的准确性，采集到的信号通过较短屏蔽线进行传输，并需要进行前级处理之后才能发送到云端进行数据处理。首先需要对采集到的信号进行前级放大，使其达到伏的量级，为后级信号处理做好准备；由于存在50Hz的工频干扰，因此还需采用陷波电路进行滤波；滤波完成后，通过ADC转化为数字信号，再通过Wi-Fi模块发送到云端。本系统选用TI公司产的适用于EEG和生物电势测量的低噪声24位模数转换器。该芯片内部集成了可编程放大器以及24位高精度ADC，使用方便，可通过SPI协议直接与MCU处理器通信。同时，该芯片还具有通过引线功能检测电极接触是否良好的能力，且具有多种蒙太奇配置。在本产品中，由于采用参考蒙太奇配置方式，电极是相对于单个参考电极测量，并且该蒙太奇还可以计算出在连续蒙太奇中测量得到的波形，方法是找出相对于同一电极测量的两个电极波形之间的差异。

脑电波采集硬件组成：

四、 照片示例和功能的实现

ADS1299兼容串行外设接口（SPI）的串行接口，SPI是Motorola公司推出的一种同步串行接口技术，是一种高速的，全双工，同步的通信总线。ADS1299通过SPI串行通信协议与MCU完成数据交互并发送至云平台，其数据交互过程一般遵循以下步骤：

（1）主机启动发送过程，片选指定从机，送出时钟脉冲信号；主移位寄存器的数据通过SDO移入到从移位寄存器，同时从移位寄存器中的数据通过SDI移入到主移位寄存器中。

（2）8/16个时钟脉冲过后，时钟停顿，主移位寄存器中的8/16位数据全部移人到从移位寄存器中，随即又被自动装入从接收缓冲器中，从机接收缓冲器满标志位和中断标志位置“1”。

（3）同理，从移位寄存器中的8位数据全部移入到主寄存器中，随即又被自动装入到主接收缓冲器中，主接收缓冲器满标志位和中断标志位置“1”。

（4）主CPU检测到主接收缓冲器的满标志位或者中断标志位置1后，读取接收缓冲器中的数据。同样，从CPU检测到从接收缓冲器满标志位或中断标志位置1后，读取接收缓冲器中的数据。

软件流程如下：

实验图片和视频：

 五、 代码分享

GD32 MCU开发板Workshop报告_脑电波采集.pdf