前言

從3月8號收到板子，到今天算起來，uFUN到手也有兩周的時間了，最近利用下班后的時間，做了個心率計，從單片機程序到上位機開發，到現在為止完成的差不多了，實現很簡單，uFUN開發板外加一個PulseSensor傳感器就行，又開發了配套的串口上位機，實現數據的解析和顯示，運行界面如下：

其實PulseSensor官方已經配備的了Processing語言編寫的上位機軟件，串口協議的，界面還蠻好看，只要按照它的通信協議，就可以實現心跳波形和心率的顯示。剛好最近學習了Qt，所以就用這個小軟件來練手了。本篇文章是這個小項目的第一篇，介紹一下如何使用DMA方式獲取傳感器的數據，至于后面幾篇文章會寫什么，歡迎大家保持關注哈！

傳感器介紹

PulseSensor 是一款用于脈搏心率測量的光電反射式模擬傳感器。將其佩戴于手指、耳垂等處，利用人體組織在血管搏動時造成透光率不同來進行脈搏測量。傳感器對光電信號進行濾波、放大，最終輸出模擬電壓值。單片機通過將采集到的模擬信號值轉換為數字信號，再通過簡單計算就可以得到心率數值。

信號輸出引腳連接到示波器，看一下是什么樣的信號：

可以看出信號隨著心跳起伏變化，周期大概為：1.37/2 = 0.685s。計算出心率值為：600 / 0.685 = 87，我的心率在正常范圍內（廢話！），這個傳感器測心率還是可以的。手頭上沒有傳感器的朋友，可以看一下這篇自制心率傳感器的教程：手指檢測心跳設計——傳感器制作篇，這篇文章介紹的使用一個紅外發射管和一個紅外接收管，外加放大濾波電路，效果還是挺不錯的。

AD采集電路的分析

大家在使用ADC接口的時候要注意了，線別插錯了。我第一次使用就是測不到電壓值，后來用萬用表量了一下，才發現是入門指南中引腳功能標示錯了，要采集AD電壓，輸入腳應該接DCIN這個，對應的是PC3-ADC_IN13。如下圖。可能是由于原理圖版本的迭代，入門指南沒有來得及更新吧！手動@管理員 更改一下。

從原理圖中可以看出，直流電壓采集電路前級采用雙T陷波濾波器濾除50Hz工頻干擾，后級為運放電路：

關于前級的雙T陷波濾波器S域分析，可以參考這篇文章：雙T陷波器s域計算分析（純手算，工程版！）

大學期間學得信號與系統都忘了，所以這部分計算我沒有看懂。其實了解電路的S域分析，更有利于理解電路的特性，大家還是要掌握好理論基礎。

后面的運放電路，還是大概能看懂的，下面來分析一下直流通路，把電容看作斷路：

所有的運放電路分析，就記住兩個要點就行了：虛短和虛斷。（感覺又回到了大學。。。。）

虛短：理解成短路，運放處于線性狀態時，把兩輸入端視為等電位，即運放正輸入端和負輸入端的電壓相等，即U+ = U-。

虛斷：理解成斷路，運放處于線性狀態時，把兩輸入端視為開路，即流入正負輸入端的電流為零。

總結一句話：虛短即U+=U-；虛斷即凈輸入電流為0。

好了，有了這兩把利器，我們來看一下這部分電路的分析，直流通路可進一步簡化為：

很明顯，可計算出

U+ = 0.5 * VCC = 1.65v

應用虛短：

U- = U+ = 1.65v

應用虛斷，即沒有電流流入運放，根據串聯電流相等：

以上三式聯立，可得：

Uo = 3.368 - 1.205*Ui

即：

Ui  = 3 - 0.83 * Uo

只要得到單片機采集到的電壓值Uo，就可以反推出實際的傳感器電壓值Ui。

通過使用示波器測量Ui和Uo的波形，近似可以認為是反向的，但是明顯可以看出，Uo的峰值比Ui的峰值小一點。

而且通過繪制Ui = 3 - 0.83 * Uo和 Ui = 3.3 - Uo的曲線，也可以看出，兩條直線幾乎重合，即輸入和輸出近似為反向。

DMA簡介

DMA，即直接存儲器，用來提供在外設和存儲器之間或者存儲器和存儲器之間的高速數據傳輸。無須
CPU任何干預，通過DMA數據可以快速地移動。這就節省了CPU的資源來做其他操作。STM32共有兩個DMA控制器有12個通道(DMA1有7個通道，DMA2有5個通道)，每個通道專門用來管理來自于一個或多個外設對存儲器訪問的請求。還有一個仲裁器來協調各個DMA請求的優先權。

關于DMA通道和外設的對應，可以查看STM32參考手冊，心率傳感器使用的PC3-ADC_IN13，對應的是DMA1的通道1

STM32 DMA程序配置

獲取ADC通道的電壓值主要有兩種方式，一種是直接使用ADC，然后在需要使用的地方，先啟動AD轉換，然后讀取AD值。另一種更好的方式是使用DMA方式，就是先定義一個保存AD值的全局變量，而全局變量是對應內存中的一個地址的。只要初始時，把DMA和ADC配置好了，DMA會自動把獲取到的AD值，存入這個地址中，我們在需要的時候，直接讀取這個值就可以了。

0.定義一個全局變量

必須是全局變量，用于存放AD值。

uint16_t ADC_ConvertedValue;

1.配置GPIO和使能時鐘

使能外設對應的時鐘，注意時鐘總線的不同：

RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_DMA1, ENABLE);  
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1 | RCC_APB2Periph_GPIOC, ENABLE); 

引腳配置成模擬輸入模式：

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_3;  
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN;  //設置為模擬輸入
GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStructure);    

2.配置DMA

配置ADC對應的DAM1通道1：

DMA_DeInit(DMA1_Channel1); 
DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr = (uint32_t)(&(ADC1->DR));    //設置源地址
DMA_InitStructure.DMA_MemoryBaseAddr = (u32)&ADC_ConvertedValue; //設置內存地址
DMA_InitStructure.DMA_DIR = DMA_DIR_PeripheralSRC;  // 設置傳輸方向
DMA_InitStructure.DMA_BufferSize = 1;
DMA_InitStructure.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Disable; 
DMA_InitStructure.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Disable;  
DMA_InitStructure.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PeripheralDataSize_HalfWord; 
DMA_InitStructure.DMA_MemoryDataSize = DMA_MemoryDataSize_HalfWord; 
DMA_InitStructure.DMA_Mode = DMA_Mode_Circular;          //循環模式
DMA_InitStructure.DMA_Priority = DMA_Priority_High;    //高優先級
DMA_InitStructure.DMA_M2M = DMA_M2M_Disable;     
DMA_Init(DMA1_Channel1, &DMA_InitStructure);  DMA_Cmd(DMA1_Channel1, ENABLE);    //使能DMA1通道1

3.配置ADC

由于只有1個通道，不需要配置成掃描模式：

ADC_InitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;   
ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = DISABLE ;    
ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = ENABLE;  
ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None; 
ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;  
ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel = 1;      
ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStructure);     

PC3對應ADC輸入通道13，注意采樣周期不能太短：

ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_13, 1, ADC_SampleTime_55Cycles5); 
ADC_DMACmd(ADC1, ENABLE);  
ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);  
ADC_ResetCalibration(ADC1);   
while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1)); 
ADC_StartCalibration(ADC1);  
while(ADC_GetCalibrationStatus(ADC1)); 
ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE); 

4.主程序調用

DMA和ADC配置好之后，只需要初始化一次。然后就可以隨時獲取電壓值了。

int main(void)
{float Sensor_Voltage;float Uo_Voltage;delay_init();           UART1_Config(115200);       ADC1_Init();while(1){Uo_Voltage = ADC_ConvertedValue * 3.3 / 4096;       Sensor_Voltage = 3.3 - Uo_Voltage;      //近似值//      Sensor_Voltage = 3 - 0.83 * Uo_Voltage; //實際傳感器輸出電壓值ANO_SendFloat(0xA1, Sensor_Voltage);delay_ms(10);}
}

為了方便查看數據的波形，這里直接使用了匿名上位機來顯示電壓值的波形。

函數實現

//匿名上位機，波形顯示一個浮點型數據ANO_SendFloat(0xA1, ad);
void ANO_SendFloat(int channel, float f_dat)
{u8 tbuf[8];int i;unsigned char* p;for(i = 0; i <= 7; i++)tbuf[i] = 0;p = (unsigned char*)&f_dat;tbuf[0] = 0x88;tbuf[1] = channel;  //0xA1tbuf[2] = 4;tbuf[3] = (unsigned char)(*(p + 3));    //取float類型數據存儲在內存中的四個字節tbuf[4] = (unsigned char)(*(p + 2));tbuf[5] = (unsigned char)(*(p + 1));tbuf[6] = (unsigned char)(*(p + 0));for(i = 0; i <= 6; i++)tbuf[7] += tbuf[i];     //校驗和printf("%s", tbuf);
}

實際的顯示

沒有調試器，如何下載程序呢？可以參考我之前發的一篇帖子：【uFUN開發板評測】如何使用串口來給uFUN開發板下載程序，詳細介紹了如何通過串口來給uFUN開發板下載程序。

匿名上位機的幀格式配置

實際的顯示效果：

總結

傳感器數據的獲取，只是心率計實現的第一步，傳感器放置位置的不同，波形的振幅也會不同，所以，對獲得數據的處理、分析，才是最關鍵的部分。

資料下載

• STM32工程下載：STM32工程
• STM32參考手冊下載：STM32參考手冊
• 匿名上位機下載： 匿名上位機

參考資料

• PulseSensor官網
• 手指檢測心跳設計——傳感器制作篇
• 玩的就是心跳 —— 使用 PulseSensor 脈搏傳感器測量心率
• 雙T陷波器s域計算分析（純手算，工程版！）

uFUN評測系列文章

• 【UFUN開發板評測】小巧而不失精致，簡單而不失內涵——uFun開發板開箱爆照
• 如何使用串口來給STM32下載程序
• STM32串口打印輸出亂碼的解決辦法
• Keil報錯：cannot open source input file "core_cmInstr.h" 解決辦法

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的基于uFUN开发板的心率计（一）DMA方式获取传感器数据的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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