基于ADS1298与WiFi的脑电信号采集与传输系统设计

1.4 MSP430主控制模块

系统选用MSP430F5529系列单片机作为主控制器。MSP430F5529具有比较丰富的片内外设，各个模块运行完全是独立的，包括定时器、输入/输出端口、看门狗、UART等都可以在主CPU休眠的状态下独立运行。

MSP430F5529含有2个通用串行通信接口（USCI）模块，支持多种串行通信模式，如UART，IrDA，SPI，I2C.在本系统中，MSP430F5529利用SPI对ADS1298及GS1011进行控制以及数据的传输，控制电路如图3所示。其中，MSP430工作于主模式下，ADS1298，GS1011均工作于从模式下。

1.5 GS1011处理器模块

系统选用超低功耗片上系统GS1011作为脑电信号的处理与发送模块。GS1011是美国GainSpan公司生产的一款高集成度，超低功耗无线SoC芯片，它包括一个无线802.11、媒体访问控制器（MAC）、基带处理器、片上闪存，SRAM和一个应用处理器，全部在单一封装内。GS1011芯片中包括2个32 b的ARM7处理器，其中一个为WLAN处理器（WLAN CPU）负责网络数据的WI-FI收发，另外一个为应用处理器（Application CPU），负责面向用户的应用程序设计。GS1011的芯片结构如图4所示。

GS1011芯片内部集成有2.45 GHz射频发射器，通信范围室内为50～70 m，室外大于200 m，射频功率为9 dBm.该射频发射器有2种不同的模式即内部功率放大器和外部功率放大器，考虑到能耗和总体设计的复杂性等方面，本设计运用内部功率放大器来驱动射频对RF信号进行发送，这样可以有效地减少无线通信对外部器件的需求量。

2系统软件设计
该系统软件设计包括GS1011内部ARM7处理器的应用程序和MSP430的控制程序。

2.1 GS1011模块控制应用程序设计

GS1011模块提供了通过SPI口传输控制命令和数据的接口协议，其内部应用程序是基于Green Hills公司开发的μVelOSity多任务实时操作系统并结合Gain Span公司提供的GS1011芯片功能接口软件库实现的，其内部应用程序流程图如图5所示。

GS1011启动后，首先判断是否与指定的AP关联，若未关联，则重新对周围的AP进行扫描、连接、认证。若已与指定的AP关联，则开始读取来自MSP430的脑电信号，并对其进行打包处理，然后通过UDP协议发送给AP. 2.2 MSP430的控制程序设计MSP430F5529的控制程序设计包括2部分：（1）对ADS1298进行控制，完成对脑电信号的模/数转换；（2）对GS1011进行控制，完成对脑电信号的无线发送。

MSP430F5529程序流程图如图6所示。

MSP430F5529启动后，首先对时钟进行配置，使其满足SPI通信的要求，该系统中将SPI通信时钟设置为2 MHz；然后对SPI模块的接口进行配置，其中，GS1011与USCI A中的SPI接口配对，MSP430F5529与USCI_B中的SPI接口配对；对ADS1298的初始化是通过设置其寄存器来实现的，在本系统中，VREFP设定为2.4 V，PGA设定为2，采样转换速率为8 KSPS，8通道差分输入信号；唤醒GS1011，使其与指定的AP关联，然后等待接收数据；启动ADS1298并打开中断，当数据转换完成之后，产生一个中断给MSP430F5529，MSP430F5529便通过SPI读取ADS1298寄存器中的数据，再通过SPI将数据发送给GS1011，然后等待下一个中断的到来。

3结语
本文设计并实现了一种体积小、接入方便、超低功耗的脑电信号采集与无线传输系统，选用MSP430系列单片机MSP430F5529作为主控制器，利用其自身的2个SPI模块分别对ADS1298，GS1011进行控制，实现脑电信号的高精度采集及远距离的WiFi无线传输。本系统具有可复用、便携、低功耗、高集成度的特点，适用于采集环境和条件经常变化的场合，具有较高的应用价值。