基于LPC2132的新型體質(zhì)測試儀設(shè)計(jì)方案

陳彩虹

（渭南師范學(xué)院教育科學(xué)學(xué)院，陜西渭南 714000）

1 LPC2132簡介

新型體制測試儀以LPC2132為基礎(chǔ)，所以首先要了解LPC2132的狀況。LPC2132是一個(gè)支持實(shí)時(shí)仿真和跟蹤的32位ARM7TDMI－S核的微控制器，并帶64KB的高速Flash存儲器。4個(gè)通信接口，2個(gè)32位定時(shí)器，1個(gè)10位8路ADC，2個(gè)硬件I2C接口和47個(gè)GPIO，以及多達(dá)9個(gè)邊沿或電平觸發(fā)的外部中斷。這樣的配置使LPC2132成為內(nèi)存容量大、整合功能強(qiáng)、功能龐大的微控制器，在滿足學(xué)生體質(zhì)測試方面具有先天的優(yōu)勢。

2 測試儀的主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

新型體質(zhì)測試儀主要包括主機(jī)和外設(shè)兩個(gè)部分，主機(jī)和從機(jī)之間通過RS485通信方式進(jìn)行連接。測試儀可以測試身高體重、座位體前驅(qū)、肺活量、臺階心率、仰臥起坐、立定跳遠(yuǎn)的和握力等七項(xiàng)身體指標(biāo)，這些指標(biāo)基本涵蓋了學(xué)生的基礎(chǔ)身體指標(biāo)，儀器根據(jù)相關(guān)測試項(xiàng)目進(jìn)行了逐項(xiàng)配置，所以測試儀也包括了7個(gè)主要組成部分。從機(jī)和外設(shè)的功能主要是數(shù)據(jù)采集、處理、輸出及與主機(jī)通信聯(lián)絡(luò)等，通過聯(lián)絡(luò)，主體可以搜集所有相關(guān)信息并進(jìn)行綜合處理，并通過顯示器進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示，另外設(shè)定和修改參數(shù)值及數(shù)據(jù)存儲等功能也是主機(jī)的工作。下文將主要介紹主機(jī)的設(shè)計(jì)方案。

3 測試儀硬件方案

3.1 硬件總體設(shè)計(jì)

測試機(jī)主機(jī)的總體結(jié)構(gòu)主要圍繞LPC2132進(jìn)行，并以此為核心。主機(jī)的外圍則包括RS485接口、大容量存儲器、鍵盤、液晶顯示等設(shè)備，同時(shí)圍繞LPC2132的還有I2C接口及模擬量、數(shù)字量接口。

（1） 復(fù)位電路

復(fù)位電路使用了專門的復(fù)位芯片MAX809，與一般的復(fù)位芯片相比，這種復(fù)位芯片可以使復(fù)位電路在任何情況下都能產(chǎn)生產(chǎn)生穩(wěn)定可靠的復(fù)位信號。MAX809的復(fù)位輸入引腳與三態(tài)們74HC125的使能端相連，通過74HC125來進(jìn)行驅(qū)動。RST和TRST則由上位機(jī)來控制復(fù)位。

（2）I2C接口

I2C是Philips公司開發(fā)的一種串行總線，它可以支持400kHz的數(shù)據(jù)傳輸速率，這種高性能的傳輸速率可以使體質(zhì)測試儀在獲得優(yōu)良的數(shù)據(jù)傳輸效果，提高體質(zhì)測試儀的工作性能。LPC2132具有支持I2C的功能，并帶有專門的I2C接口。這使得LPC2132和I2C具有了合作的可能性，加強(qiáng)了體質(zhì)測試儀的現(xiàn)實(shí)轉(zhuǎn)化功能。同時(shí)，體質(zhì)測試儀要保存眾多的測試結(jié)果，并需要根據(jù)測試對象的不同調(diào)整其中的參數(shù)，所以控制系統(tǒng)需要擴(kuò)容。根據(jù)系統(tǒng)需要筆者選擇了與I2C總線兼容的串行E2PROM，使控制器在原有的容量基礎(chǔ)上增加了64KB的存儲容量。IC卡芯片則采用的是Philips公司的SLE4442，為學(xué)生專用測試卡。該芯片也是通過I2C總線進(jìn)行讀寫操作的，接口符合ISO/IEC14443系列協(xié)議，所以其硬件連接電路方面和E2PROM是統(tǒng)一類型。

3.2 外圍硬件電路介紹

（1）模擬量、數(shù)字量接口電路

模擬量、數(shù)字量接口電路是體質(zhì)測試儀重要的外圍電路，通過這個(gè)電路，把測試者的身體指標(biāo)各部分測試信息送入A/D的輸入端供轉(zhuǎn)換，但是這個(gè)信號并不是直接進(jìn)行輸送，需要進(jìn)行電路調(diào)整。信號經(jīng)過調(diào)整后的電路，進(jìn)入到LPC2132內(nèi)置的10位高速A/D輸入端。電路調(diào)整根據(jù)測試項(xiàng)目有所不同，以握力信號為例，需要選用精度和穩(wěn)定性良好的OP－07，接成前級差分放大，后級跟隨電路，使輸出信號電壓范圍在0－3.3V；對于肺活量傳感器而言，它的測壓范圍為0－75kPa，輸出電壓為0－5V，需要進(jìn)行分壓后再送到A/D輸入端；體前驅(qū)、仰臥起坐等測試項(xiàng)目的脈沖量輸入信號則不需要進(jìn)行調(diào)整，信號可以直接送到LPC2132的中斷引腳上；心率的測試數(shù)據(jù)信號不需要進(jìn)行傳遞，從機(jī)可以直接處理，然后把結(jié)果輸送給主機(jī)即可。

（2）RS485接口

體質(zhì)測試儀的主機(jī)和從機(jī)的通信主要采用RS485主從通信方式，RS485采用差分傳輸方式，是半雙工串行通信總線，它的接口電路情況如下圖。RS485對于接口的電氣特性有要求，對于其他插件、電纜、協(xié)議則沒有相關(guān)規(guī)定，因此在體質(zhì)測試儀運(yùn)用時(shí)，需要自行設(shè)計(jì)相關(guān)的應(yīng)用通信協(xié)議，以便發(fā)送和接受信號使用。

3.3 鍵盤和液晶顯示電路

體質(zhì)測試儀的鍵盤依賴于LPC2132強(qiáng)大的功能性設(shè)計(jì)。LPC2132的數(shù)字引腳多達(dá)47個(gè)，可以通用、雙向，大多數(shù)引腳是基本功能和一般的I/O功能復(fù)用，這種性能為體質(zhì)測試儀的鍵盤設(shè)置提供了便利。另外鍵盤也可以通過配置寄存器設(shè)置成所需要的功能。鍵盤整體尺寸為4*5，包括20個(gè)鍵位，分為10個(gè)數(shù)字鍵和10個(gè)功能鍵。在學(xué)生體質(zhì)測試中，數(shù)字鍵主要用來輸入每個(gè)學(xué)生的基本情況，包括班級、學(xué)號和對應(yīng)的參數(shù)值。功能鍵則設(shè)置為班級鍵、學(xué)號鍵、查詢鍵、自檢鍵、設(shè)置鍵、退出鍵、測試鍵、確認(rèn)鍵、上行鍵和下行鍵。功能鍵較為復(fù)雜，可選用HT1625為液晶顯示電路的控制芯片，這個(gè)芯片通過一組控制總線傳遞數(shù)據(jù)并進(jìn)行命令操作，采用間接而不是直接的控制方式來控制液晶顯示模塊。

3.4 測試儀軟件設(shè)計(jì)

測試儀的軟件設(shè)計(jì)是測試儀功能實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵問題，硬件結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)為軟件使用打下了基礎(chǔ)，軟件設(shè)計(jì)則是硬件功能有效發(fā)揮的直接途徑。軟件設(shè)計(jì)語言考慮選用嵌入式C語言，關(guān)于整體設(shè)計(jì)方面，則采用模塊化設(shè)計(jì)思路，以主程序?yàn)楹诵脑O(shè)置了很多功能模塊子程序，使大浪的功能在子程序中得以實(shí)現(xiàn)。

主程序的工作流程從開始菜單開始，依次進(jìn)行系統(tǒng)初始化、自檢、顯示主畫面等程序。其中系統(tǒng)初始化的項(xiàng)目主要包括：引腳配置初始化、A/D初始化、定時(shí)器初始化、中斷初始化、系統(tǒng)參數(shù)初始化等。自檢則主要檢查鍵盤、液晶屏、E2PROM和部分從機(jī)、外設(shè)的通信等項(xiàng)目，通過自檢看這些相關(guān)功能是否能夠正常工作。主畫面即為進(jìn)入測試前的畫面，顯示的內(nèi)容為當(dāng)前要測試項(xiàng)目的項(xiàng)目號，如身高體重為P01，立定跳遠(yuǎn)為P02等。

整個(gè)軟件設(shè)計(jì)包括四個(gè)功能模塊：按鍵和顯示模塊、通信模塊、卡處理模塊、測試模塊。在主機(jī)的工作流程中，通過不同模塊的功能實(shí)現(xiàn)，完成不同的工作項(xiàng)目。按鍵和顯示模塊實(shí)現(xiàn)相應(yīng)信號從ARM的輸入和輸出，通信模塊實(shí)現(xiàn)和從機(jī)之間的485通信，卡處理模塊實(shí)現(xiàn)對卡的識別和處理，測試模塊實(shí)現(xiàn)具體測試過程中的數(shù)據(jù)處理。在整體上，主機(jī)的軟件設(shè)計(jì)思想基于不同的工作要求，進(jìn)行板塊功能設(shè)計(jì)，然后通過通信和連接功能實(shí)現(xiàn)。

4 結(jié)論

從以上新型體質(zhì)測試儀的硬件功能介紹及軟件設(shè)計(jì)思想可以看出，新型體質(zhì)測試儀充分發(fā)揮了LPC2132的各種內(nèi)置功能，在硬件結(jié)構(gòu)上趨向功能的集成化，從而使整體上硬件設(shè)施簡約而又功能強(qiáng)大。另外在軟件設(shè)計(jì)思路方面，新型體質(zhì)測試儀的設(shè)計(jì)思想更加簡單清晰，在硬件功能充分發(fā)揮的基礎(chǔ)上，使操作流程更加簡單易行。硬件和軟件的雙重優(yōu)勢彌補(bǔ)了克服了現(xiàn)有測試儀的不足之處，這意味著體質(zhì)測試儀將為體育教育工作帶來更多的便利，推動體育工作的大力發(fā)展。