基于LPC2132的新型體質(zhì)測試儀設(shè)計方案

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是一個支持實時仿真和跟蹤的32位ARM7TDMI－S核的微控制器，并帶64KB的高速Flash存儲器。4個通信接口，2個32位定時器，1個10位8路ADC，2個硬件I2C接口和47個GPIO，以及多達9個邊沿或電平觸發(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、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

新型體質(zhì)測試儀主要包括主機和外設(shè)兩個部分，主機和從機之間通過RS485通信方式進行連接。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、立定跳遠的和握力等七項身體指標(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)測試項目進行了逐項配置，所以測試儀也包括了7個主要組成部分。從機和外設(shè)的功能主要是數(shù)據(jù)采集、處理、輸出及與主機通信聯(lián)絡(luò)等，通過聯(lián)絡(luò)，主體可以搜集所有相關(guān)信息并進行綜合處理，并通過顯示器進行數(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的工作。下文將主要介紹主機的設(shè)計方案。

3 測試儀硬件方案

3.1 硬件總體設(shè)計

測試機主機的總體結(jié)構(gòu)主要圍繞LPC2132進行，并以此為核心。主機的外圍則包括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來進行驅(qū)動。RST和TRST則由上位機來控制復(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，加強了體質(zhì)測試儀的現(xiàn)實轉(zhuǎn)化功能。同時，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，但是這個信號并不是直接進行輸送，需要進行電路調(diào)整。信號經(jīng)過調(diào)整后的電路，進入到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，需要進行分壓后再送到A/D輸入端；體前驅(qū)、仰臥起坐等測試項目的脈沖量輸入信號則不需要進行調(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)信號不需要進行傳遞，從機可以直接處理，然后把結(jié)果輸送給主機即可。

（2）RS485接口

體質(zhì)測試儀的主機和從機的通信主要采用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)測試儀運用時，需要自行設(shè)計相關(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強大的功能性設(shè)計。LPC2132的數(shù)字引腳多達47個，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個鍵位，分為10個數(shù)字鍵和10個功能鍵。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，這個芯片通過一組控制總線傳遞數(shù)據(jù)并進行命令操作，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

測試儀的軟件設(shè)計是測試儀功能實現(xiàn)的關(guān)鍵問題，硬件結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計為軟件使用打下了基礎(chǔ)，軟件設(shè)計則是硬件功能有效發(fā)揮的直接途徑。軟件設(shè)計語言考慮選用嵌入式C語言，關(guān)于整體設(shè)計方面，則采用模塊化設(shè)計思路，以主程序為核心設(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現(xiàn)。

主程序的工作流程從開始菜單開始，依次進行系統(tǒng)初始化、自檢、顯示主畫面等程序。其中系統(tǒng)初始化的項目主要包括：引腳配置初始化、A/D初始化、定時器初始化、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、外設(shè)的通信等項目，通過自檢看這些相關(guān)功能是否能夠正常工作。主畫面即為進入測試前的畫面，顯示的內(nèi)容為當(dāng)前要測試項目的項目號，如身高體重為P01，立定跳遠為P02等。

整個軟件設(shè)計包括四個功能模塊：按鍵和顯示模塊、通信模塊、卡處理模塊、測試模塊。在主機的工作流程中，通過不同模塊的功能實現(xiàn)，完成不同的工作項目。按鍵和顯示模塊實現(xiàn)相應(yīng)信號從ARM的輸入和輸出，通信模塊實現(xiàn)和從機之間的485通信，卡處理模塊實現(xiàn)對卡的識別和處理，測試模塊實現(xiàn)具體測試過程中的數(shù)據(jù)處理。在整體上，主機的軟件設(shè)計思想基于不同的工作要求，進行板塊功能設(shè)計，然后通過通信和連接功能實現(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)施簡約而又功能強大。另外在軟件設(shè)計思路方面，新型體質(zhì)測試儀的設(shè)計思想更加簡單清晰，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。