引言
隨著我國體質測試事業的發展,對體質健康測試技術的要求也越來越高,目前,國內普遍使用的都是機械式的測試儀,它存在不可避免的缺陷,如測量不準確,操作不方便,使用年限短等,為適應學校體育教育的蓬勃發展,改進傳統機械式測試儀缺點,筆者利用現在成熟的電子技術,運用ARM強大的控制能力,開發出這套體質健康測試儀。
測試儀由測試儀主機或外設組成,主機和從機之間采用RS485主從通信方式。測試儀主要由身高體重、座位體前驅、肺活量、臺階心率、仰臥起坐、立定跳遠的和握力共7個部分組成,從機或外設主要完成數據采集、處理、輸出及與測試儀主機通信聯絡的功能,測試儀主機將下位機所有信息進行綜合處理,完成顯示、設定與修改參數值和存儲測試數據等。本文主要介紹測試儀主機的設計。
1 測試儀硬件設計
1.1 硬件總體設計
測試儀主機的總體結構如圖1所示,系統以LPC2132為核心,具有擴展的RS485接口、大容量存儲器、鍵盤、液晶顯示等外圍設備,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個邊沿或電平觸發的外部中斷。下面詳細介紹一下各單元的硬件電路和實現的功能。
1.1.1 復位電路
由于ARM芯片的高速和低功耗,低工作電壓導致其噪聲容限低,對電源和時鐘源的穩定性及電源監控可靠性等諸多方面也提出了更高的要求,簡單的阻容復位電路不能保證在任何情況下都能產生穩定可靠的復位信號,所以采用專門的復位芯片MAX809。其復位輸入引腳與三態們74HC125的使能端相連,由于在進行JTAG調試時,RST和TRST可由上位機控制復位,所以使用74HC125進行驅動。復位電路如圖2所示。
1.1.2 I2C接口
I2C是Philips公司開發的一種串行總線,支持高達400kHz的數據傳輸速率,LPC2132具有支持此總線的硬件I2C接口。由于在實際工作時要保存大量測試結果和對一些參數進行設置,所以為控制系統擴展了一片與I2C總線兼容的型號為CAT24WC256,存儲容量為64KB的串行E2PROM,其連接電路如圖3所示,IC卡芯片采用的是Philips公司的SLE4442,為學生用測試卡。由于該芯片也是通過I2C總線進行讀寫操作的,接口符合ISO/IEC14443系列協議,所以其硬件連接電路和E2PROM類型,在此不再重述。
1.2 外圍硬件電路設計
1.2.1 模擬量、數字量接口電路
測試儀外設提供的信號一般不能直接送到A/D的輸入端供轉換,需要調理電路,這部分的電路連接如圖4所示,經過調理電路后,信號可以直接送到LPC2132內置的10位高速A/D輸入端。其中握力信號需調理,在此選用精度和穩定性良好的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。肺活量傳感器采用Motorola公司的MPX5010壓力傳感器,測壓范圍為0－75kPa,輸出電壓為0－5V,經分壓后可以直接送到A/D輸入端。體前驅、仰臥起坐等脈沖量輸入信號可直接送到LPC2132的中斷引腳上,心率信號在從機中處理,只需將結果送給主機即可。
1.2.2 RS485接口
測試儀主機與從機之間采用RS485主從通信方式,RS485接口電路如圖5所示,RS485采用差分傳輸方式,是半雙工串行通信總線,由于485標準只對接口的電氣特性做出規定,而不涉及接插件,電纜或協議,因此需要設計自己的應用層通信協議,主要為發送和接收。
1.2.3 鍵盤和液晶顯示電路
LPC2132有多達47個通用、雙向的數字I/O引腳,其中大多數是基本功能和一般的I/O功能復用。也可通過配置寄存器設置成所需要的功能,鍵盤為4×5小鍵盤,有10（0－9）個數字鍵和10個功能鍵。數字鍵用來輸入班級、學號和參數值等。功能鍵主要為班級鍵、學號鍵、查詢鍵、自檢鍵、設置鍵、退出鍵、測試鍵、確認鍵、上行鍵和下行鍵。HT1625為液晶顯示電路的控制芯片,HT1625通過一組控制總線進行指令和數據的傳遞。采用間接控制方式實現對液晶顯示模塊的控制,其和LPC2132的連接如圖6所示。
2 測試儀軟件設計
軟件不能的設計基于嵌入式C語言,采用模塊化設計思想,以主程序為核心設置了很多功能模塊子程序,使大浪的功能在子程序中實現的主程序流程,如圖7所示。
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66821730(技術支持)
