基于LPC2132的新型體質測試儀設計方案

陳彩虹

（渭南師范學院教育科學學院，陜西渭南 714000）

1 LPC2132簡介

新型體制測試儀以LPC2132為基礎，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個邊沿或電平觸發的外部中斷。這樣的配置使LPC2132成為內存容量大、整合功能強、功能龐大的微控制器，在滿足學生體質測試方面具有先天的優勢。

2 測試儀的主體結構設計

新型體質測試儀主要包括主機和外設兩個部分，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、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，這些指標基本涵蓋了學生的基礎身體指標，儀器根據相關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。從機和外設的功能主要是數據采集、處理、輸出及與主機通信聯絡等，通過聯絡，主體可以搜集所有相關信息并進行綜合處理，并通過顯示器進行數據顯示，另外設定和修改參數值及數據存儲等功能也是主機的工作。下文將主要介紹主機的設計方案。

3 測試儀硬件方案

3.1 硬件總體設計

測試機主機的總體結構主要圍繞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、液晶顯示等設備，同時圍繞LPC2132的還有I2C接口及模擬量、數字量接口。

（1） 復位電路

復位電路使用了專門的復位芯片MAX809，與一般的復位芯片相比，這種復位芯片可以使復位電路在任何情況下都能產生產生穩定可靠的復位信號。MAX809的復位輸入引腳與三態們74HC125的使能端相連，通過74HC125來進行驅動。RST和TRST則由上位機來控制復位。

（2）I2C接口

I2C是Philips公司開發的一種串行總線，它可以支持400kHz的數據傳輸速率，這種高性能的傳輸速率可以使體質測試儀在獲得優良的數據傳輸效果，提高體質測試儀的工作性能。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，加強了體質測試儀的現實轉化功能。同時，體質測試儀要保存眾多的測試結果，并需要根據測試對象的不同調整其中的參數，所以控制系統需要擴容。根據系統需要筆者選擇了與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系列協議，所以其硬件連接電路方面和E2PROM是統一類型。

3.2 外圍硬件電路介紹

（1）模擬量、數字量接口電路

模擬量、數字量接口電路是體質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各部分測試信息送入A/D的輸入端供轉換，但是這個信號并不是直接進行輸送，需要進行電路調整。信號經過調整后的電路，進入到LPC2132內置的10位高速A/D輸入端。電路調整根據測試項目有所不同，以握力信號為例，需要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；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、仰臥起坐等測試項目的脈沖量輸入信號則不需要進行調整，信號可以直接送到LPC2132的中斷引腳上；心率的測試數據信號不需要進行傳遞，從機可以直接處理，然后把結果輸送給主機即可。

（2）RS485接口

體質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、協議則沒有相關規定，因此在體質測試儀運用時，需要自行設計相關的應用通信協議，以便發送和接受信號使用。

3.3 鍵盤和液晶顯示電路

體質測試儀的鍵盤依賴于LPC2132強大的功能性設計。LPC2132的數字引腳多達47個，可以通用、雙向，大多數引腳是基本功能和一般的I/O功能復用，這種性能為體質測試儀的鍵盤設置提供了便利。另外鍵盤也可以通過配置寄存器設置成所需要的功能。鍵盤整體尺寸為4*5，包括20個鍵位，分為10個數字鍵和10個功能鍵。在學生體質測試中，數字鍵主要用來輸入每個學生的基本情況，包括班級、學號和對應的參數值。功能鍵則設置為班級鍵、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。功能鍵較為復雜，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據并進行命令操作，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 測試儀軟件設計

測試儀的軟件設計是測試儀功能實現的關鍵問題，硬件結構的合理設計為軟件使用打下了基礎，軟件設計則是硬件功能有效發揮的直接途徑。軟件設計語言考慮選用嵌入式C語言，關于整體設計方面，則采用模塊化設計思路，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得以實現。

主程序的工作流程從開始菜單開始，依次進行系統初始化、自檢、顯示主畫面等程序。其中系統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、系統參數初始化等。自檢則主要檢查鍵盤、液晶屏、E2PROM和部分從機、外設的通信等項目，通過自檢看這些相關功能是否能夠正常工作。主畫面即為進入測試前的畫面，顯示的內容為當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，完成不同的工作項目。按鍵和顯示模塊實現相應信號從ARM的輸入和輸出，通信模塊實現和從機之間的485通信，卡處理模塊實現對卡的識別和處理，測試模塊實現具體測試過程中的數據處理。在整體上，主機的軟件設計思想基于不同的工作要求，進行板塊功能設計，然后通過通信和連接功能實現。

4 結論

從以上新型體質測試儀的硬件功能介紹及軟件設計思想可以看出，新型體質測試儀充分發揮了LPC2132的各種內置功能，在硬件結構上趨向功能的集成化，從而使整體上硬件設施簡約而又功能強大。另外在軟件設計思路方面，新型體質測試儀的設計思想更加簡單清晰，在硬件功能充分發揮的基礎上，使操作流程更加簡單易行。硬件和軟件的雙重優勢彌補了克服了現有測試儀的不足之處，這意味著體質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展。