引言 随着我国体质测试事业的发展,对体质健康测试技术的要求也越来越高,目前,国内普遍使用的都是机械式的测试仪,它存在不可避免的缺陷,如测量不准确,操作不方便,使用年限短等,为适应学校体育教育的蓬勃发展,改进传统机械式测试仪缺点,笔者利用现在成熟的电子技术,运用ARM强大的控制能力,开发出这套体质健康测试仪。 测试仪由测试仪主机或外设组成,主机和从机之间采用RS485主从通信方式。测试仪主要由身高体重、座位体前驱、肺活量、台阶心率、仰卧起坐、立定跳远的和握力共7个部分组成,从机或外设主要完成数据采集、处理、输出及与测试仪主机通信联络的功能,测试仪主机将下位机所有信息进行综合处理,完成显示、设定与修改参数值和存储测试数据等。本文主要介绍测试仪主机的设计。 1 测试仪硬件设计 1.1 硬件总体设计 测试仪主机的总体结构如图1所示,系统以LPC2132为核心,具有扩展的RS485接口、大容量存储器、键盘、液晶显示等外围设备,LPC2132是一个支持实时仿真和跟踪的32位ARM7TDMI－S核的微控制器,并带64KB的高速Flash存储器。4个通信接口,2个32位定时器,1个10位8路ADC,2个硬件I2C接口和47个GPIO,以及多达9个边沿或电平触发的外部中断。下面详细介绍一下各单元的硬件电路和实现的功能。 1.1.1 复位电路 由于ARM芯片的高速和低功耗,低工作电压导致其噪声容限低,对电源和时钟源的稳定性及电源监控可靠性等诸多方面也提出了更高的要求,简单的阻容复位电路不能保证在任何情况下都能产生稳定可靠的复位信号,所以采用专门的复位芯片MAX809。其复位输入引脚与三态们74HC125的使能端相连,由于在进行JTAG调试时,RST和TRST可由上位机控制复位,所以使用74HC125进行驱动。复位电路如图2所示。 1.1.2 I2C接口 I2C是Philips公司开发的一种串行总线,支持高达400kHz的数据传输速率,LPC2132具有支持此总线的硬件I2C接口。由于在实际工作时要保存大量测试结果和对一些参数进行设置,所以为控制系统扩展了一片与I2C总线兼容的型号为CAT24WC256,存储容量为64KB的串行E2PROM,其连接电路如图3所示,IC卡芯片采用的是Philips公司的SLE4442,为学生用测试卡。由于该芯片也是通过I2C总线进行读写操作的,接口符合ISO/IEC14443系列协议,所以其硬件连接电路和E2PROM类型,在此不再重述。 ? 1.2 外围硬件电路设计 1.2.1 模拟量、数字量接口电路 测试仪外设提供的信号一般不能直接送到A/D的输入端供转换,需要调理电路,这部分的电路连接如图4所示,经过调理电路后,信号可以直接送到LPC2132内置的10位高速A/D输入端。其中握力信号需调理,在此选用精度和稳定性良好的OP－07,接成前级差分放大,后级跟随电路,使输出信号电压范围在0－3.3V。肺活量传感器采用Motorola公司的MPX5010压力传感器,测压范围为0－75kPa,输出电压为0－5V,经分压后可以直接送到A/D输入端。体前驱、仰卧起坐等脉冲量输入信号可直接送到LPC2132的中断引脚上,心率信号在从机中处理,只需将结果送给主机即可。 1.2.2 RS485接口 测试仪主机与从机之间采用RS485主从通信方式,RS485接口电路如图5所示,RS485采用差分传输方式,是半双工串行通信总线,由于485标准只对接口的电气特性做出规定,而不涉及接插件,电缆或协议,因此需要设计自己的应用层通信协议,主要为发送和接收。 1.2.3 键盘和液晶显示电路 LPC2132有多达47个通用、双向的数字I/O引脚,其中大多数是基本功能和一般的I/O功能复用。也可通过配置寄存器设置成所需要的功能,键盘为4×5小键盘,有10（0－9）个数字键和10个功能键。数字键用来输入班级、学号和参数值等。功能键主要为班级键、学号键、查询键、自检键、设置键、退出键、测试键、确认键、上行键和下行键。HT1625为液晶显示电路的控制芯片,HT1625通过一组控制总线进行指令和数据的传递。采用间接控制方式实现对液晶显示模块的控制,其和LPC2132的连接如图6所示。 2 测试仪软件设计 软件不能的设计基于嵌入式C语言,采用模块化设计思想,以主程序为核心设置了很多功能模块子程序,使大浪的功能在子程序中实现的主程序流程,如图7所示。 系统工作流程包括3个部分：系统初始化、自检和进入主画面。系统初始化主要包括：引脚配置初始化、A/D初始化、定时器初始化、中断初始化、系统参数初始化等。自检则主要检查键盘、液晶屏、E2PROM和部分从机、外设的通信是否正常。主画面即为进入测试前的画面,显示的内容为当前要测试项目的项目号,如身高体重为P01,立定跳远为P02等。 软件主要完成4个功能模块：按键和显示模块实现相应信号从ARM的输入和输出,通信模块实现和从机之间的485通信,卡处理模块实现对卡的识别和处理,测试模块实现具体测试过程中的数据处理。 3 结论 由于设计充分使用了LPC2132的各种内置功能,简化了设计,降低了成本,基于ARM的体质健康测试仪具有很高的性价比,通过在实际中的广泛使用,证明该测试仪各单元工作可靠,实现了预期的设计指标。