基于LPC2132的新型体质测试仪设计方案

陈彩虹

（渭南师范学院教育科学学院，陕西渭南 714000）

1 LPC2132简介

新型体制测试仪以LPC2132为基础，所以首先要了解LPC2132的状况。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。这样的配置使LPC2132成为内存容量大、整合功能强、功能庞大的微控制器，在满足学生体质测试方面具有先天的优势。

2 测试仪的主体结构设计

新型体质测试仪主要包括主机和外设两个部分，主机和从机之间通过RS485通信方式进行连接。测试仪可以测试身高体重、座位体前驱、肺活量、台阶心率、仰卧起坐、立定跳远的和握力等七项身体指标，这些指标基本涵盖了学生的基础身体指标，仪器根据相关测试项目进行了逐项配置，所以测试仪也包括了7个主要组成部分。从机和外设的功能主要是数据采集、处理、输出及与主机通信联络等，通过联络，主体可以搜集所有相关信息并进行综合处理，并通过显示器进行数据显示，另外设定和修改参数值及数据存储等功能也是主机的工作。下文将主要介绍主机的设计方案。

3 测试仪硬件方案

3.1 硬件总体设计

测试机主机的总体结构主要围绕LPC2132进行，并以此为核心。主机的外围则包括RS485接口、大容量存储器、键盘、液晶显示等设备，同时围绕LPC2132的还有I2C接口及模拟量、数字量接口。

（1） 复位电路

复位电路使用了专门的复位芯片MAX809，与一般的复位芯片相比，这种复位芯片可以使复位电路在任何情况下都能产生产生稳定可靠的复位信号。MAX809的复位输入引脚与三态们74HC125的使能端相连，通过74HC125来进行驱动。RST和TRST则由上位机来控制复位。

（2）I2C接口

I2C是Philips公司开发的一种串行总线，它可以支持400kHz的数据传输速率，这种高性能的传输速率可以使体质测试仪在获得优良的数据传输效果，提高体质测试仪的工作性能。LPC2132具有支持I2C的功能，并带有专门的I2C接口。这使得LPC2132和I2C具有了合作的可能性，加强了体质测试仪的现实转化功能。同时，体质测试仪要保存众多的测试结果，并需要根据测试对象的不同调整其中的参数，所以控制系统需要扩容。根据系统需要笔者选择了与I2C总线兼容的串行E2PROM，使控制器在原有的容量基础上增加了64KB的存储容量。IC卡芯片则采用的是Philips公司的SLE4442，为学生专用测试卡。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方面和E2PROM是统一类型。

3.2 外围硬件电路介绍

（1）模拟量、数字量接口电路

模拟量、数字量接口电路是体质测试仪重要的外围电路，通过这个电路，把测试者的身体指标各部分测试信息送入A/D的输入端供转换，但是这个信号并不是直接进行输送，需要进行电路调整。信号经过调整后的电路，进入到LPC2132内置的10位高速A/D输入端。电路调整根据测试项目有所不同，以握力信号为例，需要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；对于肺活量传感器而言，它的测压范围为0－75kPa，输出电压为0－5V，需要进行分压后再送到A/D输入端；体前驱、仰卧起坐等测试项目的脉冲量输入信号则不需要进行调整，信号可以直接送到LPC2132的中断引脚上；心率的测试数据信号不需要进行传递，从机可以直接处理，然后把结果输送给主机即可。

（2）RS485接口

体质测试仪的主机和从机的通信主要采用RS485主从通信方式，RS485采用差分传输方式，是半双工串行通信总线，它的接口电路情况如下图。RS485对于接口的电气特性有要求，对于其他插件、电缆、协议则没有相关规定，因此在体质测试仪运用时，需要自行设计相关的应用通信协议，以便发送和接受信号使用。

3.3 键盘和液晶显示电路

体质测试仪的键盘依赖于LPC2132强大的功能性设计。LPC2132的数字引脚多达47个，可以通用、双向，大多数引脚是基本功能和一般的I/O功能复用，这种性能为体质测试仪的键盘设置提供了便利。另外键盘也可以通过配置寄存器设置成所需要的功能。键盘整体尺寸为4*5，包括20个键位，分为10个数字键和10个功能键。在学生体质测试中，数字键主要用来输入每个学生的基本情况，包括班级、学号和对应的参数值。功能键则设置为班级键、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。功能键较为复杂，可选用HT1625为液晶显示电路的控制芯片，这个芯片通过一组控制总线传递数据并进行命令操作，采用间接而不是直接的控制方式来控制液晶显示模块。

3.4 测试仪软件设计

测试仪的软件设计是测试仪功能实现的关键问题，硬件结构的合理设计为软件使用打下了基础，软件设计则是硬件功能有效发挥的直接途径。软件设计语言考虑选用嵌入式C语言，关于整体设计方面，则采用模块化设计思路，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得以实现。

主程序的工作流程从开始菜单开始，依次进行系统初始化、自检、显示主画面等程序。其中系统初始化的项目主要包括：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、外设的通信等项目，通过自检看这些相关功能是否能够正常工作。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。

整个软件设计包括四个功能模块：按键和显示模块、通信模块、卡处理模块、测试模块。在主机的工作流程中，通过不同模块的功能实现，完成不同的工作项目。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。在整体上，主机的软件设计思想基于不同的工作要求，进行板块功能设计，然后通过通信和连接功能实现。

4 结论

从以上新型体质测试仪的硬件功能介绍及软件设计思想可以看出，新型体质测试仪充分发挥了LPC2132的各种内置功能，在硬件结构上趋向功能的集成化，从而使整体上硬件设施简约而又功能强大。另外在软件设计思路方面，新型体质测试仪的设计思想更加简单清晰，在硬件功能充分发挥的基础上，使操作流程更加简单易行。硬件和软件的双重优势弥补了克服了现有测试仪的不足之处，这意味着体质测试仪将为体育教育工作带来更多的便利，推动体育工作的大力发展。