基于LPC2292嵌入式微處理器的監護系統的研究與設計
2.1 ARM系統模塊
ARM系統是這個(gè)系統的控制中心,主要完成運算、控制、管理等工作,是系統工作的核心模塊。該系統采用的ARM 7系列芯片LPC2292,他是基于一個(gè)支持實(shí)時(shí)仿真和跟蹤的16/32位CPU,并帶有256 kb嵌入的高速FLASH存儲器。128位寬度的存儲器接口和獨特的加速結構使2位代碼能夠在最大時(shí)鐘速率下運行。對代碼規模有嚴格控制的應用可使用16位Thumb模式將代碼規模降低超過(guò)30%,而性能的損失卻很小。由于LPC2292的144腳封裝、極低的功耗、多個(gè)32位定時(shí)器、8路10位ADC、2路PWM通道以及多達9個(gè)外部中斷使他們特別適用于醫療系統、汽車(chē)、工業(yè)控制應用以及容錯維護總線(xiàn)。
2.2 LCD顯示模塊
LCD顯示模塊主要完成數據顯示、輸出數據與顯示數據的同步等功能。由于LPC2292中沒(méi)有液晶控制器的功能模塊,如果所選擇的液晶屏內部也沒(méi)有液晶控制器,那么,要使CPU可以對液晶進(jìn)行控制,就必須加設計一個(gè)液晶驅動(dòng)控制電路。因此本系統中選擇自帶控制器的液晶屏HLM6323。他是5英寸偽彩液晶屏,像素是320×240點(diǎn)陣,每個(gè)點(diǎn)需要RGB三色數據,每種色需要1個(gè)字節數據表示。而設計要求需要連續觀(guān)看圖圖像,根據標準需要每秒鐘25幀圖像,那么每秒至少需要傳輸數據為25×8×320×240=15 360 000位數據,若選用串行傳輸,則需要4.6 Mb/s的串行傳輸速度,但是遺憾的是,沒(méi)有任何一種串行標準傳輸大于這個(gè)速度,因此,勢必需要選擇并行的數據傳輸。
2.3 報警模塊
當測得的生理參數,如心電、血壓、血氧飽和度、體溫超過(guò)預設的正常值,則產(chǎn)生報警,提醒患者趕緊進(jìn)行治療或醫護人員需進(jìn)行搶救措施。
2.4 FLASH數據存儲器以及USB接口
為了能夠確保實(shí)時(shí)數據的保存,以及提取,從而設計此模塊。本系統中選擇NAND08GW3D2系列的存儲器芯片。由于該芯片不同存儲密度器件引腳一致,因此系統可以在電路不做改動(dòng)的情況下升級為高容量存儲器件。通過(guò)USB設備接口芯片ISP1161A1擴展出一個(gè)USB的設備接口。通過(guò)該USB接口,可以實(shí)現將監護系統記錄的數據上傳到PC機,PC機也可以通過(guò)該接口下載程序到LPC2292處理器的存儲器中。
2.5 系統電源
電源設計是一個(gè)系統設計中的關(guān)鍵部分,對于整個(gè)系統,一個(gè)穩定的、具有一定功率的電源和合理的電源管理是必不可少的。本系統有以下幾種電源:CPU的內核數字和模擬電源電壓+1.8 V,CPU的I/O口數字和模擬電源電壓+3.3 V、總線(xiàn)的隔離電源、LCD的驅動(dòng)電源、LCD的背光逆變電源、其他外圍設備電源電壓+5 V等電源。
3 軟件設計
本系統的軟件設計主要包括ARM的應用程序的開(kāi)發(fā)和μC/OS-Ⅱ操作系統的移植2個(gè)基本部分。ARM的應用程序主要包括LCD顯示程序、FLASH存儲程序、USB通信程序、鍵盤(pán)掃描程序、A/D程序和報警程序等。μC/OS-Ⅱ操作系統是協(xié)調LPC2292對程序的任務(wù)管理和調度。整個(gè)系統的軟件流程圖如圖3所示。

圖3 整個(gè)系統的軟件流程圖
3.1 LCD驅動(dòng)軟件的設計思想
LCD驅動(dòng)軟件的功能是完成數據最終輸出顯示,其主要軟件流程有數據的收發(fā)、LCD上按鍵的讀取、LCD掃描等。數據收發(fā)是為了完成數據與CPU、LCD液晶顯示器進(jìn)行數據的傳輸,CPU通過(guò)驅動(dòng)芯片向LCD輸送數據,而LCD要向CPU返回響應數據等。為了增強人機界面的可讀性,在LCD上設置了幾個(gè)按鍵,當有按鍵反應時(shí),應當向CPU發(fā)出相應的響應,并且可以通過(guò)按鍵對LCD的顯示界面設置和對其他系統參數進(jìn)行設置。LCD的掃描是為了保證顯示不出現明顯間斷、不出現花屏現象,在出現花屏現象時(shí)能夠進(jìn)行準確的錯誤響應。其中的按鍵設計沒(méi)有給每個(gè)按鍵使用硬件中斷,因為在本系統中,LCD顯示驅動(dòng)的任務(wù)優(yōu)先級在應用程序中是最高的,按鍵統一使用一個(gè)硬件外部中斷,然后用軟件對按鍵進(jìn)行軟件中斷安排,確定軟件優(yōu)先級;另一個(gè)原因由于按鍵較多,沒(méi)有足夠的硬件中斷設置為按鍵中斷,如果設置為中斷擴 展,除了要進(jìn)行硬件的擴展,還要進(jìn)行軟件擴展,將浪費很多資源。
本設計中,LCD的驅動(dòng)需要編寫(xiě)2個(gè)文件,其中一個(gè)是C語(yǔ)言文件,另一個(gè)是C語(yǔ)言頭文件。C語(yǔ)言文件是通信接口協(xié)議文件,需要與其他模塊進(jìn)行數據的交換。而頭文件是設計一些LCD基本參數,在系統運行中,這些參數基本不變。
3.2 USB通信軟件的設計思想
本系統設計的USB通信軟件通過(guò)中斷響應來(lái)實(shí)現,這樣做的目的是CPU在沒(méi)有USB設備或者不需要USB設備時(shí),可以進(jìn)行其他工作,節省CPU和操作系統的資源。其有利于保護CPU。
3.3 FLASH讀寫(xiě)操作軟件的設計思想
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整個(gè)程序文件包括芯片的擦除、芯片的寫(xiě)入和讀取、數據的效驗等幾個(gè)部分。擦除是為了存儲器能夠進(jìn)行重復利用而不更換芯片;芯片的寫(xiě)入和讀取是整個(gè)文件的中心,負責存儲器的數據的寫(xiě)入,在適當時(shí)候要讀取數據;效驗是為了保證數據的正確,在錯誤時(shí)需要報警。
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