1、【W(wǎng)ord版本下載可任意編輯】 ARM的醫(yī)用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的人機(jī)接口設(shè)計 0 引言 醫(yī)用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)能夠為醫(yī)務(wù)人員及時有效的提供患者的手?jǐn)?shù)據(jù)，有助于加強(qiáng)醫(yī)院的現(xiàn)代化信息管理和提高工作效率。而在家庭保健方面，它能夠滿足人們在快節(jié)奏的工作生活中及時準(zhǔn)確的獲知自身及家人的安康狀況。在設(shè)備的日常使用中，良好的人機(jī)接口設(shè)計，也將為設(shè)備使用人員節(jié)約大量的時間并提供極大的便捷。本文主要以LM3S3748為，并采用TFT液晶作為系統(tǒng)的顯示設(shè)備，而用觸摸屏和手柄控制器作為系統(tǒng)的控制設(shè)備，介紹了其人機(jī)接口的設(shè)計方法。 1 系統(tǒng)硬件設(shè)計 系統(tǒng)人機(jī)接口主要包括TFT液晶、觸摸屏和手柄控制器，其構(gòu)造框圖如圖1所示。其中T

2、FT液晶亮度好，比照度高，層次感強(qiáng)，顏色鮮艷，因此，在不考慮耗電的情況下，TFT液晶是一個很好的選擇。觸摸屏采用模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片ADS7843對觸摸屏的數(shù)據(jù)開展采樣，再對其采樣的輸出值經(jīng)過校準(zhǔn)程序，即可以得到其觸摸屏的物理坐標(biāo)。手柄控制器采用Modbus協(xié)議，并通過串口對板開展控制。 1.1 控制單元 本系統(tǒng)的控制單元可采用TI公司的LM3S3748，支持主頻為50 MHz的ARM Codex-M3內(nèi)核和128 KByte FIASH、64 KByte SRAM。同時集成有USB HOSTDEVICEOTG、睡眠模塊、正交編碼器、ADC、帶死區(qū)刪、溫度傳感器、模擬比較器、UART、SSI、通用定時

3、器，I2C、CCP、DMA控制器等外設(shè)。此外，芯片內(nèi)部還固化有驅(qū)動庫，能較好的滿足系統(tǒng)需求。 1.2 液晶接口電路 液晶可選用3.2寸TFT(240320)26萬色彩屏觸摸模塊，該模塊支持SD卡和DATAFLASH，同時支持16位8位模式。該模塊可以實現(xiàn)顯示畫面的180度任意旋轉(zhuǎn)使用，并帶觸摸屏及觸摸控制芯片。模塊默認(rèn)i8080 16位并行接口，并可選8位并行接口方式。其液晶接口電路如圖2所示。 1.3 觸摸屏控制電路 觸摸屏控制芯片采用的ADS7843是TI公司生產(chǎn)的4線電阻觸摸屏轉(zhuǎn)換接口芯片。它是一款具有同步串行接口的12位取樣模數(shù)轉(zhuǎn)換器。ADS7843具有兩個輔助輸入(IN3、IN4)，

4、可設(shè)置為8位或12位模式。 ADS7843可以通過連接觸摸屏X+將觸摸信號輸入到AD轉(zhuǎn)換器，同時打開Y+和Y-驅(qū)動，然后再數(shù)字化X+的電壓，從而得到當(dāng)前Y位置的測量結(jié)果，同理，也可以得到X坐標(biāo)的邏輯坐標(biāo)。當(dāng)?shù)玫絏、Y的邏輯坐標(biāo)后，通過SPI接口將數(shù)據(jù)傳送給LM3S3748開展數(shù)據(jù)處理。其ADS7843的外部電路如圖3所示。 1.4 RS232串口通信電路 RS232串口主要用于手柄控制器與板的通信，這類似于人機(jī)接口中的鍵盤接口。它們之間通過Modbus協(xié)議開展通信。其RS232串口通信電路如圖4所示。 2 系統(tǒng)軟件設(shè)計 2.1 觸摸屏軟件設(shè)計 ADS7843具有兩種工作模式，分別為單端基準(zhǔn)模式

5、和差分基準(zhǔn)模式。同時還可以對其開展12位或8位轉(zhuǎn)換模式的選擇。本設(shè)計采用差分基準(zhǔn)模式和12位轉(zhuǎn)換模式，即： WriteCharTo7843(0 xD0)；送控制字10010000， 即用差分方式+12位轉(zhuǎn)換模式，讀X坐標(biāo)； WriteCharTo7843(0 x90)；送控制字11010000， 即用差分方式+12位轉(zhuǎn)換模式，讀Y坐標(biāo)； CPU采用中斷方式對坐標(biāo)開展讀取。當(dāng)未對屏幕開展觸摸時，ADS7843的引腳PENIRQ為高電平輸出，當(dāng)對屏幕有觸摸動作時，引腳PENIRQ變?yōu)榈碗娖捷敵觯慨?dāng)CPU檢測到這個引腳的下降沿時，系統(tǒng)進(jìn)入中斷讀取坐標(biāo)。其坐標(biāo)值讀取的流程如圖5所示。當(dāng)CPU在每獲取

6、邏輯坐標(biāo)的過程中，實際上分別對X、Y坐標(biāo)開展了11次讀取，然后將讀取到的邏輯坐標(biāo)值分別存入兩個數(shù)組，并且對這兩個數(shù)組中的值開展冒泡排序，使其從小到大依次排列后，再去掉和的兩個數(shù)值，并將中間值作為基準(zhǔn)，余下數(shù)值與基準(zhǔn)值開展求差的運(yùn)算。設(shè)計中可設(shè)定一個閥值(此閥值可根據(jù)實驗設(shè)置為5)，如果大于閥值，則拋棄此值，將剩余數(shù)值求和平均，并將其作為終邏輯坐標(biāo)值。這就是流程圖中“數(shù)據(jù)處理”所完成的功能。 系統(tǒng)中的主程序流程圖如圖6所示。其中觸摸屏校準(zhǔn)處理采用了一種較為通用的校準(zhǔn)算法。由于電阻式觸摸屏有一個共性，那就是電壓成線性均勻分布，所以，只要求出邏輯坐標(biāo)與物理坐標(biāo)的比例系數(shù)，就可以實現(xiàn)邏輯坐標(biāo)與物理坐標(biāo)

7、的轉(zhuǎn)換。首先可確定5個物理坐標(biāo)點。并依次在屏幕上用“+”顯示，同時將其坐標(biāo)值用數(shù)組Set_x保存起來(以X坐標(biāo)為例)。校準(zhǔn)過程中讀出的邏輯坐標(biāo)值則用數(shù)組Read_X存儲。求出邏輯坐標(biāo)與物理坐標(biāo)的比例系數(shù)： K1=(Read_x-Read_x)Set_X-Set_x)； K2=(Read_X-Read_X)Set_X-Set_x)； KX=(K1+K2)2； 對兩次運(yùn)算的值求平均得到終的X比例系數(shù) 求得比例系數(shù)后，再以設(shè)置的第5點作為基準(zhǔn)點(Set_X)，這樣就可求出任意觸摸點的物理坐標(biāo)： X=(ReadX-Read_X)KX+Set_X； 同理，也可求出Y軸的物理坐標(biāo)。 2.2 Modbus通

8、信協(xié)議 本系統(tǒng)采用Modbus作為手柄控制器與板之間的通信協(xié)議。Modbus通信使用主-從技術(shù)，即僅一設(shè)備(主設(shè)備)能初始化傳輸(查詢)，其它設(shè)備(從設(shè)備)根據(jù)主設(shè)備查詢提供的數(shù)據(jù)作出相應(yīng)反應(yīng)，主機(jī)查詢和從機(jī)回復(fù)的消息構(gòu)造如圖7所示。主設(shè)備可單獨和從設(shè)備通信，也可以廣播方式和所有從設(shè)備開展通信。如果單獨通信，則從設(shè)備返回一消息作為回應(yīng)；而如果是以廣播方式查詢。則不作任何回應(yīng)。Modbus協(xié)議建立了主設(shè)備查詢格式，包括設(shè)備(或廣播)地址、功能代碼、所有要發(fā)送的數(shù)據(jù)錯誤檢測域。從設(shè)備回應(yīng)消息也由Modbus協(xié)議構(gòu)成，包括確認(rèn)要行動的域、任何要返回的數(shù)據(jù)、和錯誤檢測域。如果在消息接收過程中發(fā)生錯誤，或從設(shè)備不能執(zhí)行其命令，那么，從設(shè)備將建立一個錯誤消息并把它作為回應(yīng)發(fā)送出去。 Modbus協(xié)議有ASCII和RTU兩種傳輸模式，但在同一個Modbus網(wǎng)絡(luò)上的所有設(shè)備都必須選擇相同的傳輸模式和串口參數(shù)。本設(shè)計采用RTU模式，即在消息中的每8 Bit字節(jié)都包含兩個4 Bit的十六進(jìn)制字符，因而在同樣的波特率下，可比ASCII方式傳送更多的數(shù)據(jù)。RTU模式的消息構(gòu)造如圖8所示。當(dāng)手柄控制器檢測到有按鍵被按下時，就將被按下鍵的鍵碼按RTU消息幀的構(gòu)造并通過串口發(fā)送給板。板接收到手柄控制器發(fā)送的信息后，首先開展CRC校驗，校驗正確后，板將根據(jù)鍵碼開展相應(yīng)操作，并且回應(yīng)手柄控制器，若C