介绍了一种采用32位ARM微控制器LPC2134的医疗设备专用控制面板的设计和实现。
在设计中充分利用了LPC2134集成的功能模块，开发出性能优越的控制面板，它包括了94个按键，8个图像增益调节器，1个轨迹广东深圳专业医用仪器器械工业产品设计医疗器械招标，谨防“做秀”球接口和其驱动程序，以及1个与上位机进行通信的接口。
该控制面板硬件外围电路简单，可靠性高广东深圳专业医疗仪器工业产品设计工业设计新引擎――智能.交互.服务，便于用户使用医疗设备的各种功能。

　　【关键词】：ARM；控制面板；按键；轨迹球；图像调节器
　　
　　1． 引言
　　
　　 随着社会生活节奏的不断加快，人们的健康状况越发显的重要。
因此医疗设备的应用就越加广泛。
大多数医疗设备的功能强大，但同时也带来了操作上的一些不便，不能充分发挥自身的功能。
为了给用户提供良好的人机交互接口，就需要设计一种性能优越，工作可靠，能够方便用户操作医疗设备的控制面板。

　　 文章介绍了LPC2134的技术参数，医疗设备控制面板的软硬件的设计方案和实现。

　　
　　2． 硬件设计
　　
　　 2.1 芯片选型
　　 医疗设备控制面板的核心采用了Philips公司推出的LPC2134芯片，该芯片采用了ARM公司的ARM7TDMI核心，是基于精简指令集(Reduced Instruction Set Computing，RISC)的微处理器，具有32位总线宽度，并带有128kB的嵌入的高速Flash存储器。
128位宽度的存储器接口和独特的加速结构使32位代码能够在最大时钟速率（60MHZ）下运行。
通过片内Boot装载程序可实现在系统编程(In-System Programming，ISP)的功能，该功能用于使用RS232串口下载程序。
LPC2134具有47个通用I/O口（GPIO,可承受5V电压）和众多串行通信接口，包括2个16C550工业标准的通用异步收发器(Universal Asynchronous Receiver Transmitter，UART，其中UART1具有完全的调制解调器接口)，2个高速IIC 接口（400 kbit/s）、1个SPI接口和1个SSP接口（具有缓冲功能，数据长度可变）。
另外，它内嵌了一个8路10位A／D转换器，每路转换时间最少可达2.44微秒。
LPC2134在实际中的工作电压为3.3V，内核工作电压仅为1.8V，功耗非常低。

　　 采用LPC2134为核心设计的控制面板能使用户很好的对医疗设备进行操作，且外围电路比较简单，工作可靠性好。

　　
　　 2.2 系统的硬件实现
　　 整个控制面板包括了94个功能键，8个图像调节器，一个轨迹球接口和一个与主机进行交互的通信接口。

　　 由于LPC2134内部集成众多功能模块，控制面板的板级外围电路设计得以大大简化，硬件结构框图见图1。
同时LPC2134内置128KBFlazh，可以用于存储程序，从而省去外部存储器。
由于程序存放在芯片内部，抗干扰性也得到加强，程序"跑飞"的可能性得以降低，整个系统的可靠性得以增强。

　　
　　 LPC2134有47根GPIO线，但由于此控制面板上按键数量多，为充分利用芯片的I/O线，对按键部分采用了行列矩阵式的设计方法。
这种方式的按键接口由行线和列线组成，按键位于行线和列线的交叉点上。
做为行线的GPIO口设置成输入状态，并通过一限流电阻连接上+5V的电源，而做为列线的GPIO口设置成输出，由软件程序来控制其输出高或者低电平。
该矩阵式键盘的工作原理是：行线通过上拉电阻连接到5V电源上，若无按键，行线处于高电平状态；若有键按下，行线电平状态将由与此行线相连的列线电平决定。
列线电平为低，则行线电平为低；若列线电平为高，则行线电平为高。
即可以通过扫描行线的状态来判断是否有键按下。

　　 LPC2134内嵌了一个8路10位A／D转换器，该转换器可以用来实现8个图像调节器的功能，即每个图像调节器的输出做为A/D转换器其中一路的输入。
图像调节器实质上是若干个滑动电阻器组成，滑动电阻器的两个固定端分别连接着电源和地，滑动端连在A/D转换器的输入引脚上。
设滑动电阻器的非工作阻值为R1,滑动电阻器的最大阻值为R,ADC的实际输入电压是V1,ADC最大输入电压是V, V1/V就是图像的增益。
则由电阻和电压的关系可知，R1/R=V1/V。
可以通过改变它们的非工作阻值R1与最大阻值R的比例来调节医疗设备主机的显示器上所显示图像的增益。

　　 另外，LPC2134内部包括两个16C550工业标准的UART和两个高速IIC接口（400kbit/s）。
其中UART0用来做控制面板和轨迹球之间的通信接口。
UART1用来实现LPC2134的ISP在系统编程功能，即使用UART1做为串口通过RS232接口来下载程序，故需要加上TTL电平与RS232电平的转换电路。
IIC1用于控制面板和主机进行通信。

　　
　　3． 软件设计
　　
　　 3.1 整体设计
　　 该控制面板的主要任务是扫描键盘，计算图像增益，接收轨迹球的数据和与主机的通信处理。
这些任务的广东深圳专业医用仪器外观工业产品设计常用医疗器械三种清洗方法效果比较执行采用前后台的方式，即在中断中置位相应的标志位，主循环检测到标志位置位后便调用相应程序进行处理。
软件的系统结构如图2所示。

　　
　　 3.2 键盘部分的软件广东深圳专业医疗器材造型工业产品设计个体化医疗设计
　　 由于按键部分采用了行列矩阵式接口电路的设计方式，则按键识别就采用扫描法。
扫描法识别按键分为两个步骤：1.识别有无按键按下，包括使用软件方法进行消抖（延时）；2.若有键按下，识别出该键。

　　 在本设计中使用的具体方法是：先识别有无按键按下。
即让所有的列线均置为低电平，检测各行线上的电平是否有变化，如果有变化，延时10ms，若仍有行线为低电平，则说明有键被按下；如果没有变化，则说明无键被按下。
如果识别出有键被按下，则再识别具体按键，即逐列置零电平，其余各列置为高电平，检测各行线电平的变化，如果某行线上的电平由高电平变为低电平，则可以确定此行此列交叉点处的按键被按下,进而得到被按下键的键值。
按键部分的软件流程图如图3所示。

　　
　　 3.3 图像调节器的软件设计
　　 由于图像调节器的功能主要由LPC2134内置的一个8路10位的A/D转换器来完成，此转换器每路的转换时间最快可达2.44微秒，转换的精度为1/1024，故图像调节器这部分的软件需初始化A/D转换器，使其正常工作，然后根据它的输出计算出图像的增益。
下面介绍计算图像增益的方法。

　　 首先由广东深圳专业医用电子产品造型工业产品设计产品供求A/D转换器得到8路输入的转换结果Vi(i=1、2、…、8），然后把图像从近场点到远场点依次均匀的分成8个部分。
则得出图像每部分临界点的增益为ai=Vi/V，(i=1、2、…、8)。
图像从近场点到远场点的每部分的增益Ai的计算公式是：A1=a1/d，Ai=(ai-a(i-1))/d，其中(i=2、3、…、8)， d是每部分图像的两个临界点之间的距离。

　　
　　 3.4 轨迹球接口的软件设计
　　 轨迹球接口的软件模块主要功能是光标的位置识别。
LPC2134根据接收到的轨迹球信息不断刷新轨迹球信息的缓冲区。
由于轨迹球事件的不确定性，采用扫描方式将会浪费MCU的处理时间，还可能因为来不及处理而丢失信息。
有效的处理方法是中断接收，MCU通过软件接口来获取轨迹球的信息，进而将得到的轨迹球的信息通过IIC接口发送给上位机。
该部分的软件流程图如图4所示。

　　
　　广东深圳专业医疗产品仪器工业产品设计天人合一――产品设计趋势研究4． 结语
　　
　　采用基于ARM7TDMI内核的LPC2134芯片所设计的医疗设备专用控制面板已研制成功，并投入使用。
该控制面板的大部分功能电路集成在LPC2134的内部，外围电路简单，广东深圳专业医用仪器设备外观工业产品设计工业设计人员如何培养使可靠性和抗干扰性得到很大的提高。
另外该设计充分利用了LPC2134的资源，使系统实现了按键数量多，A/D转换的速度和精度高，与上位机通信可靠的需求。
方便了用户对医疗设备各种功能的使用和控制。

　　
　　参考文献
　　[1] 周立功. ARM微控制器基础与实践(第二版)[M]. 北京航空航天大学出版社,2005.
　　[2] 何超, 余席桂. 计算机电路基础[M]. 中国水利水电出版社,2002.
　　[3] LPC2214 User Manual, Philips Semiconductors[S]. 2004.
　　[4] The ARM-Thumb Procedure Call Standard.ARM Ltd[S].2000.
　　
　　注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。