基于LM3S3748和ADS7843芯片实现设备人机接口的设计

基于LM3S3748和ADS7843芯片实现设备人机接口的设计

医用数据采集系统能够为医务人员及时有效的提供患者的第一手数据，有助于加强医院的现代化信息管理和提高工作效率。而在家庭保健方面，它能够满足人们在快节奏的工作生活中及时准确的获知自身及家人的健康状况。在设备的日常使用中，良好的人机接口设计，也将为设备使用人员节约大量的时间并提供极大的便捷。本文主要以LM3S3748为核心，并采用TFT液晶作为系统的显示设备，而用触摸屏和手柄控制器作为系统的控制设备，介绍了其人机接口的设计方法。

1 系统硬件设计

1.1 控制单元

1.2 液晶接口电路

液晶可选用3.2寸TFT（240×320）26万色彩屏触摸模块，该模块支持SD卡和DATAFLASH，同时支持16位／8位模式。该模块可以实现显示画面的180度任意旋转使用，并带触摸屏及触摸控制芯片。模块默认i8080 16位并行接口，并可选8位并行接口方式。其液晶接口电路如图2所示。

1.3 触摸屏控制电路

RS232串口主要用于手柄控制器与核心板的通信，这类似于人机接口中的键盘接口。它们之间通过Modbus协议进行通信。其RS232串口通信电路如图4所示。

2 系统软件设计

2.1 触摸屏软件设计

ADS7843具有两种工作模式，分别为单端基准模式和差分基准模式。同时还可以对其进行12位或8位转换模式的选择。本设计采用差分基准模式和12位转换模式，即：

WriteCharTo7843（0xD0）；∥送控制字10010000，

即用差分方式+12位转换模式，读X坐标；

……

WriteCharTo7843（0x90）；∥送控制字11010000，

即用差分方式+12位转换模式，读Y坐标；

系统中的主程序流程图如图6所示。其中触摸屏校准处理采用了一种较为通用的校准算法。由于电阻式触摸屏有一个共性，那就是电压成线性均匀分布，所以，只要求出逻辑坐标与物理坐标的比例系数，就可以实现逻辑坐标与物理坐标的转换。首先可确定5个物理坐标点。并依次在屏幕上用“+”显示，同时将其坐标值用数组Set_x保存起来（以X坐标为例）。校准过程中读出的逻辑坐标值则用数组Read_X存储。最后求出逻辑坐标与物理坐标的比例系数：

K1=（Read_x-Read_x［0］）／Set_X-Set_x［0］）；

K2=（Read_X-Read_X）／Set_X-Set_x）；

KX=（K1+K2）／2； ∥对两次运算的值求平均得到最终的X比例系数

求得比例系数后，再以设置的第5点作为基准点（Set_X），这样就可求出任意触摸点的物理坐标：

X=（ReadX-Read_X）／KX+Set_X；

同理，也可求出Y轴的物理坐标。

2.2 Modbus通信协议

本系统采用Modbus作为手柄控制器与核心板之间的通信协议。Modbus通信使用主-从技术，即仅一设备（主设备）能初始化传输（查询），其它设备（从设备）根据主设备查询提供的数据作出相应反应，主机查询和从机回复的消息结构如图7所示。主设备可单独和从设备通信，也可以广播方式和所有从设备进行通信。如果单独通信，则从设备返回一消息作为回应；而如果是以广播方式查询。则不作任何回应。Modbus协议建立了主设备查询格式，包括设备（或广播）地址、功能代码、所有要发送的数据错误检测域。从设备回应消息也由Modbus协议构成，包括确认要行动的域、任何要返回的数据、和错误检测域。如果在消息接收过程中发生错误，或从设备不能执行其命令，那么，从设备将建立一个错误消息并把它作为回应发送出去。

Modbus协议有ASCII和RTU两种传输模式，但在同一个Modbus网络上的所有设备都必须选择相同的传输模式和串口参数。本设计采用RTU模式，即在消息中的每8 Bit字节都包含两个4 Bit的十六进制字符，因而在同样的波特率下，可比ASCII方式传送更多的数据。RTU模式的消息结构如图8所示。当手柄控制器检测到有按键被按下时，就将被按下键的键码按RTU消息帧的结构并通过串口发送给核心板。核心板接收到手柄控制器发送的信息后，首先进行CRC校验，校验正确后，核心板将根据键码进行相应操作，并且回应手柄控制器，若CRC校验出错，则核心板回应手柄控制器错误信息，从而完成一次通信后，系统便等待下一次通信。

3 结束语

本文所设计的人机接口通过实际使用证明其通讯稳定可靠，操作简单方便，完全可以满足医用数据采集系统的要求。并且该设计具有很强的移植性，可以根据使用系统的复杂性进行完善。因而具有相当广泛的使用范围。

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