基于STM32的医学检测系统界面设计-生物医学工程毕设论文定稿

编编号：号： 审定成绩：审定成绩： 重庆邮电大学重庆邮电大学 毕业设计（论文）毕业设计（论文） 中文题目中文题目基于基于 STM32 的医学检测系统界面设计的医学检测系统界面设计 英文题目英文题目 Interface Design of Medical Detection System Based on STM32 学院名称学院名称 生物信息学院生物信息学院 学生姓名学生姓名崔胜全崔胜全 专专业业生物医学工程生物医学工程 班班级级0611301 学学号号2013211938 指导教师指导教师冉鹏冉鹏副教授副教授 答答 辩辩 组组 负负 责责 人人 李章勇李章勇教授教授 年年月月 重庆邮电大学教务处制重庆邮电大学教务处制 学院本科毕业设计(论文)诚信承诺书 本人郑重承诺： 我向学院呈交的论文基于 STM32 的医学检测系统界面设计，是本人在指 导教师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容 外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研 究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明并致谢。本人完全意 识到本声明的法律结果由本人承担。 年级2013 级 专业生物医学工程 班级0611301 承诺人签名 2017 年月日 I 摘要 随着医疗行业科技的发展，医学检测系统设计多样化，加上近年来移动医疗、 远程医疗的兴起和热门化，便携式医疗检测系统界面的设备需求量正在大幅度增 加，医学检测系统界面是用户和医疗设备之间展开信息交换的桥梁，实现信息的 存储、记录、展示，以及与我们个体之间可以进行分析处理，从而更好地规避病 症和掌握机体状况。 课题主要以 STM32F103 为中心， 利用单种或多种生物指标采集的传感器， 摄 取人体生理状态数据，如体温、血压、血糖等数据，利用串口通信传输至终端 SD 卡进行存储，再通过设备核心处理器的 SPI 接口，获取 SD 卡中的数据、图片、 字库等信息，进而利用 FSMC 接口通至显示屏进行界面显示。另外还需要设计硬 件电路，电路基于 ARM 平台，本次设计的医学检测系统设备能够支持多种串口通 信；还需设计出用户界面系统，基于嵌入式开发的，设计制作用户需要的界面图 像库，不需要其他硬件参加即可完成图像的填充。此外，本课题设计的医学检测 系统界面还包括窗口选项、菜单选项、按钮操作、对话框选项等功能，在嵌入式 系统设计上，具有简洁和美观和易操作的特点，可以很好的满足用户对界面使用 的需求。 实验可得，本次医学检测系统界面设计能够达到预期要求，开发效率高，界面 丰富，能够适应多种检测方案的实施，达到了老师要求的课程设计的基本目标， 也可以为今后该项目实现产品商业化打下了良好的基础。 关键词：关键词：系统界面，单片机，STM32，屏幕显示 II Abstract With the development of medical technology, medical testing system design diversification, coupled with the recent mobile medical, telemedicine and the rise of popular, portable medical testing system interface equipment demand is greatly increased, medical detection system interface is the user And medical equipment to carry out the exchange of information between the exchange of information to achieve the storage, recording, display, and with our individual can be analyzed between the treatment, so as to better avoid the disease and grasp the body condition. Subjects mainly STM32F103 as the center, the use of single or multiple biological indicators of the sensor, intake of human physiological state data, such as body temperature, blood pressure, blood glucose and other data, the use of serial communication to the terminal SD card for storage, and then through the device core processing SPI interface, access to SD card data, pictures, fonts and other information, and then use the FSMC interface to the display interface for display. In addition, we need to design the hardware circuit, the circuit is based on the ARM platform, the design of the medical detection system equipment to support a variety of serial communication; need to design a user interface system, based on embedded development, design users need interface image library, Do not need other hardware to participate in the completion of the image to fill. In addition, the design of the medical examination system interface also includes window options, menu options, button operation, dialog box options and other functions, in the embedded system design, with simple and beautiful and easy to operate features, can be very good to meet the user The need for interface use. Experiments are available. The interface of the medical detection system can meet the requirements, the development efficiency is high, the interface is rich and can be applied to the implementation of various testing schemes, which meets the basic goal of theteacherscurriculumdesignandcanberealizedforthefutureProduct commercialization has laid a good foundation. Keywords: System interface ,Single chip,STM32,Screen display 目录 III 目录 第 1 章 绪论.5 1.1 课题研究目的及意义.5 1.2 国内外研究现状及发展趋势.6 1.3 本课题研究的主要内容.7 第 2 章 系统方案设计.9 2.1 总体方案设计.9 2.2 软件硬件设计.10 第 3 章 系统硬件设计.13 3.1 硬件总体框图设计.13 3.2 电源模块设计.13 3.3 STM32 微处理器模块设计.14 3.3.1 STM32 功能介绍及设计.14 3.3.2 电源.15 3.3.3 时钟电路.15 3.3.4 复位电路.16 3.4 CPLD 电路设计.16 3.4.1 CPLD 功能介绍及设计.16 3.4.2 静态随机存取存储器.17 3.4.3 JPAG 下载口.18 3.5 LCD 显示屏模块设计.19 3.6 接口设计.19 3.7 按键设计.21 第 4 章 系统软件设计.23 4.1 测 TFT 驱动.23 4.2 串口调试.25 4.2.1 数据传输格式.25 4.2.2 起始和停止时序.26 重庆邮电大学本科毕业设计（论文） IV 4.2.3 发送字节格式.26 4.2.4 答相应.26 4.2.5 7 位寻址.26 4.2.6 串口调试显示.27 4.3 图形库.27 4.4 实验验证.28 4.4.1 医学图像的采集收录.28 4.4.2 数据采集项、时钟、SD 卡界面初始化.29 4.4.3 系统界面文字展示.29 4.4.5 按键功能页面展示.29 第 5 章 总结与展望.31 参考文献.33 致谢.35 附录 英文原文.37 第 1 章 绪论 5 第 1 章 绪论 在医疗行业中， 传统的医疗器械和医学检测系统都是依赖固定的场地来实现数 据的存储和处理的，由于他们是固定的，需要我们个体到设备处检查，不能满足 越发强烈的移动医疗呼声，医疗行业颠覆进行时，医疗设备正在向一个高科技、 智能化、便携式、易操作等方向发展。 “颠覆”一次正在引领很多行业的改变，医疗健康行业也是如此，移动互联吵 的火热，可穿戴设备热的发紫、基于大数据的新型医疗服务正在悄然进入市场并 一步步火热起来，科技的发达也使得医疗设备领域形成了新的生态，对于医疗设 备的商业模式和产品更新正在进行着颠覆式改革。在医疗器械行业，该领域也正 在向一个高科技、智能化、便携式、易操作等方向发展，随着人们对健康的重视 和关注，迫切需要大量的可以动的便携式简单用户界面操作的医学检测系统来检 测自身的生理指标参数，传统的医疗器械和医院的运作模式或将被全面颠覆， “智 慧医疗”将迎来新的机遇。 基于传统医疗设备和系统基础上体积大，难以移动检测，成本高，接口单一， 不易开发等弊端的基础上， 以 STM32 为核心， 研制一套切实可行的医疗检测系统， 实现检测系统界面的图文显示和按钮操作处理，对于医疗检测和医学信息存储处 理便携式发展有重要的实践作用。 1.1 课题研究目的及意义 现代人对于自身的健康越来越重视， 也更加迫切的希望可以随时的了解到自己 的健康情况，能够在移动医疗上实现传统医疗仪器“缩小”化的变革，医生和人 体可以很方便地对健康与病状早期预防做好准备。该项目选择通过传感器监测人 体的生理指标，并且将测量得到的数据值实时的传输至 STM32 开发板终端系统， 通过软硬件处理数据可以系统的展现人体状态情况，通过系统界面处理，对生理 指标综合展现，未雨绸缪，可以及早的预防日常病状，通过该医学检测系统界面 的实现，后期还可以扩展研究，从而拓展到检测多种指标的多项目检测系统集成 界面，对生理状态进行检测和实时展示及分析处理，有很好的前沿性，未来对于 重庆邮电大学本科毕业设计（论文） 6 提高生活质量与状态，对于医学病状分析研究都有很好的指导意义。基于 STM32 的医学检测系统界面虽然与传统大医疗器械功能上比不够全面和更具专业 性，但其功耗小，实用，而且性能高，性价比高，而且易于集成，易于开发，并 支持多种串口通信，可以令系统终端功能更强大，比如数据联网通讯，多种设备 数据传输，可以使资源利用最大化，并且它体积小，开发成本低，具有较好的稳 定性，支持多种传感器，可以适应多种环境下使用，对于未来产品产业化具有很 好的研究意义。 1.2 国内外研究现状及发展趋势 移动医疗体系中与患者接触的主要是生理传感器和移动终端。 目前采集人体常 见生理参数的传感器有心电、血压、血氧、呼吸、体温、血糖类等。与终端的互 联互通方面已经有康体佳联盟等组织在制定相关的标准，一般通过有线( 如 USB、 串口) 或无线( 如蓝牙、Zigbee) 把采集的数据发送到用户所持有的移动终端上。 通过在移动终端上部署特定的程序，把采集到的生理信号进行处理，处理结果可 供病人查看参考，同时也可以通过无线网络或者 4G 移动网络发送到医生工作站 供医生进行进一步的分析、处理和诊断。 展望国内外医疗卫生事业的发展前景，信息化、智能化已经成为大势所趋。在 国内，医疗卫生事业的信息化建设已经成为新一轮医疗体制改革的重要方面，并 且对促进经济转型发挥了积极作用。智慧医疗将物联网技术用于医疗领域，借助 数字化、可视化模式进行生命体征采集与健康监测，将有限的医疗资源共享，特 别是在疾病预防和个性化医疗两个方面，智慧医疗将扮演日益重要的角色。 目前国内的医疗健康产业，越来越多的机构和家庭都开始使用移动医疗设备， 家庭医用检测仪，康复理疗设备等，这说明移动医疗已经成为客户体验不可缺少 的一部分，把传统医疗器械“缩小化”，形成移动的医疗诊断和处理的综合微型 计算机医疗设备，可能会为用户提供更好的检测诊断自助交互服务，带给人更贴 近自我的感受。 第 1 章 绪论 7 1.3 本课题研究的主要内容 本课题设计主要以 STM32F103VCT6 芯片为核心，利用单种或多种生物指标 采集的传感器，摄取人体生理状态数据，如体温、血压、血糖等数据，利用串口 通信传输至终端 SD 卡进行存储，再通过中央处理器的 SPI 接口，读取 SD 卡中 的字库信息，进而利用 FSMC 接口通至显示屏进行界面显示。 另外制作基于 ARM 平台的硬件电路设计，该医学检测系统可支持多种通信 接口，比如 RS-232， RS-485，SPI 等等；设计开发嵌入式图形用户界面系统，研 究出一套嵌入式图形用户界面一般图形库，并不需要依赖于其他特殊硬件，例如 进行直线、折线、矩形、正方形、圆形、圆弧、多边形等图形操作以及各种图形 的填充。 此外，本课题设计的医学检测系统界面还包括窗口、菜单、按钮、对话框等 的显示和操作，并能对一些数据参数进行存储和调取，能够很好地满足嵌入式系 统中用户界面的简洁性、美观性、易操作性的要求。 重庆邮电大学本科毕业设计（论文） 8 第 2 章 系统方案设计 9 第 2 章 系统方案设计 医学检测系统的实现首先需要整体方案的设计，包括核心芯片的选择、元器件 选型、硬件选择，模块设计，通过怎样的软件与硬件兼容等等，都是系统实现需 要研究的重点。本章节主要从总体方案设计及软硬件方面进行概括介绍，为后续 章节详细展开研究做基础阐述。 2.1 总体方案设计 本次医学检测系统界面设计器件选型原则选择了功耗低的，性能高的 STM32F103 为核心芯片，利用多种模块设计，接入液晶显示屏模块和多种接口模 块相结合的方式，设计成一个高效、功耗低、性能好的简体中文检测系统界面， 系统的总体方案设计图如下图 2.1 所示： 图 2.1 系统总体方案设计图 该系统中，电源模块属于动力设施，电源模块需要选型精巧，该电源模块的工 作频率高、模块占地小体积不大、设备性能可靠，便于安装和组合扩容，适用于 各种微机环境，为整个系统供电。 该系统设计以 STM32F103 为核心件， 系统设备有复杂的可编程逻辑器件， 芯 片经过该 CPLD 器件，然后连接到显示屏，在这里 CPLD 外面连接 SRAM，在传 输数据量比较大的时段，这个部分能够做到缓存的作用，JTAG 是 可编程逻辑器 重庆邮电大学本科毕业设计（论文） 10 件的程序的下载口。 主芯片与 SD 卡的通信方式为串行外设接口，即 SPI 方式和 SD 卡通信，将外 接传感器采集到的和存于SD 卡的人体生理参数数据及图文信息展现在显示屏上。 UART 接口、RS232 接口、RS485 接口 和 SPI 接口是 STM32 芯片开设的通讯串 口，还有 SW 下载口，这些串口的目的就是为了方便连接其它设备器件和接入其 它传感器，以便进行通讯联系和数据传输，此外，实时时钟由芯片外接 DS3231 来 显示，芯片接 LM75A 模块进行温度检测。 2.2 软件硬件设计 硬件好比人类身体的骨架子，是这个硬件系统的支撑部分。好的系统一定要有 好的硬件基础来支持，这样系统的性能才能完好，从而更好的工作。 本系统硬件设计有电源模块、微处理器模块、CPLD 电路模块、LCD 显示屏 模块、接口部分、下载口部分、SD 卡部分、按键部分、温度传感器部分、时钟电 路的模块，硬件电路的电路板如图 2.2 所示： 图 2.2 硬件电路电路板 系统要形成和运作还要有界面显示光靠硬件是不行的， 需要软件来完成系统界 面的实现。通过软件用户才可以更好的和系统进行沟通及信息互换，通过软件才 能对 SD 卡存储的信息进行分析和处理。 软件设计的步骤如下：首先对于串口来说，要进行驱动的初始化；其次对于液 晶显示屏要进行完成驱动；接着对于 SD 卡要进行读写操作；还有，对于文件系 统来说，要对 FatFs 进行移植，使得可以实现 SD 卡上图文信息正确调用和展示； 第 2 章 系统方案设计 11 然后对于芯片进行初始化操作，包括传感器的和时钟的，需要把其信息通过串口 进行通讯，使之展现于屏幕上。 重庆邮电大学本科毕业设计（论文） 12 第 3 章 系统硬件设计 13 第 3 章 系统硬件设计 硬件是整个系统终端的支撑，选好硬件器件后需要对硬件总体框图设计，对电 源，STM32 微处理器等模块设计，以及电路、接口设计等，为后续系统软件设计 搭好框架和支撑载体，该章节对系统硬件设计方面进行了展开叙述。 3.1 硬件总体框图设计 该医学检测系统总体框图如上图 2.1 ，硬件电路包括几大模块，接口以及下 载口，SD 卡，传感器，按键，及时钟电路。硬件系统电路板实物如图 3.1 所示： 图 3.1 系统硬件电路图 3.2 电源模块设计 电源为系统提供动力和能量。本系统采用 3.3V 的直流电压，那么外界提供的 5V 电压通过 USB 插座后，经过电压转换芯片转换成 3.3V 电压，从而为整个系 统供电，并且，电源的性能非常稳定。另外设有 5V 和 3.3V 的电压接口，更加 方便的为系统供电。电源模块的设计如下图 （a）（b）（c）所示： 重庆邮电大学本科毕业设计（论文） 14 （a）USB 插座（b）电源芯片 （c）电源接口 图 3.2 电源模块设计如上图（a），（b），（c） 外接提供的 5V 电压插在 USB 接口上，经过 1117-3.3V 电压转换芯片转换 成 3.3V 的电压为整个系统供电，另外设有 2 个电压插口，使得外电路板为本系 统供电成为可能。 3.3 STM32 微处理器模块设计 3.3.1 STM32 功能介绍及设计 ARM 公司的高性能”Cortex-M3”内核，1.25DMips/MHz,而 ARM7TDMI 只有 0.95DMips/MHz；一流的外设，1s 的双 12 位 ADC，4 兆位/秒的 UART，18 兆 位/秒的 SPI，18MHz 的 I/O 翻转速度；低功耗，在 72MHz 时消耗 36mA(所有外设 处于工作状态)，待机时下降到 2A；最大的集成度，复位电路、低电压检测、调 压器、精确的 RC 振荡器等。 STM32F103 相关参数：V-3.6V 供电，容忍 5V 的 I/O 管脚，优异的安全时钟 模式， 带唤醒功能的低功耗模式， 内部 RC 振荡器， 内嵌复位电路， 工作温度范围： -40 至+85 摄氏度。STM32 接口设计如下图 ： 第 3 章 系统硬件设计 15 图 3.3STM32 接口设计 3.3.2 电源 电源的功能是提供给用电器所需的稳定电压。 由于现在各种用电器都要求工作 在稳定的电压之下，所以电源不但要提供所需的电压，而且所提供的电压还要是 稳定的。 微处理器的电源是该系统方案的动力提供者， 因此电源电路的稳定性显得尤为 重要，在这里 STM32F103 只使用一个 3.3V 电源，这样就可以很好的简化了电源 设计。 3.3.3 时钟电路 现在流行的串行时钟电路很多，如 DS1302、DS1307、PCF8485 等。这些电路 的接口简单、价格低廉、使用方便，被广泛地采用。实时时钟电路 DS1302 是 DALLAS 公司的一种具有涓细电流充电能力的电路，主要特点是采用串行数据传 输，可为掉电保护电源提供可编程的充电功能，并且可以关闭充电功能。采用普 重庆邮电大学本科毕业设计（论文） 16 通 32.768kHz 晶振。 时钟是微处理器运行的动力，微处理器是一个庞大的时序逻辑，它的每一个动 作几乎都需要时钟来驱动，若时钟不稳定，微处理器就会跟着不稳定。STM32 包 含两个时钟输入， 一个是高频， 用于主时钟， 一个是低频， 用于 RTC 等； STM32F103 的工作频率最大可达 72MHz，即主频为 72MHz。 微处理器的主频由 CPLD 提供，CPLD 发出 10MHz 的时钟信号通过内部振荡 器，然后经 PLL（锁相环）7 倍频后，产生 70MHz 的时钟输送给 STM32 芯片。 3.3.4 复位电路 为确保微机系统中电路稳定可靠工作，复位电路是必不可少的一部分，复位电 路的第一功能是上电复位。一般微机电路正常工作需要供电电源为 5V5%，即 4.755.25V。由于微机电路是时序数字电路，它需要稳定的时钟信号，因此在电 源上电时，只有当 VCC 超过 4.75V 低于 5.25V 以及晶体振荡器稳定工作时，复位 信号才会撤除，微机电路开始正常工作。 复位电路是 CPU 工作的一个起点， 良好的复位电路就是 CPU 工作的一个良 好的开始。复位电路如图： 图 3.4 复位电路图 3.4 CPLD 电路设计 3.4.1 CPLD 功能介绍及设计 CPLD(Complex Programmable Logic Device)复杂可编程逻辑器件， 是从 PAL 和 GAL 器件发展出来的器件，相对而言规模大，结构复杂，属于大规模集成电路范 围。是一种用户根据各自需要而自行构造逻辑功能的数字集成电路。其基本设计 第 3 章 系统硬件设计 17 方法是借助集成开发软件平台，用原理图、硬件描述语言等方法，生成相应的目 标文件，通过下载电缆（“在系统”编程）将代码传送到目标芯片中，实现设计的数 字系统。 它具有编程灵活、集成度高、设计开发周期短、适用范围宽、开发工具先进、 设计制造成本低、对设计者的硬件经验要求低、标准产品无需测试、保密性强、 价格大众化等特点，可实现较大规模的电路设计，因此被广泛应用于产品的原型 设计和产品生产(一般在 10,000 件以下)之中。 CPLD 的时钟由 40M 的晶振提供，其原理图如下所示： 图 3.5 晶振 3.4.2 静态随机存取存储器 起缓存作用的器件 IS61LV25616 是一个 4194304 位高速的静态的 RAM，它使 用了高性能 CMOS 技术。这种高度可靠的进程与创新的电路设计技术，产量高的 性能和低功率消耗耦合和灰装置。其特性有：高速存取时间 COMS 低功耗工作， TTL 兼容接口水平，单 3.3V 电源，全静态操作，三态输出等。其原理图如下所示： 重庆邮电大学本科毕业设计（论文） 18 图 3.6 存储器原理图 3.4.3 JPAG 下载口 JTAG 接口功能： 用于烧写 FLASH， 烧写 FLASH 的软件有很多种包括 jatg.exe fluted flashpgm 等等，但是所有这些软件都是通过 jtag 接口来烧写 flash 的，由于 pc 机上是没有 jtag 接口的，所以利用并口来传递信息给目标板的 jtag 接口。所以 就需要并口转 jtag 接口的电路；用于调试程序，同时应该注意到 jtag 接口还可以 用来调试程序。而调试程序（如 ARM 开发组件中的 AXD）为了通过 jtag 接口去 调试目标板上的程序，同样是使用 pc 的并口转 jtag 接口来实现与目标板的通信。 JTAG 各引脚定义： TCK 为测试时钟输入， TDI 为测试数据输入， 数据经过 TDI 输 入 JTAG 口；TDO 为测试数据输出，数据经过 TDO 从 JTAG 的口输出；TMS 为 测试模式选择，TMS 用来进行设置 JTAG 口处于某特定的测试模式功能，可选引 脚 TRST 为测试复位，输入引脚后低电平有效。TAG 的接口设置如下图所示： 图 3.7 TAG 接口设置 第 3 章 系统硬件设计 19 3.5 LCD 显示屏模块设计 EVTFT43 是一款很好的高分辨率的液晶显示模块。通过内建驱动器和高速的 Intel8080 接口，它有很多优点：使用简单、反应速度快，显示效果好。液晶模块 有 40 脚连接器，由主芯片发出命令，把数据放在 SRAM 缓存，展现在显示屏上。 在这里，40 脚连接器与显示相连接，原理图如下所示： 图 3.8 液晶模块设计原理 3.6 接口设计 本设计支持多种串口通信接口通讯如 SPI，RS-232，RS-485，TTL 电平，并设 有 SW 下载口，使得系统设备具有很强的数据联网和通讯能力。 SPI 接口设计：SPI 接口的全称是“Serial Peripheral Interface”，意为串口外围接 口。SPI 接口主要应用在 EEPROM、FLASH、实时时钟、AD 转换器，还有数字 信号处理器和数字信号解码器之间。SPI 接口是在 CPU 和外围低速器件之间进行 同步串行数据传输，在主器件的移位脉冲下，数据按位传输，高位在前，低位在 后， 为全双工通信， 数据传输速度总体来说比 I2C 总线要快， 速度可达到几 Mbps， 其接口包括以下四种信号：MOSI-主器件数据输出，从器件数据输入；MISO-主器 件数据输入，从器件数据输出；SCLK-时钟信号，由主器件产生；SS-从器件使能 重庆邮电大学本科毕业设计（论文） 20 信号， 由主器件控制， 有时也写为 NSS 或 CS。 除了这四个信号， 添加了 SPI_INT 中断信号，原理图如下： 图 3.9SPI 接口设计 RS-485 接口设计：RS485 采用差分信号负逻辑，+2V+6V 表示“1”，-6V -2V 表示“0”。RS485 有两线制和四线制两种接线，四线制是全双工通讯方式，两 线制是半双工通讯方式。本设计采用两线制，接受和发送都是 A 和 B，所以 RS-485 的收与发是共用两根线所以不能够同时收和发，即是半双工的，原理图如 下所示： 图 3.10RS-485 接口设计 RS-232 接口设计：RS-232 的字符传输是以一串行的比特串来一个接一个的串 行方式进行传输的，优点是传输线少，配线简单，传送距离可以较远。 RE-232 的收发器为 SP3232 芯片，T1OUT 和 T2OUT 为 RS-232 驱动器输 出，R1IN 和 R2IN 为 RS-232 接收器输入，R1OUT 和 R2OUT 是 TTL/CMOS 驱动器的输出，T1IN 和 T2IN 为 TTL/CMOS 驱动器的输入，C1+和 C1-为倍压 电荷泵电容的正极和负极，C2+和 C2-为反相电荷泵电容的正极。其典型工作电路 如图： 第 3 章 系统硬件设计 21 图 3.11 RS-232 接口设计 3.7 按键设计 随着科技的发展和电子产品的更新换代， 可输入控制信号的小键盘已成为智能 设备必不可少的组成部分，医疗检测设备同样对此有需求。按键接口原理如下： 图 3.12 按键接口原理 由 STM32 引出 8 跟线，采用 4*3 的接线方式，连接有 12 个按键的按键板，12 个按键的功能有 F1,F2,F3,F4,F5 和左右上下移，确认和退出，按键电路板如图： 图 3.13 按键电路 重庆邮电大学本科毕业设计（论文） 22 第 4 章 系统软件设计 23 第 4 章 系统软件设计 4.1 测 TFT 驱动 TFT 式显示屏的显示效果非常好， TFT 的意思是指液晶显示器上所有像素点都 是由集成在它后面的晶体管进行驱动，从而能够高速度的、高亮度的、高对比度 的进行屏幕信息显示。 在设计该医学检测系统界面时， 只有通过屏幕界面才能更好的更直接的查看系 统当前状态和数据图文信息，便于用户与医学信息的沟通。该系统显示屏作为界 面信息传达的重要媒体，令 TFT 屏幕驱动起来才能为系统功能实现做展示。 EVTFT43 能够支持 16 位的数据传输，寄存器宽度全部为 16 位；如下表是 其地址的映射关系及含义。 表 4.1 EVTFT43 地址映射关系及含义 地址名称默认值属性 0DATA15:00X0000R/W 2CSRX9：00X000W0 6CSRY9：00X000W0 6CTL15：00X0000W0 地址 0 为数据寄存器，传递的为当前光标下的液晶点 RGB 值，模式为 RGB565 即 16 位色模式；地址 2 为光标行地址（X 地址），范围为 0271，光 标地址写入 CSRY 后生效，写入 CSRX 后不会立即生效，液晶坐标系如下图所 示： 图 4.1 液晶坐标系 重庆邮电大学本科毕业设计（论文） 24 写入 RGB 数据后，地址会向上递增；递增模式取决于 CTL 寄存器里面。地 址 6 为控制寄存器（CTL）功能如下表所示： 表 4.2 控制寄存器 CTL 功能 EVTFT43 模块的使用比较简单，没有相对严格的初始化时序，初始化流程图 如下： 图 4.2 EVTF43 初始化流程图 第 4 章 系统软件设计 25 此外，写时序和读时序的图示分别如下: 图 4.3 总线写时序图 4.4 总线读时序 像素格式是采用的工业上的颜色标准，即 RGB 色彩模式。该模块采用的是 RGB565 模式，设计采用的函数名称如下： 初始化函数：int initialize(void); 设置点：int set_point(int x,int y,unsigned short int color); 获取点：unsigned short int get_point(int x,int y); 清屏：int cls(color_t c); 关于图片的显示，要显示的图片生成相应的二进制代码，存放在 SD 卡上读取 其载入的信息即可，关于汉字的显示，把汉字取模存放在 SD 卡上调用即可。 4.2 串口调试 串口调试要硬件与软件相辅相成，目的是为了让系统软硬件更好的执行和运 作，从而符合我们的设计要求。 4.2.1 数据传输格式 图 4.5 数据传输格式 重庆邮电大学本科毕业设计（论文） 26 4.2.2 起始和停止时序 起始条件：SCL 线为高电平，SDA 线高电平切换为低电平；停止条件：SCL 线同样为高电平，SDA 线低电平切换为高电平。如图所示： 图 4.6 起始和停止时序图 4.2.3 发送字节格式 发送给 SDA 的每个字节必须为 8 位，每次传输的字节数量不受限制，但每 个字节后一定跟一个响应位。首先传的是数据最高位，如果从机需要先完成其他 功能，可使时钟线 SCL 保持那个低电平，让主机处于等待的状态，当从机准备到 位了再接收下一个数据字节。 4.2.4 答相应 响应是数据在传输时一定要带的，主机来产生相关的相应时钟脉冲。如果发送 器是释放的 SDA 线（高），那么接收器一定将 SDA 线拉低，使其在该时钟脉冲 的高电平状态下保持低电平。 4.2.5 7 位寻址 从机地址的组成是第一个字节的头7组， 默认的从器件地址是 1001100 (0 x4C). 决定传输方向的是最低位（LSB），它为 1 的时候是读，为 0 的时候是写，如下 图所示： 第 4 章 系统软件设计 27 图 4.7 从器件寻址时序图 4.2.6 串口调试显示 在对 UART 串口进行初始化后，用 printf 函数输出如“hello”这一结果将在串 口精灵上显示，如下图所示： 图 4.8 串口调试界面 4.3 图形库 本设计的系统界面， 图文信息等所有用户和设备交流的系统项都是自主进行开 发的，这一系列基本图形存库都是基于嵌入式的图形用户界面，本课题设计的医 学检测系统界面还包括窗口选项、菜单选项、按钮选项、对话框选项等的显示和 执行操作，看起来非常简洁，而且很美观，非常方便操作，可以很好地满足用户 使用的需求。所用的函数有： int dot (int x，int y，color_t c);描点 Static int line(int x0,y0, int x1,y1,COLOR_T);/描线 Static int rect(RECT_T*);/普通矩形 Static int box(BOX_T*);/具有立体效果的矩形 重庆邮电大学本科毕业设计（论文） 28 4.4 实验验证 实验验证是本次设计的最后环节，为确保系统功能都基本能够实现，达到预期 设想的结果，需要对硬件及软件进行测试，验证。过程中观察程序运作情况，图 文显示有无差异等，关乎前期工作的成效，因此，每一步都要认真仔细。 4.4.1 医学图像的采集收录 目前医疗行业中，医学影像多存储在大型医疗器械本身存储器，查看需要翻出 展现在显示屏终端， 或者存放在 PC 电脑存储器中， 或者打印出片子用于档案存放， 这样就比较复杂，每次要查看历史不是去翻阅医疗器械主机就是翻看固定在医疗 机构的 PC 端数据库，再者就是人力找出档案影像片子查看；而该医学检测系统界 面可以将医学影像图集成存储，其人机交互界面可以对历史图像进行翻阅和查看， 又是一套移动的信息系统统计仪。 首先选将图片进行调整，在不破坏图像质量的同时将其格式修改为 480*272， 其后生成二进制代码，将它们存放在 SD 卡中一个叫做 system 的文件夹下，名 字为 logo1，如果需要显示插入 SD 卡中图片资源，只需要调用相应的函数即可， 对应的函数指令为 gui.show_picture(0,0,480,272,0:/system/logo1); 图片实例，随机取现实中某一场景图片进行试验，开机界面如下所示： 图 4.9 系统图演示功能 第 4 章 系统软件设计 29 4.4.2 数据采集项、时钟、SD 卡界