基于LPC2131的电子影像诊断仪嵌入式控制系统设计

　　0 引言

　　随着当今医疗现代化进程的快速发展，各种医疗电子仪器与设备朝着小型化，高精密化方向发展，人机界面更加友好，操作更加方便。传统的采用单片机为控制器的医疗电子产品在性能，处理速度，硬件设计上都不能适应产品更新换代的发展。ARM处理器是目前公认的业界领先的32位嵌入式RISC微处理器，以其卓越的性能、超低的功耗、丰富的外设接口、较高的性价比，代表了当今主流电子应用技术的发展方向。实时操作系统uC/OS-II以其小巧、源代码公开、注解详细、实时性强、可移植性好、多任务、基于优先级的可剥夺型调度的特点，已经广泛应用在很多对实时性要求比较高的产品中。本文以我们最近研制成功的电子影像诊断仪为案例，讲述了其中各模块电路的功能，以LPC2131为控制器，构建了整个控制电路，分析了硬件电路设计，并详细讲述了uC/OS-II在LPC2131上的移植，各任务模块的划分和应用程序的编写。

　　1 电路整体构成

　　电子影像诊断仪电路主要由四个模块组成，包括：主电源模块、辅助电源模块、微焦点X光发生器模块、微处理器控制及显示模块，电路整体结构框图如图1所示。主电源模块由EMI滤波电路、整流滤波电路、恒压斩波电路、恒流斩波电路、全桥斩波电路等电路组成。辅助电源模块主要是给各电路提供工作电源，分别输出5V、12V的直流稳压电源供各模块使用。微焦点X光发生器模块由主变压器、倍压整流电路、射线管和保护电路组成。

　　2 控制电路模块

　　主控制电路模块是通过控制斩波电路工作时间的长短来控制X光发生器曝光的时间。本系统中恒流斩波电路、恒压斩波电路和全桥斩波电路需要控制导通时间，而传统的单片机没有6路PWM波输出，如果使用软件模拟PWM的产生，很难保证实时性的要求。为了能同时使用6路PWM控制斩波电路的导通时间，我们选择ARM处理器作为主控制器。为了系统扩展和预留功能，我们选择NXP公司的LPC2131ARM微处理器作为主芯片。LPC2131的内核是ARM7TDMI-S核，三级流水线，32位微处理器，采用冯 诺依曼结构(数据和指令混合编址)。较小的封装(LQFP64)和极低的功耗使LPC2131可理想的应用于小型系统中，如通信网关、协议转换器、声音辨别、低端成像、工业控制和医疗系统。8KB片内SRAM;32KB片内Flash，高达60MHz的操作频率;8路10位A/D转换器; 2个32位定时器(带4路捕获和4路比较通道)，PWM单元(6路输出)和看门狗; 2个UART，2个高速IIC接口(400Kb/s)，SPI，SSP; 向量中断控制器，可配置优先级和向量地址;47个(P0.0-P0.23，P0.24-P0.31，P1.16-P1.31)可承受5V电压的通用I/O口;9个边沿或者电平触发的外部中断引脚;片内晶体振荡电路支持频率1-30MHz; 2个低功耗模式：空闲和掉电;单电源供电，含有上电复位(POR)和掉电检测(BOD)电路，CPU操作电压3.0-3.6V。