畢業(yè)設(shè)計說明書(論文)multiple plantar pressure measurement system based on mcu——software design_第1頁
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文檔簡介

1、<p>  畢業(yè)設(shè)計說明書(論文)中文摘要</p><p> 隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,人們越來越關(guān)注于自身的健康,如今已不再是僅僅關(guān)注腎脾臟等,足底與運(yùn)動也漸漸引起了人們的關(guān)注。現(xiàn)幾年足底壓力技術(shù)已經(jīng)深入到多個領(lǐng)域,生物力學(xué),體育培訓(xùn),醫(yī)學(xué)治療等,所以足底壓力測量系統(tǒng)的研究對我們有著非常重要的意義。為了進(jìn)一步的了解足部與人體運(yùn)動功能的聯(lián)系性,以MSP430單片機(jī)和LABVIEW為開發(fā)平臺,設(shè)計了足底壓力測量系統(tǒng)

2、。單片機(jī)軟件實現(xiàn) A/D 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、I/O口控制多路模擬開關(guān)以及與上位機(jī)建立全雙工串口通訊,同時本文中將給予相應(yīng)的程序流程圖和部分關(guān)鍵代碼。LabVIEW界面則主要利用串口向單片機(jī)讀、寫數(shù)據(jù),以及多樣形式實時顯示數(shù)據(jù),保存數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)回放,數(shù)據(jù)處理分析等。最后收取實驗結(jié)果與科學(xué)結(jié)論作對比來驗證系統(tǒng)的可靠性。關(guān)鍵詞 單片機(jī),足底壓力,LABVIEW</p><p>  畢業(yè)設(shè)計說明書(論文)外文摘要</p>

3、;<p><b>  目 錄 </b></p><p>  1 緒論.............................................................................................................................(1) </p><p>  1

4、.1 課題研究的意義 ....................................................................................................(1)</p><p>  1.2 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 ...................................................................

5、.................................(1) </p><p>  1.3 目前的研究方法 ....................................................................................................(2) </p><p>  1.4 本文的主要研究內(nèi)容....

6、..........................................................................................(2)</p><p>  2 系統(tǒng)總體設(shè)計..............................................................................................

7、...............(3) </p><p>  2.1 MSP430....................................................................................................................(4)</p><p>  2.2 多路開關(guān)通道選擇..........

8、........................................................................................(5)</p><p>  2.3 A/D數(shù)據(jù)采集與轉(zhuǎn)換..........................................................................................

9、....(6)</p><p>  2.4 串口設(shè)計................................................................................................................(11) </p><p>  3 系統(tǒng)軟件設(shè)計...............................

10、..............................................................................(12)</p><p>  3.1 模塊代碼.........................................................................................................

11、.......(13)</p><p>  3.2 LABVIEW界面設(shè)計............................................................................................(18)</p><p>  4 系統(tǒng)調(diào)試及改進(jìn).......................................

12、...............................................................(24)</p><p>  3.1 系統(tǒng)調(diào)試方案.......................................................................................................(24)</p>

13、<p>  3.2 系統(tǒng)測試方案設(shè)計及其結(jié)果討論.......................................................................(25)</p><p>  總結(jié)........................................................................................

14、..........................................(30)</p><p>  致謝..................................................................................................................................(31)</p><

15、;p>  參考文獻(xiàn)..........................................................................................................................(32)</p><p><b>  1 緒論</b></p><p>  1.1 課題的研究意義&

16、lt;/p><p>  人一天的生活都離不開雙腳,所以認(rèn)識腳,愛護(hù)腳成為我們健康生活的重要組成部分。而我們想要做好這一切就必須得切實把握好足底壓力分布,人體足底壓力分布主要功能是能讓人們清晰的了解腳的結(jié)構(gòu)、作用和控制人的身體姿勢的情況[1],通過做實驗、解析足底壓力分布情況,可以獲取人體在不同形態(tài)下的生理、病理力學(xué)參數(shù)和機(jī)能參數(shù)[2]。之所以有時會產(chǎn)生很多種疾病都是過高的足底壓力引起的,想要檢測出哪里壓力過高,足底壓

17、力測量是一個非常不錯的方法,它不僅可以為疾病的產(chǎn)生提供有效的預(yù)防還可以為疾病的治療提供重要價值,另外還可以通過該手段制造出有益于治療足底疾病的儀器同時根據(jù)數(shù)據(jù)可以制定高效的康復(fù)方案。因此,研究足底壓力分布,采集人體在跑步,步行,競走等時的壓力分布參數(shù),同時有利于醫(yī)生對病人病情的診斷、對疾病發(fā)展程度的評估、手術(shù)后康復(fù)效果的評價、生物力學(xué)方面及康復(fù)研究方面均有重要意義[3]。所以,本課題積極設(shè)計了足底壓力測量系統(tǒng),采用MSP430和LABV

18、IEW為開發(fā)平臺,希望在足底壓力分布上有一個全新的認(rèn)識。</p><p>  1.2 國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>  社會在進(jìn)步,科學(xué)在進(jìn)步,足底壓力的獲取方式也不會停止腳步,它已不再是簡單的目測,憑著經(jīng)驗來獲取,現(xiàn)在采用的是機(jī)電一體化和圖像顯示的方法,甚至都從原來的定性分析發(fā)展到了定量分析。其測試技術(shù)主要有足印法、足底壓力掃描儀、直接形象化技術(shù)、壓力平板及壓力鞋墊等[4~6]。隨著

19、新一代的換能器、傳感器等的產(chǎn)生和發(fā)展,足底壓力測量漸漸偏向基于壓電技術(shù)進(jìn)行,人們擅長熟練的有平板式和鞋墊式壓力測量系統(tǒng)。目前國外應(yīng)用鞋墊式壓力測量系統(tǒng)較為多見,國內(nèi)由于起步較晚應(yīng)用較多的是壓力平板,且多為國外進(jìn)口產(chǎn)品,價格昂貴,所以我們應(yīng)該努力奮發(fā),擁有我們自己的足底壓力測量設(shè)備才是硬道理,在科學(xué)飛速發(fā)展的今天,這樣的要求已經(jīng)刻不容緩了。同時足底壓力分區(qū)及測量參數(shù)也在進(jìn)一步細(xì)化。按照目前足底區(qū)分方法,足底可以分為多達(dá)十個區(qū)域,較為常見的

20、分區(qū)方法是足底分為足跟內(nèi)、外側(cè),足弓內(nèi)、外側(cè),第一,第二,第三到第五跖骨區(qū),拇趾區(qū),其余足趾區(qū)等,較多的足底分區(qū)能準(zhǔn)確細(xì)致地分析足底的受力情況,而且測量參數(shù)也越來越多,能更加準(zhǔn)確、定量計算出足底總體和局部的受力數(shù)據(jù),評估平衡功能等[7]。</p><p>  足底壓力技術(shù)有敏感、準(zhǔn)確的特性,有廣闊的發(fā)展前景??梢詰?yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域協(xié)助疾病的診斷、治療以及指導(dǎo)康復(fù)訓(xùn)練,提高競技體育運(yùn)動成績、預(yù)防運(yùn)動損傷等[8]。因其敏

21、感性較強(qiáng),為個性化制鞋及預(yù)防運(yùn)動損傷等都有重要意義。人的腳的尺寸不同決定了鞋的大小不同,我國現(xiàn)在就是根據(jù)實驗者腳的大小來生產(chǎn)鞋的,但是從以上影響因素可以看出,性別、年齡、運(yùn)動速度的不同都會對足底壓力分布產(chǎn)生較廣的影響,因此對于鞋的制作標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該更加細(xì)化,根據(jù)不同人群的足底壓力情況進(jìn)行個性化生產(chǎn),使鞋具有更加健康、舒適且能預(yù)防損傷的作用[9]。在運(yùn)動生物力學(xué)飛速發(fā)展的今天,在很多地方都已經(jīng)廣泛的用到了基于足底壓力分析的生物力學(xué)研究,我們只有

22、抓住機(jī)遇跟隨社會、科技發(fā)展的腳步,足底壓力檢測技術(shù)才會得到更加廣泛的應(yīng)用,足底壓力研究將成為一項重要的、前景廣闊的研究課題。</p><p>  然而,我國的足底壓力系統(tǒng)測試技術(shù)并不成熟,存在很多技術(shù)觸摸不到的地方,很多數(shù)據(jù)得到的都不是太精確。所以需要我們廣大學(xué)生,科研者精心研究。相比其他國家如德國Novel公司的Emed和Pedar鞋墊系統(tǒng)及美國Tekscsn公司的F-scan鞋墊式系統(tǒng)是生物力學(xué)研究中較為常用

23、的足底壓力獲取系統(tǒng)。平板式壓力系統(tǒng)如美國Tekscan公司的F-scan系統(tǒng)、Amti壓力平板系統(tǒng)-比利時Footscan公司的平板系統(tǒng),瑞士Kistler測力臺,德國的Zebris測力板等我們要學(xué)其精華,爭取使我國的技術(shù)更上一層樓[10~13]。</p><p>  因此,足底壓力測量系統(tǒng)相對于我們?nèi)祟惙浅V匾难芯亢桶l(fā)展具有非常高價值和意義。本課題主要介紹一種以MSP430單片機(jī)為核心的足底壓力測量系統(tǒng)

24、,采用串口技術(shù)將從單片機(jī)獲取的數(shù)據(jù)傳送給上位機(jī),在上位機(jī)上LabVIEW 界面實時顯示多路足底壓力波形圖[14]。單片機(jī)軟件由C 語言編寫,主要完成的任務(wù)是CD4051的通道選擇和切換、A/D數(shù)據(jù)采集和轉(zhuǎn)換以及單片機(jī)與上位機(jī)建立的串口通信。LabVIEW開發(fā)界面是上位機(jī)采取的主要開發(fā)軟件,它能完成數(shù)據(jù)顯示界面,并且能夠以不同的風(fēng)格對數(shù)據(jù)進(jìn)行保存,回放和處理。</p><p>  1.3 目前的研究方法</p

25、><p>  目前世界上足底壓力測量已有多種途徑,如穿戴式足底壓力測試技術(shù),其共由3個部分組成,其一是力傳感器,包括內(nèi)置于鞋墊的傳感芯片和置于鞋外的傳感電路;其二是數(shù)據(jù)采集裝置;其三是信號顯示終端。該技術(shù)具有很高的應(yīng)用價值,尤其在足底疾病后期康復(fù),運(yùn)動矯正等方面。再如,動態(tài)光學(xué)式足底測力系統(tǒng),它是新一代可以精確地測量足部的壓力分布,是目前全世界足部醫(yī)療專家公認(rèn)的最簡單,有效的方法。但從國內(nèi)外近些年的研究成果來看,采用

26、瑞士kistler測力臺,美Tekscan公司的F-Scan測力鞋墊系統(tǒng)和德國Novel公司的Emed測力板系統(tǒng)和Pedar測力鞋墊系統(tǒng)進(jìn)行的研究相對較為廣泛。</p><p>  1.4 本論文主要研究的內(nèi)容</p><p>  為了高效,協(xié)調(diào)的完成測量系統(tǒng)的研究開發(fā),于是將本系統(tǒng)分為硬件和軟件兩部分,本論文詳細(xì)的介紹了軟件部分的具體設(shè)計方案和實現(xiàn)過程。從系統(tǒng)應(yīng)用軟件的開發(fā)到最后的調(diào)試與

27、測試都做了一一的講解。本文共分為四部分。</p><p>  第一 緒論,主要介紹了系統(tǒng)的前景;</p><p>  第二 系統(tǒng)總體設(shè)計,主要介紹系統(tǒng)的各個模塊;</p><p>  第三 系統(tǒng)軟件設(shè)計,包括430單片機(jī)的C語言編程和 G 語言實現(xiàn)的多功能LabVIEW 顯示界面; </p><p>  第四 系統(tǒng)調(diào)試及改進(jìn),與本小組成員合作

28、,軟硬件聯(lián)合調(diào)試,發(fā)現(xiàn)不足,完善系統(tǒng)設(shè)計,在得到最精確的結(jié)果之下與科學(xué)結(jié)論作比較,分析結(jié)論,使系統(tǒng)更具有可行性;</p><p>  第五 總結(jié),總結(jié)一學(xué)期來所付出的的辛勞和所收獲的成果,同時總結(jié)工作期間值得保持和改進(jìn)的地方,為今后的工作做好基礎(chǔ)。</p><p><b>  2系統(tǒng)總體設(shè)計</b></p><p>  系統(tǒng)軟件設(shè)計分為下位機(jī)(

29、MSP430)和上位機(jī)(LABVIEW開發(fā)界面)組成。而其中單片機(jī)要完成CD4051開關(guān)對通道的控制,A/D數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換,串口通信。要實現(xiàn)多通道數(shù)據(jù)采集可以有多種方法,比如通過CD4051于A/D相連,開關(guān)通道切換來實現(xiàn)多通道的數(shù)據(jù)采集,還有一種就是直接A/D來控制通道的選擇,本系統(tǒng)選擇第一種方法,相應(yīng)成本較低;LABVIEW界面則是利用上位機(jī)與下位機(jī)的串口連接來向單片機(jī)讀、寫數(shù)據(jù),以及多樣形式顯示數(shù)據(jù),保存數(shù)據(jù),實時回放,數(shù)據(jù)處理,圖形顯

30、示等。總體如圖1所示。</p><p><b>  圖1 系統(tǒng)框圖</b></p><p>  2.1 MSP430</p><p>  MSP430稱之為混合信號處理器,是由于其針對實際應(yīng)用需求,將多個不同功能的模擬電路、數(shù)字電路模塊和微處理器集成在一個芯片上,以提供“單片機(jī)”解決方案。由于其具有處理能力強(qiáng)、運(yùn)算速度快、超低功耗、片內(nèi)資源豐富

31、、方便高效的開發(fā)環(huán)境等,所以非常適合用來研究足底壓力測量系統(tǒng)。MSP430編寫界面和下載編譯界面分別如圖2和圖3所示。</p><p>  圖2 MSP430編寫界面</p><p>  圖3 MSP430下載編譯界面</p><p>  2.2 多路開關(guān)(CD4051)通道選擇</p><p>  CD4051是一個單刀八擲開關(guān),3位地址碼

32、ABC決定了開關(guān)接通哪一通道。INH是禁止端,當(dāng)“INH”=1時,各通道均不接通。VEE是CD4051的另外一個電源端,以作為電平位移時使用,這種多路開關(guān)可傳輸峰-峰值達(dá)15V的交流信號。例如,若模擬開關(guān)的供電電源VDD=+5V,VSS=0V,當(dāng)VEE=-5V時,只要對此模擬開關(guān)施加0~5V的數(shù)字控制信號,就可控制幅度范圍為-5V~5V的模擬信號。使用十六進(jìn)制代碼就可以對CD4051進(jìn)行操作了。比如說P1=0X07,這樣CD4051就選

33、擇的是7號(二進(jìn)制111)通道了。</p><p>  CD4051輸入狀態(tài)、接通狀態(tài)的真值表以及引腳圖分別如表1和圖4所示。</p><p>  表1 CD4051真值表</p><p>  圖4 CD4051引腳圖</p><p>  2.3 A/D數(shù)據(jù)采集與轉(zhuǎn)換</p><p>  本課題采用A/D數(shù)據(jù)采集和轉(zhuǎn)換

34、與CD4051結(jié)合的方法,先通過選通一條通道來實行對數(shù)據(jù)的采集。要想實現(xiàn)多通道的數(shù)據(jù)采集則要控制開關(guān)的選取。MSP430單片機(jī)中具有一個12位A/D轉(zhuǎn)換模塊,高速度,通用性等是其所具有的特點(diǎn)。其特性如下[15]:</p><p> ?。?)固定12位轉(zhuǎn)換;</p><p> ?。?)固定12位轉(zhuǎn)換;</p><p> ?。?)片內(nèi)參考電壓1.5V也可以選擇外部參考電

35、壓;</p><p>  (4)可以選擇采樣周期,并且具有采樣保持功能;</p><p> ?。?)具有Timer功能;</p><p> ?。?)8個輸入輸出通道;</p><p>  (7)內(nèi)部通道:VCC,溫度檢測等;</p><p> ?。?)可以自己選擇時鐘源;</p><p> ?。?/p>

36、9)可以單獨(dú)關(guān)閉參考電壓和ADC內(nèi)核;</p><p> ?。?0)具有自動存儲結(jié)果的轉(zhuǎn)換寄存器。</p><p>  其具體實現(xiàn)需軟件配置如下:</p><p>  A、ADC12CTL0 表示控制寄存器 0 </p><p>  以下是部分寄存器單元說明:</p><p>  ADC12SC采集/轉(zhuǎn)換控制位在各個條

37、件下的差異。</p><p>  ENC=1表示轉(zhuǎn)換允許(必須使用);ISSH=0表示采要輸入信號為同相輸入(推薦使</p><p>  用);想要采樣信號SAMPCON來源于采樣定時器必須使SHP=1表示;若SHP=0則表示采樣直接由ADC12SC來控制。但是在使用ADC12SC時,需注意以上表格信號的匹配。想使用一條指令來完成ADC12SC與ENC的設(shè)置就必須用軟件啟動一次AD轉(zhuǎn)換,。

38、</p><p>  ADC12CTL0 |= ADC12SC; // 啟動轉(zhuǎn)換 </p><p> ?。?)ENC 轉(zhuǎn)換允許位</p><p>  0 ADC12為初始狀態(tài),不具有啟動AD轉(zhuǎn)換的功能</p><p>  1 只有在該位為高電平時并且首次轉(zhuǎn)換由SAMPCON上升沿啟動,才能用軟件或外部信號啟動轉(zhuǎn)換。

39、同時在不同轉(zhuǎn)換模式,ENC高低電平轉(zhuǎn)換的影響不同:</p><p>  ADC12CTL0 |= ENC; // 允許轉(zhuǎn)換</p><p>  (3)ADC12TVIE 轉(zhuǎn)換時間溢出中斷允許位</p><p>  0 沒發(fā)生轉(zhuǎn)換時間溢出</p><p>  1 發(fā)生轉(zhuǎn)換時間溢出。在發(fā)生一次采樣請求時原轉(zhuǎn)換還沒有完

40、成時,則會發(fā)生轉(zhuǎn)換時間溢出。如果允許中斷,則會發(fā)生中斷請求。</p><p>  (4)ADC12OVIE 溢出中斷允許位</p><p><b>  0 沒有發(fā)生溢出</b></p><p><b>  1 發(fā)生溢出</b></p><p>  當(dāng)ADC12MEMx在發(fā)生一次采樣請求時原轉(zhuǎn)換還沒有

41、完成時則會發(fā)生溢出。并且在相應(yīng)的中斷允許下,會發(fā)生中斷請求。</p><p> ?。?)ADC12ON ADC12內(nèi)核控制位</p><p>  0 關(guān)閉ADC12內(nèi)核</p><p>  1 打開ADC12內(nèi)核</p><p>  ADC12CTL0 = ADC12ON+MSC+SHT0_8;

42、 </p><p> ?。?)REFON 參考電壓控制位</p><p>  0 內(nèi)部參考電壓發(fā)生器關(guān)閉</p><p>  1內(nèi)部參考電壓發(fā)生器打開</p><p> ?。?)2.5V 內(nèi)部參考電壓的電壓值選擇位</p><p>  0 內(nèi)部參考電壓(1.5V)</p>

43、<p>  1 內(nèi)部參考電壓(2.5V)</p><p>  MSC 多次采樣/轉(zhuǎn)換位</p><p>  (9)SHT1,SHT0 采集保持定時器1,采樣保持定時器0</p><p>  這是定義了每通道轉(zhuǎn)換結(jié)果中的轉(zhuǎn)換時序與采樣時鐘ADC12CLK的關(guān)系。采樣周期是ADC12CLK周期的整4倍,則:</p><p>  Ts

44、ample = 4 x Tadc12clk x N</p><p>  SHT1,SHT0采樣保持定時器1,采樣保持定時器0的分頻因子</p><p>  B、ADC12CTL1 ADC12 控制寄存器 1</p><p> ?。?)SHS 采樣觸發(fā)輸入源選擇位</p><p><b>  0 ADC12SC</b>&l

45、t;/p><p>  1 Timer_A.OUT1</p><p>  2 Timer_B.OUT0</p><p>  3 Timer_B.OUT1</p><p> ?。?)SHP 采樣信號(SAMPCON)選擇控制位</p><p>  0 SAMPCON源自采樣觸發(fā)輸入信號</p><p>

46、  1 SAMPCON源自采樣定時器,由采樣輸入信號的上升沿觸發(fā)采樣定時器</p><p>  (3)ISSH 采樣輸入信號方向控制位</p><p>  0 采樣輸入信號為同向輸入</p><p>  1 采樣輸入信號為反向輸入</p><p> ?。?)ADC12DIV ADC12時鐘源分頻因子選擇位,分頻因子為3位二進(jìn)制數(shù)加1</

47、p><p>  (5)ADC12SEL ADC12內(nèi)核時鐘源選擇</p><p>  0 ADC12內(nèi)部時鐘源:ADC12OSC</p><p><b>  1 ACLK</b></p><p><b>  2 MCLK</b></p><p><b>  3 SMCL

48、K</b></p><p>  (6)CONSEQ 轉(zhuǎn)換模式選擇位</p><p>  0 單通道單次轉(zhuǎn)換模式</p><p>  1 序列通道單次轉(zhuǎn)換模式</p><p>  2 單通道多次轉(zhuǎn)換模式</p><p>  3 序列通道多次轉(zhuǎn)換模式</p><p>  ADC12CTL

49、1 = SHP+CONSEQ_2; // 單通道重復(fù)采樣模式 </p><p> ?。?)ADC12BUSY ADC12忙標(biāo)志位</p><p>  0 表示沒有活動的操作</p><p>  1 表示ADC12正處于采樣期間、轉(zhuǎn)換期間或序列轉(zhuǎn)換期間。</p><p>  ADC12BUSY 只用于單通道單次轉(zhuǎn)換模式,如果ENC

50、復(fù)位,則轉(zhuǎn)換立即停止,轉(zhuǎn)換結(jié)果不可靠,需要在使ENC=0之前,測試ADC12BUSY位以確定是否為0。在其它轉(zhuǎn)換模式下此位是無效的。</p><p>  C、ADC12MEM0-ADC12MEM15 轉(zhuǎn)換存儲器。這16位寄存器是用來存儲AD轉(zhuǎn)換結(jié)果,只用其中低12位,高4位在讀出時為0。</p><p>  D、ADC12MCTLx轉(zhuǎn)換存儲器控制寄存器。</p><p&

51、gt;  ADC12MCTL0 = INCH_0; // 參考電壓 ref+=AVcc, 輸入通</p><p><b>  道選擇為 A0 </b></p><p>  E、ADC12IFG中斷標(biāo)志寄存器。</p><p>  F、ADC12IE中斷使能寄存器。</p><p>  ADC

52、12IE = 0x01; // A0通道開中斷 ADC12IFG.0</p><p>  G、ADC12IV中斷向量寄存器。 </p><p><b>  2.4串口設(shè)計</b></p><p>  A、UxCTL控制寄存器</p><p> ?。?)PENA 校驗允許位</p

53、><p><b>  0 校驗禁止</b></p><p><b>  1 校驗允許</b></p><p>  (2)PEV 奇偶校驗位,該位在校驗允許時有效</p><p><b>  0 奇校驗</b></p><p><b>  1 偶校驗

54、</b></p><p>  (3)SPB 停止位選擇.決定發(fā)送的停止位數(shù),但接收時接收器只檢測1位停止位.</p><p><b>  0 1位停止位</b></p><p><b>  1 2位停止位</b></p><p> ?。?)CHAR 字符長度</p><

55、;p><b>  0 7位</b></p><p><b>  1 8位</b></p><p>  UCTL0 |= CHAR; // 8 位字符格式 </p><p>  (5)LISTEN 反饋選擇.選擇是否發(fā)送數(shù)據(jù)由內(nèi)部反饋給接收器</p>&

56、lt;p><b>  0 無反饋</b></p><p>  1 有反饋,發(fā)送信號由內(nèi)部反饋給接收器</p><p> ?。?)SYNC USART模塊的模式選擇</p><p>  0 UART模式[異步]</p><p>  1 SPI模式[同步]</p><p><b>  

57、SWRST 控制位</b></p><p>  接通電源時該位置位,</p><p>  上電時該位置位,此時USART狀態(tài)機(jī)和運(yùn)行標(biāo)志初始化保持在復(fù)位狀態(tài),直到SWRST復(fù)位。換句話說只要系統(tǒng)復(fù)位后,想要USART重新被允許,只有對SWRST進(jìn)行復(fù)位。而接收和發(fā)送允許標(biāo)志URXE和UTXE不會因SWRST改變而更改。SWRST位會使URXIE、UTXIE、URXIFG、RXW

58、AKE、TXWAKE、RXERR、BRK、PE、OE及FE等復(fù)位。在串行口使用設(shè)置時,這一位起重要的作用。先在SWRST=1時設(shè)置,設(shè)置完串口后再設(shè)置SWRST=0,最后根據(jù)有無需要設(shè)置中斷是一次正確的USART模塊初始化。</p><p>  UCTL0 &= ~SWRST; // 初始化 USART狀態(tài)機(jī)</p><p>  

59、B、UxTCTL發(fā)送控制寄存器</p><p> ?。?)SSEL1、SSEL0時鐘源選擇,此兩位確定波特率發(fā)生器的時鐘源</p><p>  0 外部時鐘UCLKI;</p><p>  1 輔助時鐘ACLK</p><p>  2 子系統(tǒng)時鐘SMCLK</p><p>  3 子系統(tǒng)時鐘SMCLK</p>

60、;<p>  UTCTL0 |= SSEL0; // 串口模塊時時鐘 UCLK = </p><p><b>  ACLK </b></p><p> ?。?)URXSE 接收觸發(fā)沿控制位 </p><p>  0 沒有接收觸發(fā)沿檢測</p><p>  1 有接

61、收觸發(fā)沿檢測</p><p> ?。?)TXEPT 發(fā)送器空標(biāo)志,在異步模式與同步模式時是不一樣的。</p><p>  0 正在傳輸數(shù)據(jù)或者發(fā)送緩沖器(UTXBUF)有數(shù)據(jù)</p><p>  1 表示發(fā)送移位寄存器和UTXBUF空或者SWRST=1</p><p>  C、UxBR0波特率選擇寄存器0</p><p&g

62、t;  D、UxBR1波特率選擇寄存器1</p><p>  UBR00 = 0x03; // 設(shè)置波特率控制寄存器 </p><p>  UBR10 = 0x00; // 32k/9600 - 3.41(ACLK) 約為0003H</p><p>&

63、lt;b>  4AH </b></p><p>  E、UxMCTL波特率調(diào)整控制寄存器</p><p>  若波特率發(fā)生器的輸入頻率BRCLK不是所需波特率的整數(shù)倍,帶有一小數(shù),則整數(shù)部分寫UBR寄存器,小數(shù)部分由調(diào)整寄存器UxMCTL的內(nèi)容反映。波特率由以下公式計算:</p><p>  波特率=BRCLK/(UBR+(M7+M6+…M0)/8

64、)</p><p>  UMCTL0 = 0x4A; // 波特率調(diào)整寄存器設(shè)置</p><p>  F、URXBUF接收數(shù)據(jù)緩存</p><p>  G、UTXBUF發(fā)送數(shù)據(jù)緩存</p><p><b>  3系統(tǒng)軟件設(shè)計</b></p><p>

65、<b>  3.1 模塊代碼</b></p><p>  3.1.1多路開關(guān)(CD4051)通道選擇</p><p><b>  代碼如下:</b></p><p>  P1DIR = 0XFF;</p><p>  for(i=0;i<8;i++)</p><p>&

66、lt;b>  {</b></p><p>  P1OUT = cd4051[i]; //INH P1.3 C B A P1.2 P1.1 P1.0</p><p>  P1OUT = 0X0F;</p><p><b>  }</b></p><p>  3.1.2 A/D數(shù)據(jù)采集與轉(zhuǎn)換&l

67、t;/p><p><b>  流程圖如圖5所示:</b></p><p><b>  圖5 A/D轉(zhuǎn)換圖</b></p><p><b>  代碼如下:</b></p><p>  P6SEL = 0x01; // 打開 A

68、0 A/D通道輸入 </p><p>  P6DIR &= 0xFE;</p><p>  ADC12CTL0 = ADC12ON+MSC+SHT0_8; // 開ADC12模塊+采樣信號由 SHI </p><p><b>  僅首次觸發(fā) </b></p><p>  //+采集定時器分頻系數(shù) n=64, &

69、lt;/p><p>  ADC12CTL1 = SHP+CONSEQ_2; // 使用采樣定時器輸出作采集/轉(zhuǎn)換信</p><p><b>  號 SAMPCON</b></p><p>  // 單通道重復(fù)采樣模式 </p><p>  ADC12MCTL0 = INCH_0; //

70、 參考電壓 ref+=AVcc, 輸入通道選</p><p><b>  擇為 A0 </b></p><p>  ADC12IE = 0x01; // A0通道開中斷 ADC12IFG.0 </p><p>  ADC12CTL0 |= ENC;

71、 // 允許轉(zhuǎn)換 </p><p>  ADC12CTL0 |= ADC12SC; // 啟動轉(zhuǎn)換 </p><p>  _BIS_SR(LPM0_bits + GIE); // 進(jìn)入 LPM0 模式, 開總中斷允許 </p><p>  #pragma vector=ADC_VECTOR

72、 //ADC 中斷服務(wù)程序 </p><p>  __interrupt void ADC12ISR (void) </p><p><b>  { </b></p><p>  static unsigned int index = 0; // 中斷服務(wù)程序中的靜態(tài)變量 </p><p&

73、gt;  A0results[index] = ADC12MEM0; // 移動A0結(jié)果往數(shù)組,此操作的同時</p><p>  清除 ADC12FIG.0 </p><p>  index = (index+1)%Num_of_Results; // 增加結(jié)果的索引,取 index 變量的</p><p><b>  模 (余數(shù))&

74、lt;/b></p><p><b>  }</b></p><p><b>  3.1.3串口設(shè)計</b></p><p><b>  流程圖如圖6所示:</b></p><p><b>  圖6 串口通信</b></p><p

75、><b>  代碼如下:</b></p><p>  void USART()</p><p><b>  {</b></p><p>  P3SEL |= 0xC0; //P3.6,7被發(fā)送模塊占用</p><p>  P3DIR |=

76、0x40; //P3.6輸出,P3.7輸入</p><p>  P3SEL |= 0x30; // P3 = USART0 TXD/RXD</p><p>  ME1 |= UTXE0 + URXE0; // 使能USART0 模塊 TXD&

77、lt;/p><p>  UCTL0 |= CHAR; // 8 位字符格式 </p><p>  UTCTL0 |= SSEL0; // 串口模塊時時鐘 UCLK </p><p><b>  = ACLK </b></p><

78、p>  UBR00 = 0x03; // 設(shè)置波特率控制寄存器 </p><p>  UBR10 = 0x00; // 32k/9600 - 3.41(ACLK) 約為0003H 4AH</p><p>  UMCTL0 = 0x4A; //

79、波特率調(diào)整寄存器設(shè)置 </p><p>  UCTL0 &= ~SWRST; // 初始化 USART狀態(tài)機(jī) </p><p>  IE1 |= URXIE0; // 使能 USART0 接收中斷 </p><p><b>  }</b&

80、gt;</p><p><b>  發(fā)送一個字符</b></p><p>  TXBUF0 = num;</p><p>  while((UTCTL0&0X01) == 0); //發(fā)送移位寄存器為空</p><p><b>  發(fā)送字符串</b></

81、p><p>  unsigned int k=0;</p><p><b>  do</b></p><p><b>  {</b></p><p>  send_char(*(str + k));</p><p><b>  k++;</b></p&

82、gt;<p>  }while(k<strlen);</p><p><b>  接收函數(shù)</b></p><p>  if(URXIFG0)</p><p><b>  {</b></p><p>  unsigned char ch;</p><p>

83、  IFG1 &= ~URXIFG0;</p><p>  ch = RXBUF0;</p><p>  if(ch > 159)</p><p><b>  { </b></p><p><b>  num9 = 0;</b></p><p>  UART0_

84、RXBUF0[num9] = ch;</p><p>  check = ch - 160;</p><p><b>  }</b></p><p><b>  else</b></p><p><b>  {</b></p><p><b>

85、  num9++;</b></p><p>  UART0_RXBUF0[num9] = ch;</p><p>  check ^= ch;</p><p>  if((num9 == (10 - 1)) && (!check))</p><p><b>  {</b></p>

86、<p>  TX_Flag = 1;</p><p><b>  }</b></p><p><b>  }</b></p><p><b>  }</b></p><p><b>  }</b></p><p>  3

87、.2 LABVIEW界面設(shè)計</p><p>  3.2.1虛擬軟件 LABVIEW 簡介</p><p>  美國國家儀器公司(National Instruments,NI)于20世紀(jì)70年代中期提出了虛擬儀器的概念。虛擬儀器是在以通用計算機(jī)為核心的硬件平臺上,由用戶設(shè)計定義,具有虛擬面板,測試功能由測試軟件實現(xiàn)的一種計算機(jī)儀器系統(tǒng),是計算機(jī)技術(shù)與儀器技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物,其基礎(chǔ)是計算機(jī)系

88、統(tǒng),核心是軟件技術(shù)。簡而言之,虛擬儀器就是在開放架構(gòu)的基礎(chǔ)上創(chuàng)建用戶自定義的測試系統(tǒng)。虛擬儀器大大突破了傳統(tǒng)儀器在數(shù)據(jù)采集、處理、顯示、存儲等方面的限制,是一個測試和自動化系統(tǒng)的高性能、低成本運(yùn)載平臺。 LabVIEW 是實驗室虛擬儀器工作平臺(Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench)的簡稱,是 NI 推出的一種基于圖形開發(fā)、調(diào)試和運(yùn)行程序的集成化環(huán)境,它使用 G 語言(G

89、raphics Language,圖形化編程語言)實現(xiàn)軟件開發(fā)。一個基于LabVIEW 的系統(tǒng)往往采用層次化結(jié)構(gòu)設(shè)計,可由一個或多個虛擬儀器(簡稱 VI)組成,用戶可以把創(chuàng)建的 VI 程序當(dāng)作子程序調(diào)用,以創(chuàng)建更復(fù)雜的程序。LabVIEW 還擁有龐大的函數(shù)和子程序庫以及特定的應(yīng)</p><p>  LABVIEW具有以下幾個優(yōu)勢。</p><p> ?。?)采用圖形化的編程方法并且具有豐

90、富的圖形控件。</p><p> ?。?)用戶可以同時編寫程序和完成編譯。</p><p> ?。?)能很好利用處理器特別是多處理器的處理能力。</p><p> ?。?)通過DLL、CIN節(jié)點(diǎn)、ActiveX、.NET或MATLAB的腳本節(jié)點(diǎn)等技術(shù),可以輕松實現(xiàn)LABVIEW與其他編程語言混合編程。</p><p> ?。?)能夠方便地發(fā)布

91、EXE、動態(tài)鏈接庫或安裝包。</p><p>  (6)與任何接口都能很好的連接使用。</p><p>  (7)具有龐大的函數(shù)庫用于提供數(shù)據(jù)分析和信號處理。</p><p>  LABVIEW系統(tǒng)流程如圖7所示。</p><p>  圖7 LABVIEW系統(tǒng)流程</p><p>  LABVIEW前面板和開發(fā)界面分別

92、見圖8和圖9所示。</p><p><b>  圖8 前面板</b></p><p><b>  圖9 開發(fā)界面</b></p><p>  3.2.2 串口讀寫數(shù)據(jù)</p><p>  本系統(tǒng)采用的是VISA串口通信的方法。VISA又叫虛擬儀器軟件架構(gòu)是VXIPLUG&PLAY系統(tǒng)聯(lián)盟最重

93、要的成果之一。該系統(tǒng)的出現(xiàn)使用戶在編寫完一套儀器控件程序后能在各種硬件接口上工作,還有VISA能與大多數(shù)儀器總線連接,包括GPIB、USB、串口、PXI、VXI和以太網(wǎng)。</p><p>  VISA函數(shù)選板如圖10所示。</p><p><b>  圖10 函數(shù)選板</b></p><p><b> ?。?)串口初始化</b&

94、gt;</p><p>  串口的參數(shù)配置如圖11所示。波特率為9600,1位停止位,8位數(shù)據(jù)位。</p><p><b>  圖11 參數(shù)配置</b></p><p> ?。?)寫操作。通過函數(shù)“VISA Write”可將LABVIEW界面的數(shù)據(jù)發(fā)送至下位機(jī)。如圖12所示。</p><p><b>  圖1

95、2 寫操作</b></p><p> ?。?)讀操作。通過函數(shù)“VISA READ”可將下位機(jī)數(shù)據(jù)讀取。如圖13所示。</p><p><b>  圖13 讀操作</b></p><p>  當(dāng)點(diǎn)擊“采集數(shù)據(jù)”時,VISA WRITE將寫一個數(shù)據(jù)到單片機(jī),單片機(jī)在接收到指令后,數(shù)據(jù)經(jīng)過多路開關(guān),A/D轉(zhuǎn)換后經(jīng)串口發(fā)送至上位機(jī),讓后

96、由“VISA READ”讀取數(shù)據(jù),然后經(jīng)數(shù)據(jù)處理,圖形顯示等操作最終完成相應(yīng)的要求。流程如圖14所示。</p><p>  圖14 LABVIEW串口流程圖</p><p>  以下圖15,16分別為8路數(shù)據(jù)波形,8路數(shù)據(jù)分離和G語言框圖、數(shù)據(jù)回放G語言實現(xiàn)。</p><p>  圖15 8路數(shù)據(jù)分離和G語言框圖</p><p>  圖16

97、數(shù)據(jù)回放G語言實現(xiàn)</p><p><b>  4系統(tǒng)調(diào)試及改進(jìn)</b></p><p><b>  4.1系統(tǒng)調(diào)試方案</b></p><p>  系統(tǒng)調(diào)試分為三個部分,第一是硬件調(diào)試,第二是軟件調(diào)試,第三是硬件和軟件結(jié)合調(diào)試。為了更準(zhǔn)確的得到測量數(shù)據(jù),我們將對硬件,軟件每個部分一一的檢查,在都無誤的情況下在實行軟硬件聯(lián)

98、調(diào),最終得到完整的測量系統(tǒng)。</p><p> ?。?)硬件調(diào)試,首先看開發(fā)板焊接的整體情況,是否部分電阻,電容漏接或存在焊接不牢固以及結(jié)合開發(fā)板原理圖檢查元器件是否焊接錯誤。在檢查無誤的情況下在分布檢查各部分的情況,如傳感器的靈敏性,柔韌性,耐腐性,導(dǎo)熱性以及可操作性,其次是傳感器的前置放大電路檢查,用萬用表和示波器等檢查是否能將微弱電荷轉(zhuǎn)換成電壓信號并放大。對于濾波,A/D前后數(shù)據(jù)是否變化都應(yīng)一一檢測。<

99、;/p><p> ?。?)軟件調(diào)試,通過分塊編寫代碼,立即調(diào)試的方法,如8路開關(guān)CD4051,編寫單通道選擇時可以外接1.5V的電源來檢測通道的選擇是否正確以及通道切換是否及時準(zhǔn)確。而A/D轉(zhuǎn)換,也可以外接信號源檢驗代碼編寫是否完整,對于串口編寫和發(fā)送比較麻煩,可以先以一串字符為信號來發(fā)送,在準(zhǔn)確無誤后在接通開關(guān),A/D轉(zhuǎn)換。</p><p>  對于LABVIEW我們可以選擇從簡單到復(fù)雜的方

100、法來實現(xiàn),由于剛接觸LABVIEW,所以可以從簡單的入門開始,先編寫一路簡單數(shù)據(jù)的顯示,然后分析其可行性,再發(fā)展到多路復(fù)雜的同時顯示界面等功能。</p><p> ?。?)軟硬件聯(lián)調(diào),在以往所做過的項目中,這一塊是最重要也是最麻煩的事。所以我們必須戒急戒躁,出現(xiàn)問題是軟硬件單獨(dú)檢測,盡量不要修改硬件方面,可以從軟件下手,適當(dāng)?shù)馗膶懗绦?,變動?shù)據(jù),這樣會比該硬件方便的多。</p><p> 

101、?。?)為了得到更精確的實驗數(shù)據(jù),所以我們會采取多組實驗數(shù)據(jù)來進(jìn)行對比,同時發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的不足并及時的改進(jìn),以獲取更精確的LABVIEW實時顯示。</p><p>  4.2 系統(tǒng)測試方案設(shè)計及其結(jié)果討論</p><p>  4.2.1 方案設(shè)計</p><p>  人體解剖學(xué)中將人腳分為多個區(qū)域正如圖17所示,可以把傳感器粘貼放在鞋墊上,人穿上鞋或走或跑來測量不同狀

102、態(tài)下的數(shù)據(jù),由于是八路數(shù)據(jù),所以只要監(jiān)測其中的任意八路。數(shù)據(jù)可以通過串口發(fā)送LABVIEW。運(yùn)動可以分為步行和跑步兩種狀態(tài),每一組均為靜息-運(yùn)動-靜息-運(yùn)動,并且每一階段都為5分鐘。假設(shè)行走頻率為1HZ,跑步為2HZ。靜吸時要求平靜呼吸,每次10分鐘。</p><p>  圖17 足底解剖區(qū)域圖和傳感器分布圖</p><p>  4.2.2 結(jié)果討論</p><p>

103、;  首先感到歉意的是本次系統(tǒng)設(shè)計沒有達(dá)到預(yù)期的要求。在做完我會做的一切時我認(rèn)真的反思了這一段時間自己的態(tài)度,對本課題的重視程度。想想,并沒有百分之百的重視,本系統(tǒng)軟件部分只涉及到430和LABVIEW兩部分。盡管在大學(xué)期間,430和LABVIEW并沒有作為必學(xué)課程,但是我認(rèn)為只要花足夠的時間還是能克服這樣的困難的;其次,之所以沒有達(dá)到效果,是由于沒有與同組硬件同學(xué)多交流,導(dǎo)致硬件與軟件很多地方不協(xié)調(diào);最后,也是最嚴(yán)重的是知識薄弱,對4

104、30和LABVIEW很多基本的東西都不會,直接導(dǎo)致LABVIEW部分結(jié)果失敗。但是,總體來說我也是有收獲的,至少汗水是撒了,我也對最后結(jié)果做了預(yù)測,由于在人走路時腳的各個部位受力不同所以產(chǎn)生的圖應(yīng)該不同,但是隨著著力點(diǎn)受人體壓力的增大而由零增到最大,跑步時的足底壓力產(chǎn)生頻率大于步行時的頻率,其壓力的極值也有所不同。在此希望我的付出在今后能給學(xué)弟妹們一點(diǎn)點(diǎn)啟發(fā)。</p><p><b>  總 結(jié)<

105、/b></p><p>  最初本課題的主要任務(wù)是要實現(xiàn)以MSP430單片機(jī)和LABVIEW為開發(fā)平臺,采用PVDF 壓電薄膜傳感器采集足底壓力信號,經(jīng)過轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)處理,實現(xiàn)足底壓力數(shù)據(jù)的顯示、分析和線圖繪制。并驗證系統(tǒng)的可行性和可靠性。但是由于多種原因并沒有出色的完成所有的任務(wù)。在LABVIEW這一塊還需要更多的努力,不過感到慶幸的是出色的完成了430部分的要求,再次希望我在本課題上的努力能給學(xué)弟妹們一些

106、啟發(fā)。</p><p><b>  致 謝</b></p><p>  回想起大四下學(xué)期這幾個月的時間里,酸甜苦辣樣樣都有,首先,要感謝的是我的導(dǎo)師,是她建議我選擇的這個課題,盡管最后完成的不是太好,沒有達(dá)到她的和我自己的最初要求,但是,我成長了,我充實了,從430單片機(jī)到LABVIEW軟件開發(fā),沒有一樣是我在大學(xué)上課時學(xué)的,然而就這樣我憑著老師的教導(dǎo),自己的努力,

107、一步一步的走向成功。讓我知道了自己的不足,自己的優(yōu)勢,以至于更好的走出校門,找到理想的工作。感謝她,讓我有如此的高度。</p><p>  其次要感謝的是蔣明,作為我的同學(xué),學(xué)友兼女朋友,是她一直陪著我,在我被差一個學(xué)分,考駕照,找工作,做畢業(yè)設(shè)計苦惱時,是她的悉心教導(dǎo),讓我每次心里煩躁的時候都能變得心平氣和,盡管在專業(yè)上沒能給我什么幫助,但是重要的是生活,精神。感謝她讓我的生活若此豐富多彩。</p>

108、<p>  最后,感謝淮陰工學(xué)院培養(yǎng)了我四年,最后讓我有這一次機(jī)會表現(xiàn)自己,證實自己。</p><p><b>  參 考 文 獻(xiàn)</b></p><p>  1 Nurse MA,N.B. The effect of changes in foot sensation on plantar pressure and muscl

109、e activity. Clin Biomech, 2001(16):719-727. </p><p>  2 王蘭美.人體足底壓力分布研究與應(yīng)用.機(jī)械制造與自動2005.34(1):35-38</p><p>  3 王軍,徐新智,劉亞平等.動態(tài)足底壓應(yīng)力測試分析及骨科臨床應(yīng)用.醫(yī)用生物力學(xué),1997,12(3):170-174. </p><p>  4 李建

110、設(shè),王立平.足底壓力測量技術(shù)在生物力學(xué)研究中的應(yīng)用與進(jìn)展.北京體育大學(xué)學(xué)報, 2005,28(2):191-193. </p><p>  5 伍勰.健康老年人常數(shù)行走的步態(tài)分析.上海體育學(xué)院學(xué)報, 2002(5):52~55. </p><p>  6 梁成軍.足底壓力測量在步態(tài)分析及病理足評估中的應(yīng)用.中國組織工程研究與臨床康復(fù), 2007,11(40):8149-8152. <

111、;/p><p>  7 王立平,李建設(shè).足底壓力測量技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與應(yīng)用研究.浙江體育科學(xué),2004,26(1):40-43.</p><p>  8 張偉.足底壓力分析在足部疾病中的應(yīng)用.中國矯形外殼雜志,1998,5(3):257-258. </p><p>  9 王美蘭,王健.鞋墊式足底壓力測量系統(tǒng)中壓電式力傳感器的設(shè)計.山東理工大學(xué)學(xué)報.2007,21(5):

112、24-27. </p><p>  10 Marco Benocci, Laura Rocchi, Elisabetta Farella, etal. A Wireless System for Gait and Posture Analysis Based on pressure Inshoes and Inertial Measurement Units. 3rd Internationa

113、l Conference on Pervasive Computing Technologies for Healthcare, </p><p>  2009:1-6. </p><p>  11 http://www.tekscan.com/medical/system-fscan1.html </p><p>  12 http://www.medilog

114、ic.com/ </p><p>  13 Brigit De Wit, Dirk De Clereq, Peter Aerts. Biomechanical analysis of the stance phase during barefoot and shod running[J]. Journal of Biomechanics, 2000(33): 269-27

115、8. </p><p>  14 楊樂平,李海濤,楊磊. LabVIEW 程序設(shè)計與應(yīng)用(第 2 版) 北京:電子工業(yè)出版社,2005.</p><p>  15 MSP43014X系列單片機(jī)寄存器手冊</p><p>  16 Jeffrey Travis,Jim Kring. LabVIEW 大學(xué)使用教程.喬瑞萍,譯, 北京:電子工業(yè)出版社, 2008.&l

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