键盘接口 - 基于XMEGA128的便携式电解质分析仪设计

　　为便于用户使用，该系统共36个按键，其中有26个英文字母按键、4个快速功能按键、4个方向按键以及确定和取消按键，这些按键制作成6x6的薄膜开关按键。所有按键均有CH452器件控制，这样可降低主处理器的工作负担，大大简化了软件编写程序。CH452内置64键键盘控制器，基于8x8矩阵键盘扫描;内置按键状态输入的下拉电阻;内置去抖动电路;键盘中断，可以选择低电平有效输出或者低电平脉冲输出;提供按键释放标志位，可供查询按键按下与释放;支持按键唤醒，处于低功耗节电状态中的CH452可以被部分按键唤醒。

　　图3为基于CH452的键盘接口电路。为了防止按键被按下后，CH452的SEG信号线与DIG信号线形成短路，在CH452的DIG0～DIG5引脚与键盘矩阵之间串联有限流电阻，图3中R40～R46，其阻值为10 kΩ。CH452采用4线制与主处理器ATxmegal28A1链接，占用主处理器1个中断接口和l组SPI接口。

　　2.3 USB通讯接口

　　为便于仪器现场使用方便，该系统设计了对外信息输送的USB接口，可使仪器便捷地与各类存储器及电脑连接。其中，USB接口控制器采用CH357器件。CH357支持USB-HOST主机方式和USBDEVICE/SLAVE设备方式。在本地端CH375具有8位数据总线和读、写、片选控制线以及中断输出，可方便地挂接到ATXMEGAl28Al微控制器的系统总线上。图4为CH375与主控制器的连接电路，CH375的TXD引脚直接接地，从而使CH375工作于并口方式。电容C1201用于CH375内部电源节点退耦，采用0.01μF的高频瓷片电容，可提高接口的EMI要求。电容C47和C1202用于外部电源退耦，采用0.1μF的高频瓷片电容。晶体X11、电容C1203和C1204用于CH375的时钟振荡电路。USB-HOST主机方式要求时钟频率比较准确，X11的频率是12 MHz±0.4‰，C1203和C1204是容量约为15 pF的独石电容。LEDl为数据传送指示灯，用户可以直观观察数据传送状态。

　　3 系统软件设计

　　该系统软件开发采用ATMEL公司提供的AVRStudio开发环境，并在该开发环境中内嵌了支持C语言的GCC。分析仪软件全部采用C语言编写，这样开发周期缩短，维护便捷。该系统软件设计采用层次化模块化结构设计，共分为两个层次，第l层是按照硬件各个功能模块编写相应的驱动和接口程序，包括液晶显示、打印机、按键处理、步进电机、A/D采集转换、系统时钟、检测和电源管理等模块;第2层是在第1层的基础上按照使用功能编写的应用程序模块，有主菜单、样本分析、质控分析、质控统计、系统设定、系统校准、电极清洗、数据储存及查询和系统自检等模块。图5中给出系统整体软件设计流程。

　　4 结论

　　该设计的便携式电解质分析仪已经完成样机制作，并进行相关测试。测试结果表明，由于采用先进的Xmega微控制器为核心，系统整体功耗较低，使用36 V10Ah的锂电池供电可以连续工作8小时左右。样机已经通过了GE认证的电磁兼容测试，表明该仪器有较好的抗干扰能力。由此可见，所设计的便携式电解质分析仪完全适应野外工作的需求。