智能運動手環(huán)設(shè)計

緒論1.1課題背景及其意義

近幾年，隨著社會的不斷發(fā)展，人們?nèi)罕姷纳钏皆絹碓胶?，大家也越來越關(guān)注健康問題。計步器是一種便攜式反映人體狀況的儀器，通過計算行走的步數(shù)和所消耗的能量，很有效反映人體健康的狀態(tài)，所以受到了很多人的喜愛和歡迎。便攜式手戴電子計步器是符合大眾需求，有兩大特點：使用簡單，攜帶方便。

計步器目前是市面上比較受大眾認可的衡量健康標準的儀器，它可以通過每天的指標數(shù)值，體現(xiàn)健康的狀態(tài)。剛開始的計步器設(shè)計是通過擺錘原理來實現(xiàn)計步功能的，隨著科技與時代不斷進步，電子感應(yīng)與加速計技術(shù)出現(xiàn)，取代了以前的技術(shù)，因此電子計步器隨之而來。電子計數(shù)器，振動傳感器是目前電子計步器比較重要的兩大組成部分。計步器主要通過人體重心的移動完成計步功能。人體結(jié)構(gòu)重心變化主要集中在腰部位置，計步器放在腰部比較好。所謂振動傳感器，是檢測對象在運動過程中的振動，來推測位移變換的傳感器，比較適合在計步器上使用。加速度計常用做感受震動的變化，因此是計步器不可或缺的一部分。加速度計原理是這樣闡述的：將一塊磁鐵密封在一截塑料管當中，塑料管的表面纏著一層銅質(zhì)線圈，當管子運動時，磁鐵相對于塑料管和線圈會朝反方向運動，根據(jù)電磁感應(yīng)原理，閉合的導(dǎo)電線圈中會有感應(yīng)電流產(chǎn)生。實際上，人在正常的行走時，其加速度的變化趨勢與正弦波形非常接近，所以導(dǎo)電線圈中的感應(yīng)電流也是接近正弦波的，然后由正弦波的頻率能夠推算出用戶的運動速度，以及運動時的步數(shù)、距離等信息。心率就是指一般人心臟在安靜狀態(tài)下每分鐘跳動的次數(shù)，因為年齡或則性別等因素，存在著差異性。這是檢驗人體健康標準的一大指標，也是本次設(shè)計較為突出的一大重點。心率的正常值是與年齡相關(guān)的，成年人的正常值范圍為60次/min到100次/min，大部分人的心率在60次/min到80次/min之間，男性的心率和女性相比，要相對慢些；嬰幼兒則比老年人的心率要快很多。心率如果超出正常值，過快的話，一般稱為竇動性心率過速（一般在成人心率超過100次/分種）。一般都是運動、興奮、激動、吸煙、飲酒和喝濃茶后引起的現(xiàn)象。藥物或生病也可能導(dǎo)致該現(xiàn)象的發(fā)生，比如在感冒發(fā)燒時，服用的一些激素類藥物會引起心率過快。陣發(fā)性心動過速是指心率速度達到了160～220次/min，這種情況是非常危險的，需要隨時關(guān)注并準備就醫(yī)。竇性心動過緩是指當心率低于60次/min。常見于運動員身體狀況下還有就是從事重勞動體力工作者；病變也可能導(dǎo)致此類癥狀的出現(xiàn)。如果說心率低于40次/分種，應(yīng)該考慮是否有房室傳導(dǎo)阻滯。因為這個大環(huán)境的發(fā)展格局下，想設(shè)計一款集合計步功能和心率檢測功能于一身的智能運動手環(huán)。1.2

國內(nèi)外的研究狀況

過去幾年時間里，全球的醫(yī)療技術(shù)和現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，貿(mào)易全球化。隨著我國的“一帶一路”政策響應(yīng)，各國相互交流共同進步，醫(yī)療器械領(lǐng)域得到了快速的發(fā)展，國民經(jīng)濟也得到了不斷的提高，乃至大幅度增長。醫(yī)療器械產(chǎn)業(yè)就時代發(fā)展而言算是比較重要的，作為一個高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，其涉及的領(lǐng)域越來越廣，不僅僅是帶動技術(shù)革新，人才培養(yǎng)，為人類長遠的發(fā)展在不斷前進。但目前我國在次領(lǐng)域的發(fā)展和其他發(fā)達的國家相比，技術(shù)不夠成熟，產(chǎn)業(yè)不夠完善，競爭力較弱，相對的基礎(chǔ)建設(shè)比較落，核心技術(shù)掌握的不夠成熟，綜合性較差。但是作為一個新型的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，發(fā)展是必要的，也是趨勢所向，“一帶一路”政策的大環(huán)境下，就是希望通力合作，實現(xiàn)共贏的目的，學(xué)術(shù)科技之間交流才能使得進步，這也是很多發(fā)展中國家現(xiàn)在面臨的問題?，F(xiàn)如今更多的高新技術(shù)融合到一起，醫(yī)療器械領(lǐng)域得到了飛速的發(fā)展，創(chuàng)新領(lǐng)域也不斷提高，新型的醫(yī)療器械也是接踵而至。受限于我國的科技及工業(yè)發(fā)展水平，各方面的設(shè)施還不夠完善，再加上理論創(chuàng)新的發(fā)展程度不夠，我國的醫(yī)療器械整體水平和歐美等工業(yè)強國相比，還存在著較大的差距和不足。這些年國家提出“雙創(chuàng)”戰(zhàn)略，提出要發(fā)展創(chuàng)新型國家，非常重視企業(yè)創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。同時醫(yī)療體制改革也在不斷的深入，正是醫(yī)療器械發(fā)展的黃金時期。而且醫(yī)療器械是整個醫(yī)療健康領(lǐng)域的基礎(chǔ)，是衡量國家科技水平和醫(yī)療水平的一項重要尺度。計步器的概念是由意大利人的著名發(fā)明家倫納德·達芬奇在1517年提出的，目前保存的第一臺計步器是1667年制造生產(chǎn)的。雖然計步器問世很早，但是在之后的很多年并沒有引起人們的重視，而逐漸被大家遺忘。目前高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，智能化不斷提高，被人廣泛的認可，此時出現(xiàn)一款便攜式智能化運動手環(huán)有著比較好的的市場前景。1.3本文的主要研究內(nèi)容及論文結(jié)構(gòu)安排第1章主要介紹設(shè)計的背景和國內(nèi)外的現(xiàn)狀環(huán)境；第2章主要選擇合適的設(shè)計方案；第3章主要介紹硬件的設(shè)計方案；第4章主要介紹軟件的設(shè)計方案；第5章主要介紹整體調(diào)試和運行的結(jié)果。

第二章方案的設(shè)計與論證2.1控制方案的確定本設(shè)計由MSP430F149單片機核心電路+重力加速度傳感器ADXL345電路+指示燈電路+心率傳感器電路+LCD1602液晶顯示電路組成。

2.2控制方式的選擇2.2.1單片機芯片的選擇方案一選取復(fù)雜可編程邏輯元件CPLD作為計步器的控制器，CPLD最典型的特點是接口豐富、使用簡單，不僅需要的外圍電路簡單，而且本身編程使用硬件描述語言進行編程，更加的底層，貼近于硬件本身，可以更好的起到控制目的。此外，CPLD本身還具備資源多、體積小、穩(wěn)定性高、易擴展等特點。在許多大規(guī)模的系統(tǒng)中常常和DSP、或者FPGA等控制器結(jié)合起來，實現(xiàn)整個系統(tǒng)的高效控制。但由于本設(shè)計系統(tǒng)不需要復(fù)雜的功能，對數(shù)據(jù)運行處理要求也不高。且考慮到設(shè)計的成本，此方案舍棄。方案二選擇ST公司的STC89C52單片機作為主控制器，STC89S52主要是低功耗、高性能器件，具有良好的存儲功能。該單片機價格低，功能比較全面，功耗小，但它是個8位存儲器，不能達到實現(xiàn)本次設(shè)計的需求，故而因此放棄。方案三MSP430單片機是一款超低功耗的16位器件，功能性比較豐富，模電數(shù)電集中到一個芯片上，可以較好地解決很多問題，實用性比較強。MSP430F149是該系列應(yīng)用較為廣泛的一款控制芯片，該芯片運行在16位系統(tǒng)、支持精簡指令集、超低功耗的混合型單片機，具有高可靠性、低功耗、易擴展、體積小、性價比高、電路簡單等優(yōu)勢，在精密儀器上被廣泛應(yīng)用，以及很多智能化產(chǎn)品中，提高產(chǎn)品質(zhì)量，提升經(jīng)濟價值，已成為眾多單片機系列中一顆耀眼的新星。所以選擇方案三。2.2.2顯示方案的選擇方案一LED數(shù)碼管，這種數(shù)碼管的最大優(yōu)勢是價格較低，性能穩(wěn)定，可以非常簡便的和單片機相連。主要是用于數(shù)字顯示上，實用性較高。但是數(shù)碼管顯示的數(shù)字有限，本次設(shè)計涉及數(shù)字較多，因此達不到設(shè)計的要求，此方案放棄。方案二點陣式數(shù)碼管顯示，點陣式數(shù)碼管是由發(fā)光二極管構(gòu)成的，既可以顯示數(shù)字，也能顯示文字等信息，這種數(shù)碼管的價格相對較高，用在本方案中的話，性能過剩，且成本較高，因此，本方案也不適宜。方案三選擇LCD液晶顯示，常和單片機配合使用，他可以顯示大量的數(shù)據(jù)，文字等等，顯示的位數(shù)也比較多，外觀較好，清晰，并且它的程序編寫起來比較簡單。經(jīng)濟方面價格也比較低廉，其中1602是其比較有特色的一款，很適用于本次設(shè)計，綜合下來選擇此方案。故選擇方案三。2.2.3傾角傳感器的選擇方案一選用陀螺儀來檢測位置的信息，功能比較強，精度準確，穩(wěn)定性強，但是此器件精度要求高，控制起來較為復(fù)雜，不適用于本次設(shè)計。方案二：選用ADI公司的傾角傳感器ADXL345模塊來檢測位置的信息，ADXL345功能比較全面，有很多存儲空間，其成本預(yù)算較低，便于控制。因此選擇方案二。2.2.4心率監(jiān)測模塊選擇方案一選用壓力傳感器收集心率數(shù)據(jù)，但其抗干擾能力較差，會對設(shè)計測量產(chǎn)生偏差，且測量的難度相對較大，很難達到本次設(shè)計的預(yù)期目的，所以排除此方案。方案二選用紅外模塊采集心率信號，此模塊對管心率信號采集較為穩(wěn)定，其抗干擾能力較強，測量的數(shù)值比較準確，波形穩(wěn)定，相對于本次設(shè)計是一個很好的選擇。故選擇方案二。

系統(tǒng)總體設(shè)計3.1系統(tǒng)的功能分析本設(shè)計由MSP430F149單片機核心電路+重力加速度傳感器ADXL345電路+指示燈電路+心率傳感器電路+LCD1602液晶顯示電路組成。1、通過重力加速度傳感器ADXL345檢測人的狀態(tài)，通過黃色LED燈指示人體狀態(tài)，計算出步數(shù)液晶LCD1602液晶上顯示。2、通過心率傳感器檢測心率，并將心率值在液晶LCD1602上實時顯示。3.2系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)經(jīng)過綜合的評估，考慮到設(shè)計的復(fù)雜程度，大致把系統(tǒng)分為幾個功能模塊：核心控制模塊；指示燈模塊；傾角傳感器模塊；心率傳感器模塊；顯示電路模塊，通過幾大模塊完成心率檢測和計步的功能，本系統(tǒng)具體框圖如圖3.2所示：圖3.2系統(tǒng)原理框圖系統(tǒng)硬件設(shè)計4.1.單片機核心電路模塊設(shè)計運動手環(huán)的控制芯片選用了MSP430F149單片機，該控制芯片的是16位的低功耗的混合處理器，將模擬電路，數(shù)字電路結(jié)合到一塊芯片上，功能較全面，適合很多問題的處理。MSP430F149它是一款混合型單片機且具有很多功能例如低功耗，體積小，靈活多變等等，并且使用方便，價格便宜，運用于很多方面如精密儀器和智能化產(chǎn)品中。它既可以提高產(chǎn)品質(zhì)量也可以實現(xiàn)產(chǎn)品價值，也是單片機系列中一顆亮眼的新星。一、MSP430F149單片機有以下的特點：（1）處理能力強MSP430F149單片機的一大特點是控制指令兼容多種，他所采用用的是較為簡單的指令集，較多的指令集，可以簡化很多模擬指令，大寄存器以及片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器和模擬信號處理模塊實現(xiàn)的運算功能很多，高效的處理方式也是該單片機的一大特點；高效處理指令方式；通過這些顯示了MSP430F149單片機處理能力方面的優(yōu)勢。（2）運算速度快MSP430F149的時鐘信號是利用25MHz的晶體振動產(chǎn)生的，晶振的周期為40ns，也是單個指令的執(zhí)行周期。芯片本身的數(shù)據(jù)處理器是16位的，再加上高速的指令執(zhí)行周期、在進行運算時的效率很高、能力很強，能夠輕松的完成運算任務(wù)。（3）超低功耗MSP430F149單片機的一個重要優(yōu)勢是超低功耗，這個優(yōu)勢不僅可以節(jié)約部分能耗，而且需求的供電電壓也較低，對外圍電路的要求較低，從而簡化電源電路和時鐘電路的設(shè)計。MSP430F149單片機的輸入電壓范圍是1.8~3.6V電壓。當時鐘頻率為1MHz時，芯片電流在200~400uA之間，工作時的能耗很低，而當斷開時鐘信號時，芯片的電流僅0.1uA，待機運行的能耗可以忽略不計。MSP430F149的時鐘電路也別具一格。MSP430F149具有基本時鐘系統(tǒng)和鎖頻環(huán)時鐘系統(tǒng)（DCO數(shù)字振蕩器時鐘系統(tǒng)），兩個相對獨立的時鐘系統(tǒng)。兩個時鐘系統(tǒng)的晶振可以選擇一個，也可以選用兩個不同頻率的晶振。芯片在工作時，CPU和各種功能模塊都離不開時鐘的支持，在實際編寫的程序中，可以自由的設(shè)置時鐘打開及斷開的實際。以達到優(yōu)化系統(tǒng)功耗的目的。各個功能子模塊的工作方式不一樣，其本身的能耗也不一樣。MSP430F149芯片提供了活躍狀態(tài)和開關(guān)不同模塊的低功耗狀態(tài)。芯片的功耗很低，芯片在等待狀態(tài)時，工作電流約為0.7uA，節(jié)電狀態(tài)的電流低至0.1uA。圖4.1.1是MSP430F149單片機的核心接口電路圖。。圖4.1.1MSP430F149單片機核心接口圖MSP430F149單片機核心板的相關(guān)電路見圖4.1.2。圖1.1.2MSP430F149單片機核心板內(nèi)部原理圖MSP430F149單片機實物圖如4.1.3所示。圖1.1.3MSP430F149單片機核心板實物圖4.2LED信號指示燈電路設(shè)計運動手環(huán)的指示燈選擇的是LED燈，其本質(zhì)上是一種特殊的二極管，能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為光能的發(fā)光二極管。發(fā)光二極管和一般的二極管電路特性類似，都具備單向?qū)щ姷奶匦?。在?yīng)用中，需要在二極管回路上串聯(lián)一個限流電阻，達到限流保護LED燈的作用。指示燈電路選用的LED是低電壓導(dǎo)通的，當相應(yīng)的引腳電壓為低時，會點亮LED燈，反之，LED燈不會亮。其具體電路原理圖如圖4.2所示。圖4.2LED燈指示電路原理圖4.3傾角傳感器模塊電路設(shè)計傾角傳感器的作用是檢測目標運動時的傾角變化，以輔助角加速度的計算。本系統(tǒng)選用的傾角傳感器為ADXL345。該傳感器的優(yōu)勢在于體積小，安裝所需空間小，功耗低、精度高、分辨率高、測量范圍廣等。傳感器采用16位二進制補碼方式完成數(shù)據(jù)控制，訪問起來較為容易。ADXL345常用于移動設(shè)備上。它可以通過傾斜感受重力加速的的變化，并測量目標在運動過程中，任意狀態(tài)、任意時刻的加速度。傳感器本身的高分辨率，能夠檢測到非常細微的傾角變動。該型號傳感器支持豐富的檢測功能。在對傳感器敲擊時，能夠檢測其他角度的振動情況。以及檢測自由落體等運動方式。以上的功能都可獨立運行，不局限于一個管腳。集成式存儲器管理系統(tǒng)也是此傳感器一大亮點，目前正在申請專利，對于存儲數(shù)據(jù)并將主機負荷降到最低實現(xiàn)此器件低功耗的優(yōu)勢特點。低功耗模式對于智能化器件來說很重要，以極低的代價完成重力加速的測量，質(zhì)量經(jīng)濟上都有很大的益處。ADXL345模塊接口圖如圖4.3.1所示。圖4.3.1ADXL345模塊接口圖圖4.3.2是傾角傳感器供電電路圖。U2為直流電壓轉(zhuǎn)換芯片，將輸入的5V直流電轉(zhuǎn)變?yōu)?.3V的直流電輸出，C1、C2和C3、C4分別是一個大電容并上一個小電容的濾波電容。ADXL345的引腳上接了R2、R3兩個電阻，是為了保證輸出電壓的穩(wěn)定。D1是一個發(fā)光二極管，是系統(tǒng)的電源指示燈，R1是限流電阻，配合LED燈選用。圖圖4.3.2ADXL345模塊電路圖ADXL345模塊實物圖如圖4.3.3所示。圖4.3.3ADXL345模塊實物圖4.4脈搏心率傳感器模塊電路設(shè)計脈搏心率傳感器，顧名思義，主要功能是測量用戶的心率脈搏，功能上來講是一款將放大電路和噪聲消除電路結(jié)合的光學(xué)心率傳感器。通過它可以完成對心率檢測相關(guān)的實驗和研究。光電傳感器主要功能就是將脈搏信號轉(zhuǎn)換為電信號，人體將手指放在感應(yīng)盤上，光感傳感器感受，此時二極管會發(fā)光，變向說明感應(yīng)成功，脈搏變化時，血管中的血量改變，會引起穿過血管的光信號強度變化，光信號的變化引起電壓的變化。最終將檢測到的電信號與脈搏信息對應(yīng)，實現(xiàn)脈搏心率的測量。根據(jù)系統(tǒng)的需求，選擇Pulsesensor作為系統(tǒng)的脈搏心率傳感器。下面對此傳感器的接口說明（1）+外接5V（2）-外接GND（3）S輸出接口（0和1）Pulsesensor脈搏心率傳感器模塊接口原理圖如圖4.4.1所示。圖4.4.1脈搏心率傳感器接口原理圖脈搏心率傳感器模塊實物圖如圖4.4.2所示。圖4.4.2脈搏心率傳感器實物圖此脈搏心率傳感器理論上輸出的波形如圖4.4.3所示。圖4.4.3心率脈搏傳感器輸出波形實際運用中，脈搏心率傳感器通過示波器顯示的圖像如圖4.4.4所示。和理論波形一致。圖4.4.4心率脈搏傳感器實際輸出信號波形由此可見，波形并不是標準的方波信號，為了方便單片機檢測心率傳感器的輸出信號，選擇LM393比較器將波形濾波一下，使傳感器輸出信號轉(zhuǎn)換為標準方波信號，更利于單片機采集，保證了信號的穩(wěn)定檢測。通過LM393比較器模塊濾波后的波形圖如圖4.4.5所示。圖4.4.5心率脈搏傳感器經(jīng)比較器濾波后輸出的波形圖LM393比較器模塊對脈搏心率傳感器模塊濾波的電路原理圖如圖4.4.6所示。圖4.4.6心率檢測電路原理圖LM393比較器模塊內(nèi)部原理圖如圖4.4.7所示。R1是分壓電阻作用是把比較器模塊采集到的模擬信息轉(zhuǎn)化為模擬電壓信號，當LM393比較器接收到模擬量信號后，即可與LM393比較器芯片2號引腳所接的電位器分壓后的模擬電壓進行比較，獲得方波信號。C1、C2為濾波電容，C1電容的作用是對電源進行濾波，使得運行中電源電壓穩(wěn)定。C2電容的作用是對模擬信號進行濾波，確保模擬信號輸出的穩(wěn)定性。R2、R3是限流電阻，起到保護作用，來防止LED燈燒壞。R4為上拉電阻，上拉就是使得監(jiān)測的信號保持在一個高電平的位置，并且起到一個限流的作用。保證LM393比較器輸出的高低電平信號在與單片機引腳連接時電平信號的讀取更加穩(wěn)定。圖4.4.7LM393比較器模塊內(nèi)部電路圖LM393比較器模塊實物圖如圖4.4.8所示。圖4.4.8LM393比較器模塊實物圖4.5顯示模塊電路設(shè)計顯示模塊選用了LCD顯示器，其可以顯示字符及字段信息。字段的顯示與LED的性能差不多，相對簡單，只要將信號發(fā)送到相應(yīng)的管腳就可以顯示了，字符顯示是根據(jù)設(shè)計需要顯示該有的字符。本設(shè)計是選用的字符顯示。選擇LCD1602顯示器傳輸信息。與傳統(tǒng)的LED數(shù)碼管顯示器比較起來，它的優(yōu)勢有很多，外形上功能上都占優(yōu)，而且此顯示器不需要添加任何驅(qū)動電路，操作方便，就目前市場上的單片機而言，液晶占據(jù)了很大的地位，是單片機不可或缺的伙伴。LCD1602顯示器可以顯示2行漢字共計16個字。一、LCD1602主要技術(shù)參數(shù)如下：（1）最大顯示容量：32個字符；（2）工作電壓范圍：4.5V～5.5V；（3）額定工作電流：2.0mA（5.0V供電時）；（4）額定工作電壓：5.0V；（5）字符尺寸：2.95×4.35（W×H）mm。二、LCD1602采用標準的14腳，其接口的引腳說明如下：（1）引腳1：VSS。（2）引腳2：5VVDD。（3）引腳3：V0改變顯示對比度。（4）引腳4：RS選擇寄存器，高電平時，為數(shù)據(jù)寄存器，低電平時，為指令寄存器。（5）引腳5：RW讀取選擇，高電平時，執(zhí)行讀操作，低電平時，執(zhí)行寫操作。RS與RW均為低電平時，寫入指令或是顯示地址。RS為低、RW為高，讀取線上信號；RS為高、RW為低時，執(zhí)行數(shù)據(jù)的寫入。（6）引腳6：使能信號，當E端信號檢測到下降沿時，使能液晶模塊。（7）引腳7～14：D0～D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。（8）引腳15～16：空引腳（未連接）三、控制指令說明LCD1602液晶模塊的控制指令表如表4.5所示，主要包括如下11個指令。表4.5控制命令表序號指令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D01清顯示00000000012光標返回000000001*3置輸入模式00000001I/DS4顯示開/關(guān)控制0000001DCB5光標或字符移位000001S/CR/L**6置功能00001DLNF**7置字符發(fā)生存貯器地址0001字符發(fā)生存貯器地址8置數(shù)據(jù)存貯器地址001顯示數(shù)據(jù)存貯器地址9讀忙標志或地址01BF計數(shù)器地址10寫數(shù)到CGRA或DDRAM）10要寫的數(shù)據(jù)內(nèi)容11從CGRAM或DDRAM讀數(shù)11讀出的數(shù)據(jù)內(nèi)容四、LCD1602液晶模塊的編程操作實現(xiàn)上述11條指令。（1）清顯示：指令碼為01H，將光標復(fù)位到00H。（2）光標返回：將光標返回到地址00H（3）置輸入模式：設(shè)置光標與顯示模式：移動光標方向，高電平右移，低電平左移，控制顯示的文字時。高有效，低無效。（4）顯示開/關(guān)控制：顯示開關(guān)控制。D：整個液晶是否顯示的開關(guān)，顯示為高，不顯示為低C：控制光標是否顯示，高顯示光標，低無光標B：控制光標閃爍，高閃爍，低不閃爍。（5）光標或字符移位：控制光標顯示移位S/C：要高電平時，控制屏幕文字；低電平，移動光標。（6）置功能：設(shè)置顯示功能：高電平共4位，低電平為8位：單行顯示為低電平，雙行顯示為高電平F:低電平時顯示5x7的點陣字符，高電平時顯示5x10的點陣字符（7）置字符發(fā)生存貯器地址：設(shè)置字符發(fā)生器RAM地址。（8）置數(shù)據(jù)存貯器地址：DDRAM地址設(shè)置（9）讀忙標志或地址：讀忙信號和光標地址BF：高為忙，不響應(yīng)數(shù)據(jù)命令，低電平相反。（10）寫數(shù)到CGRA或DDRAM）：寫數(shù)據(jù)（11）從CGRAM或DDRAM讀數(shù)：讀數(shù)據(jù)系統(tǒng)中選用LCD1602顯示器件顯示信息。在本電路設(shè)計中通過調(diào)節(jié)電位器可以對液晶顯示的對比度即清晰度進行改變。其具體電路原理圖如圖4.5.1所示。圖4.5.1LCD1602液晶顯示電路原理圖其實物圖如圖4.5.2所示。圖4.5.2LCD1602液晶實物圖系統(tǒng)軟件設(shè)計本設(shè)計的總體系統(tǒng)組成有兩個部分：硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)，上一個一章主要介紹了系統(tǒng)的硬件電路的設(shè)計方案和各個模塊的功能介紹，想要實現(xiàn)預(yù)期的目標只有硬件是不行的，還需要支持硬件的軟件程序，輸入程序到單片機中完成系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)。5.1編程語言選擇在綜合考慮各編程語言的優(yōu)缺點后，選擇了C語言作為本系統(tǒng)的軟件設(shè)計語言，主要原因是系統(tǒng)功能復(fù)雜，需要的運算量較大，且包含很多浮點計算。因此，選擇了C語言。對單片機而言，C語言和匯編相比，優(yōu)勢主要如下:不需要深入的研究所選用的控制芯片的指令集和相應(yīng)的存儲器結(jié)構(gòu)，簡化開發(fā)過程。編譯器可以有效的管理好寄存器的分配和尋址。編程時不會因為細節(jié)問題而耽誤時間。程序的可讀性會得到提高。更加貼近人類的思維方式，通過一些函數(shù)操作和關(guān)鍵字表達。相比于匯編語言，縮短了運行的所用的時間，方便快捷。C語言的庫文件豐富，有許多可以參考的的標準。C語言可以分成多種形式實現(xiàn)模塊化編程的技術(shù)，添加程序方便。C語言的可移植性好、適用范圍廣，C語言對開發(fā)環(huán)境并不挑剔，可以自由的選擇開發(fā)環(huán)境、同時有利于后期的維護。相比于匯編語言，C語言占據(jù)很多方面的優(yōu)勢，例如在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可移植性、可維護性上，學(xué)習和使用起來簡單。5.2單片機程序開發(fā)環(huán)境運動手環(huán)的控制系統(tǒng)是以MSP430F149芯片為控制核心，該系列芯片配套的軟件開發(fā)平臺是IAREmbeddedWorkbench軟件，該軟件適用于MSP430整個系列，應(yīng)用非常廣泛系統(tǒng)的主流軟件。軟件具有集成度高、穩(wěn)定性強和使用方便等特點，為了滿足嵌入式的開發(fā)環(huán)節(jié)，IAR內(nèi)部包括C/C++編譯器和調(diào)試器，能夠完成一個程序的完整開發(fā)過程，包括從建立項目開始、編寫程序、調(diào)試程序、下載程序等過程。IAR還針對不同的MCU，具有配套的開發(fā)環(huán)境。IAR軟件本身的功能也非常強大，提供有許多工具，執(zhí)行各類任務(wù)。同時，支持在線調(diào)試程序。IAR編譯器還具有優(yōu)化程序的功能，可以直接生產(chǎn)內(nèi)存小的可執(zhí)行文件，因此可以節(jié)省內(nèi)部存儲資源，從而在項目開發(fā)中極大降低系統(tǒng)開發(fā)費用，增強產(chǎn)品競爭核心力。IAREmbeddedWorkbench軟件具有以下優(yōu)勢：高效率處理FLASH/PROMABLE；1.兼容C/C++語言；2.支持多種內(nèi)存模式；3.支持相對路徑；4.優(yōu)秀的中斷處理功能；5.采用浮點運算，提高運算能力；6.支持多種調(diào)試工具；7.優(yōu)化代碼，提高程序運行效率；8.針對不同的硬件平臺，提高配套資源；9.代碼的編譯速度快。開發(fā)環(huán)境界面如圖5.2.所示：圖5.2IAREmbeddedWorkbenchforMSP430開發(fā)環(huán)境界面5.3仿真器介紹在IAR平臺開發(fā)時，MSP430F149芯片對應(yīng)的仿真器為SmratRF04EB，該仿真器具有代碼下載，在線仿真、供電等功能，以其優(yōu)越的性能和低廉的成本，在各種工業(yè)電子消費品中被廣泛的應(yīng)用。是開發(fā)選用MSP430F149芯片的系統(tǒng)，所不可獲取的一部分。該型號仿真器的具體使用順序為：第一步：在首次使用該型號仿真器時，需要安裝SmratRF04EB的USB驅(qū)動，驅(qū)動需要安裝在\IARSystem\Embedded...目錄下，并且從電腦的設(shè)備管理器上檢查USB驅(qū)動是否安裝成功；第二步：將開發(fā)軟件SmratRF04EBFlashProgrammer安裝到開發(fā)的電腦上；第三步：將仿真器的一端與電腦連接，另一端與MSP430F149連接，啟動SmratRF04EBFlashProgrammer軟件，檢查軟件是否正確識別了所選用的芯片，首次打開時，還需要在芯片的控制端執(zhí)行復(fù)位操作。軟件界面如圖4.3所示：圖5.3SmratRF04EBFlashProgrammer軟