引言

近年來，隨著電子技術(shù)和集成電路制造工藝的飛速發(fā)展，越來越多的領(lǐng)域應(yīng)用到以單片機(jī)為控制核心的現(xiàn)代智能儀器設(shè)備，如果在這些以單片機(jī)為核心的控制系統(tǒng)中配上人機(jī)交互界面，通過液晶顯示器和按鍵配合操作可更方便有效地完成各種功能選擇、參數(shù)設(shè)置和分析結(jié)果顯示，采用漢字顯示菜單，界面友好且直觀。隨著液晶顯示技術(shù)的進(jìn)步，高質(zhì)量的點陣液晶顯示模塊由于具有顯示信息豐富、功耗低、體積小、質(zhì)量小、無輻射以及使用壽命長等優(yōu)點被日趨廣泛地應(yīng)用于各種嵌入式系統(tǒng)中，同時低功耗特性也貫穿于中文人機(jī)界面的設(shè)計始終。現(xiàn)以電力系統(tǒng)配電變壓器監(jiān)測終端（TTU）的人機(jī)交互部分為例，介紹一種使用OCM12864-3型圖形點陣液晶顯示模塊實現(xiàn)中文窗口菜單界面的方法。

1 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)

1．1 MSP430F14X微控制器簡介

MSP430F14X微控制器是德州儀器公司新開發(fā)的一類具16位總線的單片機(jī)，它基于真正的正交16位RISCCPU內(nèi)核，具有16個可單周期全尋址的16位寄存器，僅27條的精簡指令以及7種均采用雙重取數(shù)據(jù)技術(shù)（DDFT）的一致性尋址方式。DDFT技術(shù)利用每個時鐘脈沖對存儲器進(jìn)行兩次數(shù)據(jù)存取操作，從而不再需要復(fù)雜的時鐘乘法和指令流水線方案。MSP430F14X系列MCU具有豐富的片上外圍模塊，片內(nèi)包括有精密硬件乘法器、多達(dá)60KB的FLASH，2KB的RAM、1個看門狗、6個P口（P1和P2還具有中斷功能）、12位A／D轉(zhuǎn)換器、2個16位定時器、高精度比較器、高速的USART通信端口，1個DCO內(nèi)部振蕩器和2個外部時鐘等常用資源，可實現(xiàn)對液晶顯示器的檢測、解調(diào)和顯示。與現(xiàn)代程序設(shè)計技術(shù)以及高級語言（如C語言）結(jié)合使用，使得MSP430的體系結(jié)構(gòu)更加高效，從而在工程技術(shù)，特別是PDA產(chǎn)品開發(fā)中得以廣泛應(yīng)用。

1．2 OCM12864-3型液晶顯示模塊簡介

OCM12864是一種128×64點陣（EL背光）的液晶顯示器。它由兩片帶控制器的列驅(qū)動電路KS0108和一片行驅(qū)動電路KS0107組成主要硬件電路，KS0108將控制顯示屏分為左右半屏，通過CS1，CS2選擇。整個屏從上到下64行分為8頁，每列8行頁地址范圍為B8H-BFH，列地址范圍為40H-7FH，數(shù)據(jù)為縱向讀寫，即每頁的第一行對應(yīng)D0，第八行對應(yīng)D7。每個驅(qū)動芯片帶有64×64位（512 B）的RAM緩沖區(qū)，其中存儲的數(shù)據(jù)即為被顯示內(nèi)容的點陣信息。通過選擇對應(yīng)的RAM 頁地址和列地址，微控制器可以訪問全部RAM 字節(jié)。顯示RAM 的每一位對應(yīng)顯示屏上的一個點。顯示的實現(xiàn)，就是顯示RAM 內(nèi)容中相應(yīng)位為1，該點陣亮，相應(yīng)位為0，該點陣無顯示。對存儲器的讀取是從頭至尾的，但在屏幕上顯示的位置是可以設(shè)置的，通過對顯示起始行的設(shè)定來設(shè)定顯示位置。

1．3 硬件接口電路

由于該款液晶顯示屏將接口電路直接引出，因此對于用戶而言，整體設(shè)計大大簡化，只需考慮單片機(jī)與接口電路間的連接即可。

MSP430F149與OCM12864 的線路連接如圖1所示。該款液晶顯示模塊有13條信號線：（1）DB0一DB7：數(shù)據(jù)總線。（2）CS：片選信號，低電平有效。當(dāng)單片機(jī)訪問OCM-12864時，將其置低。（3）RS：數(shù)據(jù)／指令選擇信號，高電平：數(shù)據(jù) D0-D7將送入顯示RAM；低電平：數(shù)據(jù) D0-D7將送入指令寄存器執(zhí)行。（4）R/W：讀 寫選擇信號，高電平：讀數(shù)據(jù)；低電平：寫數(shù)據(jù)。 （5）E：讀寫使能信號，高電平有效，下降沿鎖定數(shù)據(jù)。（6）RET：復(fù)位信號，低電平有效。

圖1 人機(jī)界面硬件接口電路

由于MSP430的I/O口都是復(fù)用端口，因此必須將用到的引腳設(shè)為輸入/輸出口。此外，MSP430是3.3供電，而LCD是5V驅(qū)動的，我們可以在MSP430的輸出口對地接3.6V的嵌位二極管，在保證MSP的端口電壓不超過極限值的前提下，實現(xiàn)MSP430到LCD的電平轉(zhuǎn)換。

2 系統(tǒng)的軟件設(shè)計

2．1 基本驅(qū)動函數(shù)編寫

首先使用C語言在頭文件中對OCM12864控制線進(jìn)行定義，然后編寫LCD驅(qū)動函數(shù)，這些函數(shù)包括模塊初始化、寫指令代碼、寫顯示數(shù)據(jù)、讀顯示數(shù)據(jù)、寫菜單項、清屏、清頁等函數(shù)。

2．2 LCD顯示菜單設(shè)計

2．2．1菜單界面設(shè)計

本系統(tǒng)應(yīng)用于無功補(bǔ)償控制器，要求顯示電網(wǎng)三相電壓、電流值，無功功率、有功功率、無功因數(shù)，20次的電壓諧波含量，無功補(bǔ)償控制方式自動／手動選擇，參數(shù)設(shè)置等。針對顯示要求把整個系統(tǒng)設(shè)計成多級屏幕（窗口），又設(shè)計成多級主菜單，類似的功能放在一個主菜單菜單項下構(gòu)成子菜單目錄。如果菜單目錄項過多，多屏顯示此菜單目錄。通過分級，使操作人員能很直觀快速找到自己當(dāng)前需要的菜單項，液晶屏菜單界面設(shè)置如圖2所示。

圖2 液晶屏菜單界面設(shè)置

2．2．2建表

字符或數(shù)字在點陣液晶中的顯示是通過寫相應(yīng)的內(nèi)碼（1點亮，0滅）實現(xiàn)的，結(jié)合整個菜單設(shè)計，需要顯示的文字并不多，可以先做好碼表，把用到的漢字對應(yīng)的內(nèi)碼保存在一個名為HZ_TAB的表中，每個16xl6點陣的字符需要32個byte表示；把要用到的數(shù)字0～9和字母對應(yīng)的16x8點陣內(nèi)碼保存在一個名NUM_JAB的表中，每個需要16個byte表示；把圖片保存在PIC_TAB表中，需要byte數(shù)根據(jù)大小而定。16x16點陣漢字和16x8點陣數(shù)字、字母和任意大小黑白圖片字模數(shù)據(jù)庫可由專門的字模提取軟件提取字模建立。

菜單一般由西文字符和中文漢字組合而成，每一條菜單項定義一個數(shù)組Menu_string，格式如下：{菜單項字符數(shù)，第一個字符在字庫中的序號，第二個字符，。..。}。需要注意的是， 在自建西文字庫NUM_TAB 和小漢字庫HZ_TAB 時，每個中西文字符都是各自編號的。由于中西文顯示調(diào)用同一個函數(shù)，為區(qū)別中西文字符，在菜單數(shù)組編號時可以在漢字在HZ_TAB庫中的編碼前加128（0X80）作為標(biāo)識， LCD在顯示內(nèi)容時，需要判斷編號的值， 確定當(dāng)前位內(nèi)容是漢字還是西文，然后做調(diào)用相應(yīng)的處理。菜單項的反亮顯示采取的辦法是將顯示內(nèi)容的所有字模數(shù)據(jù)按字節(jié)取反后再進(jìn)行常規(guī)顯示即可。圖3為某一項中西文菜單混合顯示流程，其中m=1表示該位為漢字， m=0表示該位為ASCII字符。

圖3 某一項中兩文菜單混合顯示流程

2．2．3數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)采用8個按鈕來接受用戶輸入，8個按鈕為上、下、左、右、回車、退回、加、減。為方便數(shù)據(jù)顯示和處理。需要首先建立一個菜單窗口結(jié)構(gòu)體并定義一個結(jié)構(gòu)變量WinStruct，該結(jié)構(gòu)中共有11個結(jié)構(gòu)元素，分別是10個字符型和1個指針變量，指針變量指向需執(zhí)行函數(shù)。

Typedef struct{

uchar Menulndex； //當(dāng)前菜單索引號

uchar BackWinlndex；//當(dāng)前窗口的上一窗口索引號

uchar NextDnlndex；//下一個菜單索引號，按下“上，下”鍵時當(dāng)前菜單項上下移動

uchar NextUplndex；//或可修改參數(shù)數(shù)值向上下循環(huán)變化

uchar NextLIndex； //下一個菜單索引號，按下“左，右”鍵時當(dāng)前菜單項左右移動

uchar NextRtlndex；//或在可修改參數(shù)位置上左右移動

uchar Key CrState； //按下“回車”鍵時用戶選擇確認(rèn)或參數(shù)輸入確定

uchar KeyBackState； //按下“退回”鍵時用戶退出當(dāng)前窗口，返回上一窗口

uchar KeyPlus； //按下“加”鍵，可修改參數(shù)加1；

uchar KeyMinus； //按下“減”鍵，可修改參數(shù)減1；

void（ CurrentOperate）（）；//當(dāng)前狀態(tài)應(yīng)該執(zhí)行的功能操作

}WinStruct；

菜單項在LCD上顯示，通過建立菜單項結(jié)構(gòu)體，定義一個結(jié)構(gòu)變量

MenuStruct。如下：

Typedef struct{

uchar Menulndex； //當(dāng)前菜單索引號

uchar NextWinlndex；//下一窗口索引號

uchar cursor_page ：//菜單項起始頁位置

uchar cursor_col; //菜單項起始行位置

uchar type ； //菜單項顯示的數(shù)據(jù)類型，16x16或16x8點陣等

uchar *data； //指向顯示數(shù)據(jù)區(qū)

uchar dataNum；//需要顯示的數(shù)據(jù)的個數(shù)

uchar black； //是否反顯菜單項

uchar modify ；//數(shù)據(jù)是否需要修改

} MenuStruct；

2．3 人機(jī)界面設(shè)計

人機(jī)交互設(shè)計的重點在于界面的顯示、滾屏、光標(biāo)的管理及參數(shù)的顯示、修改和保存。系統(tǒng)在內(nèi)存中特定區(qū)域開辟了1個LCD顯示緩沖區(qū)，將要顯示的整個窗口的點陣數(shù)據(jù)存放在此區(qū)間。LCD的顯示程序從此區(qū)間中讀取數(shù)據(jù)到LCD點陣數(shù)據(jù)存儲區(qū)，借此，LCD顯示程序可管理用戶交互界面。用戶可以用8個按鍵（向上、向下、向左、向右、確定、返回、加、減）在菜單方式下實現(xiàn)人機(jī)交互。

參數(shù)的輸入、輸出顯示和保存是人機(jī)交互界面設(shè)計的重要環(huán)節(jié)。

下面以第二級菜單中的參數(shù)設(shè)置為例，進(jìn)行詳細(xì)介紹。在主菜單下，將光標(biāo)移到“參數(shù)設(shè)置”，按下“確定”鍵，進(jìn)入“參數(shù)設(shè)置”菜單。顯示的內(nèi)容有：設(shè)備參數(shù)，投切條件，保護(hù)定值，電容參數(shù)，時鐘校準(zhǔn)，通訊參數(shù)，等等。

裝置出廠前已經(jīng)對各參數(shù)進(jìn)行初始化，存儲在二維數(shù)組Array［19］［5］中，每個參數(shù)一行，參數(shù)每一位的值都對應(yīng)存儲在數(shù)組中的相應(yīng)位置。定義一個指針P指向Array，表示光標(biāo)的位置，當(dāng)然，進(jìn)入“參數(shù)設(shè)置”菜單時P=Array［0］［0］，光標(biāo)在首行的第一個X的位置，表示選中該參數(shù)位。按下“向上”、“向下”、“向左”、“向右”四個方向鍵來移動光標(biāo)到待修改的那一位數(shù)字上時，P=Array［ i ］［j］則根據(jù)按下的鍵不同而作相應(yīng)的修改，一般如下：向上，i-1；向下，i +1；向左，j-1；向右，j+1。當(dāng)然，首先要對原來的i，進(jìn)行判斷。遇到特殊情況要特殊處理。如光標(biāo)原在某行的第一個參數(shù)位上，j= 0，按下向左的鍵則不改變光標(biāo)。

選定待修改的那一位參數(shù)后，按“修改”鍵進(jìn)行參數(shù)值的修改。過程如下：讀取光標(biāo)所在的那一位數(shù)字的值，每按一次加鍵，該值加1（在0—9之間循環(huán)），每按一次減鍵，該值減1（在0—9之間循環(huán)）。修改完一位后，把改值寫入Array［ i ］［j］，移動光標(biāo)繼續(xù)修改其他的參數(shù)。一行參數(shù)修改完，經(jīng)核對無誤后按“確定”鍵（每按一次“確定”確認(rèn)一行），新的參數(shù)值被修改存入機(jī)內(nèi)對應(yīng)的EEPROM 地址中。參數(shù)全部修改完后需要重新開機(jī)，否則修改無效。

3 結(jié)束語

本文構(gòu)建了基于MSP430F149、OCM12864圖形點陣液晶模塊和鍵盤的中文人機(jī)交互界面，實現(xiàn)了中文菜單顯示及參數(shù)的輸入、顯示、修改和保存等功能，完成了系統(tǒng)所要求的顯示任務(wù)。此方法也同樣適應(yīng)用于ARM7與DSP其他微控制器LCD液晶人機(jī)界面上。

本文創(chuàng)新點：充分利用了OCM12864的硬件資源，實現(xiàn)了友好的人機(jī)界面，并且文中介紹的方法具有非常好的靈活性和良好的可維護(hù)性，程序員可以在需要的時候很方便地修改菜單和增加子菜單，而不至于影響系統(tǒng)軟件原有的結(jié)構(gòu)，而且在此菜單編程方法基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，還可增加滾屏，自動翻頁等功能。

責(zé)任編輯：gt