液晶人機界面下向量圖顯示的設計與應用

摘　要：介紹一種快速生成液晶圖形人機界面的方法，以及 電力測量中的向量圖圖形顯示的設計思想和軟件編程，這些方法對于嵌入式系統(tǒng)的圖形人機 界面設計具有參考價值。

1硬件設計

1.1T6963C模塊的結(jié)構(gòu)和原理

目前用于圖形液晶顯示模塊的控制器主要有：T6963C(TOSHIBA)，SED1335(SEIKO EPSON)，H D61830B(HITACHI)，MSM6255(OKI)。T6963C控制器的原理圖和引腳圖可以查閱參考文獻［1 ］

內(nèi)藏T6963C的圖形液晶顯示模塊由LCD顯示屏、行列驅(qū)動器、控制電路、線路板PCB組成。模 塊實現(xiàn)了T6963C與行，列驅(qū)動器及顯示緩沖區(qū)RAM的接口，同時也已經(jīng)用硬件設置了液晶屏 的結(jié)構(gòu)(單屏和雙屏)，數(shù)據(jù)傳輸方式、顯示窗口長度、寬度等。

T6963C最大可控制640×128點陣(單屏)或640×256點陣(雙屏)液晶器件。

T6963C最大可管理64K字節(jié)的顯示緩沖區(qū)RAM，顯示緩沖區(qū)可分為文本顯示區(qū)，圖形顯示 區(qū)( 或文本特征區(qū))和CGRAM區(qū)(在顯示緩沖區(qū)內(nèi)任意設置的一個區(qū)域，作為外擴的字符發(fā)生器， 一般為2K字節(jié))。顯示緩沖區(qū)RAM的具體大小由不同顯示尺寸的模塊決定，如：240×128模塊 帶有16KB的RAM，128×64模塊帶有8KB的RAM。

T6963C不僅具備基本的文本顯示和圖形顯示功能，而且還具備文本屬性顯示功能，這是T696 3C控制器的獨特功能。但是文本特征方式和圖形顯示方式不能同時使用(可在顯示緩沖區(qū)中 ，啟用文本特征方式時在原有圖形區(qū)和文本區(qū)外用圖形區(qū)域設置指令另開一區(qū)作為文本特征 區(qū)，以保持原圖形區(qū)的數(shù)據(jù))。

1.2顯示緩沖區(qū)與液晶屏的對應關系

下面以240×128點陣的液晶屏為例建立圖形 顯示緩沖區(qū)地址與液晶屏面對應的坐標關系。

文本顯示緩沖區(qū)的首地址為0000H，圖形顯示緩沖區(qū)首地址為0800H，取屏面左下角為坐標原 點(0，0)，基于此橫坐標x范圍為(0，239)，縱坐標y范圍為(0，127)。在此坐標系下，圖形 顯示緩沖區(qū)地址與液晶屏面點陣坐標一一對應，利用如下算法可以很容易地確定屏面中任意 點陣坐標(x，y)在顯示緩沖區(qū)中的物理地址：

(1)確定該點相對于圖形顯示緩沖區(qū)首地址(0800H)的偏移字節(jié)數(shù)L
　
(2)進一步確定該點位于字節(jié)內(nèi)的具體某一位b
　　b=x mod 8

確定屏幕上點在顯示緩沖區(qū)中的地址后，進而利用T6963C的位操作指令就可以在屏幕上很容 易的繪出該任意點，再結(jié)合各種具體的繪圖算法，就可以在液晶屏上繪制出不同的圖形。

1.3T6963C模塊與MPU的接口電路

MPU能與T6963C直接接口，其接口電路如圖2所示(直接訪問方式)。

T6963C液晶模塊的讀寫控制信號/RD、/WR分別由AT89C52的讀寫控制信號/RD、/WR控制，P27 連接片選信號/CS，P25連接指令和數(shù)據(jù)通道選擇信號C/D，液晶模塊采用上電復位，VO用于 調(diào)節(jié)液晶顯示的對比度。據(jù)此連接方式，可以得到數(shù)據(jù)通道和指令通道的物理地址分別為： 5F00H和7F00H。

2軟件設計

2.1T6963C指令的傳遞方式

模塊的初始化由硬件管腳設置完成，因此其指令主要集中于顯示功能的設置上。T6963C的狀 態(tài)字和指令集的詳細說明可以查閱參考文獻［2］。

T6963C的指令可帶一個或兩個參數(shù)，或不帶參數(shù)。每條指令的執(zhí)行都是先送入?yún)?shù)(如果有 參數(shù)的情況)，再送入指令代碼。為了保證MPU與T6963C之間的命令和數(shù)據(jù)的正常交換，每次 指令代碼傳送之前必須進行狀態(tài)檢查。

2.2人機界面圖形顯示

圖形人機界面顯示的程序包括圖形菜單界面顯示，動態(tài)登錄顯示和各個功能按鍵選擇等子程 序。下面是利用經(jīng)典查表法快速實現(xiàn)圖形顯示的參考程序。
　　
2.3向量圖的顯示

2.3.1設計思想

在電量檢測過程中為了方便現(xiàn)場查線和接線分析，需要能夠顯示三相電壓和三相電流之間的 向量圖，在電力測量中稱之為“六角圖”。

本系統(tǒng)所采用的模塊為240×128點陣，建立以屏面中心為坐標原點的直角坐標系，則屏面所 能顯示長度為0至64個點陣，相角為0至360度的矢量圖形。因此送入顯示的三相電壓和電流 的大小需要進行一定倍數(shù)的壓縮，使其幅值變化在(0，64)范圍內(nèi)。

由于液晶屏面點陣與模塊的顯示緩沖區(qū)對應(在直角坐標下)，而需要顯示的三相電壓和三相 電流為向量，因此首先需要進行坐標轉(zhuǎn)換，而且為了滿足測量和顯示的實時性，要求轉(zhuǎn)換速 度快。本系統(tǒng)設計了一種利用查映射表轉(zhuǎn)換極坐標和直角坐標的方法，先將整數(shù)角度0至90 度和其正弦值建立映射表插入到程序當中，這樣就將復雜的乘除運算簡化為簡單的查表指令 ，顯著提高了轉(zhuǎn)換速度并節(jié)省了內(nèi)存。

利用三角函數(shù)的誘導公式，可以很容易將求相角為0至360度的正余弦等效為求0至90度的正 余弦值，再利用上面的查映射表的方法就可以解決任意相角的坐標轉(zhuǎn)換。由于大于255度的 相角度數(shù)需要用兩個字節(jié)來表示，在本系統(tǒng)中為了簡化程序編寫和節(jié)省寄存器空間，利用設 置正負相角標志位的方法，將相角0至360度分為±180至0兩個區(qū)間來描述。

通過上述的坐標轉(zhuǎn)化，就可以得到要顯示矢量的起點和終點的直角坐標，利用繪制直線算法 和前面提到的繪制液晶屏上已知坐標的任意點的方法，就可以在屏幕上顯示出三相電壓和電 流的矢量關系圖(圖3)。

2.3.2設計思路框圖和坐標轉(zhuǎn)換程序

六角圖圖形顯示中顯示一組矢量信號的設計思路框圖。利用查映射表的方法大大提高 了坐標轉(zhuǎn)換速度，而且映射表分度愈密轉(zhuǎn)換精度愈高。下面給出幅值為(0，64)點陣長，相 角為(0，90)度的矢量極坐標轉(zhuǎn)換為直角坐標的參考程序，其中矢量起點坐標(XSTA， YSTA)為固定點，因此只需求出終點坐標(XEND，YEND)即可調(diào)用繪直線 子程序繪制矢量線段。

3結(jié)語

我們在“綜合電量檢測儀”中利用圖片轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)的方法快速生成清晰的圖形菜單界面，利用光 標指示位置激活菜單按鈕，從而形成了良好的圖形人機界面。在此界面下，采用查表法和整 數(shù)數(shù)字微分分析直線繪制算法，實現(xiàn)快速坐標轉(zhuǎn)換和電力測量的六角圖圖形顯示。這些方法 對于不同點陣大小和其他控制器的液晶顯示模塊同樣適用，如SED1335。該技術(shù)已經(jīng)運用在 實際產(chǎn)品中，實踐證明效果良好。