圖形LCD模塊的菜單方式人機(jī)交互界面

摘要：在以單片機(jī)為核心的嵌入式應(yīng)用中，友好的人機(jī)互界面起著十分重要的作用。筆者在設(shè)計(jì)中使用WGM-12864B圖形LCD模塊實(shí)現(xiàn)一種中文窗口菜單界面，設(shè)計(jì)中使用的方法具有普遍性意義。

關(guān)鍵詞：人機(jī)交互界面 圖形LCD模塊 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 窗口 菜單

隨著液晶顯示技術(shù)的進(jìn)步，高質(zhì)量的液晶顯示模塊會(huì)被日趨廣泛地應(yīng)用于各種嵌入式系統(tǒng)中。在系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)中，人機(jī)交互界面的設(shè)計(jì)往往占據(jù)著很大一部分工作，現(xiàn)以某嵌入式系統(tǒng)的人機(jī)交互部分為例，介紹一種使用WGA-12864B圖形LCD模塊實(shí)現(xiàn)中文窗口菜單界面的方法。

1 圖形LCD模塊WGM-12864簡介

WGM-12864B模塊是單色圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊，點(diǎn)陣數(shù)為64128，其點(diǎn)陣存儲(chǔ)區(qū)如圖1所示。

模塊點(diǎn)陣分為左右兩邊，左右兩邊的結(jié)構(gòu)是完全一樣的。對模塊的點(diǎn)陣存儲(chǔ)區(qū)進(jìn)行讀寫操作時(shí)，由CS1、CS2進(jìn)行片選，高電平有效。模塊中每8行為1頁，頁地址由X確定；Y確定點(diǎn)陣的列號，點(diǎn)陣數(shù)據(jù)的每一個(gè)字節(jié)所在的位置由（CSi,X,Y）唯一確定。字節(jié)中的每一位對應(yīng)著相應(yīng)的像素，為1顯示該像素；為0則不顯示。液晶顯示模塊工作時(shí)，逐行掃描點(diǎn)陣存儲(chǔ)區(qū)。首先被掃描的行顯示在LCD屏幕的第1行上，其余行則依次順序顯示。“掃描起始行”可以通過Z地址寄存器來設(shè)置。Z可以是0～63的任意一行，如Z=56時(shí)，則顯示在LCD屏幕上的次序從上到下分別為：

56，57，…，62，63，0，1，2，…，54，55

該模塊的這一功能為窗口的滾屏提供了便利。

2 人機(jī)界面的硬件接口設(shè)計(jì)

系統(tǒng)擴(kuò)展了1片8255A作為人機(jī)界面的接口，硬件接口電路如圖2所示。8255A的A口連接圖形LCD的8位數(shù)據(jù)線，B口低6位連接相應(yīng)的控制線，D/I表示數(shù)據(jù)總線上的信號是點(diǎn)陣數(shù)據(jù)還是控制命令字，R/W表示當(dāng)前操作是讀或?qū)懖僮?，E是使能控制端，RST是復(fù)位端，CS1、CS2是左右點(diǎn)陣區(qū)選端。以行掃描方式擴(kuò)展鍵盤接口，C口高半字節(jié)接行線，低半字節(jié)接列線。8255A初始化時(shí)，定義A、B口為方式0輸出；C口高半字節(jié)為方式0輸出，低半字節(jié)為方式0輸入。請注意，大多數(shù)類型的8255芯片在對其方式控制寄存器進(jìn)行初始化時(shí)，會(huì)引起A、B、C口清零，故不要在程序中動(dòng)態(tài)改變8255端口的輸入輸出方式，以免影響LCD和鍵盤。

3 用戶界面的軟件設(shè)計(jì)

人機(jī)交互界面設(shè)計(jì)的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)中文窗口界面，用戶可以在菜單方式下進(jìn)行交互。窗口分為兩類：對話框和菜單，也包括對話框和菜單的混合。對話框用于參數(shù)的輸入輸出顯示；菜單用于響應(yīng)用戶的選擇，根據(jù)用戶的選擇運(yùn)行程序。

首先，應(yīng)當(dāng)確定系統(tǒng)需要多少個(gè)窗口，每個(gè)窗口有多少個(gè)菜單，畫出窗口之間的變遷圖，可以知道所有的窗口應(yīng)當(dāng)組成一個(gè)樹形結(jié)構(gòu)。菜單中的漢字大小為1616的點(diǎn)陣，數(shù)字和符號的大小為168的點(diǎn)陣。這些點(diǎn)陣數(shù)據(jù)可以由點(diǎn)陣提取程序獲得。點(diǎn)陣數(shù)為64128的LCD模塊只能同時(shí)顯示4個(gè)菜單項(xiàng)，每個(gè)菜單項(xiàng)點(diǎn)據(jù)256個(gè)字節(jié)的點(diǎn)陣存儲(chǔ)空間。窗口多于4個(gè)菜單項(xiàng)時(shí)，應(yīng)當(dāng)使用滾屏功能。為方便數(shù)據(jù)的安排，系統(tǒng)規(guī)定了參數(shù)、菜單、窗口及LCD緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

（1）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

為方便參數(shù)的顯示和處理，參數(shù)的輸入輸出格式用類似于分離BCD碼來表示，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如圖3所示。數(shù)據(jù)長度表示數(shù)據(jù)區(qū)的字節(jié)數(shù)。正負(fù)標(biāo)志，為1表示負(fù)數(shù)，為0表示正數(shù)，負(fù)數(shù)在輸入都要在數(shù)據(jù)前面加上負(fù)號“-”。數(shù)據(jù)區(qū)的每一字節(jié)對應(yīng)于參數(shù)的每一位數(shù)。數(shù)字用分離BCD碼表示，小數(shù)點(diǎn)用ASCII碼表示?！皵?shù)據(jù)長度”域占1個(gè)字節(jié)時(shí)，此數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可以表示最多255位的數(shù)據(jù)。

菜單點(diǎn)陣的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如圖4所示。菜單序號表示該菜單在該窗口所有菜單中的次序；菜單長度表示該菜單項(xiàng)中漢字的個(gè)數(shù)，菜單點(diǎn)陣數(shù)據(jù)區(qū)存放的是菜單中漢字的點(diǎn)陣，每一個(gè)漢字都是1616的點(diǎn)陣；參數(shù)標(biāo)志為0表示沒有參數(shù)，為1表示此菜單項(xiàng)是對話框，后面跟著參數(shù)。參數(shù)存放在參數(shù)指針域指向的內(nèi)存中，若是系統(tǒng)參數(shù)，則要預(yù)先從E2PROM讀到內(nèi)存中。由于系統(tǒng)是16位尋址的存儲(chǔ)空間，所以用2個(gè)字節(jié)存放指針。參數(shù)存放格式如圖3所示。

窗口點(diǎn)陣的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如圖5所示，其中用到了菜單數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，窗口中使用到的菜單項(xiàng)依著菜單序號順次存放，各域的含義是顯而易見的。注意，窗口的點(diǎn)陣數(shù)據(jù)是事先按照此格式建立的，系統(tǒng)中所有窗口以此格式存放非易失存儲(chǔ)介質(zhì)中，如ROM。以此格式，系統(tǒng)可以有255個(gè)窗口，每一個(gè)窗口可以多達(dá)255個(gè)菜單項(xiàng)。

系統(tǒng)在內(nèi)存中特定區(qū)域開壁了1個(gè)LCD顯示緩沖區(qū)，將要顯示的整個(gè)窗口的點(diǎn)陣數(shù)據(jù)按下列格式拼裝好以后存放在此區(qū)間。LCD的顯示程序從此區(qū)間中讀取數(shù)據(jù)到LCD點(diǎn)陣數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)，LCD顯示程序正是憑借此數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)管理用戶交互界面。每個(gè)菜單項(xiàng)除了漢字和參數(shù)的點(diǎn)陣外，其余的空間用00H補(bǔ)齊為256字節(jié)。對話框中顯示的參數(shù)，可以依據(jù)菜單數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的參數(shù)指針域檢索到數(shù)據(jù)，然后把它譯碼成為可以顯示的168的點(diǎn)陣數(shù)據(jù)。LCD緩沖區(qū)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如圖6所示。當(dāng)前菜單域指的是當(dāng)有獲得焦點(diǎn)的菜單序號，需要反顯，主要用于光標(biāo)管理。顯示中的菜單項(xiàng)序號分別對應(yīng)著當(dāng)前LCD點(diǎn)陣存儲(chǔ)區(qū)中的4個(gè)菜單項(xiàng)，這些數(shù)據(jù)主要用于滾屏操作。其余各域和上述類似。

（2）人機(jī)交互設(shè)計(jì)

人機(jī)交互設(shè)計(jì)的重點(diǎn)在于窗口界面的顯示、滾屏、光標(biāo)的管理及參數(shù)的顯示、修改和保存。現(xiàn)在只介紹窗口的滾虐和參數(shù)的輸入輸出顯示。僅當(dāng)窗口的菜單數(shù)大于4的時(shí)候，才用到滾屏操作。為提高系統(tǒng)響應(yīng)的速度，窗口在滾屏?xí)r只將新的菜單點(diǎn)陣數(shù)據(jù)讀入LCD點(diǎn)陣存儲(chǔ) ，其余3個(gè)菜單的點(diǎn)陣數(shù)據(jù)保持不變。圖7所示的窗口滾屏過程中LCD點(diǎn)陣存儲(chǔ)區(qū)的快照以及LCD屏上顯示的菜單次序，從A到E的滾屏每一步都是可逆的。可以發(fā)現(xiàn)，每一步相鄰的操作，只要將1個(gè)即將顯示的菜單項(xiàng)點(diǎn)陣數(shù)據(jù)寫入LCD點(diǎn)陣存儲(chǔ)區(qū)，圖中加黑框的菜單項(xiàng)就是新寫入的。當(dāng)向下滾屏?xí)r，從LCD顯示緩沖區(qū)中“顯示中的菜單項(xiàng)”域檢索出菜單序號最小的項(xiàng)，把新的菜單序號插入此位置，從顯示緩沖區(qū)的“菜單點(diǎn)陣數(shù)據(jù)”域把菜單的點(diǎn)陣數(shù)據(jù)讀到LCD點(diǎn)陣存儲(chǔ)區(qū)中相應(yīng)位置。然后再檢索更新后的“顯示中的菜單項(xiàng)”域，找出最小菜單項(xiàng)所在的行號，設(shè)置掃描起始行Z為此行號，圖中箭頭指向的位置即為掃描起始行。最后要更新的域是“當(dāng)前菜單項(xiàng)”，用于光標(biāo)顯示管理。當(dāng)向上滾屏?xí)r，操作是類似的，不同的是要替換出“顯示中的菜單項(xiàng)”域中序號最大的菜單項(xiàng)。

參數(shù)的輸入輸出顯示是人機(jī)交互界面中的重要環(huán)節(jié)。顯示的參數(shù)來自鍵盤輸入或系統(tǒng)內(nèi)部，數(shù)據(jù)的流向如圖8所示。參數(shù)依據(jù)圖3對應(yīng)的數(shù)據(jù)格式存放到參數(shù)指地所指的內(nèi)存中，然后啟動(dòng)窗口更新即可。若該參數(shù)需要保存，則存入對應(yīng)的E2PROM地址中。本系統(tǒng)使用X5045作為E2PROM，同時(shí)兼作看門狗。

4 結(jié)論

本文主要從數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的角度出發(fā)，結(jié)合器件的特片，提出了圖形LCD在嵌入式應(yīng)用中解決人機(jī)交互問題的一般方法，實(shí)現(xiàn)了中文窗口菜單，解決了參數(shù)的輸入、顯示、修改和保存。文中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(shí)候方便地修改原有窗口或者加入新的窗口，而不至于影響系統(tǒng)軟件原有的結(jié)構(gòu)。這些便利都得益于系統(tǒng)定義了合理的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。