基于51單片機和FPGA 的人機交互系統(tǒng)的設(shè)計

　　2.2 T6963C 及其接口設(shè)計：

　　T6963C 液晶顯示控制器多用于小規(guī)模的液晶顯示器件，常被裝配在圖形液晶顯示模塊上，以內(nèi)藏控制器型圖形液晶顯示模塊的形式出現(xiàn)。

　　單片機對T6963C 有2 種訪問方式： 直接訪問與間接訪問。直接訪問利用三總線以I/O 設(shè)備訪問形式進行控制；間接訪問則由單片機提供并行接口，以程序控制時序的方式進行控制。為簡化程序，這里采用直接訪問方式。

　　該LCM 的FS1 引腳用于控制顯示字符的字體。FS1 為高時，LCD 顯示6×8 字符；FS1 為低時，LCD 顯示8×8 字符。經(jīng)實踐，在顯示英文與數(shù)字時，6×8 字符更為美觀；在顯示中文字符時，8×8 字符更為方便。一般系統(tǒng)采用將FS1 接地或接高的方式來固定字體，而本系統(tǒng)采用P2.1 對FS 進行控制，通過改變地址實現(xiàn)改變字體的功能，使得界面的顯示更靈活。

　　2.3 鍵盤電路設(shè)計：

　　鍵盤是常用的單片機輸入設(shè)備，分為編碼鍵盤和非編碼鍵盤。鍵盤上閉合鍵的識別由專用硬件譯碼器實現(xiàn)，并產(chǎn)生鍵編號或鍵值的稱為編碼鍵盤；靠軟件識別的稱為非編碼鍵盤。在單片機組成的測控系統(tǒng)及智能化儀器中使用最多的是非編碼鍵盤，本系統(tǒng)設(shè)計在FPGA 中編程實現(xiàn)3×6 鍵盤的行掃描。

　　由于按鍵的機械特性，在閉合和斷開的瞬間會伴隨著一連串的抖動，鍵抖動會引起一次按鍵被誤讀多次，所以必須進行去抖處理，常用的方法為延時去抖動。FPGA 產(chǎn)生鍵值之后向單片機發(fā)送中斷，并等待單片機讀取鍵值。由于人腦反應(yīng)時間相對較長， 鍵盤中斷可以處于相對較低的優(yōu)先級，因此本文將鍵盤中斷接于外部中斷7。

　　3 軟件設(shè)計：

　　軟件設(shè)計遵循結(jié)構(gòu)化和層次化的設(shè)計原則。底層函數(shù)直接與硬件溝通，而上層函數(shù)直接通過調(diào)用底層函數(shù)來實現(xiàn)相應(yīng)功能，從而使上層函數(shù)與硬件環(huán)境徹底分開。當硬件環(huán)境發(fā)生變化時，僅修改底層函數(shù)便能實現(xiàn)程序的移植。

　　3.1 液晶驅(qū)動模塊的編程設(shè)計：

　　本模塊的底層函數(shù)需要實現(xiàn)寫控制字、寫參數(shù)、查忙等功能。由于采用直接訪問，寫控制字與寫參數(shù)的函數(shù)只需向控制口或數(shù)據(jù)口的地址送數(shù)即可。由于LCD 是慢速器件，因此在每次寫控制字及寫參數(shù)之前都需要進行查忙。T6963C的狀態(tài)字共有7 位有效的狀態(tài)位，如表1 所示。其中STA1～STA3 最為常用，一般情況下可以不需要對STA5～STA7 進行查忙的程序。

　　3.1.1 液晶驅(qū)動模塊的初始化：

　　T6963C 的最大特點是具有獨特的硬件初始值設(shè)置功能，顯示驅(qū)動所需的參數(shù)如占空比系數(shù)。驅(qū)動傳輸?shù)淖止?jié)數(shù)/行及字符的字體選擇等均由引腳電平設(shè)置， 這樣T6963C 的初始化在上電時就已經(jīng)基本設(shè)置完成，軟件操作的重心就可以全部用于顯示畫面的設(shè)計上。因此，初始化時僅需根據(jù)實際情況設(shè)置文本區(qū)域和圖形區(qū)域的首地址和寬度， 以及CGRAM 偏置地址、合成方式、光標形狀等即可正常使用。

　　液晶驅(qū)動模塊的初始化函數(shù)如下：

　　void LcdInitial（void）

　　{

　　LcdWriteDataD（0x00，0x00，0x40）； //設(shè)置文本區(qū)域首地址為0000H

　　LcdWriteDataD（0x20，0x00，0x41）； //設(shè)置文本區(qū)域?qū)挾葹?0H 字節(jié)

　　LcdWriteDataD（0x00，0x04，0x42）； //設(shè)置圖形區(qū)域首地址為0400H

　　LcdWriteDataD（0x20，0x00，0x43）； //設(shè)置圖形區(qū)域?qū)挾葹?0H 字節(jié)

　　LcdWriteDataD（0x03，0x00，0x22）； //設(shè)置CGRAM 偏置地址，顯示存儲器的首地址為1800H

　　LcdWriteDataN（0xa7）； //光標形狀設(shè)置為8×7

　　LcdWriteDataN （0x80）； //啟用內(nèi)部字符發(fā)生器，邏輯“或”合成

　　LcdWriteDataN（0x9c）； //開文本和圖形顯示，禁用光標

　　LcdClear（3）； //清屏

　　}

　　3.1.2 英文及漢字的文本顯示：

　　由于英文及數(shù)字等常用字符的字模已經(jīng)固化在CGROM中，因此進行英文的顯示時，只需指定顯示的地址，再輸入該字符對應(yīng)的標號即可。漢字的顯示與英文的顯示類似。然而出于其復(fù)雜性，一個漢字需要使用4 組點陣才能完整顯示。在初始化后將漢字的4 部分字模順序輸入CGRAM 中， 在使用時僅需計算好每一部分的顯示地址即可對漢字進行完美顯示。

　　對于一串英文字符的輸入， 可以利用字符串的特性進行操作。通過檢測‘’字符來判斷英文字符串的結(jié)尾，從而避免了在調(diào)用此顯示函數(shù)時人工計算句子長度的工作。英文字符的ASCII碼值與其在CGROM 中對應(yīng)的標號恰相差0x20，因此僅需簡單的減法即可實現(xiàn)標號的轉(zhuǎn)換。此外，在進行英文的連續(xù)顯示時，使用了T6963C 的數(shù)據(jù)自動寫指令，從而提高了顯示效率。

　　對于一串中文的顯示，則僅需通過循環(huán)調(diào)用單個中文的顯示程序進行實現(xiàn)。注意由于C51 語言中字符串無法支持中文，因此必須人工計算中文字串的長度并將其作為函數(shù)傳遞給此顯示函數(shù)。