【文章內(nèi)容簡介】 /O數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳10DB1I/O數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳11DB2I/O數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳12DB3I/O數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳13DB4I/O數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳14DB5I/O數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳15DB6I/O數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳16DB7I/O數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳17IN復(fù)位信號，低電平有效18VoutOUTLCD驅(qū)動負(fù)電壓輸出，對地接一個(gè)10KΩ電位器液晶顯示模塊將128*64個(gè)像素的點(diǎn)陣分成左右兩個(gè)64*64的顯示區(qū)間，每個(gè)顯示區(qū)間由一個(gè)64*64=4096位的顯存RAM控制，RAM中的每位二進(jìn)制數(shù)控制區(qū)間中的一個(gè)像素，數(shù)據(jù)1對應(yīng)一個(gè)像素顯示，數(shù)據(jù)0則對應(yīng)像素消隱。控制兩個(gè)顯示區(qū)間的顯存RAM具有自己獨(dú)立的地址空間，分別由和選通。V0的電壓值控制液晶屏顯示的對比度，由一個(gè)10KΩ電位器在GND和Vout之間調(diào)節(jié)V0電位。注意有的液晶模塊的V0電位是在VCC和GND間調(diào)節(jié)，需根據(jù)生產(chǎn)廠家的使用說明決定電位調(diào)節(jié)電路的連接。是外部輸入信號，用來控制液晶模塊復(fù)位，返回初始狀態(tài)。若電路中不使用該功能，則將其接到高電平。接口電路為液晶顯示模塊正常工作提供適當(dāng)?shù)耐獠凯h(huán)境，模塊的工作狀態(tài)和顯示內(nèi)容還要依靠單片機(jī)從I/O口輸出指令的控制。OCM12864的控制指令描述如下。（1）顯示開/關(guān)設(shè)置R/WRSDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0LLLLHHHHHH/L功能：設(shè)置屏幕顯示開/關(guān)。DB0=H，開顯示；DB0=L，關(guān)顯示。不影響顯示RAM（DD RAM）中的內(nèi)容。（2）設(shè)置顯示起始行R/WRSDB7DB6DB5DB0LLHH行地址（063）功能：執(zhí)行該命令后，所設(shè)置的行將顯示在屏幕的第一行。顯示起始行是由Z地址計(jì)數(shù)器控制的，該命令自動將A0A5位地址送入Z地址計(jì)數(shù)器，起始地址可以是063范圍內(nèi)任意一行。Z地址計(jì)數(shù)器具有循環(huán)計(jì)數(shù)功能，用于顯示行掃描同步，當(dāng)掃描完一行后自動加一。依次改變顯示起始行的設(shè)置，可以實(shí)現(xiàn)滾屏的效果。（3）設(shè)置頁地址R/WRSDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB0LLHLHHH頁地址（07）功能：執(zhí)行本指令后，下面的讀寫操作將在指定頁內(nèi)，直到重新設(shè)置。液晶模塊的驅(qū)動電路將每個(gè)64*64點(diǎn)陣顯示區(qū)間分成8頁，每頁8行。當(dāng)選定頁地址后，寫入顯存RAM中的一個(gè)二進(jìn)制字節(jié)數(shù)據(jù)控制一列8行的顯示像素。頁地址就是DDRAM的行地址，頁地址存儲在X地址計(jì)數(shù)器中，DB2DB0可表示8頁，讀寫數(shù)據(jù)對頁地址沒有影響，除本指令可改變頁地址外，復(fù)位信號（）可把頁地址計(jì)數(shù)器內(nèi)容清零。（4）設(shè)置列地址R/WRSDB7DB6DB5DB0LLLH列地址（063）功能：DDRAM的列地址存儲在Y地址計(jì)數(shù)器中，讀寫數(shù)據(jù)對列地址有影響，在對DDRAM進(jìn)行讀寫操作后，Y地址自動加一。（5）寫顯示數(shù)據(jù)R/WRSDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0LHD7D6D5D4D3D2D1D0功能：寫數(shù)據(jù)到DDRAM，DDRAM是存儲圖形顯示數(shù)據(jù)的，寫指令執(zhí)行后Y地址計(jì)數(shù)器自動加1。D7D0位數(shù)據(jù)為1表示顯示（對應(yīng)像素顯示），數(shù)據(jù)為0表示不顯示（對應(yīng)像素消隱）。寫數(shù)據(jù)到DDRAM前，要先執(zhí)行“設(shè)置頁地址”及“設(shè)置列地址”命令。對液晶顯示圖形的控制是通過向顯存發(fā)送的控制數(shù)據(jù)的方式來實(shí)現(xiàn)的，若要在顯示屏的某處顯示信息，需要在顯存的對應(yīng)地址寫入顯示控制數(shù)據(jù)。（6）讀顯示數(shù)據(jù)R/WRSDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0HHD7D6D5D4D3D2D1D0功能：從DDRAM讀數(shù)據(jù)，讀指令執(zhí)行后Y地址計(jì)數(shù)器自動加1。從DDRAM讀數(shù)據(jù)前要先執(zhí)行“設(shè)置頁地址”及“設(shè)置列地址”命令。注意當(dāng)設(shè)置列地址后首次讀DDRAM中數(shù)據(jù)時(shí)，需連續(xù)讀操作兩次，第二次才為正確數(shù)據(jù)。讀內(nèi)部狀態(tài)則不需要此操作。了解了液晶屏的控制方式，就可以進(jìn)行接口控制程序的設(shè)計(jì)。點(diǎn)陣液晶顯示在人機(jī)接口中的主要應(yīng)用，一是顯示漢字、英文字符和數(shù)字，二是顯示反映系統(tǒng)狀態(tài)變化的曲線。對于電子詞典一類需要顯示大量漢字和英文字符的點(diǎn)陣液晶顯示，應(yīng)該選用帶字庫的液晶模塊，根據(jù)漢字和英文字符的編碼，可直接調(diào)用字形點(diǎn)陣，在設(shè)定的位置顯示。而本次畢業(yè)設(shè)計(jì)無需顯示大量的漢字和英文字符，故不需字庫?？刂泣c(diǎn)陣液晶屏的顯示內(nèi)容，一是確定顯示內(nèi)容，二是確定顯示區(qū)域。寫數(shù)據(jù)一次并行傳輸?shù)?位二進(jìn)制數(shù)，填寫一頁中的一列，在設(shè)計(jì)顯示漢字、字符或數(shù)字的用戶顯示界面時(shí)，應(yīng)將待顯字模安排在與頁地址對應(yīng)的顯示區(qū)域，這樣可以方便編程，既減少程序語句行數(shù)，又減少編程的工作量，加快研發(fā)速度。 本章小結(jié)本章對所需硬件電路進(jìn)行系統(tǒng)研究和設(shè)計(jì)，對人機(jī)交互接口電路中的各個(gè)組件和引腳進(jìn)行了系統(tǒng)的闡述，以及各功能模塊電路的設(shè)計(jì)，并且詳細(xì)介紹了整個(gè)設(shè)計(jì)過程。整體硬件電路圖見附錄5。第4章 軟件設(shè)計(jì) 第4章 軟件設(shè)計(jì) 軟件平臺介紹Atmel的AVR單片機(jī)的集成環(huán)境匯編及開發(fā)調(diào)試軟件AVR Studio完全免費(fèi)，支持匯編，但不支持C編譯，因此我們選用HP Info Tech公司的CVAVR(Code Vision AVR的簡稱)作為本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的軟件開發(fā)環(huán)境來進(jìn)行程序的編寫和調(diào)試。CVAVR是一款 低成本的C語言編譯器，同時(shí)也是一個(gè)開發(fā)AVR的IDE（集成開發(fā)環(huán)境）開發(fā)平臺。其特點(diǎn)是：代碼生成效率高；突出支持位變量訪問；直接支持多種外部標(biāo)準(zhǔn)接口器件應(yīng)用。CVAVR的使用，首先，進(jìn)入CVAVR界面。圖41 CVAVR軟件主界面下面要新建一個(gè)工程：點(diǎn)擊Filenew，出現(xiàn)以下對話框圖42 建立工程選項(xiàng)選擇Project，表示要新建一個(gè)工程（建完工程后再建文件，比如C文件、H文件），輸入工程名稱后，即建立完畢。圖43 建立工程路徑圖示接下來彈出一個(gè)對話框，點(diǎn)擊ADD按鈕，添加源程序。圖44 添加C程序源文件圖示點(diǎn)擊C Compiler，這里的選項(xiàng)涉及單片機(jī)型號、時(shí)鐘、存儲器類型等設(shè)置，選擇對應(yīng)的單片機(jī)型號，其余選項(xiàng)可不做改動。圖45 單片機(jī)設(shè)置選項(xiàng)圖示最后點(diǎn)擊ProjectBuild All，或者按下Ctrl+F9進(jìn)行編譯，顯示如下界面，編譯完成。圖46 編譯完成界面 軟件部分整體設(shè)計(jì)整體工作過程為：矩陣鍵盤由16個(gè)表示不同功能的按鍵組成，當(dāng)有人任意按下16個(gè)按鍵中的某個(gè)或某幾個(gè)按鍵后，鍵盤通過掃描后確定按下的鍵位，產(chǎn)生相應(yīng)的信號，然后通過16鍵譯碼器將信號傳遞給ATmega16單片機(jī)，單片機(jī)內(nèi)部根據(jù)不同的按鍵轉(zhuǎn)為不同的處理，然后再傳遞給液晶控制器。這里主要的三個(gè)部分，矩陣鍵盤和單片機(jī)之間以及單片機(jī)和液晶之間都是通過I/O口進(jìn)行連接的。下圖（圖41）為軟件總體流程圖。圖47 軟件總體流程圖 矩陣鍵盤程序設(shè)計(jì)矩陣鍵盤程序是整個(gè)軟件設(shè)計(jì)中的一部分設(shè)計(jì)。程序部分采用C語言，將檢測到的按鍵信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，顯示于LCD顯示器上。每個(gè)按鍵都有它的行值和列值，行值和列值的組合就是識別這個(gè)按鍵的編碼。矩陣的行線和列線分別通過兩并行接口和CPU通信。鍵盤的一端(列線)通過電阻接VCC，而接地是通過程序輸出數(shù)字“0”實(shí)現(xiàn)的。鍵盤處理程序的任務(wù)是：確定有無鍵按下，判斷哪一個(gè)鍵按下，鍵的功能是什么。通過軟件查表，查出該鍵的功能。下圖（圖42）為鍵盤掃描程序流程圖。圖48 鍵盤掃描程序流程圖 液晶程序設(shè)計(jì)這段程序主要是對控制器的接口進(jìn)行初始化，對芯片初始化，設(shè)置輸入、輸出端口。由于本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中使用的液晶本身不帶字庫，要將字轉(zhuǎn)成16*16點(diǎn)陣字模，單片機(jī)對于不帶字庫的液晶硬件進(jìn)行編程時(shí)，需要查詢所需顯示的漢字字模數(shù)據(jù)。顯示一個(gè)漢字，必然要用到漢字的點(diǎn)陣字形信息，也叫做漢字的字模，根據(jù)漢字的不同字體，可分為宋體字模、楷體字模、黑體字模等等。漢字的字模是漢字字形的數(shù)字化。漢字的字模是這樣得出來的：把漢字寫在一個(gè)同一大小方格組成的方格塊內(nèi)，將方格塊分成M行N列共M*N個(gè)小格組成點(diǎn)陣，而將漢字離散成網(wǎng)點(diǎn)，漢字的筆畫能過某網(wǎng)格，則必有一個(gè)離散的點(diǎn)落在該網(wǎng)格內(nèi)，該網(wǎng)格對應(yīng)的一位二進(jìn)制數(shù)為1，否則該網(wǎng)格為空，對應(yīng)的一位二進(jìn)制數(shù)為0，這樣每一網(wǎng)格均可對應(yīng)一位確定的二進(jìn)制數(shù)，把所有網(wǎng)格對應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)組合起來便組成了漢字的字模。一個(gè)16*16點(diǎn)陣的漢字總共需要16*16/8=32個(gè)字節(jié)表示。字模的表示順序?yàn)椋合葟淖蟮接?，再從上到下，也就是先畫左上方?個(gè)點(diǎn)，再是右上方的8個(gè)點(diǎn)，然后是第二行左邊8個(gè)點(diǎn)，右邊8個(gè)點(diǎn)，依此類推，畫滿16*16個(gè)點(diǎn)。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)采用的方案是將提取的漢字字模數(shù)據(jù)作為常量數(shù)組存放在程序存儲器內(nèi)。在需要顯示漢字時(shí)由程序調(diào)用相應(yīng)常量數(shù)組即可。 交互窗口設(shè)計(jì) 如何開辟窗口窗口是實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，并在顯示器屏幕上設(shè)定的一個(gè)或若干個(gè)可視區(qū)域（一般為矩形）。它的設(shè)計(jì)任務(wù)主要是如何開辟可視區(qū)，以及如何在這個(gè)可視區(qū)內(nèi)提供人機(jī)交互的信息。窗口一般分為兩種類型：（1）瓦片式，這種方式是把屏幕分成若干個(gè)大小、位置相對固定但互不重迭的子窗口，用戶可以通過這些子窗口同時(shí)觀察幾種不同的交互情景。（2）重迭式，這種方式是把同族窗口以嵌套的形式出現(xiàn)，彼此之間可以全部或部分重迭，并能動態(tài)生成和消除，以表示不同的交互深度。這兩種類型的窗口雖然形式不同，但它們都是由若干個(gè)基本的小窗口組成的。因此，借助于液晶LCD的窗口定位和開窗函數(shù)，即可在屏幕的任何位置生成不同大小的窗口[5]。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)采用重迭式窗口，重迭式窗口的主要問題涉及被覆蓋窗口中的信息如何恢復(fù)。為了解決這個(gè)問題，一般有兩種途徑：一種是由用戶進(jìn)程自行恢復(fù)，即重新執(zhí)行一次窗口的程序，優(yōu)點(diǎn)是減輕了窗口系統(tǒng)本身的管理復(fù)雜性和內(nèi)存開銷，但需要一定的重顯時(shí)間，尤其是在復(fù)雜畫面顯示時(shí)更為嚴(yán)重；另一種比較好的方法是基本窗口系統(tǒng)自行恢復(fù)，優(yōu)點(diǎn)是恢復(fù)速度快，雖然需要一定的內(nèi)存開銷，但隨著計(jì)算機(jī)內(nèi)存空間的擴(kuò)大，這個(gè)矛盾將得到緩和，本文采用第二種方法。 窗口信息控制由void lcd_get_space_menu_sec(unsigned char start_x,unsigned char start_y,unsigned char end_x,unsigned char end_y)函數(shù)來進(jìn)行二級懸浮菜單的顯示，將一個(gè)區(qū)域清空并畫上花邊，輸入?yún)?shù)起始坐標(biāo)，結(jié)束坐標(biāo)，坐標(biāo)之間的區(qū)域進(jìn)行清空。應(yīng)用程序工作區(qū)可以在窗口中留出專用區(qū)作為應(yīng)用程序的運(yùn)行空間，或者采用屏幕覆蓋的方法，當(dāng)應(yīng)用程序運(yùn)行完畢后，再恢復(fù)原窗口中被覆蓋的內(nèi)容。為了清楚地標(biāo)識當(dāng)前目標(biāo)，往往用比較醒目的色帶或閃爍標(biāo)志覆蓋當(dāng)前目標(biāo)。常見的方法是：先保護(hù)該目標(biāo)區(qū)的內(nèi)容于緩沖區(qū)中，以備脫離當(dāng)前狀態(tài)后予以恢復(fù)；然后再把此目標(biāo)區(qū)當(dāng)作一個(gè)小窗口，設(shè)置所需的底色，并把目標(biāo)內(nèi)容寫入該窗口。 交互界面仿真結(jié)果圖49 歡迎界面仿真結(jié)果圖410 一級菜單仿真結(jié)果圖411 二級菜單仿真結(jié)果圖412 計(jì)算器程序交互界面仿真結(jié)果 本章小結(jié)本章詳細(xì)討論了人機(jī)交互接口系統(tǒng)的軟件實(shí)現(xiàn)方案，包括各個(gè)層次的功能組件和實(shí)現(xiàn)方案，對軟件仿真環(huán)境進(jìn)行了詳細(xì)的介紹并對程序進(jìn)行編寫和仿真。結(jié)論隨著社會的不斷發(fā)展、進(jìn)步，越來越多的領(lǐng)域用到LCD液晶顯示器，它較之過去的顯示類儀器有了很多的進(jìn)步，其它顯示設(shè)備也隨著LCD液晶顯示器的廣泛應(yīng)用，已經(jīng)慢慢的快被淘汰出歷史舞臺，特備是在手持設(shè)備中的液晶更是受到了廣泛的追捧。人機(jī)交互接口同樣向著更方便使用、更直觀的方向發(fā)展。本論文正是針對這一現(xiàn)狀，對基于AVR單片機(jī)的人機(jī)交互接口系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)與研究，由于是手持設(shè)備，所以要具備功耗低、成本低、體積小的特點(diǎn)，故選用了ATmega16單片機(jī)。液晶屏可以通過設(shè)計(jì)的16個(gè)按鍵來達(dá)到控制、調(diào)整顯示內(nèi)容的效果。論文完成了基于圖形用戶界面的人機(jī)交互接口的開發(fā)，主要完成的工作如下：論文首先分析所設(shè)計(jì)交互接口的特點(diǎn)，制定了總體設(shè)計(jì)方案，并針對具體需求選擇了AVR單片機(jī)ATmega16，對單片機(jī)及LCD液晶進(jìn)行了具體研究和詳細(xì)分析。論文對人機(jī)交互窗口的生成方式、定位方式及撤銷進(jìn)行了介紹，并論述了開窗原理及開窗函數(shù)。該設(shè)計(jì)能夠較好的完成基本人機(jī)交互功能，具有廣泛的應(yīng)用前景。參考文獻(xiàn) 參考文獻(xiàn)a16. 北京航空航天大學(xué)出版社. 2008:2765.2吳雙力，崔劍，. 北京航空航天大學(xué). 2004:650.3周望，. 蘇州絲綢工學(xué)院. 1999:7590.4王家力，. 上海海事大學(xué). 2007:120137.. 北京清華大學(xué)出版社. 1998:223225.6李廣弟，. 北京航空航天大學(xué)出版社. 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