【正文】 ndel R G,Tirkel A Z,Osborne C digital watermark. Proc. IEEE Processing. 1994:3361.12 Shirogane J,Fukazawa user interfaces and visually disabled users. Rehabilitation Engineering. 1995:820828.13 Atmel Microcontroller with 16K Bytes InSystem Programmable Flash ATmega16/ATmega16L. Atmel Corporation 2325 Orchard Parkway SanJose,CA95131 USA. 2002:614618.14 [美]Grady Booch Jamse Rembaugh 邵維忠，張文娟等譯. The Unified Modeling Language User Guide. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社 2001:678715 [美]Grand Booch 馮博琴，馮嵐等譯. Objectorient Analysis and Design with Application (Second Edition). 北京:機(jī)械工業(yè)出版社 1999:5666致謝 致謝本文是在我的導(dǎo)師XXX教授的悉心指導(dǎo)下完成的。論文對(duì)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)。液晶屏可以通過(guò)設(shè)計(jì)的16個(gè)按鍵來(lái)達(dá)到控制、調(diào)整顯示內(nèi)容的效果。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。 交互界面仿真結(jié)果圖49 歡迎界面仿真結(jié)果圖410 一級(jí)菜單仿真結(jié)果圖411 二級(jí)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(duì)軟件仿真環(huán)境進(jìn)行了詳細(xì)的介紹并對(duì)程序進(jìn)行編寫和仿真。為了清楚地標(biāo)識(shí)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)。 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(lái)進(jìn)行二級(jí)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。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(wèn)題涉及被覆蓋窗口中的信息如何恢復(fù)。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。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(duì)固定但互不重迭的子窗口，用戶可以通過(guò)這些子窗口同時(shí)觀察幾種不同的交互情景。 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）。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(chǔ)器內(nèi)。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。漢字的字模是漢字字形的數(shù)字化。由于本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中使用的液晶本身不帶字庫(kù)，要將字轉(zhuǎn)成16*16點(diǎn)陣字模，單片機(jī)對(duì)于不帶字庫(kù)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)。下圖（圖42）為鍵盤掃描程序流程圖。鍵盤處理程序的任務(wù)是：確定有無(wú)鍵按下，判斷哪一個(gè)鍵按下，鍵的功能是什么。矩陣的行線和列線分別通過(guò)兩并行接口和CPU通信。程序部分采用C語(yǔ)言，將檢測(cè)到的按鍵信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，顯示于LCD顯示器上。下圖（圖41）為軟件總體流程圖。圖46 編譯完成界面 軟件部分整體設(shè)計(jì)整體工作過(guò)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(guò)掃描后確定按下的鍵位，產(chǎn)生相應(yīng)的信號(hào)，然后通過(guò)16鍵譯碼器將信號(hào)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。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(hào)、時(shí)鐘、存儲(chǔ)器類型等設(shè)置，選擇對(duì)應(yīng)的單片機(jī)型號(hào)，其余選項(xiàng)可不做改動(dòng)。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(duì)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。其特點(diǎn)是：代碼生成效率高；突出支持位變量訪問(wèn)；直接支持多種外部標(biāo)準(zhǔn)接口器件應(yīng)用。第4章 軟件設(shè)計(jì) 第4章 軟件設(shè)計(jì) 軟件平臺(tái)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(jiǎn)稱)作為本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的軟件開發(fā)環(huán)境來(lái)進(jìn)行程序的編寫和調(diào)試。 本章小結(jié)本章對(duì)所需硬件電路進(jìn)行系統(tǒng)研究和設(shè)計(jì)，對(duì)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(guò)程?？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。對(duì)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(kù)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。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)。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)。（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(dòng)加1。寫數(shù)據(jù)到DDRAM前，要先執(zhí)行“設(shè)置頁(yè)地址”及“設(shè)置列地址”命令。（5）寫顯示數(shù)據(jù)R/WRSDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0LHD7D6D5D4D3D2D1D0功能：寫數(shù)據(jù)到DDRAM，DDRAM是存儲(chǔ)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(dòng)加1。頁(yè)地址就是DDRAM的行地址，頁(yè)地址存儲(chǔ)在X地址計(jì)數(shù)器中，DB2DB0可表示8頁(yè)，讀寫數(shù)據(jù)對(duì)頁(yè)地址沒有影響，除本指令可改變頁(yè)地址外，復(fù)位信號(hào)（）可把頁(yè)地址計(jì)數(shù)器內(nèi)容清零。液晶模塊的驅(qū)動(dòng)電路將每個(gè)64*64點(diǎn)陣顯示區(qū)間分成8頁(yè)，每頁(yè)8行。依次改變顯示起始行的設(shè)置，可以實(shí)現(xiàn)滾屏的效果。顯示起始行是由Z地址計(jì)數(shù)器控制的，該命令自動(dòng)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。不影響顯示RAM（DD RAM）中的內(nèi)容。（1）顯示開/關(guān)設(shè)置R/WRSDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0LLLLHHHHHH/L功能：設(shè)置屏幕顯示開/關(guān)。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。是外部輸入信號(hào)，用來(lái)控制液晶模塊復(fù)位，返回初始狀態(tài)。V0的電壓值控制液晶屏顯示的對(duì)比度，由一個(gè)10KΩ電位器在GND和Vout之間調(diào)節(jié)V0電位。表32 KS0108引腳功能表引腳編號(hào)信號(hào)名稱類型功能說(shuō)明1IN片選信號(hào)，低電平時(shí)選擇左半屏2IN片選信號(hào)，低電平時(shí)選擇右半屏3GNDPW邏輯電源地（續(xù)表32）引腳編號(hào)信號(hào)名稱類型功能說(shuō)明4VCCPW+邏輯電源5V0INLCD調(diào)整電壓，接10KΩ電位器的中端6RSIN數(shù)據(jù)/指令選擇，高電平：數(shù)據(jù)D0D7將送入顯示RAM；低電平：數(shù)據(jù)D0D7將送入指令寄存器執(zhí)行7R/WIN讀/寫選擇，高電平：讀數(shù)據(jù)；低電平：寫數(shù)據(jù)8EIN讀寫使能，高電平有效，下降沿鎖定數(shù)據(jù)9DB0I/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(hào)，低電平有效18VoutOUTLCD驅(qū)動(dòng)負(fù)電壓輸出，對(duì)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(duì)應(yīng)一個(gè)像素顯示，數(shù)據(jù)0則對(duì)應(yīng)像素消隱。如圖34所示。生產(chǎn)廠家提供給用戶的都是將液晶屏和液晶顯示驅(qū)動(dòng)電路組合在一起的液晶顯示模塊，使用同樣的顯示控制芯片的液晶屏的驅(qū)動(dòng)方式是一樣的，所以這里介紹的接口電路設(shè)計(jì)也可適用于許多不同生產(chǎn)廠家的同類產(chǎn)品，只是要注意不同廠家產(chǎn)品定義的模塊接口引腳排布可能不同。為了適應(yīng)以AVR單片機(jī)為中心控制單元的小型人機(jī)交互系統(tǒng)設(shè)計(jì)的需要，在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中選用一種小型單色128*，在成本控制允許的情況下，也可以選用更大點(diǎn)陣的顯示屏，例如320*240或640*480等單色屏，AVR單片機(jī)的運(yùn)行速度也可以滿足顯示靜態(tài)圖形畫面的屏幕刷新的時(shí)間要求。對(duì)于8位單片機(jī)組成的小型人機(jī)交互系統(tǒng)，通常選用單色的小型顯示屏來(lái)滿足基本的字符、漢字和曲線以及圖像的顯示要求。圖像顯示的應(yīng)用，當(dāng)然是顯示屏的像素?cái)?shù)越多，并且顯示屏越大，顯示質(zhì)量越好，若是彩色顯示則顯示效果會(huì)更好。KBM為鍵顫屏蔽端；為數(shù)據(jù)輸出允許端，低電平有效；DAV為數(shù)據(jù)輸出有效，高電平有效；VCC為電源端，接35V；GND為接地端。MM74C922采用18腳雙列直插封裝（圖中VCC和GND引腳未標(biāo)出），其引腳排列如圖33所示?？紤]到低成本的因素，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)所采用的是一種價(jià)廉的CMOS16鍵譯碼器MM74C922，它可以與各種單片機(jī)直接接口，并且獲得令人滿意的效果。中斷方式則是當(dāng)鍵盤輸入中斷，對(duì)鍵盤進(jìn)行掃描，以識(shí)別是哪一個(gè)按鍵處于閉合狀態(tài)，并對(duì)鍵的輸入信息進(jìn)行相應(yīng)的處理。目前主要采用兩種方式：定時(shí)控制方式和中斷控制方式。ATmega16的晶振電路如圖32所示。一般晶振兩端需要的電容接典型值2033pF，要注意兩個(gè)電容總是要相等的，這兩個(gè)電容叫作晶振的負(fù)載電容。 ATmega16的晶振電路 單片機(jī)在工作時(shí)必須要有一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)，此時(shí)鐘信號(hào)是通過(guò)一個(gè)晶振電路提供的，所以，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中要有一個(gè)晶振電路。這只22pF的電容主要是用來(lái)消除干擾和雜波。ATmega16的復(fù)位電路如圖31所示。ATmega16的復(fù)位特性表見表31表31 ATmega16的復(fù)位特性表符號(hào)參數(shù)條件最小值典型值最大值單位VPOT上電復(fù)位門限電壓（電壓由低到高上升）V上電復(fù)位門限電壓（電壓由高到低跌落）VVRST門限電壓VtRST最小脈沖寬度μsVBOT掉電檢測(cè)復(fù)位門限電壓BODLEVEL=1VBODLEVEL=0tBOD觸發(fā)掉電檢測(cè)復(fù)位的低電平的最小持續(xù)時(shí)間BODLEVEL=12μsBODLEVEL=02μsVHYST掉電檢測(cè)器的容限50mV當(dāng)ATmega16復(fù)位后，程序從復(fù)位向量處開始執(zhí)行，然后使程序跳轉(zhuǎn)到用戶的程序入口。（5）JTAG AVR復(fù)位。（3）看門狗復(fù)位當(dāng)看門狗使能并且看門狗定時(shí)器溢出時(shí)復(fù)位。 ATmega16最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) ATmega16的復(fù)位電路ATmega16有五個(gè)復(fù)位源（1）內(nèi)部上電復(fù)位電路當(dāng)電源電壓低于上電復(fù)位門限電壓時(shí)，MCU復(fù)位，即AVR采取低電平復(fù)位。 整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 整個(gè)ATmega16單片機(jī)的人機(jī)接口系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要包括了三個(gè)大部分的設(shè)計(jì)，這三個(gè)部分分別是ATmega16單片機(jī)部分，液晶（控制器型號(hào)是KS0108）部分和4*4矩陣式鍵盤部分。第3章 硬件電路設(shè)計(jì) 第3章 硬件電路設(shè)計(jì)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是以ATmega16單片機(jī)為核心，配接128*64點(diǎn)陣LCD，16個(gè)按鍵分別用于參數(shù)設(shè)置和功能選擇，另外4個(gè)按鍵用作菜單選擇，留有其他10個(gè)I/O口用作其他的擴(kuò)展通訊功能，設(shè)計(jì)的系統(tǒng)要用于手持設(shè)備，手持設(shè)備的體積相對(duì)要小，而且它的供電是要靠電池來(lái)完成的。雖然小型顯示屏的顯示效果不太理想，但是系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員可以合理地設(shè)計(jì)顯示內(nèi)容，充分發(fā)揮小型顯示屏的圖形表達(dá)能力，也可以在許多應(yīng)用場(chǎng)合取得很好的應(yīng)用效果，達(dá)到方便儀器的操作使用、提升儀器產(chǎn)品檔次的設(shè)計(jì)目的。無(wú)源型就是常見的超扭曲向列型STN（Super Twisted Nematic）LCD，最顯著的缺點(diǎn)就是造價(jià)高[4]。之所以如此，是因?yàn)橛性碙CD更新屏幕的頻率較快，而且它屏幕上的每個(gè)像素，分別是由一個(gè)獨(dú)立的晶體管控制的（無(wú)源就不是）。彩色LCD分為有源及無(wú)源型兩種。除了TFT類液晶外，一般小液晶屏都內(nèi)置控制器（控制器的概念相當(dāng)于顯示卡上的主控芯片），直接提供MPU接口；而大中型液晶屏，如果想要控制其顯示，都需要外加控制器。TN類液晶由于它的局限性，只用于生產(chǎn)字符