嵌入式系統的LCD人機交互菜單設計

1 智能壓力監控儀概述
智能壓力監控儀是為德國TOX沖壓技術(shù)有限公司研制的專(zhuān)用儀器。該公司專(zhuān)門(mén)生產(chǎn)金屬板件連接沖壓設備，為保證連接質(zhì)量，需對沖壓過(guò)程中的壓力進(jìn)行監測；并將被測值與設定的壓力上限和壓力下限進(jìn)行比較，據此判定是否合格。圖l為T(mén)OX智能壓力監控儀硬件系統的結構框圖。它以片機為核心，配有壓力和位移傳感器、信號調理電路、LCD液晶顯示電路、按鍵、RS232和RS485通信接口，以及與PLC連接的輸入／輸出接口等。

TOX智能壓力臨控儀除了具有普通智能儀表所具有的測量功能、數據處理功能和通信功能外，還為用戶(hù)提供了友好的人機交互菜單。通過(guò)按鍵和LCD顯示器，可靈活地設定和查詢(xún)以下信息：測量程序號及對應的壓力上、下限值；傳感器的類(lèi)型、規格和靈敏度等；傳感器的零點(diǎn)偏移量和允許偏移的最大范圍；自動(dòng)零點(diǎn)校驗功能是否啟用；通信接口是否啟用；通信接口的模式和地址；最新10組測量數據；用戶(hù)密碼；文字種類(lèi)(中文或英文)；設備的維護周期和操作次數等。另外，設有存儲器保護功能。

2 控制面板及操作界面
圖2所示為T(mén)OX智能壓力監控儀的控制面板，面板上有1個(gè)16080點(diǎn)陣的LCD顯示器和6個(gè)按鍵。LCD顯示器每行能顯示20個(gè)英文或lO個(gè)中文符號，共5行；6個(gè)按鍵分別為0、ENTER和ESC。利用這6個(gè)按鍵，用戶(hù)可以隨意切換“測量”和“菜單”界面，進(jìn)入菜單界面后，用戶(hù)還可以方便地設定和查詢(xún)有關(guān)信息。

打開(kāi)電源后，設備將顯示版本號，接著(zhù)進(jìn)行“傳感器校準”(可關(guān)閉此項功能)，而后進(jìn)入圖3所示的“測量”界面。

在測量界面下，如果接收到來(lái)自于PLC的測量命令，或用戶(hù)按下“F1”或“F2”鍵，則開(kāi)始對通道1或通道2的壓力進(jìn)行測量，隨后處理和顯示測量結果；如果用戶(hù)按下“ESC”鍵，則進(jìn)入網(wǎng)4所示的“主菜單”界面。
進(jìn)入主菜單界面后，按”鍵移動(dòng)光標；按“ESC”鍵返回到上級菜單(即“測量”菜單)；按“ENTER”鍵進(jìn)入所選的子菜單。例如，當光標位于“測量程序”選項上時(shí)，若按下“ENTER”鍵，則進(jìn)入圖5所示的“測量程序”輸入子菜單。

“測量程序”子菜單共有5個(gè)選項，分別是程序號以及通道1和通道2的壓力上、下限值(即最小值和最大值)，用戶(hù)選定的設定值也同時(shí)給出。同樣，按鍵可以移動(dòng)光標；按“ESC”鍵返回到上級菜單(即主菜單)；按“ENTER”鍵進(jìn)入光標所在位置下級子菜單。例如，當光標位于通道l的“最小值”選項上時(shí)，若按下“ENTER”鍵，則進(jìn)入圖6所示的“最小值”設定界面。

圖6中，“30．00”表示通道l的壓力最小值是30．00，“_”為光標提示符。如果用戶(hù)要修改設定值，則可按、鍵將光標移動(dòng)到相應的位上，然后再按鍵修改設定值。例如，當光標在當前位置上時(shí)，若按“▲”鍵，則設定值由30．00變成31．00；若按鍵，則設定值30．00由變成29．00。這樣，只用4個(gè)按鍵，就可以方便地輸入設定值。
主菜單下的“傳感器配置”、“數據”和“其它”選項下也嵌套了不同數量的一級、二級甚至多級子菜單，供用戶(hù)查詢(xún)、修改數據和配置參數。
由此可見(jiàn)，盡管儀有6個(gè)操作按鍵和1個(gè)LCD顯示器，但TOX智能壓力監控儀仍給操作者提供了友好的操作環(huán)境，實(shí)現了人機交互。

3 人機交互菜單的設計
本設計中，主菜單和子菜單多達20余頁(yè)，且有中、英文2種文字供用戶(hù)選擇，從而增大了應用層程序設計的難度。程序采用模塊化結構，主要包括以下幾個(gè)模塊：
界面切換控制模塊：為按用戶(hù)要求切換操作界面，定義了一個(gè)Page_Point映像寄存器，其值在O～P-l之間變化，P為操作界面的個(gè)數。如果Page_Point=O，則LCD顯示器上顯示第0頁(yè)窗體(為圖3所示的測量界面)；如果Page_Point=l，則LCD顯示器上顯示第1頁(yè)窗體(為圖4所示的主菜單界面)。當用戶(hù)按下“ENTER”或“ESC”鍵后，根據選項光標所在的位置修改Page_Point的值，然后更新顯示窗體，實(shí)現人機交互。
按鍵掃描模塊：對6個(gè)操作按鍵進(jìn)行掃描，將結果存在Key_Status映像寄存器中。該寄存器有6個(gè)有效位，分別是Key_Up、Key_Down、Key_Left、Key_Right、Key_Esc及Key_Enter，依次對應操作面板上的6個(gè)按鍵“ESC”及“ENTER”。如果標志位為l，則意味著(zhù)對應的按鍵按下;反之，則松開(kāi)。
選項管理控制模塊：若當前的操作界面屬于“選項界面”(圖4所示的主菜單界面和圖5所示的測量程序子界面均屬于選項界面)，則按下鍵，光標“>”所在的位置向上或向下移動(dòng)l項。為此，定義了一個(gè)Option_Point映像寄存器，其值為0～N-1(N為選項個(gè)數)。若主菜單有4個(gè)選項，則N=4，此時(shí)Option_Point為O～3；若測量程序子菜單有5個(gè)選項，則N=5，此時(shí)Option_Point為0～4。圖7為選項管理控制模塊的程序流程圖。

數據輸入模塊：若當前的操作界面屬于“置數界面”(圖6所示的最小值設定界面就屬于置數界面)，則按下和鍵，光標“_”所在的位置向左或向右移動(dòng)1位。為此，定義了一個(gè)Bit_Point映像寄存器，用于記錄可以修改的數據位所在的位置。按下鍵，可將當前光標所在數據位上的數值加“l(fā)”或減“l(fā)”，例如，在圖6所示的最小值設定界面中，若按“▲”鍵，則設定值由30．00變成31．00；若按“v”鍵，則設定值由30．OO變成29．00。用4個(gè)鍵，即可方便地輸入滿(mǎn)足用戶(hù)要求的任何數值。圖8為數據輸入模塊的程序流程圖。
利用上述模塊，只需少量的程序代碼就可以靈活地實(shí)現選項、修改數據及切換操作界面等功能。
本設計采用匯編語(yǔ)言編程，所片j單片機為性能較低的PICl6F877A，盡管其程序存儲器只有8KB，但卻實(shí)現了20多頁(yè)操作界面的顯示和切換，以及數十個(gè)數據的設定和杳詢(xún)等人機交互功能，同時(shí)還實(shí)現了測量、監控和通信功能。

4 結論
嵌入式系統的人機交互技術(shù)日趨完善。通過(guò)LCD顯示器和少量的幾個(gè)按鍵，利用軟件在嵌入式系統設計中實(shí)現參數設定和數據管理等人機交互功能，增強了操作的趣味性和功能性，有助于提高系統的附加值。