礦井下通訊控制系統的人機接口模塊的設計

摘要：礦井下的通訊控制系統是一個(gè)集采煤工作面的自動(dòng)控制、設備監測、報警保護于一體的系統。為了滿(mǎn)足系統操作的易用性，控制器的人機界面設計也是設計的一個(gè)重點(diǎn)。介紹了礦井下通訊控制系統中人機接口模塊的設計過(guò)程，提供了液晶顯示模塊SG320240FPD的設計方框圖。人機接口界面可以顯示出當前系統的運行狀態(tài)，提高系統的安全性和可靠性。針對系統功能，采用PHILPS公司的16／32位嵌入式處理器LPC2292為開(kāi)發(fā)平臺，該處理器主要面向終端設備高性?xún)r(jià)比、低功耗的開(kāi)發(fā)應用。人機界面設計要確保系統整體的功能性和美觀(guān)性的完美統一。
關(guān)鍵詞：通訊控制系統；人機界面；SG320240FPD；嵌入式處理器

為了滿(mǎn)足礦用通訊控制系統操作的易用性，主控制器的人機界面設計是本次設計的一個(gè)重點(diǎn)。人機界面設計包括控制器面板的設計及各個(gè)接口布局的設計，設計不但要保證電氣性能，還要考慮整體美觀(guān)性、現場(chǎng)操作和安裝的方便性，最終確保系統整體的功能性和美觀(guān)性的完美統一。由于大屏幕的彩色液晶顯示器都需要高壓背光電路，不能滿(mǎn)足本質(zhì)安全的要求。因此本系統的控制器采用320x240點(diǎn)陣的液晶顯示器，其背光電路采用高亮LED，驅動(dòng)電壓低，滿(mǎn)足本質(zhì)安全要求。
用戶(hù)界面采用全中文的圖形化界面，并具備如下特點(diǎn)：1)操作方式簡(jiǎn)單，一般人員即可操作；2)彈出式的故障提示界面；3)所有提示和狀態(tài)顯示均使用中文。

1 液晶顯示模塊
由于本設計中LPC2292微處理器的I／O端口要完成鍵盤(pán)輸入、LED指示輸出、LCD屏幕控制等很多功能，為了節約I／O資源，很多功能都采用了對微處理器I／O端口分時(shí)復用的方法，這樣在不影響系統整體性能的基礎上充分地利用了有限的資源。為了實(shí)現LPC2292的D0～D15端口對鍵盤(pán)、LED指示輸出、LCD屏幕控制等多種功能的分時(shí)輸入／輸出操作，對于鍵盤(pán)輸入的讀取，采用了Altera公司的CPLD芯片EPM7128作為以上器件的數據傳輸控制通道。
由于目前最常用的單色LCD控制器SED1335的數據傳輸速度相對于LPC2292顯得十分緩慢，經(jīng)過(guò)初期的計算和實(shí)際測量，刷新一屏320x240點(diǎn)的圖片最快需要130ns左右，故EPM7128對LCD模塊還起到數據緩沖譯碼的作用。
對于常用的LCD，由于它的引線(xiàn)較多，如果直接由CPU去控制LCD的顯示，會(huì )造成CPU負擔過(guò)重，用戶(hù)使用起來(lái)很不方面。為了解決這種矛盾，本課題運用北京三春暉電子科技發(fā)展有限公司出品的液晶顯示模塊——SG320240FPD。SG320240FPD顯示模塊將LCD液晶顯示驅動(dòng)電路和分壓電路集成在一塊板子上，是一種集顯示、控制與驅動(dòng)為一體的顯示器件，很好地解決了CPU的負擔問(wèn)題。中文液晶顯示模塊SG320240FPD可實(shí)現漢字、ASCII碼、位圖形的同屏顯示。液晶顯示模塊方框圖如圖1所示。

SG320240FPD液晶的核心器件是SED1335控制器芯片。SED1335是SEIKO EPSON公司出品的液晶顯示控制器，其具有較強功能的I／O緩沖器，指令功能豐富，4位數據并行發(fā)送，最大驅動(dòng)能力為640x256點(diǎn)陣。
從圖1可以看出，DB為數據總線(xiàn)，可以直接連在CPU數據總線(xiàn)上；CS為片選信號，低電平有效；AO為I／O緩沖器數據選擇信號，為1時(shí)寫(xiě)指令代碼或讀數據，為0時(shí)，寫(xiě)數據或讀狀態(tài)字；RD、WR分別為讀操作信號和寫(xiě)操作信號，低電平有效。LPC2292的控制信號通過(guò)EPM7128采用I／O設備訪(fǎng)問(wèn)形式控制液晶控制器SED1335。然后，SED1335通過(guò)SEG驅動(dòng)器向液晶顯示器提供顯示數據，通過(guò)COM驅動(dòng)器向液晶顯示器提供行掃描信號。在COM和SEG的配合下，實(shí)現RAM矩陣內容的液晶顯示。
驅動(dòng)器模塊是專(zhuān)用芯片與液晶顯示器的接口，其作用是提高驅動(dòng)能力、實(shí)現偏壓極性的轉換。它包括COM驅動(dòng)器、SEG驅動(dòng)器及COM的移位寄存器。
COM驅動(dòng)器由控制電路、電壓變換電路、電壓選擇電路、COMS驅動(dòng)電路等子模塊組成。COM移位寄存器與COM驅動(dòng)器相配合，向液晶顯示屏提供行掃描信號。COM移位寄存器實(shí)現0行～31行行掃描，電壓變換電路和電壓選擇電路實(shí)現行驅動(dòng)，控制電路實(shí)現對COM Driver的控制，CO-MS獨立完成第32行掃描。
SEG驅動(dòng)器闈向液晶顯示屏提供顯示數據，該模塊由控制電路、電壓變換電路和電壓選擇電路實(shí)現對顯示數據鎖存電路輸出RAM數據的驅動(dòng)。