按鍵與菜單在嵌入式系統中的設計與應用

4．采用專(zhuān)用的鍵盤(pán)芯片

采用專(zhuān)用芯片設計的鍵盤(pán)接口電路，具有操作簡(jiǎn)便，可靠性好等優(yōu)點(diǎn)，但會(huì )提高產(chǎn)品造價(jià)，所以在實(shí)際使用時(shí)可根據需要進(jìn)行選取。8279作為常用的并口鍵盤(pán)控制芯片可控制8×8的鍵盤(pán)矩陣，但其本身為并口傳輸，而且控制線(xiàn)較多，所以占用很多外部資源。ZLG7290為新型的I2C通訊的鍵盤(pán)、LED控制芯片，最多可控制8×8的鍵盤(pán)矩陣。由于采用了串行總線(xiàn)的通訊方式，所以占用I/O資源少，效率高。關(guān)于采用芯片設計鍵盤(pán)的電路與操作可參考有關(guān)數據手冊，在此不再贅述。

隨著(zhù)半導體工業(yè)的發(fā)展，CPLD以其功能強大、開(kāi)發(fā)成本低和保密性好等優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)成為硬件設計中不可缺少的組成部分之一。在數字電路設計中，設計者完全可以根據自己的實(shí)際需要編寫(xiě)一片具有鍵盤(pán)掃描、液晶驅動(dòng)、打印控制等諸多功能的CPLD芯片。

三、菜單的結構、程序設計模式及鍵盤(pán)的搭配設計

菜單與鍵盤(pán)一起可構成良好的人機交互界面，與LED和其它提示信號相比采用液晶提供的菜單方式可提供給用戶(hù)更多的幫助信息，更友好的交互方式。但如果菜單的結構設計混亂，提示信息不明確，則可能會(huì )讓用戶(hù)不知所措，會(huì )比沒(méi)有菜單的系統更難以使用，所以良好的菜單與程序流程設計是產(chǎn)品成功的重要保障。菜單設計務(wù)必要做到結構清晰、功能明確，幫助語(yǔ)句無(wú)歧義。良好的菜單設計除包括基本的工作流程選擇外，還應包括重要決策的再次確定和功能返回按鍵，以防止操作人員的失誤。在設計中對不同的功能可根據實(shí)際情況分組，采用子菜單方式，以簡(jiǎn)化人機操作界面?！耙绘I多意”式設計一定要注意區分“抖動(dòng)”與“雙擊”——它們的時(shí)間間隔有著(zhù)顯著(zhù)的差別。在按鍵事件的處理上也分為檢測到按鍵事件即進(jìn)行處理和待按鍵彈起后再進(jìn)行處理兩種，可根據實(shí)際需要進(jìn)行選取。

具有菜單提示的系統因交互信息豐富可采用兩套按鍵式結構，一套用來(lái)執行選擇功能即上、下、左、右鍵，另一套用來(lái)輸入數據、確定操作。減少按鍵的數量可降低產(chǎn)品的操作難度，良好的按鍵、菜單搭配還可防止產(chǎn)品的誤操作，屏蔽不應執行的動(dòng)作，提高產(chǎn)品的容錯性。在實(shí)際設計中還要采用程序流程圖輔助設計。

在裸機編程中，菜單的結構一般與程序的結構相對應，多采用按鍵事件觸發(fā)式程序設計結構，在C語(yǔ)言中通常采用的按鍵散轉結構是switch case 結構。值得說(shuō)明的是嵌入式C語(yǔ)言設計與臺式機不同，在沒(méi)有使用OS的嵌入式系統中嵌入式程序為一個(gè)超級循環(huán)結構，即程序一般一直運行直至系統掉電。所以在執行完散轉功能后，程序不是退出而是返回到某個(gè)初始狀態(tài)等待新的命令。為了防止程序受干擾誤入不正常的選擇狀態(tài)可在的正常的散轉功能后加入 “default : *(void(*)())0)(); ”語(yǔ)句，該語(yǔ)句使程序返回到最初狀態(tài)，即軟復位操作。在不啟用的中斷入口處，以及檢測到某些錯誤時(shí)也可使用“*(void(*)())0)();”語(yǔ)句使系統軟復位。

在嵌入式系統中，與裸機編程相對應的是操作系統的使用，在資源比較豐富的系統中常采用RTOS，在RTOS中按鍵與菜單的組合常常用來(lái)進(jìn)行任務(wù)的切換。使用RTOS的好處主要是堆棧的管理、中斷的重入和不同任務(wù)之間的切換等問(wèn)題都由系統來(lái)完成，而設計者只專(zhuān)注于任務(wù)的設計，可以縮短研發(fā)周期。但RTOS的使用并不是沒(méi)有代價(jià)的，首先RTOS的使用并不是免費的，而且操作系統本身也會(huì )占用MCU資源,，所以在很多小型單片機上并不適用。

另一種設計模式是時(shí)間觸發(fā)式模式，時(shí)間觸發(fā)式模式是基于定時(shí)器中斷設計的任務(wù)調度模式，它采用函數的指針?lè )绞秸{度滿(mǎn)足條件的任務(wù)執行。與RTOS相比，時(shí)間觸發(fā)式模式更適合功能較小的小型MCU（如51系列），它有更好的可預測性，占用更少的CPU資源，程序結構更明確、透明度高。在這種模式下，由定時(shí)器每隔一定的時(shí)間間隔調度刷新函數，確定可執行的函數（功能），再通過(guò)主函數中的調度函數根據函數指針依次調用具備條件的函數。在調度器（調度函數）中還可加入設置CPU閑置的語(yǔ)句，可在無(wú)任務(wù)時(shí)使CPU處于idle狀態(tài)，以降低系統的功耗和提高抗干擾的能力。在這種小型系統中，因功能相對簡(jiǎn)單，菜單結構也可設計的盡量簡(jiǎn)單，明確提出可執行的任務(wù)，減少CPU在刷新顯示上的時(shí)間。按鍵掃描子程可作為一項任務(wù)由調度器每隔一定的時(shí)間間隔調度，如果兩次調用的時(shí)間間隔大于5ms則可省略防抖功能。按鍵信息在這里同樣不會(huì )引起功能的立即執行（程序的跳轉），而是改變某個(gè)函數（功能）的條件位，使其在下次調度中得到執行。由于調度器兩次調度的時(shí)間間隔很短，所以并不會(huì )有明顯的延誤現象，可以滿(mǎn)足大多數的應用場(chǎng)合。

四、結束語(yǔ)

針對不同的硬件，本文介紹了在嵌入式系統中按鍵的軟、硬件設計及不同設計的優(yōu)缺點(diǎn)，并討論了菜單設計和程序模式之間的關(guān)系。