基于51單片機和FPGA 的人機交互系統的設計

　　2.2 T6963C 及其接口設計：

　　T6963C 液晶顯示控制器多用于小規模的液晶顯示器件，常被裝配在圖形液晶顯示模塊上，以?xún)炔乜刂破餍蛨D形液晶顯示模塊的形式出現。

　　單片機對T6963C 有2 種訪(fǎng)問(wèn)方式： 直接訪(fǎng)問(wèn)與間接訪(fǎng)問(wèn)。直接訪(fǎng)問(wèn)利用三總線(xiàn)以I/O 設備訪(fǎng)問(wèn)形式進(jìn)行控制；間接訪(fǎng)問(wèn)則由單片機提供并行接口，以程序控制時(shí)序的方式進(jìn)行控制。為簡(jiǎn)化程序，這里采用直接訪(fǎng)問(wèn)方式。

　　該LCM 的FS1 引腳用于控制顯示字符的字體。FS1 為高時(shí)，LCD 顯示6×8 字符；FS1 為低時(shí)，LCD 顯示8×8 字符。經(jīng)實(shí)踐，在顯示英文與數字時(shí)，6×8 字符更為美觀(guān)；在顯示中文字符時(shí)，8×8 字符更為方便。一般系統采用將FS1 接地或接高的方式來(lái)固定字體，而本系統采用P2.1 對FS 進(jìn)行控制，通過(guò)改變地址實(shí)現改變字體的功能，使得界面的顯示更靈活。

　　2.3 鍵盤(pán)電路設計：

　　鍵盤(pán)是常用的單片機輸入設備，分為編碼鍵盤(pán)和非編碼鍵盤(pán)。鍵盤(pán)上閉合鍵的識別由專(zhuān)用硬件譯碼器實(shí)現，并產(chǎn)生鍵編號或鍵值的稱(chēng)為編碼鍵盤(pán)；靠軟件識別的稱(chēng)為非編碼鍵盤(pán)。在單片機組成的測控系統及智能化儀器中使用最多的是非編碼鍵盤(pán)，本系統設計在FPGA 中編程實(shí)現3×6 鍵盤(pán)的行掃描。

　　由于按鍵的機械特性，在閉合和斷開(kāi)的瞬間會(huì )伴隨著(zhù)一連串的抖動(dòng)，鍵抖動(dòng)會(huì )引起一次按鍵被誤讀多次，所以必須進(jìn)行去抖處理，常用的方法為延時(shí)去抖動(dòng)。FPGA 產(chǎn)生鍵值之后向單片機發(fā)送中斷，并等待單片機讀取鍵值。由于人腦反應時(shí)間相對較長(cháng)， 鍵盤(pán)中斷可以處于相對較低的優(yōu)先級，因此本文將鍵盤(pán)中斷接于外部中斷7。

　　3 軟件設計：

　　軟件設計遵循結構化和層次化的設計原則。底層函數直接與硬件溝通，而上層函數直接通過(guò)調用底層函數來(lái)實(shí)現相應功能，從而使上層函數與硬件環(huán)境徹底分開(kāi)。當硬件環(huán)境發(fā)生變化時(shí)，僅修改底層函數便能實(shí)現程序的移植。

　　3.1 液晶驅動(dòng)模塊的編程設計：

　　本模塊的底層函數需要實(shí)現寫(xiě)控制字、寫(xiě)參數、查忙等功能。由于采用直接訪(fǎng)問(wèn)，寫(xiě)控制字與寫(xiě)參數的函數只需向控制口或數據口的地址送數即可。由于LCD 是慢速器件，因此在每次寫(xiě)控制字及寫(xiě)參數之前都需要進(jìn)行查忙。T6963C的狀態(tài)字共有7 位有效的狀態(tài)位，如表1 所示。其中STA1～STA3 最為常用，一般情況下可以不需要對STA5～STA7 進(jìn)行查忙的程序。

　　3.1.1 液晶驅動(dòng)模塊的初始化：

　　T6963C 的最大特點(diǎn)是具有獨特的硬件初始值設置功能，顯示驅動(dòng)所需的參數如占空比系數。驅動(dòng)傳輸的字節數/行及字符的字體選擇等均由引腳電平設置， 這樣T6963C 的初始化在上電時(shí)就已經(jīng)基本設置完成，軟件操作的重心就可以全部用于顯示畫(huà)面的設計上。因此，初始化時(shí)僅需根據實(shí)際情況設置文本區域和圖形區域的首地址和寬度， 以及CGRAM 偏置地址、合成方式、光標形狀等即可正常使用。

　　液晶驅動(dòng)模塊的初始化函數如下：

　　void LcdInitial（void）

　　{

　　LcdWriteDataD（0x00，0x00，0x40）； //設置文本區域首地址為0000H

　　LcdWriteDataD（0x20，0x00，0x41）； //設置文本區域寬度為20H 字節

　　LcdWriteDataD（0x00，0x04，0x42）； //設置圖形區域首地址為0400H

　　LcdWriteDataD（0x20，0x00，0x43）； //設置圖形區域寬度為20H 字節

　　LcdWriteDataD（0x03，0x00，0x22）； //設置CGRAM 偏置地址，顯示存儲器的首地址為1800H

　　LcdWriteDataN（0xa7）； //光標形狀設置為8×7

　　LcdWriteDataN （0x80）； //啟用內部字符發(fā)生器，邏輯“或”合成

　　LcdWriteDataN（0x9c）； //開(kāi)文本和圖形顯示，禁用光標

　　LcdClear（3）； //清屏

　　}

　　3.1.2 英文及漢字的文本顯示：

　　由于英文及數字等常用字符的字模已經(jīng)固化在CGROM中，因此進(jìn)行英文的顯示時(shí)，只需指定顯示的地址，再輸入該字符對應的標號即可。漢字的顯示與英文的顯示類(lèi)似。然而出于其復雜性，一個(gè)漢字需要使用4 組點(diǎn)陣才能完整顯示。在初始化后將漢字的4 部分字模順序輸入CGRAM 中， 在使用時(shí)僅需計算好每一部分的顯示地址即可對漢字進(jìn)行完美顯示。

　　對于一串英文字符的輸入， 可以利用字符串的特性進(jìn)行操作。通過(guò)檢測‘’字符來(lái)判斷英文字符串的結尾，從而避免了在調用此顯示函數時(shí)人工計算句子長(cháng)度的工作。英文字符的ASCII碼值與其在CGROM 中對應的標號恰相差0x20，因此僅需簡(jiǎn)單的減法即可實(shí)現標號的轉換。此外，在進(jìn)行英文的連續顯示時(shí)，使用了T6963C 的數據自動(dòng)寫(xiě)指令，從而提高了顯示效率。

　　對于一串中文的顯示，則僅需通過(guò)循環(huán)調用單個(gè)中文的顯示程序進(jìn)行實(shí)現。注意由于C51 語(yǔ)言中字符串無(wú)法支持中文，因此必須人工計算中文字串的長(cháng)度并將其作為函數傳遞給此顯示函數。