基于MC9S12X微处理器的人机界面系统设计

2011-06-26原云峰

电气传动自动化 2011年6期

关键词：人机界面低电平高电平

原云峰

（山西机电职业技术学院，山西长治 046011）

1 人机界面概述

人机界面（The Human－Machine Interface，HMI）即用户界面（User Interface，简称 UI），是设备与人之间通信交流的窗口［1］。通过该界面操作人员可实现与设备的交互作用。

一般人机界面系统由硬件和软件两部分组成，硬件部分主要包括微处理器单元、显示单元、输入单元、通信单元以及存贮单元等。其中微处理器是人机界面中最重要的元件，它的性能直接决定用户界面产品的性能。

根据人机界面产品等级的不同，一般微处理器可选用8位、16位、32位的处理器。而软件通常有两种，一种为使用成熟组态软件二次开发的用户界面，该类型人机界面产品功能强大，界面美观，但对微处理器的要求较高，且成本较高；另外一种为普通界面，可完成基本的操作、数据显示以及存储功能，该软件成本较低，对微处理器的要求也不高［2］。

2 微处理器MC9S12X

微处理器（MCU）广泛应用于工业控制领域中，将它与液晶屏组合，可设计出功能较强的人机界面。MC9S12X是一款以16位HCS12X为内核的微控制器（MCU）。它包括256kbyte的Flash，4 kbyte的 E2PROM，4个异步串行通讯接口（AsynchronousSerial Communications Interface，SCI），8通道增强型捕获定时器（ECT），3个串行外围接口（Serial Peripheral Interface，SPI），具体有 8 通道的 10位精度的模数转换器（ADC），3个 CAN 2.0A／B协议的MSCAN通讯口，如果需要外扩总线，它还具有独立的23位地址总线和16位数据总线。其内置的锁相环电路可实现低功耗晶振，可根据系统的具体要求做出适当的调整［3］。

3 液晶模块介绍

液晶显示器（Liquid Crystal Display，LCD）［4］，具有体积小、功耗小、清晰度高、无闪烁、重量轻、受外界磁场干扰小、价格低廉等优点，已在许多领域得以广泛使用；虽然发光二级管（LED）具有亮度高、字体醒目、电压低的特点，但其显示的信息量少，一般只用于显示数据量不大的场合。目前，在一些专业领域上，LCD已逐渐取代LED［5］。

在用户界面系统中，应该具有友好的界面菜单，也就是用户操作将更加简单明了；既能显示汉字，还能显示图形，并具有英文或数字的输入功能。本文采用LM1095R，它为192×128点阵中文／图形液晶显示模块，内置RA8803控制器。该液晶屏不仅可以显示单一的文本、图形，而且可以实现双图层的合成显示，此外还能产生四阶灰度的效果，并且在文本模式下能够实现大小字体的混编（最大字体为64×64）；在连续输入资料时，可自动设定行距；画面美观，节省了用户的开发时间［5］。该液晶屏的特点为：①采用单电源供电，内置升压电路；②具有高对比度，FSTN型LCD屏；③白色LED背光；④内嵌简体中文字库（7602个汉字）；⑤双图层内存（2×9.6K显示存储器）。

4 LM1095R与MC9S12X的硬件连接

如图1所示为微处理器MC9S12X与液晶模块LM1095R的接口电路图。

图1 液晶接口电路

图1中，DB0－DB7为数据总线，用来传输数据或指令。／CS为片选端口，／RD为读控制端口，／WR为写控制端口。该系统的具体工作流程为：当／RD为高电平且／WR与／CS同时为低电平时，表示微处理器正向液晶模块写数据；当／WR为高电平且／RD＝0与／CS同时为低电平时，表示微处理器正从液晶模块读数据。RS是传输数据或者传输指令的控制端口，当RS为高电平时，表示微处理器通过DB0－DB7传输数据；当RS为低电平时，表示微处理器通过DB0－DB7发出指令。Vout是液晶模块调压器的输出电压，V0是液晶模块的对比度参数输入，通过设置Vout和V0来控制液晶的对比度；BLA引脚为液晶模块的背光引脚。

5 液晶显示的软件编写

如图2所示为液晶显示屏的读写时序图。

图2 LCD的读写时序图

按照时序图编写写数据函数（总线频率40MHz）：

void write＿data（unsigned char wrdata）

按照时序图编写写寄存器函数（总线频率40MHz）：

void write＿register（unsigned char address，unsigned char wrdata）

通过上面两个函数就可以对液晶进行进一步的软件编写。液晶显示的初始化程序如下：

该设计将使液晶模块能实时显示微处理器所接收到的数据，以及需要处理的数据值，并且具有翻行与翻页功能，以方便用户查看。该人机界面的另一功能为波形显示，即可将存储于存储器的数据以波形的形式显示于液晶屏上，方便使用者直观地观察数据的变化趋势。

6 输入模块设计

为了满足人机界面的输入要求，本文设计的人机界面还设计了输入模块，即通过8个按键来控制液晶屏的数据显示和参数的修改。在微处理器中采用具有中断功能的H端口来响应按键的输入，即一旦有按键按下，就会产生一个下降沿，微处理器在接收到这个下降沿后，就会触发一次中断，程序会自动转到键盘的中断服务子程序，执行中断任务。如果没有按键按下，微处理器的H端口将读到高电平；即触发任何按键都将使输入变为低电平，从而触发微处理器发生中断。

输入系统的部分程序为：

函数initial＿button（）将H端口设置为输入，下降沿触发微处理器中断。