在單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，LCM（液晶顯示模塊）人機(jī)交互界面的設(shè)計(jì)往往是很重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。LCM可以用于智能儀器上的顯示設(shè)定參數(shù)、狀態(tài)提示符、檢測(cè)結(jié)果和待輸入?yún)?shù)等功能。本文結(jié)合電解質(zhì)分析儀的設(shè)計(jì)要求，采用液晶顯示模塊YXD-12864A2LCM，研究并實(shí)現(xiàn)了以單片機(jī)C8051F020為基礎(chǔ)的液晶顯示的接口電路和程序設(shè)計(jì)，添加了按鍵系統(tǒng)，從而達(dá)到方便用戶使用的目的。

　　1 電解質(zhì)分析儀簡介

　　本系統(tǒng)所設(shè)計(jì)的電解質(zhì)分析儀（Electrolyte Analyzer）是一種具有高分辨率和高精度的儀器，可以與多種離子選擇電極配套使用，可用自動(dòng)方法測(cè)定樣品中鉀、鈉、氯、鈣離子的濃度和pH值。其結(jié)構(gòu)方框圖如圖1所示。儀器采用單片機(jī)C8051F020為核心芯片進(jìn)行設(shè)計(jì)，在測(cè)量室內(nèi)由化學(xué)傳感器采集電解質(zhì)的電位信號(hào)傳送給信號(hào)調(diào)理電路，經(jīng)過信號(hào)調(diào)節(jié)后送給主電路板進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，然后輸出顯示到LCM上，LCM參數(shù)、測(cè)量結(jié)果的顯示等都可由鍵盤操作。與上位機(jī)的通信上，采用RS 232通信方式傳輸數(shù)據(jù)。本儀器的特點(diǎn)是可以單機(jī)使用、也可以與上位機(jī)連接使用，與上位機(jī)連接后通過界面操作可以幫助用戶完成病人信息的查詢、存儲(chǔ)、儀器工作情況的實(shí)時(shí)檢測(cè)等功能。

　　圖1 電解質(zhì)分析儀結(jié)構(gòu)方框圖

　　系統(tǒng)顯示部分采用圖形液晶顯示模塊YXD-12864A2LCM,安裝在儀器的表面，用來顯示參數(shù)設(shè)置、測(cè)量結(jié)果、定標(biāo)、質(zhì)控等的情況。界面顯示與參數(shù)設(shè)定及翻頁等功能通過按鍵的控制來實(shí)現(xiàn)。

　　2 YXD-12864A2LCM

　　2.1 模塊介紹

　　YXD-12864A2LCM是一種圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊，它主要由行驅(qū)動(dòng)器、列驅(qū)動(dòng)器及128x64全點(diǎn)陣液晶顯示器組成。可完成圖形顯示，也可以顯示4x8個(gè)（16×16點(diǎn)陣）漢字。YXD-12864A2模塊共有20個(gè)引腳。其中，第1腳VSS接系統(tǒng)地；第2腳VDD接電源電壓；第3腳V0接液晶顯示器驅(qū)動(dòng)電源；第4腳D/I接數(shù)據(jù)指令選擇信號(hào)；第5腳R/W接讀寫選擇信號(hào)；第6腳接讀寫使能信號(hào)，E為高時(shí)，數(shù)據(jù)被讀出，而在E的下降沿到來時(shí)，數(shù)據(jù)被鎖存到DB0~DB7；第7~14腳接三態(tài)數(shù)據(jù)總線；第15、16腳接片選信號(hào)；第17腳接復(fù)位信號(hào)；第18腳Vout接內(nèi)部負(fù)壓發(fā)生器輸出電壓端；第19腳接LED背光電源正極；第20腳接LED背光電源負(fù)極。

　　2.2 接口電路

　　接口電路圖和原理圖如圖2,圖3所示，C8051F020的P3口作為數(shù)據(jù)口與液晶模塊DB口相連；P2.0為復(fù)位引腳控制端；P2.1、P2.4、P2.5作為普通的I/O口使用，分別接液晶模塊的使能端E、寄存器選擇引腳D/I、讀寫引腳R/W；P2.2、P2.3分別接片選信號(hào)左或者右，對(duì)顯示進(jìn)行定位。

　　圖2 LCM接口電路圖

　　圖2的電路圖中，R28和R41為上拉電阻，因?yàn)樗總€(gè)端口是與單片機(jī)相連的，對(duì)于顯示器而言工作電壓是5 V，而C8051F020工作電壓是3.3 V，要使C8051F020輸出能更好地驅(qū)動(dòng)5 V輸入的LCM，就要將每個(gè)端口通過一個(gè)上拉電阻接到5 V電源，這樣就可以保證C8051F020的邏輯“1”輸出能被提升到5 V。

　　圖3 接口電路原理圖

　　2.3 軟件設(shè)計(jì)

　　顯示字符：從屏幕指定的位置開始顯示指定的字符串。此LCM是128x64位的液晶顯示屏，每個(gè)字符所占用的點(diǎn)陣是8x8。顯示位置由兩個(gè)坐標(biāo)參數(shù)據(jù)決定，橫坐標(biāo)x表示“行”，取值范圍為0~7；第0行對(duì)應(yīng)屏幕最上邊的一行，第7行對(duì)應(yīng)最下面一行。縱坐標(biāo)y表示“列”，取值范圍為0~15,第0列對(duì)應(yīng)屏幕最左邊的一列，第15列對(duì)應(yīng)屏幕最右邊的一列。

　　假設(shè)要從第4行第8列的位置顯示字符“K”，則程序段如下：

　　;entrancd: C（left, right）， R4（X）， R5（Y）， DPTR, R6（length）

　　data_to_lcd:

　　SETB CS1_LCD

　　CLR CS2_LCD

　　JNC data_to_lcd2

　　CLR CS1_LCD

　　SETB CS2_LCD

　　data_to_lcd2:

　　MOV A,R4

　　LCALL display_X_line

　　MOV A,R5

　　LCALL display_Y_line

　　MOV A,R6

　　MOV R7,A

　　LCALL write_LCD_bytes

　　MOV A,R4

　　INC A

　　LCALL display_X_line

　　MOV A,R5

　　LCALL display_Y_line

　　MOV A,R6

　　MOV R7,A

　　INC DPTR

　　LCALL write_LCD_bytes

　　CLR CS2_LCD

　　CLR CS1_LCD

　　RET

　　SETB C ;片選的設(shè)定

　　MOV R4,#04H ;位置行號(hào)

　　MOV R5,#08H ;位置列號(hào)

　　MOV DPTR,#K ;字符內(nèi)容

　　MOV R6,#08 ;定義字符的長度

　　LCALL data_to_lcd；調(diào)用輸出字符的子程序

　　漢字的顯示與字符類似，只是漢字所占的點(diǎn)陣為16×16的形式，因此在本LCM中，漢字只可以顯示4行8列。第一行漢字的坐標(biāo)為00H~07H，第二、三、四行坐標(biāo)依次為10H~17H、20H~27H、30H~37H。漢字的顯示要先將漢字的坐標(biāo)起始位置作為命令寫入，把漢字的字模作為數(shù)據(jù)寫入，連續(xù)寫入多個(gè)漢字可用查表法。

　　3 按鍵系統(tǒng)

　　按鍵系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)可以采用獨(dú)立方式和矩陣方式兩種。

　?。?）獨(dú)立式中每一個(gè)鍵單獨(dú)占用一根I/O口線，每一根I/O口線上的按鍵工作狀態(tài)不會(huì)影響其他I/O口線上的狀態(tài)，一般應(yīng)用于按鍵數(shù)量較少的場(chǎng)合；

　　（2）矩陣式的按鍵排列為行列式矩陣結(jié)構(gòu)，4行4列共16個(gè)鍵，只占用8根I/O口線，因此當(dāng)按鍵數(shù)目較多時(shí)，可以使用這種方式節(jié)省I/O口線。

　　本儀器共定義了8個(gè)按鍵，考慮到C8051F020上的I/O接口非常豐富，因此采用了獨(dú)立式。在儀器上共設(shè)計(jì)了Yes  N（上）（下）（左）（右）復(fù)位和打印8個(gè)按鍵，除復(fù)位鍵（其按下后直接復(fù)位）不通過鍵盤信息處理程序處理外，其余的7個(gè)鍵的按下處理均由鍵盤信息處理程序在主循環(huán)程序中完成。對(duì)于獨(dú)立式按鍵，CPU可以通過直接讀取I/O口的狀態(tài)來獲取按鍵的直接狀態(tài)編碼值，根據(jù)這個(gè)值可直接進(jìn)行按鍵識(shí)別。每個(gè)鍵的編碼值如表1所示。

　　按鍵的具體定義如下：

　　（1）;（上）（下）（左）（右）:移動(dòng)光標(biāo)或切換不同內(nèi)容的屏目、數(shù)據(jù)修改、完成口令輸入等；

　　（2）Yes:確認(rèn)所做的操作，包括確認(rèn)所選擇的菜單項(xiàng)或數(shù)據(jù)、確認(rèn)所輸入的口令、確認(rèn)被修改的數(shù)據(jù)等；

　?。?）No:可取消輸入的口令值或被修改的數(shù)據(jù)；

　?。?）;復(fù)位;:軟復(fù)位系統(tǒng)；

　?。?）打印:控制打印機(jī)打印輸出。

　　按鍵的工作方式分為編程控制方式和中斷控制方式兩種。本儀器采用中斷控制方式，流程圖如圖4所示。此方式可以提高CPU的效率，當(dāng)有鍵按下時(shí)，便向CPU申請(qǐng)中斷，CPU響應(yīng)中斷后，在中斷服務(wù)程序中進(jìn)行鍵盤掃描、查鍵值與處理等工作。而編程控制方式是指在一個(gè)工作周期內(nèi)，利用完成其他任務(wù)的空余時(shí)間，調(diào)用按鍵掃描子程序。經(jīng)程序查詢，若無鍵操作，則返回；若有鍵操作，則進(jìn)而判斷是哪個(gè)鍵，并執(zhí)行相應(yīng)的鍵處理程序。這樣對(duì)CPU的使用效率就受到了影響。因此選用中斷控制方式。

　　圖4 中斷法控制流程圖

　　本儀器采用的按鍵的開關(guān)為機(jī)械彈性開關(guān)。從按鍵按下到接觸穩(wěn)定要經(jīng)過數(shù)毫秒的抖動(dòng)時(shí)間，松開時(shí)也有這樣的問題。抖動(dòng)時(shí)間的長短由按鍵的機(jī)械特性決定，一般為5~10 ms。這樣就會(huì)引起一次按鍵多次讀取，對(duì)于抖動(dòng)問題可以采用軟件方法?？梢酝ㄟ^延時(shí)去抖動(dòng)的方法避免，即檢測(cè)出按鍵閉合后執(zhí)行一個(gè)延時(shí)程序產(chǎn)生20 ms的延時(shí)，讓前沿抖動(dòng)消失后再一次檢測(cè)鍵的狀態(tài)，如果仍保持閉合狀態(tài)電平則確認(rèn)為真正有鍵按下。當(dāng)檢測(cè)到按鍵釋放后，也要給20 ms的延時(shí)，待后沿抖動(dòng)消失后才能轉(zhuǎn)入該鍵的處理程序。

　　4 結(jié)語

　　利用YXD-12864A2圖形液晶顯示模塊設(shè)計(jì)電極質(zhì)分析儀的顯示界面，采用8位并型模式傳遞數(shù)據(jù)，主要是因?yàn)殡m然占用了較多的I/O引腳，但與串行模式相比，編程簡單的多；而且C8051F020有8個(gè)8位I/O端口、64個(gè)數(shù)字I/O引腳，非常豐富，所以也不用考慮引腳不夠的問題。通過添加按鍵系統(tǒng)，使顯示的內(nèi)容可以由用戶來操作，非常方便。