引 言
隨著社會(huì)需要和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)愈來(lái)愈激烈，更新的周期愈來(lái)愈短，因而要求設(shè)計(jì)者能很快地設(shè)計(jì)出新產(chǎn)品；而在產(chǎn)品的整體設(shè)計(jì)中，人機(jī)交互界面的設(shè)計(jì)往往占據(jù)著很大一部分工作，這樣，不但極大地增加了產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)成本而且延長(zhǎng)了產(chǎn)品的上市周期。本文論述的基于P89C51RD2的人機(jī)交互界面是一種界面可定制、結(jié)構(gòu)緊湊、價(jià)格低廉、簡(jiǎn)單易用、性能優(yōu)良的通用型人機(jī)交互界面，能很好地解決上述問(wèn)題。
1 系統(tǒng)工作原理
1.1 工作原理
按照實(shí)際應(yīng)用中控制系統(tǒng)的需要及控制系統(tǒng)與人機(jī)交互界面的約定，通過(guò)PC機(jī)上的可視化人機(jī)界面定制軟件，定制好整個(gè)界面信息，再把定制好的界面信息下載到人機(jī)交互界面系統(tǒng)中，就可以輕松地實(shí)現(xiàn)人機(jī)界面的定制。在應(yīng)用中，人機(jī)交互界面通過(guò)串行接口與控制系統(tǒng)進(jìn)行交互，發(fā)送按鍵等信息給控制系統(tǒng)，并接收所需的可變信息，以完成人機(jī)交互。
現(xiàn)以空壓機(jī)控制器的部分人機(jī)界面為例來(lái)說(shuō)明相關(guān)概念，界面系統(tǒng)示意圖如圖1所示。相關(guān)概念說(shuō)明如下：
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①屏幕，即LCD顯示區(qū)，由一個(gè)或多個(gè)屏幕項(xiàng)組成；
②屏幕項(xiàng)，即屏幕里面的按其顯示內(nèi)容的性質(zhì)差異來(lái)劃分的一個(gè)個(gè)整體單元，如文本屏幕項(xiàng)等；
③屏幕項(xiàng)的分類(lèi)，按其顯示內(nèi)容的性質(zhì)差異分為文本、整型、浮點(diǎn)型、枚舉型、圖形等。
整個(gè)人機(jī)界面系統(tǒng)由一個(gè)個(gè)存在鏈接關(guān)系的屏幕構(gòu)成，而每個(gè)屏幕又由一個(gè)或多個(gè)屏幕項(xiàng)組成。各屏幕項(xiàng)有其自身的屬性，也存在著某些相互的鏈接關(guān)系(例如，由某個(gè)屏幕項(xiàng)鏈接到另外一個(gè)屏)。這樣，通過(guò)對(duì)各屏幕項(xiàng)的合理組織而構(gòu)成一個(gè)鏈表網(wǎng)絡(luò)，再通過(guò)對(duì)此鏈表網(wǎng)絡(luò)的操作來(lái)實(shí)現(xiàn)人機(jī)界面的操作，即屏幕的顯示操作。
1.2 系統(tǒng)的工作過(guò)程
系統(tǒng)的軟件部分由用戶引導(dǎo)程序和應(yīng)用程序組成。系統(tǒng)運(yùn)行后，由用戶引導(dǎo)程序決定是執(zhí)行界面信息的更新還是正常運(yùn)行。若執(zhí)行界面信息的更新，則系統(tǒng)通過(guò)串行接口從上位機(jī)接收界面定制信息，并通過(guò)在應(yīng)用編程(IAP)功能保存所接收的信息，然后通過(guò)本地讀取新的界面定制信息建立鏈表網(wǎng)絡(luò)；若正常運(yùn)行，則直接從本地讀取舊的界面定制信息建立鏈表網(wǎng)絡(luò)。應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)的功能包括按鍵的輸入、界面的顯示及與控制系統(tǒng)的通信。
2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)及電路原理圖
本系統(tǒng)采用Philips公司功能強(qiáng)大、資源豐富的P89C51RD2單片機(jī)作為微控制器，通過(guò)擴(kuò)展液晶模塊及按鍵模塊來(lái)構(gòu)成人機(jī)交互界面。系統(tǒng)的硬件電路原理如圖2所示。
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2.1 P89C51RD2單片機(jī)簡(jiǎn)介
P89C51RD2是Philips公司內(nèi)核基于8位80C51單片機(jī)的派生產(chǎn)品，在完全保留80C51指令系統(tǒng)和硬件結(jié)構(gòu)的大框架下，進(jìn)行了多方面的加強(qiáng)、擴(kuò)展和創(chuàng)新。P89C51RD2具有64 KB并行可編程的非易失性Flash程序存儲(chǔ)器，并可實(shí)現(xiàn)對(duì)器件串行在系統(tǒng)編程和在應(yīng)用中編程。
2.2 液晶顯示模塊
本系統(tǒng)采用的是OCM12864圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊。OCM12864液晶顯示模塊是128×64點(diǎn)陣型液晶顯示模塊，可顯示各種字符及圖形，可與CPU直接相連；具有8位標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)總線、6條控制線及電源線。
2.3 按鍵輸入模塊
根據(jù)系統(tǒng)的需要，系統(tǒng)至少需要設(shè)定如下6個(gè)屏幕操作按鍵：左、右、上、下、換屏、確定按鍵。其中，左、右鍵用于切換屏幕項(xiàng)；上、下鍵用于修改可變屏幕項(xiàng)；確定鍵用于產(chǎn)生所選屏幕項(xiàng)對(duì)應(yīng)的功能動(dòng)作；換屏鍵用于進(jìn)入所選中項(xiàng)的鏈接屏幕，若當(dāng)前屏幕沒(méi)有選中項(xiàng)，則進(jìn)入首項(xiàng)鏈接的屏幕。當(dāng)然，可以根據(jù)需要擴(kuò)充數(shù)字按鍵及功能按鍵。
本系統(tǒng)采用普通的矩陣式按鍵結(jié)構(gòu)，也稱(chēng)“行列式鍵盤(pán)結(jié)構(gòu)”。系統(tǒng)中設(shè)計(jì)4行4列共16個(gè)鍵，只占用8根I／O口線，鍵數(shù)多而占用I／O口線少。除上述6個(gè)屏幕操作按鍵外，余下的10個(gè)鍵可由用戶根據(jù)需要定制功能，如數(shù)字鍵或功能鍵。
3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
由于系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)不是特別復(fù)雜，故采用基于前后臺(tái)的傳統(tǒng)的控制程序設(shè)計(jì)方法。系統(tǒng)的程序流程如圖3所示。
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