基于DSP的嵌入式系統人機接口設計
摘要： 人機接口是嵌入式控制系統的重要組成部分，用于人機之間實時交換控制系統并返回系統狀態。嵌入式系統大都采用液晶屏和鍵盤作為人機接口的輸入、輸出設備。這里設計的人機接口作為數據采集系統的組成部分，為系統控制和運行監測提供方便，而其本身在各種嵌入式控制系統中又具有廣泛的實用性。
Abstract：
Key words :
1 引言
人機接口是嵌入式控制系統的重要組成部分，用于人機之間實時交換控制系統并返回系統狀態。嵌入式系統大都采用液晶屏和鍵盤作為人機接口的輸入、輸出設備。這里設計的人機接口作為數據采集系統的組成部分，為系統控制和運行監測提供方便，而其本身在各種嵌入式控制系統中又具有廣泛的實用性。
2 液晶屏顯示功能的實現
這里采用的液晶顯示器為RT320240B。該顯示器的控制器使用SEIKO EPSON公司生產的SED1335型控制器。DSP訪問SED1335時，無需判斷其是否空閑，SED1335能夠隨時準備接受DSP的訪問并按照內部時序及時正確傳輸DSP發送的指令、數據。考慮到RT320240B是大屏幕液晶顯示器，顯示數據采集波形需較快的屏幕刷新速度，這里采用并行數據發送方式，從而在硬件設計上提高液晶屏幕的刷新速度。
2.1 SED1335控制器
SED1335型液晶顯示控制器由振蕩器、功能邏輯電路、顯示RAM、管理電路字符庫及其管理電路，以及產生驅動時序的時序發生器組成。振蕩器工作頻率在1～10 MHz范圍內可選。SED1335的顯示RAM具有以下特性：
（1）文本顯示特性 顯示RAM區專用于文本方式顯示，該顯示RAM區每個字節的數據都認為是字符代碼，SED1335將使用該字符代碼確定字符庫中字符首地址，再將相應字模數據傳送到液晶顯示模塊。在液晶屏上出現該字符的8×8點陣塊即文本顯示RAM的一個字節對應顯示屏上的8×8點陣。
（2）圖形顯示特性顯示RAM區專用于圖形方式顯示，該顯示RAM區每個字節的數據直接被送到液晶顯示模塊上，每個位的電平狀態決定顯示屏上一個點的顯示狀態，1為顯示，0為不顯示。所以圖形顯示RAM的一個字節對應顯示屏上的8×1點陣。
（3）字符發生器SED1335管理內存字符發生器CGROM，該字符發生器固化160種5×7點陣字符的字模SED1335，由于SED1335僅能處理8位字符代碼，所以一次最多只能顯示及建立256種字符并在SED1335的字符表中給出內部字符發生器的全部內容，同時給出外擴字符發生器的字符代碼范圍80H～9FH和E0H～FFH，共64種。
2.2 液晶屏顯示硬件電路設計
考慮到SED1335控制器的特點以及顯示波形對速度的要求，應用并行數據總線的方法。而DSP2812的外擴數據總線剛好符合并行傳輸數據需要。I/O數據緩沖接口A0選用外擴地址總線的最低位地址總線A0,通過XINTF,將指令碼寫入"*******1"的外擴地址中，并將數據寫入"*******1"的外擴地址中，因此巧妙方便地解決了A0端口的設定，同時為編程帶來方便。基于上述考慮進行設計，液晶屏的硬件連接電路如圖1所示。
2.3 液晶屏顯示軟件設計
液晶屏顯示功能是通過向指定的內存區域進行寫操作來實現的。通過讀指令讀取顯示緩存區中的內容，并與寫入數據相比較，就可有效地檢測顯示器緩存區RAM功能，結合各種SED1335控制器所提供的指令，全面檢測液晶顯示器。
結合DSP自身特點所設計的系統硬件電路，在編寫軟件程序時首先要定義數據段LCDCMD、LCDDATA,并在主程序中進行說明：
#pragma DATA_SECTION（LCDCMD,"LCD_CMDFile"）
#pragma DATA_SECTION（LCDDATA,"LCD_DATAFile"）
然后在CMD中為這兩個數據段分配地址：
LCD DATA:origin=0x0080000,length=0x00001
LCD CMD:origin=0x0080001,length=0x00001
圖2為液晶屏顯示軟件設計流程。
尺寸相同的普通串口液晶刷屏速度一般為2~3 s,利用并口外擴數據總線設計方法可將刷屏速度提高到0.5 s,符合設計要求，若采用匯編語言開發該設計，刷屏速度將更快。
3 PS/2鍵盤功能的實現
3.1 PS/2接口簡介
本設計采用帶有PS/2接口的掃描式鍵盤。PS/2接口鍵盤遵循雙向同步串行協議，但主機在總線上總是具有優先權，只需將時鐘拉低就可在任何時候抑制來自鍵盤的通訊。物理PS/2接口是兩類連接器中的一種，5引腳的DIN或6引腳的mini-DIN,目前常用的連接器為mini-DIN6引腳插頭，17鍵小鍵盤也是該連接器。
3.2 PS/2接口硬件電路設計
PS/2接口只需2根數據線，連接簡單，圖3為PS/2接口硬件連接電路。
3.3 PS/2接口鍵盤軟件設計
DSP處理器監控按鍵矩陣，若發現有按鍵被按下釋放或按住，將發送掃描碼信息包到計算機。其中，掃描碼有通碼和斷碼兩種類型。當按下或按住按鍵時，發送通碼；當釋放按鍵時，則發送斷碼。每個按鍵分配有唯一的通碼和斷碼，則主機可通過查找唯一的掃描碼測定具體的按鍵。鍵盤上的每個按鍵的通斷碼組成掃描碼集，PS/2接口鍵盤默認使用第二套掃描碼。
鍵盤遵循一種每幀包含11位的串行協議，這些位分別為：1個起始位，總為0;8個數據位，低位在前；1個校驗位，奇校驗；1個停止位，總為1.為了減小系統開銷，該設計采用中斷方式，在中斷程序中檢測掃描碼，其部分程序代碼如下：
為減小誤碼率，在判斷通碼后再檢測斷碼，使得DSP處理器獲得更準確的判斷。
4 結論
本文介紹一種以DSP為核心的嵌入式人機接口設計，經實踐證明，該設計方案簡沽實用，用途廣泛。基于該系統設計思路，根據實際需要和處理器特點會有多種設計方案，并結合BIOS系統的開發將使多任務間的調度更方便。
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