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石城:描绘生态新图 逐梦全域旅游

? 2018-09-20 17:25 ? 次阅读
这些因素是教师职业令人羡慕的外在保障,专业素养的全面彰显才是真正建立其职业地位的内在要素。

在现代各类仪器的开发中,人机交互功能正起着无可替代的作用。人机交互界面友好的仪器将更容易操作和使用,从而提高工作效率。液晶显示器(LCD)具有功耗低、价格低、寿命长、接口控制方便等特点,在科研与设计领域正发挥着越来越大的作用。FPGA 作为单片机外设的接口芯片,可以大大简化接口电路,通过对FPGA 进行编程,可以实现常用的译码、地址选通等功能。

本文以C8051F020 单片机与FPGA 互连系统为控制核心,以液晶显示控制器T6963C 为例,结合行扫描键盘,简述了一种人机交互功能的设计。

1 系统设计方案:

FPGA 可在很大程度上扩展单片机的资源,然而人机交互功能仍应尽量减少对单片机及FPGA 的资源消耗, 以便将更多的片内资源用于其他功能的扩展。采用FPGA 扫描键盘可以节省单片机的资源, 同时也能灵活地实现键盘的扩展。而考虑到液晶控制较复杂, 依然采用单片机控制LCD,使LCD 的各种功能得到最大程度的利用,其系统框图如图1 所示。

以C8051F020单片机为控制核心的人机交互系统设计

2 硬件电路及FPGA 接口设计:

2.1 总线接口设计:

这里采用单片机C8051F020 与CycloneⅡ FPGA 互连的系统。C8051F020 器件是完全集成的混合信号系统级MCU芯片,具有64 个数字I/O 引脚,与8051 完全兼容,而且速度得到了极大提高,70%的指令执行时间为1 或2 个系统时钟周期,只有4 条指令的执行时间大于4 个系统时钟周期。此外,C8051F020 系列MCU 对CIP-51 内核和外设有几项关键性的改进,提高了整体性能,更易于在最终应用中使用。如提供22 个中断源、7 个复位源、可编程交叉开关、8 位A/D 转换器、12 位D/A 转换器等。

CycloneⅡ系列FPGA 将低功耗FPGA 的密度规模扩展至68 416 个逻辑单元,并提供高达622 个可用的I/O 接口以及高达1.1 Mb 的片内存储单元[3]。CycloneⅡ系列成功实现了高效与低功耗的结合,可用于自动化、通信、视频播放等领域。为兼顾成本问题, 本系统采用性价比较高的EP2C8 型FPGA 作为接口器件。

为使单片机的资源可以得到最大的开发,将单片机的高端口,即P4~P7 接入FPGA,并通过FPGA 对外部设备进行访问。在FPGA 中通过Verilog HDL 语言编程实现了3-8 译码器,从而实现了对单片机地址总线的扩展。该3-8 译码器对LCD 以及键盘的键值读取提供使能信号,如图2 所示。

以C8051F020单片机为控制核心的人机交互系统设计

2.2 T6963C 及其接口设计:

T6963C 液晶显示控制器多用于小规模的液晶显示器件,常被装配在图形液晶显示模块上,以内藏控制器型图形液晶显示模块的形式出现。

单片机对T6963C 有2 种访问方式: 直接访问与间接访问。直接访问利用三总线以I/O 设备访问形式进行控制;间接访问则由单片机提供并行接口,以程序控制时序的方式进行控制。为简化程序,这里采用直接访问方式。

该LCM 的FS1 引脚用于控制显示字符的字体。FS1 为高时,LCD 显示6×8 字符;FS1 为低时,LCD 显示8×8 字符。经实践,在显示英文与数字时,6×8 字符更为美观;在显示中文字符时,8×8 字符更为方便。一般系统采用将FS1 接地或接高的方式来固定字体,而本系统采用P2.1 对FS 进行控制,通过改变地址实现改变字体的功能,使得界面的显示更灵活。

2.3 键盘电路设计:

键盘是常用的单片机输入设备,分为编码键盘和非编码键盘。键盘上闭合键的识别由专用硬件译码器实现,并产生键编号或键值的称为编码键盘;靠软件识别的称为非编码键盘。在单片机组成的测控系统及智能化仪器中使用最多的是非编码键盘,本系统设计在FPGA 中编程实现3×6 键盘的行扫描。

由于按键的机械特性,在闭合和断开的瞬间会伴随着一连串的抖动,键抖动会引起一次按键被误读多次,所以必须进行去抖处理,常用的方法为延时去抖动。FPGA 产生键值之后向单片机发送中断,并等待单片机读取键值。由于人脑反应时间相对较长, 键盘中断可以处于相对较低的优先级,因此本文将键盘中断接于外部中断7。

3 软件设计:

软件设计遵循结构化和层次化的设计原则。底层函数直接与硬件沟通,而上层函数直接通过调用底层函数来实现相应功能,从而使上层函数与硬件环境彻底分开。当硬件环境发生变化时,仅修改底层函数便能实现程序的移植。

3.1 液晶驱动模块的编程设计:

本模块的底层函数需要实现写控制字、写参数、查忙等功能。由于采用直接访问,写控制字与写参数的函数只需向控制口或数据口的地址送数即可。由于LCD 是慢速器件,因此在每次写控制字及写参数之前都需要进行查忙。T6963C的状态字共有7 位有效的状态位,如表1 所示。其中STA1~STA3 最为常用,一般情况下可以不需要对STA5~STA7 进行查忙的程序。

以C8051F020单片机为控制核心的人机交互系统设计

3.1.1 液晶驱动模块的初始化:

T6963C 的最大特点是具有独特的硬件初始值设置功能,显示驱动所需的参数如占空比系数。驱动传输的字节数/行及字符的字体选择等均由引脚电平设置, 这样T6963C 的初始化在上电时就已经基本设置完成,软件操作的重心就可以全部用于显示画面的设计上。因此,初始化时仅需根据实际情况设置文本区域和图形区域的首地址和宽度, 以及CGRAM 偏置地址、合成方式、光标形状等即可正常使用。

液晶驱动模块的初始化函数如下:

void LcdInitial(void)

{

LcdWriteDataD(0x00,0x00,0x40); //设置文本区域首地址为0000H

LcdWriteDataD(0x20,0x00,0x41); //设置文本区域宽度为20H 字节

LcdWriteDataD(0x00,0x04,0x42); //设置图形区域首地址为0400H

LcdWriteDataD(0x20,0x00,0x43); //设置图形区域宽度为20H 字节

LcdWriteDataD(0x03,0x00,0x22); //设置CGRAM 偏置地址,显示存储器的首地址为1800H

LcdWriteDataN(0xa7); //光标形状设置为8×7

LcdWriteDataN (0x80); //启用内部字符发生器,逻辑“或”合成

LcdWriteDataN(0x9c); //开文本和图形显示,禁用光标

LcdClear(3); //清屏

}

3.1.2 英文及汉字的文本显示:

由于英文及数字等常用字符的字模已经固化在CGROM中,因此进行英文的显示时,只需指定显示的地址,再输入该字符对应的标号即可。汉字的显示与英文的显示类似。然而出于其复杂性,一个汉字需要使用4 组点阵才能完整显示。在初始化后将汉字的4 部分字模顺序输入CGRAM 中, 在使用时仅需计算好每一部分的显示地址即可对汉字进行完美显示。

对于一串英文字符的输入, 可以利用字符串的特性进行操作。通过检测‘\0’字符来判断英文字符串的结尾,从而避免了在调用此显示函数时人工计算句子长度的工作。英文字符的ASCII码值与其在CGROM 中对应的标号恰相差0x20,因此仅需简单的减法即可实现标号的转换。此外,在进行英文的连续显示时,使用了T6963C 的数据自动写指令,从而提高了显示效率。

对于一串中文的显示,则仅需通过循环调用单个中文的显示程序进行实现。注意由于C51 语言中字符串无法支持中文,因此必须人工计算中文字串的长度并将其作为函数传递给此显示函数。

字符发生器CGRAM 中总共可存储32 个汉字,对于需显示较多汉字的应用, 可从需显示的汉字中选出16 个最常用的汉字,固定存放于CGRAM 中,其余汉字仅在需要使用时动态写入CGRAM。这样, 既提高了显示效率, 又解决了CGRAM 过小的问题。

以C8051F020单片机为控制核心的人机交互系统设计

3.1.3 图形显示:

除使用文本显示汉字外,还可采用图形显示的方式。具体方式是将字模以数组的方式保存于单片机的代码段,在需要显示时将数据送入图形区即可。此外,利用图形显示,还可以编写描点程序显示相应波形或者编写绘图程序绘制简易表格,使系统显示结果更加直观,便于分析。

3.1.4 文本特效:

T6963C 可以设置文本属性区,并对文本实现反白、正向闪烁、反向闪烁等特效。使用时仅需将图形显示设置为文本属性区即可。此时图形区的内容将无法显示,若图形区与文本属性区划分在CGRAM 的不同区域,则图形区的内容可以得到保存。利用文本特效,可通过反白或闪烁等效果指示可选选项以及当前选项,从而使界面更易于操作。

3.2 人机交互界面设计:

除基本的10 个数字键以外,还设定了上、下、左、右、确定、取消等按键。此外,按键位置的设计,更符合人们的按键习惯。在界面中采用分级的菜单, 在一级菜单中选定功能之后将进入下一级菜单对功能进行更详细的设定。在人机交互界面中可以使用方向键进行功能的选择,数字键仅用于数据的输入。

界面充分利用了文本特效,对选项采用反向显示表示该选项已选定;对选项采用反向闪烁表示用户可通过方向键改变选项。在需要进行数字输入的界面中打开光标,即可向用户标示数字输入的地方。此外,必要的警告和出错界面的设计将为用户提供更多信息,使人机交互界面更为友好。

4 结束语:

本系统采用键盘+LCD 的输入输出设备, 并且可以通过FPGA 实现各种其他外设的接口电路的设计, 减少了对单片机资源的占用,使得设计灵活、方便。同时FPGA 还可以为单片机提供存储器和I/O 口等资源。本文设计的电路可扩展性强, 在此基础上可将其扩展成各种拥有友好界面的系统,如可控增益放大器、音频信号分析仪、集成运放分析仪等。经实践,该系统稳定易用,实用性强。

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浅谈EDA和单片机在键盘上的应用

EDA和单片机技术在键盘上的应用为了更深入的研究 EDA 技术和单片机技术,下面对键盘中, EDA ...

发表于 2018-09-20 10:47 ? 97次阅读
浅谈EDA和单片机在键盘上的应用

数码管在单片机上的应用详解

码管引脚定义每一笔划都是对应数码管一个字母表示数码管DP是小数点。

发表于 2018-09-20 10:32 ? 439次阅读
数码管在单片机上的应用详解

关于单片机那些你不知道的技巧

学习单片机的教程已经很普遍了,让我来简单的介绍一下吧!接触单片机已有6个月了,自我觉得很有意思。单片...

发表于 2018-09-20 09:39 ? 1140次阅读
关于单片机那些你不知道的技巧

单片机与嵌入式系统有什么区别和联系?

随着电子信息科学技术信息化,智能化,网络化的发展,单片机与嵌入式也获得了广阔的应用空间。本文简单分析...

发表于 2018-09-20 11:44 ? 636次阅读
单片机与嵌入式系统有什么区别和联系?

单片机程序设计时如何进行优化详细资料概述

由于单片机的性能同电脑的性能是天渊之别的,无论从空间资源上、内存资源、工作频率,都是无法与之比较的。...

发表于 2018-09-20 11:36 ? 468次阅读
单片机程序设计时如何进行优化详细资料概述

基于RT-Thread的0-20mA电流发生器方...

一般仪器仪表的信号电流都为4-20mA,指最小电流为4mA,最大电流为20mA。传输信号时候,要考虑...

发表于 2018-09-20 11:34 ? 405次阅读
基于RT-Thread的0-20mA电流发生器方...

有哪些能确保单片机控制系统安全可靠地运行的EMS...

EMC电磁兼容性包括EMI(interference)和EMS(susceptibility),也就...

发表于 2018-09-20 10:38 ? 150次阅读
有哪些能确保单片机控制系统安全可靠地运行的EMS...

浅谈STM32单片机命名规则和体系架构

对于很多刚刚开始接触STM32系列单片机的人来说,可能会对这一系列的单片机感到茫然,不知道这突然之间...

发表于 2018-09-20 10:18 ? 213次阅读
浅谈STM32单片机命名规则和体系架构

关于如何提高单片机执行效率的一些建议

我们平常所说的执行效率就是使用相同的算法在相同输入条件下完成相同计算所产生的系统开销,目前来说一般会...

发表于 2018-09-20 16:24 ? 435次阅读
关于如何提高单片机执行效率的一些建议

串口的基本结构与通信方式

在发送数据时,数据位尾随的1位为奇偶校验位(1/0)。奇校验时,数据中1的个数与检验位1的个数之和应...

发表于 2018-09-20 10:06 ? 537次阅读
串口的基本结构与通信方式

超详细的STM32单片机学习笔记汇总

AHB系统总线分为APB1(36MHz)和APB2(72MHz),其中2>1,意思是APB2接高速设...

发表于 2018-09-20 14:51 ? 820次阅读
超详细的STM32单片机学习笔记汇总

红外通信原理详解

二进制信号的调制由单片机来完成,它把编码后的二进制信号调制成频率为38kHz 的间断脉冲串,相当于用...

发表于 2018-09-20 18:32 ? 644次阅读
红外通信原理详解

详解单片机电路设计中十大问题

由于RST引脚内含三极管,即便在截止状态时也会有少量截止电流,当R取的非常大时,微弱的截止电流通过就...

发表于 2018-09-20 15:51 ? 412次阅读
详解单片机电路设计中十大问题

一文详解单片机C程序及代码的优化

对程序进行优化,通常是指优化程序代码或程序执行速度。优化代码和优化速度实际上是一个予盾的统一。一般是...

发表于 2018-09-20 10:31 ? 376次阅读
一文详解单片机C程序及代码的优化

单片机RS485有哪些不足?有什么特点?

RS485 的接口非常简单,与 RS232 所使用的 MAX232 是类似的,只需要一个 RS485...

发表于 2018-09-20 16:38 ? 593次阅读
单片机RS485有哪些不足?有什么特点?

关于R7F0C系列单片机的特点及应用介绍

简单易用的R7F0C系列单片机介绍

发表于 2018-09-20 00:29 ? 240次阅读
关于R7F0C系列单片机的特点及应用介绍

基于RX130单片机设计触摸按键

颠覆触摸按键设计-瑞萨电子RX130单片机

发表于 2018-09-20 00:06 ? 368次阅读
基于RX130单片机设计触摸按键

单片机发展史及应用特点介绍

MCU也叫微控制单元,又称作单片微型计算机或者单片机,是把中央处理器的频率与规格做适当缩减,并将内存...

发表于 2018-09-20 10:22 ? 194次阅读
单片机发展史及应用特点介绍

如何用单片机控制220V交流电通断电?

比如普通的灯泡,一般是30到40W左右,如果用220V交流电来控制通断,简单点的就用一个双向可控硅直...

发表于 2018-09-20 11:48 ? 620次阅读
如何用单片机控制220V交流电通断电?

12位AD DS1621与12864液晶的单片机...

//EDM12864B DRIVE// /****************************...

发表于 2018-09-20 16:46 ? 540次阅读
12位AD DS1621与12864液晶的单片机...

单片机程序员需要掌握哪些技能?实际面试考什么?工...

需要掌握哪些技能 需要了解并使用过几款常见的单片机。 需要熟悉常见的硬件接口譬如 UART 、S...

发表于 2018-09-20 16:23 ? 488次阅读
单片机程序员需要掌握哪些技能?实际面试考什么?工...

用于除法运算的运行时ABI辅助方法过载

SAMC21(一款 Cortex-M0+ MCU)非常适合需要数学计算的应用。SAMC21 MCU...

发表于 2018-09-20 09:25 ? 1054次阅读
用于除法运算的运行时ABI辅助方法过载

浅谈遥控模块的使用说明 电动窗遥控模块功能详解

模块必须用信号调制才能正常工作,常见的固定码编码器件如PT2262/2272,只要直接连接即可,非常...

发表于 2018-09-20 16:09 ? 132次阅读
浅谈遥控模块的使用说明 电动窗遥控模块功能详解

在单片机中,C语言的数据存储与程序编写需要哪些基...

一、五大内存分区 内存分成5个区,它们分别是堆、栈、自由存储区、全局/静态存储区和常量存储区。

发表于 2018-09-20 19:41 ? 605次阅读
在单片机中,C语言的数据存储与程序编写需要哪些基...

一文教你制作AT单片机的串口ISP下载线

先说一下两种单片机下载程序是要用到的引脚:STC的下载引脚为P3.0、P3.1,也就是RXD和TXD...

发表于 2018-09-20 14:30 ? 546次阅读
一文教你制作AT单片机的串口ISP下载线

PLC与单片机有什么不同

PLC是应用单片机构成的比较成熟的控制系统,是已经调试成熟稳定的单片机应用系统的产品。有较强的通用性...

发表于 2018-09-20 14:11 ? 240次阅读
PLC与单片机有什么不同

一文教你用51单片机做蓝牙开关

首先是蓝牙APP, 易安卓编写的,说编写其实我只是修改了其中的一些内容,两张界面和代码截图,非常简单...

发表于 2018-09-20 08:38 ? 1097次阅读
一文教你用51单片机做蓝牙开关

一文教你避免单片机熔丝位锁死

初学AVR的人难免会碰到心爱的单片机熔丝位锁死,直接罢工的烦恼。绝大部分情况是我们的工作时钟源设置错...

发表于 2018-09-20 09:46 ? 414次阅读
一文教你避免单片机熔丝位锁死

一文看懂单片机与PLC程序设计的区别

单片机与PLC编程的区别 单片机与PLC的程序设计有很大的区别,单片机的全部程序都是用户设计的,PL...

发表于 2018-09-20 07:39 ? 529次阅读
一文看懂单片机与PLC程序设计的区别

单片机设计经验总结(干扰抑制元件及抗干扰能力的主...

单片机设计要注意的事项总结 1.降低外时钟频率 外时钟是高频的噪声源,除能引起对本应用系统的干扰之外...

发表于 2018-09-20 07:27 ? 566次阅读
单片机设计经验总结(干扰抑制元件及抗干扰能力的主...

新手学习单片机的首选:51单片机

学什么单片机最有前途? 这是单片机初学者经常问的问题。对于这个问题,我想没有人敢下定论。因为每一种单...

发表于 2018-09-20 07:21 ? 510次阅读
新手学习单片机的首选:51单片机

51单片机指令助记符及其相关符号的记忆方法

增量 INC-Incremect减量 DNC-Decrement短转移 SJMP-Short jum...

发表于 2018-09-20 08:03 ? 458次阅读
51单片机指令助记符及其相关符号的记忆方法

跑马灯和流水灯的区别是什么?单片机如何控制LED...

弄清楚跑马灯的显示状态后可以开始进行设计了, 在日常的跑马灯设计电路中LED灯一般接为这两种形式...

发表于 2018-09-20 16:24 ? 542次阅读
跑马灯和流水灯的区别是什么?单片机如何控制LED...

单片机和嵌入式的概念

发表于 2018-09-20 11:21 ? 204次阅读
单片机和嵌入式的概念

基于AT89C51单片机下的引脚说明及引脚图

AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压,高性能CMOS8位微处理器,俗称单...

发表于 2018-09-20 14:56 ? 734次阅读
基于AT89C51单片机下的引脚说明及引脚图

单片机想入门应该怎么学?请记住以下几点

单片机应用的核心技术是什么?是按键,数码管,流水灯,串口。是它们的程序框架。按键和数码管是输入是...

发表于 2018-09-20 14:34 ? 979次阅读
单片机想入门应该怎么学?请记住以下几点

基于单片机下Watchdog之浅析

单片机的watchdog一般都有两个,一个是独立看门狗IWDG,一个是窗口看门狗WWDG。

发表于 2018-09-20 14:19 ? 530次阅读
基于单片机下Watchdog之浅析

基于单片机读取外部电压ADC阻抗匹配问题之浅析

单片机的基准电压一般为3.3V,如果外部信号超过了AD测量范围,可以采用电阻分压的方法,但是要注意阻...

发表于 2018-09-20 08:34 ? 876次阅读
基于单片机读取外部电压ADC阻抗匹配问题之浅析

uCOS-II的介绍和uCOS-II在单片机使用...

早在20世纪60年代,就已经有人开始研究和开发嵌入式操作系统。但直到最近,它才在国内被越来越多的提及...

发表于 2018-09-20 15:53 ? 696次阅读
uCOS-II的介绍和uCOS-II在单片机使用...

基于STM32单片机SPWM逆变电源模块的详细资...

本模块可以将4.5V到35V的直流输入电压转换成±4.5V-±35V的交流电压,模块采用STM32F...

发表于 2018-09-20 15:35 ? 931次阅读
基于STM32单片机SPWM逆变电源模块的详细资...

基于51单片机下红外遥控小车程序原理

下面是一款Android手机通过蓝牙模块与单片机通信单片机程序,单片机可以使用以下51单片机:AT8...

发表于 2018-09-20 08:31 ? 1314次阅读
基于51单片机下红外遥控小车程序原理

单片机调试方法浅析

其电路很简单,一个LED通过限流电阻接到VCC电源。I/O设置为输出方式。我们可以用下面的宏来定义L...

发表于 2018-09-20 16:02 ? 613次阅读
单片机调试方法浅析
“最强娘娘腔独撑“囍事 陈志云加盟香港商台 曝林凤娇限制柯震东见房祖名 齐秦小24岁娇妻晒泳装照 正面还是负面 给对方空间 曝成员退伍后将重聚(图) 柯震东又不是主角 韦特 黄轩曹盾献“香槟浴
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