在單片機系統(tǒng)設計中，LCM（液晶顯示模塊）人機交互界面的設計往往是很重要的一個環(huán)節(jié)。LCM可以用于智能儀器上的顯示設定參數(shù)、狀態(tài)提示符、檢測結果和待輸入?yún)?shù)等功能。本文結合電解質分析儀的設計要求，采用液晶顯示模塊YXD-12864A2LCM，研究并實現(xiàn)了以單片機C8051F020為基礎的液晶顯示的接口電路和程序設計，添加了按鍵系統(tǒng)，從而達到方便用戶使用的目的。

　　1 電解質分析儀簡介

　　本系統(tǒng)所設計的電解質分析儀（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，可用自動方法測定樣品中鉀、鈉、氯、鈣離子的濃度和pH值。其結構方框圖如圖1所示。儀器采用單片機C8051F020為核心芯片進行設計，在測量室內由化學傳感器采集電解質的電位信號傳送給信號調理電路，經過信號調節(jié)后送給主電路板進行A/D轉換，然后輸出顯示到LCM上，LCM參數(shù)、測量結果的顯示等都可由鍵盤操作。與上位機的通信上，采用RS 232通信方式傳輸數(shù)據(jù)。本儀器的特點是可以單機使用、也可以與上位機連接使用，與上位機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、儀器工作情況的實時檢測等功能。

　　圖1 電解質分析儀結構方框圖

　　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)設置、測量結果、定標、質控等的情況。界面顯示與參數(shù)設定及翻頁等功能通過按鍵的控制來實現(xiàn)。

　　2 YXD-12864A2LCM

　　2.1 模塊介紹

　　YXD-12864A2LCM是一種圖形點陣液晶顯示模塊，它主要由行驅動器、列驅動器及128x64全點陣液晶顯示器組成?？赏瓿蓤D形顯示，也可以顯示4x8個（16×16點陣）漢字。YXD-12864A2模塊共有20個引腳。其中，第1腳VSS接系統(tǒng)地；第2腳VDD接電源電壓；第3腳V0接液晶顯示器驅動電源；第4腳D/I接數(shù)據(jù)指令選擇信號；第5腳R/W接讀寫選擇信號；第6腳接讀寫使能信號，E為高時，數(shù)據(jù)被讀出，而在E的下降沿到來時，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；第17腳接復位信號；第18腳Vout接內部負壓發(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分別接片選信號左或者右，對顯示進行定位。

　　圖2 LCM接口電路圖

　　圖2的電路圖中，R28和R41為上拉電阻，因為它每個端口是與單片機相連的，對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輸出能更好地驅動5 V輸入的LCM，就要將每個端口通過一個上拉電阻接到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 軟件設計

　　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，每個字符所占用的點陣是8x8。顯示位置由兩個坐標參數(shù)據(jù)決定，橫坐標x表示“行”，取值范圍為0~7；第0行對應屏幕最上邊的一行，第7行對應最下面一行?？v坐標y表示“列”，取值范圍為0~15,第0列對應屏幕最左邊的一列，第15列對應屏幕最右邊的一列。

　　假設要從第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 ;片選的設定

　　MOV R4,#04H ;位置行號

　　MOV R5,#08H ;位置列號

　　MOV DPTR,#K ;字符內容

　　MOV R6,#08 ;定義字符的長度

　　LCALL data_to_lcd；調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。第一行漢字的坐標為00H~07H，第二、三、四行坐標依次為10H~17H、20H~27H、30H~37H。漢字的顯示要先將漢字的坐標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)寫入多個漢字可用查表法。

　　3 按鍵系統(tǒng)

　　按鍵系統(tǒng)的硬件設計可以采用獨立方式和矩陣方式兩種。

　?。?）獨立式中每一個鍵單獨占用一根I/O口線，每一根I/O口線上的按鍵工作狀態(tài)不會影響其他I/O口線上的狀態(tài)，一般應用于按鍵數(shù)量較少的場合；

　?。?）矩陣式的按鍵排列為行列式矩陣結構，4行4列共16個鍵，只占用8根I/O口線，因此當按鍵數(shù)目較多時，可以使用這種方式節(jié)省I/O口線。

　　本儀器共定義了8個按鍵，考慮到C8051F020上的I/O接口非常豐富，因此采用了獨立式。在儀器上共設計了Yes  N（上）（下）（左）（右）復位和打印8個按鍵，除復位鍵（其按下后直接復位）不通過鍵盤信息處理程序處理外，其余的7個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。對于獨立式按鍵，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)這個值可直接進行按鍵識別。每個鍵的編碼值如表1所示。

　　按鍵的具體定義如下：

　?。?）;（上）（下）（左）（右）:移動光標或切換不同內容的屏目、數(shù)據(jù)修改、完成口令輸入等；

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

　?。?）No:可取消輸入的口令值或被修改的數(shù)據(jù)；

　?。?）;復位;:軟復位系統(tǒng)；

　　（5）打印:控制打印機打印輸出。

　　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，當有鍵按下時，便向CPU申請中斷，CPU響應中斷后，在中斷服務程序中進行鍵盤掃描、查鍵值與處理等工作。而編程控制方式是指在一個工作周期內，利用完成其他任務的空余時間，調用按鍵掃描子程序。經程序查詢，若無鍵操作，則返回；若有鍵操作，則進而判斷是哪個鍵，并執(zhí)行相應的鍵處理程序。這樣對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為機械彈性開關。從按鍵按下到接觸穩(wěn)定要經過數(shù)毫秒的抖動時間，松開時也有這樣的問題。抖動時間的長短由按鍵的機械特性決定，一般為5~10 ms。這樣就會引起一次按鍵多次讀取，對于抖動問題可以采用軟件方法。可以通過延時去抖動的方法避免，即檢測出按鍵閉合后執(zhí)行一個延時程序產生20 ms的延時，讓前沿抖動消失后再一次檢測鍵的狀態(tài)，如果仍保持閉合狀態(tài)電平則確認為真正有鍵按下。當檢測到按鍵釋放后，也要給20 ms的延時，待后沿抖動消失后才能轉入該鍵的處理程序。

　　4 結語

　　利用YXD-12864A2圖形液晶顯示模塊設計電極質分析儀的顯示界面，采用8位并型模式傳遞數(shù)據(jù)，主要是因為雖然占用了較多的I/O引腳，但與串行模式相比，編程簡單的多；而且C8051F020有8個8位I/O端口、64個數(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)，使顯示的內容可以由用戶來操作，非常方便。