摘要：在以單片機為核心的嵌入式應用中，友好的人機互界面起著十分重要的作用。筆者在設計中使用WGM-12864B圖形LCD模塊實現一種中文窗口菜單界面，設計中使用的方法具有普遍性意義。

關鍵詞：人機交互界面 圖形LCD模塊 數據結構 窗口 菜單

隨著液晶顯示技術的進步，高質量的液晶顯示模塊會被日趨廣泛地應用于各種嵌入式系統中。在系統整體設計中，人機交互界面的設計往往占據著很大一部分工作，現以某嵌入式系統的人機交互部分為例，介紹一種使用WGA-12864B圖形LCD模塊實現中文窗口菜單界面的方法。

1 圖形LCD模塊WGM-12864簡介

WGM-12864B模塊是單色圖形點陣液晶顯示模塊，點陣數為64128，其點陣存儲區如圖1所示。

模塊點陣分為左右兩邊，左右兩邊的結構是完全一樣的。對模塊的點陣存儲區進行讀寫操作時，由CS1、CS2進行片選，高電平有效。模塊中每8行為1頁，頁地址由X確定；Y確定點陣的列號，點陣數據的每一個字節所在的位置由（CSi,X,Y）唯一確定。字節中的每一位對應著相應的像素，為1顯示該像素；為0則不顯示。液晶顯示模塊工作時，逐行掃描點陣存儲區。首先被掃描的行顯示在LCD屏幕的第1行上，其余行則依次順序顯示?！皰呙杵鹗夹小笨梢酝ㄟ^Z地址寄存器來設置。Z可以是0～63的任意一行，如Z=56時，則顯示在LCD屏幕上的次序從上到下分別為：

56，57，…，62，63，0，1，2，…，54，55

該模塊的這一功能為窗口的滾屏提供了便利。

2 人機界面的硬件接口設計

系統擴展了1片8255A作為人機界面的接口，硬件接口電路如圖2所示。8255A的A口連接圖形LCD的8位數據線，B口低6位連接相應的控制線，D/I表示數據總線上的信號是點陣數據還是控制命令字，R/W表示當前操作是讀或寫操作，E是使能控制端，RST是復位端，CS1、CS2是左右點陣區選端。以行掃描方式擴展鍵盤接口，C口高半字節接行線，低半字節接列線。8255A初始化時，定義A、B口為方式0輸出；C口高半字節為方式0輸出，低半字節為方式0輸入。請注意，大多數類型的8255芯片在對其方式控制寄存器進行初始化時，會引起A、B、C口清零，故不要在程序中動態改變8255端口的輸入輸出方式，以免影響LCD和鍵盤。

3 用戶界面的軟件設計

人機交互界面設計的目標是實現中文窗口界面，用戶可以在菜單方式下進行交互。窗口分為兩類：對話框和菜單，也包括對話框和菜單的混合。對話框用于參數的輸入輸出顯示；菜單用于響應用戶的選擇，根據用戶的選擇運行程序。

首先，應當確定系統需要多少個窗口，每個窗口有多少個菜單，畫出窗口之間的變遷圖，可以知道所有的窗口應當組成一個樹形結構。菜單中的漢字大小為1616的點陣，數字和符號的大小為168的點陣。這些點陣數據可以由點陣提取程序獲得。點陣數為64128的LCD模塊只能同時顯示4個菜單項，每個菜單項點據256個字節的點陣存儲空間。窗口多于4個菜單項時，應當使用滾屏功能。為方便數據的安排，系統規定了參數、菜單、窗口及LCD緩沖區的數據結構。

（1）數據結構

為方便參數的顯示和處理，參數的輸入輸出格式用類似于分離BCD碼來表示，數據結構如圖3所示。數據長度表示數據區的字節數。正負標志，為1表示負數，為0表示正數，負數在輸入都要在數據前面加上負號“-”。數據區的每一字節對應于參數的每一位數。數字用分離BCD碼表示，小數點用ASCII碼表示?！皵祿L度”域占1個字節時，此數據結構可以表示最多255位的數據。

菜單點陣的數據結構如圖4所示。菜單序號表示該菜單在該窗口所有菜單中的次序；菜單長度表示該菜單項中漢字的個數，菜單點陣數據區存放的是菜單中漢字的點陣，每一個漢字都是1616的點陣；參數標志為0表示沒有參數，為1表示此菜單項是對話框，后面跟著參數。參數存放在參數指針域指向的內存中，若是系統參數，則要預先從E2PROM讀到內存中。由于系統是16位尋址的存儲空間，所以用2個字節存放指針。參數存放格式如圖3所示。

窗口點陣的數據結構如圖5所示，其中用到了菜單數據結構，窗口中使用到的菜單項依著菜單序號順次存放，各域的含義是顯而易見的。注意，窗口的點陣數據是事先按照此格式建立的，系統中所有窗口以此格式存放非易失存儲介質中，如ROM。以此格式，系統可以有255個窗口，每一個窗口可以多達255個菜單項。

系統在內存中特定區域開壁了1個LCD顯示緩沖區，將要顯示的整個窗口的點陣數據按下列格式拼裝好以后存放在此區間。LCD的顯示程序從此區間中讀取數據到LCD點陣數據存儲區，LCD顯示程序正是憑借此數據結構管理用戶交互界面。每個菜單項除了漢字和參數的點陣外，其余的空間用00H補齊為256字節。對話框中顯示的參數，可以依據菜單數據結構中的參數指針域檢索到數據，然后把它譯碼成為可以顯示的168的點陣數據。LCD緩沖區數據結構如圖6所示。當前菜單域指的是當有獲得焦點的菜單序號，需要反顯，主要用于光標管理。顯示中的菜單項序號分別對應著當前LCD點陣存儲區中的4個菜單項，這些數據主要用于滾屏操作。其余各域和上述類似。

（2）人機交互設計

人機交互設計的重點在于窗口界面的顯示、滾屏、光標的管理及參數的顯示、修改和保存?，F在只介紹窗口的滾虐和參數的輸入輸出顯示。僅當窗口的菜單數大于4的時候，才用到滾屏操作。為提高系統響應的速度，窗口在滾屏時只將新的菜單點陣數據讀入LCD點陣存儲 ，其余3個菜單的點陣數據保持不變。圖7所示的窗口滾屏過程中LCD點陣存儲區的快照以及LCD屏上顯示的菜單次序，從A到E的滾屏每一步都是可逆的?？梢园l現，每一步相鄰的操作，只要將1個即將顯示的菜單項點陣數據寫入LCD點陣存儲區，圖中加黑框的菜單項就是新寫入的。當向下滾屏時，從LCD顯示緩沖區中“顯示中的菜單項”域檢索出菜單序號最小的項，把新的菜單序號插入此位置，從顯示緩沖區的“菜單點陣數據”域把菜單的點陣數據讀到LCD點陣存儲區中相應位置。然后再檢索更新后的“顯示中的菜單項”域，找出最小菜單項所在的行號，設置掃描起始行Z為此行號，圖中箭頭指向的位置即為掃描起始行。最后要更新的域是“當前菜單項”，用于光標顯示管理。當向上滾屏時，操作是類似的，不同的是要替換出“顯示中的菜單項”域中序號最大的菜單項。

參數的輸入輸出顯示是人機交互界面中的重要環節。顯示的參數來自鍵盤輸入或系統內部，數據的流向如圖8所示。參數依據圖3對應的數據格式存放到參數指地所指的內存中，然后啟動窗口更新即可。若該參數需要保存，則存入對應的E2PROM地址中。本系統使用X5045作為E2PROM，同時兼作看門狗。

4 結論

本文主要從數據結構的角度出發，結合器件的特片，提出了圖形LCD在嵌入式應用中解決人機交互問題的一般方法，實現了中文窗口菜單，解決了參數的輸入、顯示、修改和保存。文中的方法具有非常好的靈活性和良好的可維護性，程序員可以在需要的時候方便地修改原有窗口或者加入新的窗口，而不至于影響系統軟件原有的結構。這些便利都得益于系統定義了合理的數據結構。