以DSP为核心的嵌入式系统人机接口设计

1 引言

    人机接口是嵌入式控制系统的重要组成部分，用于人机之间实时交换控制系统并返回系统状态。嵌入式系统大都采用液晶屏和键盘作为人机接口的输入、输出设备。这里设计的人机接口作为数据采集系统的组成部分，为系统控制和运行监测提供方便，而其本身在各种嵌入式控制系统中又具有广泛的实用性。

2 液晶屏显示功能的实现

    这里采用的液晶显示器为RT320240B。该显示器的控制器使用SEIKO EPSON公司生产的SED1335型控制器。DSP访问SED1335时，无需判断其是否空闲，SED1335能够随时准备接受DSP的访问并按照内部时序及时正确传输DSP发送的指令、数据。考虑到RT320240B是大屏幕液晶显示器，显示数据采集波形需较快的屏幕刷新速度，这里采用并行数据发送方式，从而在硬件设计上提高液晶屏幕的刷新速度。

2．1 SED1335控制器

    SED1335型液晶显示控制器由振荡器、功能逻辑电路、显示RAM、管理电路字符库及其管理电路，以及产生驱动时序的时序发生器组成。振荡器工作频率在1～10 MHz范围内可选。SED1335的显示RAM具有以下特性：

    (1)文本显示特性 显示RAM区专用于文本方式显示，该显示RAM区每个字节的数据都认为是字符代码，SED1335将使用该字符代码确定字符库中字符首地址，再将相应字模数据传送到液晶显示模块。在液晶屏上出现该字符的8×8点阵块即文本显示RAM的一个字节对应显示屏上的8×8点阵。

    (2)图形显示特性显示RAM区专用于图形方式显示，该显示RAM区每个字节的数据直接被送到液晶显示模块上，每个位的电平状态决定显示屏上一个点的显示状态，1为显示，0为不显示。所以图形显示RAM的一个字节对应显示屏上的8×1点阵。

    (3)字符发生器SED1335管理内存字符发生器CGROM，该字符发生器固化160种5×7点阵字符的字模SED1335，由于SED1335仅能处理8位字符代码，所以一次最多只能显示及建立256种字符并在SED1335的字符表中给出内部字符发生器的全部内容，同时给出外扩字符发生器的字符代码范围80H～9FH和E0H～FFH，共64种。

2．2 液晶屏显示硬件电路设计

    考虑到SED1335控制器的特点以及显示波形对速度的要求，应用并行数据总线的方法。而DSP2812的外扩数据总线刚好符合并行传输数据需要。I／O数据缓冲接口A0选用外扩地址总线的最低位地址总线A0，通过XINTF，将指令码写入“*******1”的外扩地址中，并将数据写入“*******1”的外扩地址中，因此巧妙方便地解决了A0端口的设定，同时为编程带来方便。基于上述考虑进行设计，液晶屏的硬件连接电路如图1所示。

2．3 液晶屏显示软件设计

    液晶屏显示功能是通过向指定的内存区域进行写操作来实现的。通过读指令读取显示缓存区中的内容，并与写入数据相比较，就可有效地检测显示器缓存区RAM功能，结合各种SED1335控制器所提供的指令，全面检测液晶显示器。

    结合DSP自身特点所设计的系统硬件电路，在编写软件程序时首先要定义数据段LCDCMD、LCDDATA，并在主程序中进行说明：

    #pragma DATA_SECTION(LCDCMD，“LCD_CMDFile”)

    #pragma DATA_SECTION(LCDDATA，“LCD_DATAFile”)

    然后在CMD中为这两个数据段分配地址：

    LCD DATA：origin=0x0080000，length=0x00001

    LCD CMD：origin=0x0080001，length=0x00001

    图2为液晶屏显示软件设计流程。

    尺寸相同的普通串口液晶刷屏速度一般为2～3 s，利用并口外扩数据总线设计方法可将刷屏速度提高到0．5 s，符合设计要求，若采用汇编语言开发该设计，刷屏速度将更快。

3 PS/2键盘功能的实现

3．1 PS／2接口简介

    本设计采用带有PS/2接口的扫描式键盘。PS／2接口键盘遵循双向同步串行协议，但主机在总线上总是具有优先权，只需将时钟拉低就可在任何时候抑制来自键盘的通讯。物理PS/2接口是两类连接器中的一种，5引脚的DIN或6引脚的mini-DIN，目前常用的连接器为mini-DIN6引脚插头，17键小键盘也是该连接器。

3．2 PS/2接口硬件电路设计

    PS/2接口只需2根数据线，连接简单，图3为PS／2接口硬件连接电路。

3．3 PS／2接口键盘软件设计

    DSP处理器监控按键矩阵，若发现有按键被按下释放或按住，将发送扫描码信息包到计算机。其中，扫描码有通码和断码两种类型。当按下或按住按键时，发送通码；当释放按键时，则发送断码。每个按键分配有唯一的通码和断码，则主机可通过查找唯一的扫描码测定具体的按键。键盘上的每个按键的通断码组成扫描码集，PS／2接口键盘默认使用第二套扫描码。

    键盘遵循一种每帧包含11位的串行协议，这些位分别为：1个起始位，总为0；8个数据位，低位在前；1个校验位，奇校验；1个停止位，总为1。为了减小系统开销，该设计采用中断方式，在中断程序中检测扫描码，其部分程序代码如下：

    为减小误码率，在判断通码后再检测断码，使得DSP处理器获得更准确的判断。

4 结论

    本文介绍一种以DSP为核心的嵌入式人机接口设计，经实践证明，该设计方案简沽实用，用途广泛。基于该系统设计思路，根据实际需要和处理器特点会有多种设计方案，并结合BIOS系统的开发将使多任务间的调度更方便。