為了滿足礦用通訊控制系統(tǒng)操作的易用性，主控制器的人機界面設(shè)計是本次設(shè)計的一個重點,。人機界面設(shè)計包括控制器面板的設(shè)計及各個接口布局的設(shè)計,，設(shè)計不但要保證電氣性能,，還要考慮整體美觀性,、現(xiàn)場操作和安裝的方便性，最終確保系統(tǒng)整體的功能性和美觀性的完美統(tǒng)一,。由于大屏幕的彩色液晶顯示器都需要高壓背光電路,，不能滿足本質(zhì)安全的要求。因此本系統(tǒng)的控制器采用320x240點陣的液晶顯示器,，其背光電路采用高亮LED,，驅(qū)動電壓低，滿足本質(zhì)安全要求,。
    用戶界面采用全中文的圖形化界面,，并具備如下特點：1)操作方式簡單，一般人員即可操作,；2)彈出式的故障提示界面,；3)所有提示和狀態(tài)顯示均使用中文。

1 液晶顯示模塊
    由于本設(shè)計中LPC2292微處理器的I／O端口要完成鍵盤輸入,、LED指示輸出,、LCD屏幕控制等很多功能，為了節(jié)約I／O資源,，很多功能都采用了對微處理器I／O端口分時復(fù)用的方法,，這樣在不影響系統(tǒng)整體性能的基礎(chǔ)上充分地利用了有限的資源。為了實現(xiàn)LPC2292的D0～D15端口對鍵盤,、LED指示輸出,、LCD屏幕控制等多種功能的分時輸入／輸出操作，對于鍵盤輸入的讀取,，采用了Altera公司的CPLD芯片EPM7128作為以上器件的數(shù)據(jù)傳輸控制通道,。
    由于目前最常用的單色LCD控制器SED1335的數(shù)據(jù)傳輸速度相對于LPC2292顯得十分緩慢，經(jīng)過初期的計算和實際測量,，刷新一屏320x240點的圖片最快需要130ns左右,，故EPM7128對LCD模塊還起到數(shù)據(jù)緩沖譯碼的作用,。
    對于常用的LCD，由于它的引線較多,，如果直接由CPU去控制LCD的顯示,，會造成CPU負(fù)擔(dān)過重，用戶使用起來很不方面,。為了解決這種矛盾,，本課題運用北京三春暉電子科技發(fā)展有限公司出品的液晶顯示模塊——SG320240FPD。SG320240FPD顯示模塊將LCD液晶顯示驅(qū)動電路和分壓電路集成在一塊板子上,，是一種集顯示,、控制與驅(qū)動為一體的顯示器件，很好地解決了CPU的負(fù)擔(dān)問題,。中文液晶顯示模塊SG320240FPD可實現(xiàn)漢字,、ASCII碼、位圖形的同屏顯示,。液晶顯示模塊方框圖如圖1所示,。

    SG320240FPD液晶的核心器件是SED1335控制器芯片。SED1335是SEIKO EPSON公司出品的液晶顯示控制器,，其具有較強功能的I／O緩沖器,，指令功能豐富，4位數(shù)據(jù)并行發(fā)送,，最大驅(qū)動能力為640x256點陣,。
    從圖1可以看出，DB為數(shù)據(jù)總線,，可以直接連在CPU數(shù)據(jù)總線上,；CS為片選信號，低電平有效,；AO為I／O緩沖器數(shù)據(jù)選擇信號,，為1時寫指令代碼或讀數(shù)據(jù)，為0時,，寫數(shù)據(jù)或讀狀態(tài)字,；RD、WR分別為讀操作信號和寫操作信號,，低電平有效,。LPC2292的控制信號通過EPM7128采用I／O設(shè)備訪問形式控制液晶控制器SED1335。然后,，SED1335通過SEG驅(qū)動器向液晶顯示器提供顯示數(shù)據(jù),，通過COM驅(qū)動器向液晶顯示器提供行掃描信號。在COM和SEG的配合下,，實現(xiàn)RAM矩陣內(nèi)容的液晶顯示,。
    驅(qū)動器模塊是專用芯片與液晶顯示器的接口,，其作用是提高驅(qū)動能力、實現(xiàn)偏壓極性的轉(zhuǎn)換,。它包括COM驅(qū)動器,、SEG驅(qū)動器及COM的移位寄存器。
    COM驅(qū)動器由控制電路,、電壓變換電路,、電壓選擇電路、COMS驅(qū)動電路等子模塊組成,。COM移位寄存器與COM驅(qū)動器相配合,，向液晶顯示屏提供行掃描信號。COM移位寄存器實現(xiàn)0行～31行行掃描,，電壓變換電路和電壓選擇電路實現(xiàn)行驅(qū)動,，控制電路實現(xiàn)對COM Driver的控制，CO-MS獨立完成第32行掃描,。
    SEG驅(qū)動器闈向液晶顯示屏提供顯示數(shù)據(jù),，該模塊由控制電路,、電壓變換電路和電壓選擇電路實現(xiàn)對顯示數(shù)據(jù)鎖存電路輸出RAM數(shù)據(jù)的驅(qū)動,。

2 LCD7920的硬件驅(qū)動
    由于LCD7920的控制器SED1335和LPC2292的外部總線連接時沒有采用直接連接的方式，而是采用了通過可編程邏輯器件擴展I／O口進行間接連接的方式,，SED1335的基本操作需要專門編寫相應(yīng)的操作函數(shù),，包括液晶屏復(fù)位函數(shù)、寫指令代碼,、寫數(shù)據(jù)或參數(shù),、讀命令地址、讀數(shù)據(jù)或參數(shù)和SED1335_write函數(shù)(寫一條完整的指令),。
    從軟件角度看,，SED1335需要的控制信號包括：復(fù)位信號RST、讀信號RD,、寫信號WE,、地址信號A0(命令或數(shù)據(jù)方式控制)、片選信號AEN和數(shù)據(jù)信號D0～D7,。其中,，RST、RD,、WE,、A0和CS信號由CPLD擴展的輸出端口LCD_CMD控制，D0～D7由CPLD擴展的雙向端口LCD_DATA控制,。另外,，為了控制數(shù)據(jù)信號LD0～LD7的方向,，還在CPLD內(nèi)部設(shè)置了DataOut信號。當(dāng)DataOut=0時數(shù)據(jù)由CPU通過LCD_DATA向SED1335輸入,；當(dāng)Data-Out=1時SED1335通過LCD_DATA向CPU輸出的數(shù)據(jù),。下面將具體分析寫指令信號的全過程。
    首先,，要知道在寫指令的過程中,，復(fù)位信號RES置高電平不起作用，讀信號RD置高電平也不起作用,，寫信號WE置為低電平,，片選信號AEN置為低電平。由于寫指令是要數(shù)據(jù)由LCD_DATA向SED1335輸出,，因此DataOut信號為低電平,。于是寫指令的時序圖如圖2所示。

    根據(jù)寫指令的時序圖,，對于液晶模塊低層驅(qū)動的CPLD數(shù)字電路設(shè)計如圖3所示,。

    從圖3可知，首先在0x83000004地址空間中,，A1高電平保持不變,，A0、A2,、A3,、A4、A5,、A6和地址使能信號AEN分別經(jīng)過非門變成高電平,。接著，它們在全部經(jīng)過與非門轉(zhuǎn)變?yōu)榈碗娖?，設(shè)為X,。從時序圖中，可以看出RD一直保持高電平,，它和X相“或”后,，輸出為高電平CS—LCD2RD。由于CS—LCD2RD低電平有效,，所以讀指令不起作用,。同理，X和WE相“或”后,，輸出為低電平CS—LCD2WE,，然后CS—LCD2WE與74273的CLK位相連，即CLK位為低電平,。八重D觸發(fā)器74273的STR管腳信號是由RTS復(fù)位信號決定,，為高電平,。根據(jù)八重D觸發(fā)器74273的真值表，STR為高電平,，CLK為低電平,，輸出和輸入相等。下一步輸出信號通過74245總線收發(fā)器,，74245的OE管腳由Dataout信號決定,。由于是寫代碼指令，Dataout=0,，數(shù)據(jù)由CPU通過LCD_DATA向SED1335輸入,。由于OE管腳為低電平，根據(jù)74245真值表,，輸入輸出保持不變,。LD0～LD7就等于輸入信號，把它接到SG320240FPD的D0～D7管腳,，SED1335讀取CPU數(shù)據(jù)完畢,。SED1335其他操作的分析過程與寫指令類似，這里不詳細(xì)作介紹,。

3 GUI軟件的實現(xiàn)
    嵌入式(GUI,，Graphic User Interface)系統(tǒng)是在嵌入式系統(tǒng)中為特定的硬件設(shè)備或環(huán)境而設(shè)計的圖形用戶界面系統(tǒng)。
     顯示任務(wù)與鍵盤任務(wù)的關(guān)系最密切,，它們組成了最基本的人機接口,，每一次鍵盤操作都伴隨著畫面的更新。由鍵盤操作更新的畫面內(nèi)容稱為“畫面的靜態(tài)部分”,，因為這部分畫面內(nèi)容在沒有鍵盤操作時是固定不變。
    還有某些任務(wù)也需要顯示任務(wù)提供服務(wù),，更新畫面的指定部分的內(nèi)容,，如實時時鐘顯示、皮帶工作狀態(tài)和各種現(xiàn)場物理參數(shù)的動態(tài)顯示等,。這部分西面內(nèi)容的數(shù)據(jù)由不同的任務(wù)提供,，與鍵盤操作無關(guān)，把各種不是鍵盤操作更新的畫面內(nèi)容稱為“畫面的動態(tài)部分”,。不管是“畫面的靜態(tài)部分”,，還是“畫面的動態(tài)部分”，都是調(diào)用GUI接口函數(shù)來實現(xiàn)的,。顯示任務(wù)的優(yōu)先級設(shè)定較低,，其主要作用是初始化系統(tǒng)畫面，顯示按鍵操作的效果和采樣波形,。
    在液晶顯示屏上的畫面主要是：主信息窗口,，當(dāng)前皮帶運行狀態(tài)顯示,，坐標(biāo)方格線和命令按健。因此,，這里需要的畫圖功能分別是畫點函數(shù),、畫線函數(shù)和字符顯示函數(shù)。
    在畫面顯示前,，要初始化液晶顯示屏(包括設(shè)置顯示方式和清屏),，這個功能由函數(shù)GUI_Init()來實現(xiàn)。該函數(shù)可以強制刷新主界面,，并且清屏,。畫線功能由函數(shù)LCD_Line()來實現(xiàn)，其函數(shù)原型為“void LCD_Line(uint16 StartX,，uint16StartY,，uint16 EndX，uint16 EndY,，uint8 Color,，uint8 Layer)”。其各參數(shù)的定義為：StartX為線起點所在的行位置,；StartY為線起點所在的列位置,；EndX為線終點所在的行位置；EndY為線終點所在的列位置,；color為顯示顏色(對于黑白色LCD,，為0時，滅,；為1時,，顯示)；Layer為當(dāng)前畫的線所在圖層,，其部分代碼如下所示,。


    菜單的反色顯示處理由函數(shù)LCD_Fill()來實現(xiàn)，這里的反色處理是指當(dāng)操作者選擇主信息窗口的設(shè)置,、狀態(tài),、紀(jì)錄或操作等任意菜單時，選定菜單會呈現(xiàn)與周圍環(huán)境有差異的顏色,。
    字符顯示功能由函數(shù)LCD_DispCh()來實現(xiàn),。其函數(shù)原型為 “void LCD_DispCh(uint16 X，uint16 Y,，uint8 Chineselndex)”,。其中X為指定顯示位置的X坐標(biāo)；Y為指定顯示位置的Y坐標(biāo)；ChineseIndex為定義的漢字索引變量,。由于本設(shè)計的液晶顯示基本上采甩漢字,，為了顯示漢字，必須有漢字的點陣碼,。本系統(tǒng)通過提取漢字的點陣數(shù)據(jù),。及運行造字程序編制特殊字符的點陣數(shù)據(jù)，創(chuàng)建了顯示字庫,。用點陣數(shù)據(jù)生成顯示字庫時,，依次對每個字符用一個字節(jié)進行編碼，漢字／字符提取程序可根據(jù)需顯示的字符的編碼,，得到相應(yīng)的點陣數(shù)據(jù)在字庫中的偏移地址,，計算出存放首地址后，取出點陣數(shù)據(jù)填充到外部的RAM中的相應(yīng)位置,。每屏要顯示的菜單制成表,，根據(jù)表號，就可以提取出所要顯示的字符編號,。

4 人機接口界面的調(diào)試
    為了進一步測試系統(tǒng)性能,，在實驗室環(huán)境使用了標(biāo)準(zhǔn)的超5類網(wǎng)線(非屏蔽的雙絞線，線路電阻約為9．8Ω／100 m)串聯(lián)起來進行了完整的500 m距離測試,，發(fā)現(xiàn)人機接口模塊可以正常地顯示出礦井下智能設(shè)備的工作狀態(tài),，它接收其他任務(wù)的操作指令，完成顯示畫面內(nèi)容的動態(tài)更新,。顯示界面如圖4所示,。

    從圖4中可以看到，最上面一行為主信息窗口,，包括應(yīng)用菜單和實時時鐘,。中間一行為當(dāng)前皮帶運行狀態(tài)，第一個是MCCS的主控制器,，通過7芯通信線纜(包括+12 V電源,，GND，CANH,，CANL，NF+,，NF-和SKR 7路信號)與智能設(shè)備相連,，被監(jiān)視設(shè)備運行異常，系統(tǒng)按事先編制的邏輯進行控制輸出,。系統(tǒng)能在線自檢,，通過圖形界面顯示故障設(shè)備的位置和故障情況。

5 結(jié)束語
    人機接口采用圖形化方式實現(xiàn)，全中文界面,，專用操作按鈕和鍵盤,，簡潔方便、通俗易懂,。液晶屏在將來可以改進成TFT液晶(薄膜場效應(yīng)晶體管),，不但可以提高顯示屏的反應(yīng)速度，同時可以做到高分辨率的顯示屏幕信息,。并且人機接口界面可以擴展為智能化的設(shè)計,，有自己獨立的CPU，屬于單獨的模塊,，會大大提高了主控制器CPU的利用率,。