基于ATmega64的顯示控制系統(tǒng)設(shè)計

　　1 引言

　　隨著信息產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，作為信息顯示終端之一的LCD器件也得到了空前的發(fā)展。液晶顯示器(LCD)具有顯示信息豐富、功耗低、體積小、重量輕、超薄等許多其他顯示器無法比擬的優(yōu)點。近些年來被廣泛應(yīng)用于單片機控制的智能儀器、儀表和低功耗電子產(chǎn)品中。為LCD配置驅(qū)動電路，就形成了液晶顯示模塊LCM(Liquid Crystal Module)。它的基本組成部件除了LCD、驅(qū)動電路外一般還有連接件、背光源等。液晶顯示模塊同一個系統(tǒng)中的其他電路一樣，有簡單的接口，并提供了豐富的控制顯示的指令系統(tǒng)。為整機的開發(fā)節(jié)約了時間。AVR單片機是Atmel公司推出的具有精簡指令集RISC結(jié)構(gòu)的新型8位單片機。具有豐富的硬件接口。它采用低功耗、非揮發(fā)的CMOS工藝制造，內(nèi)部分別集成Flash、EEPROM和SRAM三種不同性能和用途的存儲器。除了可以通過SPI口和一般的編程器對AVR單片機的Flash程序存儲器和EEPROM數(shù)據(jù)存儲器進行編程外，大多數(shù)的AVR單片機還具有ISP在線編程和IAP在級應(yīng)用編程的特點。其中一些高檔的AVR單片機，例如ATmega64、ATmegal28等還具有mG接口。這些優(yōu)點為使用AVR單片機開發(fā)設(shè)計和生產(chǎn)產(chǎn)品提供了極大的方便。

　　介紹了圖像點陣式液晶模塊CM320240與AVR單片機ATmega64相結(jié)合實現(xiàn)終端設(shè)備顯示控制的一種方法。給出了硬件電路的設(shè)計以及系統(tǒng)軟件架構(gòu)的搭建，并闡述了一種樹形菜單界面的設(shè)計方法。

　　2系統(tǒng)硬件設(shè)計

　　2.1 液晶模塊CM3XPA0-7及ATmega64單片機簡介

　　CM320240-7是一個中英文文字與繪圖模式的點陣式液晶顯示模塊(LCM)，點陣數(shù)是320*240。內(nèi)建512KB的ROM字型碼，可以顯示中文字型、數(shù)字符號、英日歐文等字母。在文字模式中，可接受標(biāo)準(zhǔn)中文文字內(nèi)碼直接顯示中文，而不需要進入繪圖模式描述中文，可以節(jié)省許多微處理器時間，提升液晶顯示中文的處理效率。ATmaga64是一款高檔的AVR單片機，具有豐富的硬件資源。

　　(1)先進的RISC結(jié)構(gòu)，130條指令，大多數(shù)指令執(zhí)行時間為單個時鐘周期，32個8位通用工作寄存器。全靜態(tài)工作，工作于16MHz時性能高達16MIPs,只需兩個時鐘周期的硬件乘法器。

　　(2)非易失性程序和數(shù)據(jù)存儲器。64K字節(jié)系統(tǒng)可編程Flash,具有獨立鎖定位的可選Boot代碼區(qū)，通過片上Boot程序?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)編程真正的讀寫同時操作2K字節(jié)的EEPROM,4K字節(jié)片內(nèi)SRAM,64K字節(jié)可選外部程序存儲空間，可以對鎖定位進行編程以實現(xiàn)用戶程序的加密。

　　(3)JTAG接口(與IEEE1149.1標(biāo)準(zhǔn)兼容)，符合JrI'AG標(biāo)準(zhǔn)的邊界掃描功能，支持擴展的片內(nèi)調(diào)試功能，可以通過JTAG接口實現(xiàn)Flash、EEPROM、熔絲位和鎖定位的編程。

　　(4)外設(shè)豐富，兩個具有獨立預(yù)分頻器和比較器功能的8位定時器/計數(shù)器。兩個具有預(yù)分頻器、比較功能和捕捉功能的16位定時器/計數(shù)器。具有獨立振蕩器的實時計數(shù)器RTC,兩路8位PWM通道。8路十位ADC,面向字節(jié)的兩線接口'冊，與12C完全兼容。兩個可編程的串行USART,可工作于主杌/從機模式的SPI串行接口。具有獨立片內(nèi)振蕩器的可編程看門狗定時器。

　　(5)還具有一些特殊的處理器特點：上電復(fù)位以及可編程的掉電檢測，片內(nèi)經(jīng)過標(biāo)定的RC振蕩器，軟件選擇時鐘頻率，具有六種睡眠模式。

　　2.2系統(tǒng)硬件組成

　　系統(tǒng)硬件平臺主要由MCU、人機接口(液晶模塊和鍵盤)、通信接口三部分組成，系統(tǒng)框圖如圖1所示。

　　圖1系統(tǒng)硬件框圖

　　單片機與設(shè)備主機之間使用標(biāo)準(zhǔn)的UART串口通信，硬件接13比較簡單，加一片TTL到RS232的電平轉(zhuǎn)換芯片即可。

　　鍵盤我們采用常用的六鍵小鍵盤，即回車、返回、上、下、左、右。由于ATmega64單片機的I/O資源比較豐富，共有53個可編程的I/O口，并且我們采用六鍵鍵盤，因此可以直接將按鍵連到I/O口上面。如果使用較多的按鍵開關(guān)，還可以使用矩陣鍵盤的方式以節(jié)省I/O,這里不贅述。AVR單片機的I/O端口具有上拉電阻，所以我們無需加外部上拉電阻，只需軟件初始化的時候使能這些按鍵接口的上拉電阻即可。將每個按鍵的一端接地，另一端除了分別連接到PC0一PC5端口之外，還連接到一個與非門上面，與非門的輸出腳連到單片機的一個外部中斷上面。這樣，當(dāng)任意一個按鍵按下的時候。與非門的輸出都由低變高，使單片機產(chǎn)生中斷。所以既可以使用查詢方式進行鍵盤操作，也可以使用中斷方式，增加了設(shè)計靈活性。

　　CM320240-7液晶模塊支持8080和6800系列的MCU,同時也提供了4一Bit或8一Bit的數(shù)據(jù)總線接口。我們這里使用的是8080方式下的8一Bit數(shù)據(jù)總線接口，8080系列MCU與6800系列的MCU最大的不同是讀、寫的控制信號是分開的，RD為低時進行讀取動作，WR為低時進行寫入動作。MCU對液晶模塊的命令寄存器和DisplayRAM進行讀寫操作時是有一些不同的：如果是對寄存器進行讀寫操作，MCU必須先通過數(shù)據(jù)總線送出寄存器的地址，然后才能在數(shù)據(jù)總線上讀寫寄存器資料;如果是對DisplayRAM進行讀寫操作，MCU可以直接在數(shù)據(jù)總線上讀取和寫入DisplayRAM的資料。需要注意的是：初始化的時候，讀寫控制信號一定先置高，讀寫操作都禁能，否則會造成后面時序的紊亂，即使后面的讀寫程序正確，液晶模塊也不會有任何顯示。AVR單片機的IO管腳即使不用，初始化的時候也要給它一個確定的狀態(tài)，否則容易出問題。

　　液晶模塊的八位數(shù)據(jù)總線直接連到單片機的PA口上面，幾個控制管腳連到單片機的普通IO上即可。值得注意的就是液晶模塊對比度的控制，在LCD驅(qū)動電壓輸入端V0和LCD驅(qū)動電壓輸出端VEE之間必須接一可調(diào)電阻，阻值20K左右，用于調(diào)節(jié)液晶模塊的對比度。VEE輸出固定為-23V.

　　通過實踐，當(dāng)Vo輸入為-18V左右的時候效果最好。我們希望平時不用的時候，液晶背光燈關(guān)閉以節(jié)省功耗，當(dāng)進行鍵盤操作的時候喚醒。所以在液晶模塊背光電源的輸人端加一個開關(guān)管控制。液晶模塊與ATmaga64單片機的接口電路如圖2所示。

　　圖2液晶模塊接口電路

　　3系統(tǒng)軟件架構(gòu)

　　AVR單片機的軟件開發(fā)使用的集成開發(fā)環(huán)境是Atmel公司提供的AVR Studio.為了能夠使用C語言進行軟件開發(fā)，還必須另外安裝C編譯器。目前有許多關(guān)于AVR的C編譯器，常用的是GCC(即WINAVR)、ICC、IAR以及CodeVisionAVR等。其中GCC是公開源代碼的自由軟件，使用它完全不必考慮價格因素，因此無論是GCC本身還是與CCC配套的AVR編譯包，其更新速度和效率都是其他開發(fā)工具所不能比擬的。用GCC編寫的源程序可讀性和可移植性都很高。本文所涉及到的軟件開發(fā)就是利用AVR Studio和GCC.

　　3.1 系統(tǒng)軟件整體框架

　　整個終端顯控系統(tǒng)的功能就是為了能夠顯示設(shè)備內(nèi)部工況，并能夠設(shè)置一些參數(shù)，所以最主要的就是顯控系統(tǒng)跟設(shè)備主機之間的數(shù)據(jù)交互以及美觀舒適的人機交互界面。數(shù)據(jù)交互以及界面的切換也要配合鍵盤的操作。同時應(yīng)當(dāng)增加睡眠模式，即平時不進行操作的時候可以關(guān)閉背光燈，關(guān)掉一些模塊，當(dāng)用戶使用鍵盤的時候，產(chǎn)生鍵盤中斷，從睡眠模式喚醒。因此我們可以定出系統(tǒng)軟件的基本架構(gòu)，如圖3所示。

　　圖3主程序流程圖

　　3.2樹狀菜單界面的軟件設(shè)計

　　可以看出系統(tǒng)軟件整體框架也比較簡單，重點是在于如何跟設(shè)備主機進行數(shù)據(jù)交互，同時配合菜單顯示，下面我們就介紹一種樹狀菜單界面的軟件設(shè)計。這種方法將整個菜單看作一個樹形結(jié)構(gòu)，每個菜單界面則是菜單樹上的一個節(jié)點：其父節(jié)點為當(dāng)前菜單的上一級菜單，子節(jié)點為當(dāng)前菜單的第一個子菜單;左右節(jié)點為當(dāng)前菜單的"兄弟"菜單，也就是其上一級菜單的其余子菜單。

　　對每個節(jié)點進行編號，定義一個長整數(shù)D為節(jié)點號，根節(jié)點D=l,考慮到有的節(jié)點其子菜單大于10,子菜單為父菜單ID乘100再加上下級菜單在上級菜單中對應(yīng)的子項ID(1,2,……)，這樣第1級子菜單的ID就分別為101,102,103.對應(yīng)IDl01的下級ID即為10101,10102,10103……，這樣，不同的按鍵操作對應(yīng)不同的菜單節(jié)點搜索方法，即每次只需要修改全局的節(jié)點號ID即可。我們同時還可以定義幾個全局變量來代表每級菜單的子菜單數(shù)、鄰近菜單數(shù)以及菜單類型，這樣，我們可以更加方便的在各個菜單之間切換。鍵盤配合菜單切換的程序流程如圖4所示。

　　圖4菜單選擇程序流程