0 引言

　　測控技術的不斷發展，將嵌入式操作系統應用到測控領域，從而實現在線實時測試已經成為一種發展趨勢，而且越來越多的工業現場對各種測試儀器的需求不斷增高，希望測試儀器能夠向在線實時測試方向發展。基于這些需求，本文給出了基于C8051F020控制的測試儀鍵盤顯示部分的設計方案。在整個嵌入式測試系統中，本部分只是作為下位機，并通過RS485總線接口與上位機進行通信，從而將接收到的測試數據根據控制命令的要求在顯示器中予以顯示，同時將測試人員發送的各類請求信號回送給上位機以對測試數據進行一定的處理。

　　1 系統硬件設計

　　本系統的硬件由MCU模塊(C8051F020)、電源模塊、顯示模塊(OCM320240K)、矩陣鍵盤模塊等四部分構成，其系統總體硬件設計框圖如圖1所示。其中，本設計中外擴的緩沖存儲器和FLASH存儲器。解決了高速數據接收與處理不匹配、字符庫容量小的問題。
 

　　1.1 MCU模塊C8051F020

　　C8051F020是美國Cygnal公司推出的高性能單片機，是完全集成的混合信號系統級芯片，它的出現徹底改變了人們對8051單片機速度慢、性能低的印象。C8051F020使用了Cygnal專利的高速、流水線結構以及與MCS-51指令集完全兼容的CIP-51微處理器內核。CIP-51在提升8051速度上采取了新的途徑，該芯片在保持CISC結構及指令系統不變的情況下，可對指令運行實行流水作業，從而廢除了機器周期的概念。它的指令以時鐘周期為運行單位，平均每個時鐘周期可執行1條單周期指令，從而大大提高了指令運行速度，是一種功能比較齊全的高速、高性能單片機。

　　本系統設計選用此款單片機作為測試儀的MCU的最主要原因，一方面是由于CIP-51與MCS-51指令完全兼容，可使用標準的8051的匯編器、編譯器及軟件包進行軟件開發，同時也很方便使用人員進行軟件移植；另一方面可充分利用其豐富的通用數字端口資源，而不用地址／數據線復用，其外圍電路的設計也可以大大簡化。由于該芯片的低端口(P0、P1、P2、P3)既可按位尋址，也可按字節尋址，所以系統所需的控制信號都設計在低端口部分；而高端口(P4、P5、P6、P7)只能按字節尋址，故MCU與顯示模塊、存儲器等模塊的數據、地址總線均設計在高端口部分；C8051F020豐富的端口資源及其分配的靈活性是通過使用優先權交叉開關譯碼器實現的；而且所有引腳都采用5V電壓．并都可以配置為漏極開路或推挽輸出方式和弱上拉。

　　1.2 液晶顯示模塊OCM320240K

　　人類獲取信息有80％來自視覺，且各種信息最終都通過信息顯示來實現人機交換。由于液晶顯示器件(LCD)具有低工作電壓，微功耗，使用CMOS電路直接驅動，而且輕便易攜帶，因此，一經出現就倍受青睞，自然成為智能儀表等產品的首選顯示器件。

　　本系統中的單片機對液晶模塊的控制采用間接控制方式。即不使用單片機的數據系統，而利用它的I／O口來實現與液晶模塊的聯系。設計時可將液晶模塊的數據總線與單片機的P1口進行連接作為數據總線，另外三根時序控制信號線通常利用8051的P3口中未被使用的I／O口來控制。該訪問方式不占用CPU的存儲器空間，它的接口電路與時序無關，其時序完全靠軟件編程來實現。

　　圖形點陣式液晶顯模塊OCM320240K的PCB板上含有完整的驅動器系統(內置SED1335液晶顯示控制器)，其接口系統則包含了驅動系統所需的控制信號和電源。它的行、列驅動器均采用KS0086，并由4個運算放大器組成液晶顯示偏壓電路。點陣液晶顯示控制器SED1335通過其與單片機的接口及編程可實現對液晶顯示器的文字、圖形、菜單、翻頁和內容的左右移動等功能。對輸出到液晶顯示器件電極上的電位信號進行相位、峰值、頻率等參數的調制可以建立交流驅動電場，從而實現液晶顯示。

　　1.3 電源模塊

　　針對工業現場使用的便攜式嵌入式測試儀，可考慮采用直流電源供電。本系統所需的三個電源分別為+5 V、+3.3 V、-23 V。其中+3.3 V是給C8051F020芯片供電。-23 V是液晶顯示器所需的大負電壓驅動電源，+5 V是驅動器和其它芯片的邏輯電源。電源模塊的設計采用外部雙電源供電，+8 V和-33 V直流電源經過穩壓電路后可分別提供上述三種電壓。具體電路設計如圖2所示，其中在+5 V和+3.3 V的電源接口中連接的LED燈可作為電源指示燈，燈亮表示電源接通。電路中的電容則用于電源的濾波。

　　1.4 矩陣鍵盤模塊

　　鍵盤模塊的設計采用中斷方式非編碼8×8矩陣鍵盤，為了節省功耗，設計中選用了上拉電阻。按鈕的行、列線分別接到MCU的P2、P3端口，INT0作為外部中斷連接到MCU的P0.2端口。按鍵包含有0～9數字鍵、菜單顯示的“確定”、“取消”、“上翻”、“下翻”等控制鍵及測試系統所需的其它基本功能鍵。

　　1.5 外部擴展電路

　　本設計中的外擴電路有兩部分：其一是外擴了高速緩沖存儲器，由于該測試儀通過RS485總線從上位機接收的數據可能是高速數據，而高速的總線數據和顯示模塊的處理速度可能不匹配，因而必須考慮采用外部擴展高速緩存來滿足顯示模塊中64 KB顯示RAM的要求也可將測試數據分屏顯示。本文選用128 KB的SRAM芯片STC62WV1024；其二是外擴了一片FLASH存儲器來為測試儀增加掉電保護功能，以便在突然斷電情況下不丟失測試數據。更主要的目的是，由于顯示模塊中自帶的用戶自定義字符庫CGRAM容量小，所以考慮將所建的國標基本字庫存放在外擴的FLASH中，由MCU根據用戶需要對其進行動態管理，同時不斷完成所需顯示字庫的調入調出操作。這樣既可滿足大容量字庫的要求，又能達到實時調度。本設計選用的是K9F2G08U芯片。

　　2 顯示模塊的軟件設計

　　2.1 LCD初始化

　　液晶顯示器的顯示功能之所以強大，除了其本身具備一定的硬件顯示功能外，更重要的是通過軟件設計來實現各種顯示功能，包括基本顯示和由基本顯示組合而成的擴展功能顯示。但在使用之前，一般都必須根據液晶顯示模塊的特性選擇初始化參數，以對其進行初始化，初始化流程如圖3所示，其具體的初始化代碼如下：

　　2.2 漢字顯示

　　SED1335通過字符代碼來確定字符庫中字符首地址，并將相應的字模數據送到液晶顯示模塊。在液晶屏上出現該字符的16×16點陣塊實際上就是文本顯示RAM中的一個字節所對應的顯示屏上的16×16點陣。通過SED1335顯示存儲器內用戶自定義的字符庫CGRAM。用戶可在相應的單元寫入相應的字符代碼，然后通過對子程序的調用即可實現漢字顯示，下面是顯示漢字“歡迎使用”的部分程序代碼：

由于CGRAM容量有限，故可考慮將用戶自定義的國標基本字符庫放在外擴的FLASH中，然后由MCU根據測試數據類型和用戶需求不停地從FLASH字庫中動態調入所需字庫并暫存在CGRAM中。通過顯示模塊自定義字庫的擴展，可使OCM320240K的顯示功能更加完善和強大。從而更適合于各種領域的顯示。

　　2.3 菜單顯示

　　液晶模塊的菜單顯示設計應盡量與普通微機上的菜單結構保持一致(即呈樹形拓撲結構)，以適應操作人員的操作習慣。本設計中的菜單顯示是在鍵盤的配合下實現的。為了簡化操作，鍵盤中與菜單顯示有關的控制鍵一般只設置“確定”、“取消”、“上翻”、“下翻”等基本功能，通過這幾個按鍵即可操作菜單顯示程序和命令執行程序，其鍵盤響應及菜單顯示流程如圖4所示。操作時，按下“確定”鍵，屏幕將顯示下一級菜單；而按下“上翻”、“下翻”鍵，閃爍光標將在同一級菜單的各個菜單項間移動，以表示當前選中的菜單。對各級菜單進行編號時，可以設置兩個變量mn、ln來分別表示當前的菜單號和光標所在的行(第一行為0，以此類推)。在程序初始化時，mn=0、ln=0；用“確定”鍵可則可改變菜單編號(mn=mn×2+ln)，“取消”鍵改變菜單編號(mn=[mn／2])，“上翻”、“下翻”鍵可改變光標位置(ln=ln±1)。如12號菜單就是5號菜單光標位置處于第三行(ln=2)時按“確定”鍵得到的，其編號為5×2+2=12。確定菜單編號和光標位置后，再調用顯示程序(或函數執行程序)即可顯示新一級菜單并重新設置光標位置。其例程代碼如下：

　　3 結束語

　　在完成了軟硬件設計之后，即可對于本設計的電路板進行調試，以實現其顯示功能。目前，本系統與上位機的級聯調試還在進行之中。此外，考慮到觸摸屏使用的日益廣泛，本系統在電路設計中還考慮了與帶觸摸屏控制器(ADS7843)的顯示模塊DV320240F的接口，以便于今后根據需要增加觸摸功能。