摘要：礦井下的通訊控制系統(tǒng)是一個(gè)集采煤工作面的自動(dòng)控制、設(shè)備監(jiān)測(cè)、報(bào)警保護(hù)于一體的系統(tǒng)。為了滿足系統(tǒng)操作的易用性，控制器的人機(jī)界面設(shè)計(jì)也是設(shè)計(jì)的一個(gè)重點(diǎn)。介紹了礦井下通訊控制系統(tǒng)中人機(jī)接口模塊的設(shè)計(jì)過程，提供了液晶顯示模塊SG320240FPD的設(shè)計(jì)方框圖。人機(jī)接口界面可以顯示出當(dāng)前系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，提高系統(tǒng)的安全性和可靠性。針對(duì)系統(tǒng)功能，采用PHILPS公司的16/32位嵌入式處理器LPC2292為開發(fā)平臺(tái)，該處理器主要面向終端設(shè)備高性價(jià)比、低功耗的開發(fā)應(yīng)用。人機(jī)界面設(shè)計(jì)要確保系統(tǒng)整體的功能性和美觀性的完美統(tǒng)一。

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(jī)界面設(shè)計(jì)是本次設(shè)計(jì)的一個(gè)重點(diǎn)。人機(jī)界面設(shè)計(jì)包括控制器面板的設(shè)計(jì)及各個(gè)接口布局的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)不但要保證電氣性能，還要考慮整體美觀性、現(xiàn)場(chǎng)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(diǎn)陣的液晶顯示器，其背光電路采用高亮LED，驅(qū)動(dòng)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(diǎn)：1)操作方式簡(jiǎn)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(jì)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(duì)微處理器I/O端口分時(shí)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(shí)現(xiàn)LPC2292的D0～D15端口對(duì)鍵盤、LED指示輸出、LCD屏幕控制等多種功能的分時(shí)輸入/輸出操作，對(duì)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(duì)于LPC2292顯得十分緩慢，經(jīng)過初期的計(jì)算和實(shí)際測(cè)量，刷新一屏320x240點(diǎn)的圖片最快需要130ns左右，故EPM7128對(duì)LCD模塊還起到數(shù)據(jù)緩沖譯碼的作用。

對(duì)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(huì)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(yùn)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(dòng)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(dòng)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(shí)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(qiáng)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(dòng)能力為640x256點(diǎn)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(hào)，低電平有效；AO為I/O緩沖器數(shù)據(jù)選擇信號(hào)，為1時(shí)寫指令代碼或讀數(shù)據(jù)，為0時(shí)，寫數(shù)據(jù)或讀狀態(tài)字；RD、WR分別為讀操作信號(hào)和寫操作信號(hào)，低電平有效。LPC2292的控制信號(hào)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(dòng)器向液晶顯示器提供顯示數(shù)據(jù)，通過COM驅(qū)動(dòng)器向液晶顯示器提供行掃描信號(hào)。在COM和SEG的配合下，實(shí)現(xiàn)RAM矩陣內(nèi)容的液晶顯示。

驅(qū)動(dòng)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(dòng)能力、實(shí)現(xiàn)偏壓極性的轉(zhuǎn)換。它包括COM驅(qū)動(dòng)器、SEG驅(qū)動(dòng)器及COM的移位寄存器。

COM驅(qū)動(dòng)器由控制電路、電壓變換電路、電壓選擇電路、COMS驅(qū)動(dòng)電路等子模塊組成。COM移位寄存器與COM驅(qū)動(dòng)器相配合，向液晶顯示屏提供行掃描信號(hào)。COM移位寄存器實(shí)現(xiàn)0行～31行行掃描，電壓變換電路和電壓選擇電路實(shí)現(xiàn)行驅(qū)動(dòng)，控制電路實(shí)現(xiàn)對(duì)COM Driver的控制，CO-MS獨(dú)立完成第32行掃描。

SEG驅(qū)動(dòng)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(shí)現(xiàn)對(duì)顯示數(shù)據(jù)鎖存電路輸出RAM數(shù)據(jù)的驅(qū)動(dòng)。

2 LCD7920的硬件驅(qū)動(dòng)

由于LCD7920的控制器SED1335和LPC2292的外部總線連接時(shí)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(kuò)展I/O口進(jìn)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(hào)包括：復(fù)位信號(hào)RST、讀信號(hào)RD、寫信號(hào)WE、地址信號(hào)A0(命令或數(shù)據(jù)方式控制)、片選信號(hào)AEN和數(shù)據(jù)信號(hào)D0～D7。其中，RST、RD、WE、A0和CS信號(hào)由CPLD擴(kuò)展的輸出端口LCD_CMD控制，D0～D7由CPLD擴(kuò)展的雙向端口LCD_DATA控制。另外，為了控制數(shù)據(jù)信號(hào)LD0～LD7的方向，還在CPLD內(nèi)部設(shè)置了DataOut信號(hào)。當(dāng)DataOut=0時(shí)數(shù)據(jù)由CPU通過LCD_DATA向SED1335輸入；當(dāng)Data-Out=1時(shí)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(hào)的全過程。

首先，要知道在寫指令的過程中，復(fù)位信號(hào)RES置高電平不起作用，讀信號(hào)RD置高電平也不起作用，寫信號(hào)WE置為低電平，片選信號(hào)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(hào)為低電平。于是寫指令的時(shí)序圖如圖2所示。