嵌入式智能仪器中汉字输入与显示接口设计

高美珍,洪家平

(1.湖北师范学院 物理与电子科学学院,湖北 黄石 435002;2.湖北师范学院 计算机科学与技术学院 ,湖北 黄石 435002)

0 概述

随着智能仪器仪表在我国使用的越来越普遍, 智能仪表中要求使用汉字的情况也越来越多，这就涉及到智能仪表上汉字的输入与显示问题。由于智能仪表大多数是由8/16位的单片机组成，而这些单片机的I/O端口又非常有限，这就限制了智能仪器仪表系统中大量中文信息的输入。如果要较好地解决上面的问题，一种途径是通过设计一个通用PC机键盘与智能仪表系统中单片机的接口，通过这样一个接口，就可以做到在智能仪器仪表中像在PC机一样，任意输入或显示需要的大量汉字信息。

本系统采用通用PC机的PS/2键盘与51系列单片机AT89C52连接，使得通过PS/2键盘可以实现各种字符、数字的输入，还可以采用拼音或五笔等输入法实现汉字的输入，并能将对应的汉字在LED显示屏上显示输出。由于每一个汉字机内点阵码约占32字节，这样的话，常用汉字的点阵码要占约256K的空间，所以将点阵信息直接存储在容量小的AT89C52单片机中不太可能，如果使用带汉字字模的片外存储芯片，又会使得电路变得复杂。为了更有效地解决这一问题，本文采用带内置汉字库的ST7920控制器的液晶模块12864M，通过ST7920模块可以大大简化电路的结构和编程方法，同时也可以提高编程效率和汉字显示的速度。

1 键盘接口及工作原理

通用计算机键盘按接口形式可分为PC/AT、 PS/2、 USB和无线接口等几种类型。以PS/2 接口键盘为例，如图 1是PS/2键盘的6 针引脚插头。引脚及其功能定义见表1所示。

表1 PS/2键盘引脚及定义

图1 PS/2键盘引脚排列图

PS/2通用计算机键盘是一种以微控制器8048为主的智能键盘。微控制器8048 对键盘上的各键逐次扫描而得到某个键的动作信息，并且将其以扫描码的形式保存到存储器中。所以当键盘上有键按下或释放按键时，键盘扫描就会检测到该键的动作从而产生相应的扫描码。通常扫描码由一个或多个字节构成。下表2列出了主键盘区部分键的扫描码：

表2 主键盘区部分按键及其对应的扫描码

按键扫描码存放到内部缓冲存储器后，键盘与PC机通过串行通讯，将扫描码传输给PC 机后即可进行键盘识别。

2 系统接口硬件组成及工作原理

本系统采用的单片机是AT89C52，液晶显示模块是采用内置ST7920控制器的12864M, ST7920可以显示英文、中文字符及图形，内置有8000多个中文汉字(16×16点阵)、128个字符点阵显示RAM(GDRAM)的模块。

2.1 液晶显示模块与智能仪表硬件接口

如图2所示是智能仪表的CPU与液晶显示模块及PS/2键盘接口的硬件连接电路，通常液晶显示模块12864M与智能仪表系统中的单片机有并行和串行两种连接方法，串行接口比较简单，但是串行接口系统显示文本的速度比较慢，而并行接口较串行复杂，但是并行接口可以大大提高显示速度，所以本文所介绍的系统采用并行接口连接方式。

2.2 液晶显示控制模块ST7920的工作原理

图2中的液晶显示模块为12864M，它是内置有ST7920控制器的液晶显示模块，只要传入所要显示的英文字符的ASCII码或汉字的区位编码，液晶显示模块会自动计算其国标码和机内码，即可以根据编程命令立即将字符在指定位置显示出来。

2.3 PS/2键盘与智能仪表的硬件接口工作原理

当首次给键盘上电时，键盘电路产生复位信号，键盘开始POST自检。如果POST自检无误，键盘即向单片机发送0AAH，然后开始键盘扫描。单片机收到0AAH后，允许键盘传送数据，将数据线和时钟线置为高电平，此时数据线和时钟线上的电平就由键盘控制。

接口时钟信号由键盘提供，键盘完成扫描后，将扫描码存放到内部缓冲存储器中。在发送扫描码之前，键盘先检测键盘接口数据线和时钟线上的电平；如果时钟线为低电平，则表明单片机禁止键盘发送数据，键盘将扫描码继续保存在缓冲存储器中；只有当数据线和时钟线上电平均为高时，才允许键盘发送数据。此时键盘向主机发送数据和时钟信号。

键盘发送数据时，先拉低数据线电平，再发送数据位等信号。每位数据在时钟脉冲下降沿有效，在时钟脉冲高电平期间变化。数据发送完毕后，保持数据线和时钟线为高电平。

当单片机请求发送数据时，单片机将数据线拉低，键盘进入接收数据状态并发送时钟信号。每位数据均为时钟脉冲上升沿有效，在时钟脉冲低电平期间变化。键盘接收完数据后，将停止位拉低作为应答信号，表示数据接收完毕。

图2 单片机与液晶显示模块及PS/2键盘接口的硬件连接原理图

3 汉字输入与显示软接口设计

汉字输入与显示软件主要分为几大部分：即系统主程序、中断服务程序、汉字输入法程序、汉字显示程序和键盘接口程序等模块。

近日，云南省在“2018第四届中国PPP融资论坛”举办了PPP项目推介会。云南16州市带来了76个重点项目，总投资1643亿元，涉及交通运输、市政综合开发、生态建设和环境保护、农林水以及教育、医疗、卫生、旅游等17个公共服务领域。

3.1 系统主程序与中断服务程序模块

如图3和图4是系统主程序和中断服务程序流程图，图3和图4中的“其它主程序”用于智能仪表的其它事件处理，比如数据采集与处理程序、系统报警处理程序等。

系统主程序要求先对系统中的各部分进行初始化，然后置CLOCK、DATA线高电平为数据接收做准备，再对键盘进行POST上电自检，如果AT89C52单片机接收到了OAAH信号，就允许键盘传输数据，此时即可打开并等待中断响应，最后处理系统中的“其它主程序”。

如图4所示是系统中断服务程序流程图，因为键盘有键被按下后，会触发产生一个中断信号，此时会直接调用接收键盘扫描码子程序来接收被按下键的扫描码，然后对该扫描码进行奇偶校验，奇偶校验正确的话，就将DATA线拉低，调用键盘发送命令子程序重发扫描码，如果奇偶校验不正确，系统可以执行“其它主程序”后开中断，再返回系统主程序。

3.2 汉字显示的软接口

汉字显示程序模块中重要的是对ST7920液晶显示控制器进行编程控制。ST7920的汉字或文本显示RAM提供4行(每行8个汉字)的空间，当写入文本显示RAM时，可以分别显示CGROM、HCGROM与CGRAM的字型；ST7920A可以显示三种字型，分别是半宽的HCGROM字型、CGRAM字型及中文CGROM字型。三种字型的选择，由在DDRAM中写入的编码选择，各种字型对应写入命令的方法及详细编码范围如表3.

表3 ST7920显示的字型种类、命令及编码范围

图3 系统主程序流程图 图4 系统中断服务程序流程图

下面一段程序就是显示“欢迎使用ST7920”的代码(初始化及其它部分代码省略)：

……

MOV A，#80H ；在LCD屏的第一行显示汉字：欢迎使用ST7920

LCALL WRITE_COM

MOV R4, #8

MOV DPTR，#HZCODE

D: CLR A

MOVC A, @A+DPTR

INC DPTR

LCALL WRITE_DAT

CLR A

MOVC A, @A+DPTR

INC DPTR

LCALL WRITE_DAT

DJNZ R4, D

HZCODE: DB '欢迎使用ST7920'

4 结束语

由于本系统采用了与通用PS/2键盘的连接接口和由ST7920控制的液晶显示模块，不仅使得智能仪器系统中信息的大量输入与显示变得可能和简捷，也使得智能仪器中键盘的数量得到了较大的扩充。本系统不仅可以输入和显示汉字，还可以输入和显示标点符号，以及其它的字符或符号。这些都为小容量ROM的智能仪器提供了一种汉字输入与显示的解决方法。

参考文献：

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[2]李少卿,周杏鹏.通用计算机键盘在智能化仪器中的软硬件接口技术及应用[J]．轻型汽车技术,2002,(9):42～44.

[3]徐卓农,张永忠.单片机系统中的汉字显示[J]．单片机与嵌入式系统应用,2001,(7):31～34.

[4]胡 伟,季晓衡.单片机C程序设计及应用实例[M]．北京：北京航空航天出版社,2003.

[5]洪家平.中文图形显示控制芯片ST7920的原理与应用[J]．国外电子元器件,2005,(1)：38～40.