[互联网]第4章系统设计3 嵌入式系统设计教程第2版.ppt

4.4嵌入式系统人机交互设备接口 4.4.1 显示器接口设计 4.4.2 键盘接口设计 4.4.3 触摸屏接口设计 4.4 人机交互接口 为了使嵌入式系统具有友好的人机接口，需要给嵌入式系统配置显示装置，如LCD显示器以及必要的声响提示等。另外，要进行人机交互，还得由输入装置，使用户可以对嵌入式系统发出命令或输入必要的参数。如输入设备如键盘、触摸屏等。 4.4.1 显示器接口设计 LCD（Liquid Crystal Display）是一种耗电少、体积小的数字式显示器件，通过液晶、彩色过滤器过滤广元。在平面面板上显示字符、文字和图像等信息。与阴极射线管CRT相比占用空间小、功耗低、辐射底、无闪烁，降低视觉疲劳。 1、液晶显示器（LCD）概述 在LCD显示器中，显示面板薄膜被分成很多小栅格，每个栅格由一个电极控制，通过改变栅格上的电极就能控制栅格内液晶分子的排列，从而控制光路的导通。彩色显示利用三原色混合的原理显示不同的色彩：此时每一个象素都是由3个液晶单元格构成的。其中每一个单元格前面都分别有红色R、绿色G或蓝色B的过滤片，光线经过过滤片的处理变成不同的色彩。 点阵式LCD由矩阵构成，显示文字字符以及其他符号，常见的点阵LCD用5行8列的点表示一个字符，使用16行16列的点表示一个汉字。LCD驱动器将输入数据转换为激发相应的点所需的电信号。 主要用于显示文本及图形信息。它具有重量轻、体积小、耗电量低、无辐射、平面直角显示以及影像稳定不闪烁等特点，因此在许多电子应用系统中，常使用液晶屏作为人机界面，而且已广泛应用与于各类显示器件上如下图所示。 （1）LCD的分类 液晶显示的原理是液晶在不同电压的作用下会有不同的光特性。一类是STN型液晶属于无源的，这类液晶需要有外部提供光源，根据光源的位置又可以进一步分成反射式和透射式两种。这种液晶显示的成本较低，但有效视角较小，色彩也不够鲜艳。它具有省电的最大优势。其屏幕尺寸一般在5英寸以下（目前较少使用）。 另一类是有源发光器件TFT形式。TFT是薄膜晶体管Thin Film Transitor的缩写，每个液晶就类似是一个可以发光的晶体管。液晶显示屏就是有许多液晶排列成阵列而构成的。 （2）单色与彩色显示器 在单色液晶显示屏中，一个液晶就是一个象素。 在彩色液晶屏中则每个象素由R红、G绿和B兰色三个液晶共同组成。同时也可以认为每个象素背后都有一个8位的寄存器，寄存器的值决定着三个液晶单元各自的亮度。有些情况下寄存器的值并不直接驱动RGB三个液晶单元的亮度，而是通过一个调色板技术来访问，发出真彩色的效果。 在实际现实中如果要为每个象素都配备寄存器是不现实的，实际上只配备了一组寄存器，而这些寄存器依次轮流连接到每一行象素并装入该行的内容，使每一行象素都暂短的受到驱动，这样周而复始将所有的象素行都驱动一遍就显示一个完整的画面。一般为了使人不感到闪烁，一秒钟要重复显示数十帧。LCB一般采用并行传输。 （3）LCD的驱动控制 市场上的LCD有两种模块形式，一种是LCD显示屏后边有印刷板并在板上带有驱动芯片的LCD模块。这种LCD可以方便的与各种单片机使用总线方式来驱动，例如8051但偏激的显示形式就属于这种。 另一种在微处理器芯片上的内置LCD控制器来驱动显示模块（如S3C2410)，它可以支持彩色/灰度/单色三种模式，灰度模式下可支持4级灰度和16级灰度，彩色模式下最多支持256色，LCD的实际尺寸可支持到320×240。 （4）LCD模块的显存控制 从系统结构上来讲，由于显示器模块中已经有显示存储器。显存中的每一个单元对应LCD上的一个点，只要显存中的内容改变，显示结果便进行刷新。于是便存在两种刷新： ①直接根据系统要求对显存进行修改，一种是只需修改相应的局部就可以，不需要判断覆盖等；另一种就是有覆盖问题，计算起来比较复杂，而且每做一点小的屏幕改变就进行刷新，将增加系统负担。 ②专门开辟显示内存，在需要刷新时候由程序进行显示更新。这样，不但可以减轻总线负荷，而且也比较合理，在有需要的时候进行统一的显示更新，界面也可以比较美观，不致由于无法预料的刷新动作导致显示界面闪烁。 前后台双重显示缓存的显示模块结构 在常用的嵌入式LCD屏幕上实现图像和字符的显示具体步骤如下： 首先在程序中配置微处理器GPIO的寄存器，将与LCD连接的引脚定义为所需的功能；将帧描述符定义在SDRAM里，在DMAC被初始化后供DMAC提取；配置LCD控制器的各寄存器；最后建立LCD屏幕上的每一象素与帧缓冲区对应位置的映射关系，将字符位图转换成字符矩阵数据，并且写入到帧缓冲