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摘 要：本文是对德国奔克公司研制的BP电梯控制系统的液晶显示系统进行汉化开发的介绍,详细阐述了系统的硬件开发、软件设计以及系统抗干扰设计等方面问题。文中对英文HD44780液晶显示模块、带中文字库的中文液晶显示模块OCMJ 4X8以及ATMEL公司的最新系列AVR单片机之一——AT90S8515做了一定的介绍。
关键词：汉化 电梯控制系统 液晶显示
1 引言
本文所介绍的开发依托于德国奔克公司BP电梯控制系统，该控制系统的显示器采用HD44780字符型液晶显示模块，显示界面语言采用英语。为了方便在中国的各类电梯用户，因而开发了这个汉化系统，用OCMJ4X8中文液晶显示模块替代HD44780字符型液晶显示模块，并将界面语言改为中文。
2 OCMJ4X8中文液晶显示模块
该模块的最大特点是它自带常用的一级汉字中文字库，用户只要向液晶模块输入汉字的区位码就能在液晶屏上显示汉字；而且它和计算机的接口时序也非常的简洁，节省了计算机执行指令的时间。因此，OCMJ 4X8中文液晶显示模块是进行中文显示的最佳选择。
OCMJ 4X8的接口协议为ASK/ANSWER握手方式。ASK=1表示OCMJ忙于内部处理，不能接受用户命令；ASK=0后表示OCMJ空闲等待接收用户命令。
3 AVR单片机——AT90S8515
在开发中我们采用了ATMEL公司的90系列增强RISC内载Flash的单片机AT90S8515。AVR系列单片机与MCS51系列单片机相比，由于它的寄存器文件由32个通用工作寄存器组成，从而消除了在MCS51系列单片机中单一累加器A传输数据的瓶颈现象，从而避免了基于累加器的结构而需要大量程序代码。AVR单片机采用了Havard结构，在前一条指令执行的时候，就取出现行的指令，然后以一个周期执行指令，每MHz可实现1MPIS的处理能力。在其它的CISC以及类似的RISC结构中，外部振荡器的时钟被分频降低到传统的内部执行周期，这种分频最大达12倍。AVR单片机是用一个时钟周期执行一条指令的，因此它是在8位单片机中的一种真正的RISC单片机。
4 HD44780液晶显示模块
HD44780液晶显示模块属于字符型液晶显示模块，专用于显示字母、数字、符号等的字符型液晶显示模块。它的每一行有20个显示位，总共有四行，每个字符为5X7点阵。该模块的接口时序为M6800时序，其特点是读写操作时序是由使能信号E完成的，E信号是正脉冲信号，不操作时为低电平状态，操作时产生一个正脉冲。HD44780接口的主要引脚如下：
DB7～DB4 三态 8位数据总线的高4位或4位数据总线。
DB3～DB0 三态 8位数据总线的低4位。
RS 输入 寄存器选择信号。
R/W 输入 读/写选择信号。
E 输入 使能信号。
HD44780接口部信号端的逻辑功能组合表如下所示：
表中“1”代表高电平；“0”代表低电平；“downedge”代表下降沿。
表格中的BF为液晶模块和计算机的握手信号，当BF=1时，计算机对液晶模块不能进行任何操作，此时液晶模块正在进行内部操作；只有当BF=0时，计算机才可以向液晶模块进行读写操作。标中的AC为液晶模块的地址指针计数器，它能够反映出显示屏上当前的光标位置，其实光标的当前位置就是液晶模块内部的DDRAM地址。HD44780液晶显示模块共有8条指令。
5 硬件设计
硬件框图右图所示：
开发的最终目的是要将HD44780从BP系统上取消，而只利用它们之间的接口。由于BP电梯控制系统内嵌的软件仅支持英文液晶显示器HD44780的指令系统。因此，必须开发一块硬件接口板，截获BP控制系统发送来的英文信息，并使该接口板支持中文液晶显示模块OCMJ4X8的指令系统。该接口板服务与硬件框图中的“信号采集处理系统”的部分。在系统开发时，我们对控制系统的内嵌软件是未知的。因此，接口板不仅扮演了HD44780的角色，还肩负着信号采集处理的重任，对采集到的信息经处理后转换成中文信息，随后用OCMJ的指令系统将其输出到中文液晶显示模块，所以整个系统就包括BP控制系统的信息源、信息采集和处理系统、中文菜单存储系统、中文显示系统四个部分。具体的电路如图二所示。图中74LS273芯片用来锁存BP发送过来的信息；74LS373用来反馈忙信息，当BP处于读状态时，由E信号和W/R信号联合控制选通74LS373，给BP控制系统反馈忙标志信号；单片机AT90S8515是信息采集和处理中心；EPROM 27512存储有大量的中文菜单信息；数据串行输入74LS164，并从其并行口将数据送往OCMJ4X8中文液晶显示模块进行显示，移位脉冲由软件产生。
6 软件设计
程序框图如图3所示：
编制程序的难点在于两个方面。难点之一是采用什么方式触发单片机采集BP向HD44780写入的数据。当在BP系统的控制面板上进行按键操作时，BP就会与HD44780进行信息交换。采用查询方式时，是对BP控制系统发送过来的使能信号E进行查询，当E信号为高电平时，说明BP对HD44780进行读写操作，于是程序进入读写操作的判别。如果是读操作，则程序必须反馈给BP忙标志BF值；如果是写操作，则必须采集接口数据总线上的值（读操作或写操作由W/R信号线区别）。这时必须给CPU设定查询时间，根据实际按键操作特点，CPU总的查询时间设定为约100ms。这样CPU每隔约100ms查询一次，若没有采集到使能信号E为高电平，则置出错标志，CPU转而执行其它的任务。但程序的实际运行状况看，系统不能完整的采集到所有BP发送过来的数据。故查询方式不能被采用。另外一种触发方式就是中断，利用使能信号E的高电平触发中断INT1。实际应用表明中断方式能完全采集到数据，实际上也正是利用了中断的灵活性。在编制中断子程序时，主要考虑了中断子程序最多能完成的任务量，否则会影响数据采集的完整性。在试验中发现，中断子程序最多只能完成对AVR单片机I/O口的数据采集和数据保存的工作。难点之二是表格的编制。由于电梯的菜单多达上千句，为了能得到最短的查表时间，以达到数据采集、转换、显示的紧密配合，否则会导致OCMJ中文显示跟不上BP上按键操作要求更改屏幕显示信息的要求，所以精心构造查表程序。由于篇幅限制，具体程序略。
7 抗干扰设计
采用了软件和硬件两方面的抗干扰措施。由于AVR单片机本身就具有看门狗电路，所以在软件编制时，在软件中加入看门狗复位。一但程序由于干扰进入混乱状态，就可以利用看门狗进行程序复位；另外一个就是利用软件滤波；再一个就是保护中断现场。硬件抗干扰措施主要是在设计印刷电路板时考虑抗干扰。地线设计时将地线加粗、将地线构成闭环路；对易受干扰地信号线与信号源之间加入地线屏蔽；对印刷板入口处地电源线和地线之间并接退耦电容；集成芯片上加去耦电容，电容值可取0.01μf。
8 结论
带来本系统给操作、调试、维护人员提供了方便易读的中文电梯控制系统菜单，使他们可以正确而快速地进行电梯参数设置和故障分析，提高调试的安全性、可靠性；缩短了调试时间，提高了工作效率。
参考文献
［1］王幸之，王雷，等编著.单片机应用系统抗干扰技术［M］.北京航空航天大学出版社 2000年2月第一版
［2］宋建国主编.AVR单片机原理及应用［M］.1998年10月第一版北京航空航天大学出版社
［3］李维提，郭强编著.液晶显示应用技术［M］.2000年3月第一版电子工业出版社
［4］肇庆市奥可拉液晶显示器有限公司［S］.OCMJ系列中文液晶显示模块说明书 |
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