周鹏

（华侨大学 信息学院，福建 厦门 361021）

图文菜单界面是一种操作简便、高效的交互形式，现已在各类嵌入式应用系统中广泛采用，如智能电子产品（智能测试仪、智能手机），它成为系统功能的”标准配置”。随着单片机功能的提高和带中文字库的液晶显示器成本降低，单片机系统上应用图文菜单已成为可能[1]。

本文设计了基于 STC12C5A60S2（简称 STC12C）单片机的图文菜单交互式系统，系统以图文菜单驱动系统功能（时间显示、温度显示和周期/频率显示），系统操作直观、简便。

1 系统硬件设计

系统由内置增强型8051的STC12C单片机、数字温度传感器DS18B20、时钟芯片DS1302、液晶显示器LCD12864（ST7920）和独立键盘电路组成，如图 1所示。STC12C单片机运行交互式程序，是系统的核心；数字温度传感器测试温度；时钟芯片输出时间；单片机内置的可编程计数器阵列模块（PCA）用于测周期/频率；液晶显示器显示系统界面和被测参数。

图1 系统硬件框图

1.1 单片机系统

单片机系统由STC12C单片机、时钟电路和复位电路组成，如图2所示。STC12C单片机主要参数如下[2]：内置60 KB的Flash程序存储器；片内集成1 280 B数据存储器；2个 16 bit定时器/计数器，内置两路 PCA模块，可用于外部脉冲的捕捉、软件定时和高速输出，即实现外部信号的周期/频率测试。

1.2 测周期/频率电路

测周期/频率电路由STC12C单片机内置两路可编程计数器阵列（PCA）模块构成，PCA工作在捕捉模式时实现，如图3所示。

图2 STC12C单片机系统结构图

PCA测周期/频率的原理为[3]：将 CAPPn或 CAPNn（n=0，1）置 1，外部信号由 P1.3（n=0）或 P1.4（n=1）输入，同时将 CCON中的 CCFn（n=0，1）和 CCAPMn中的ECCFn（n=0，1）置 1，当电路采样到外部信号的边跳沿（上跳沿、下跳沿或上/下沿），则引起中断。如设置为上跳沿中断，当信号的第1个上跳沿来到，引起中断触发定时器T1计数；当信号的第2个上跳沿来到，引起中断触发定时器T1停止计数；读取计数值，根据机器周期算出被测信号的周期和频率。

图3 PCA模块结构原理图

1.3 数字测温/时钟电路

数字测温电路由数字温度传感器DS18B20组成，如图4所示。它具有以下特点[4]：（1）测温范围为-55℃～+125℃，最高12位分辨率，精度可达±0.5℃；（2）可通过编程的方式实现9～12位的数字温度直读；（3）可设置超限温度报警，并有搜索命令识别报警条件；（4）单总线接口，仅需一条输入输出线（DQ）就能与单片机（P1.0）进行通信。

图4 DS18B20数字测温电路

时钟电路由时钟芯片DS1302组成，如图5所示。它是一种高性能、低功耗、采用三线接口的实时时钟电路，可对时间和日期进行计时[5]。

图5 DS1302时钟电路

1.4 液晶显示电路

显示器选用带中文字库、内置ST7920控制芯片的液晶显示器LCD12864，实现系统的图文界面和运行状态显示，是重要的硬件接口。LCD12864与单片机接口电路如图6所示。

图6 LCD12864与单片机接口电路

LCD12864由 DDRAM（显示数据 RAM）、CGROM（字型产生ROM）、CGRAM （自定义字型产生 RAM）和GDRAM（绘图 RAM）等组成[6]，DDRAM 和 GDRAM 是本系统图文菜单显示的主要模块。

DDRAM提供64×2个位元组的空间，最多可控制4行16字（64个字）的中文字型显示，当写入显示数据RAM时，可分别显示CGROM与CGRAM的字型；此模块可显示HCGROM字型 （半角）、CGRAM字型及 CGROM的中文字型3种字型。液晶显示器屏幕坐标（AC地址）与DDRAM地址的对应关系如表1所示。

表1 屏幕AC地址与DDRAM地址的对应关系表

GDRAM提供64×32 B的空间，实际可控制 128×64点阵的二维绘图缓冲空间。GDRAM的二维地址与液晶屏幕坐标的对应关系如图7所示。

1.5 键盘/报警电路

键盘电路由3个独立按键组成，分别对应菜单的图标上下移动、确定和返回功能，如图8所示。系统以巡回方式查询是否有键按下并由软件判定是何键按下，并执行相应的功能。

图7 GDRAM二维地址与屏幕坐标的对应关系图

报警电路（如图 9所示）由 PNP三极管（9012）、蜂鸣器及单片机的控制引脚（P21）组成。当温度超限，P21引脚输出一定频率的信号，触发蜂鸣器工作从而实现报警。

图8 独立键盘电路

图9 报警电路

2 系统软件设计

程序采用模块化设计，流程框图如图10所示。

图10 程序流程框图

系统主要函数如下。

2.1 液晶显示器函数

液晶显示器函数包括液晶显示器底层驱动函数、中西文字符显示函数和打点/绘线函数。

（1）驱动函数

TestLcdIdle（）、WriteLcdCommand（）、WriteLcdData（）和ReadLcdData（）分别为液晶显示器的忙检测、写入命令、写入数据和读出数据。

（2）中西文字符显示函数

Set DdramDot、DisplayDdramChar（）和 DrawGdramSelfChar（）分别为设定显示中文字符的坐标起点、中西文字符显示和自定义字符显示。

（3）打点/绘线函数

SetGdramDot（）、DrawGdramLine（）和 DrawGdramCircle（）分别为描点、画线和画圆。

2.2 DS18B20测温函数

DS18B20测温函数包括启动温度转换函数、读写数据函数和字符转换函数。

InitDs18b20（）、WriteOneByte（）、ReadData（）、DataToString（）和 DisplayTEMP（）分别为启动 DS18B20、写命令/数据、读出温度（实测温度/上下限温度）、转换为显示字符以及显示实测温度/上限温度。

2.3 菜单操作函数

菜单操作函数包括菜单/图标显示函数、键值获取函数以及相应的跳转函数。

InitMenu（）、ShowMenu（）、GetKeyValue（）和 GetUserChoose（）分别为初始化菜单（定义一个结构体，内含菜单项目数，函数指针和父/子菜单指针）、菜单界面显示、判定/获取键值函数（状态机方式实现[1]，以提高系统运行效率）以及调用与键值相关函数。

3 实验及结论

系统实际运行结果如图11所示。

图11 系统实际运行

（1）图 11（a）中的图标 指向“时 间显示”，按 下“确定”键（P23）后，即跳转到时间显示（图 11（b））。 图 11（b）中，阳历日期的格式为年/月/日；数字时钟的格式为小时：分钟：秒；指针时钟的圆心以屏幕坐标（0，0）为起点，坐标是（96，32），时钟半径为 31；秒/分/时针与实时数字时钟对应；初始时间可通过程序设定；按 “返回”（P24）即可跳回菜单界面。

图11（d）中，“29.07℃”代表实测温度值；“S：25℃”代表设定的上限温度值；温度曲线中的实线为实测点绘制，虚线为上限温度值，曲线直观地反映了实时温度变化情况。

图11（f）中，被测信号为信号发生器输出的方波，周期为 100 μs～1 000 μs， 幅值为+5 V；T 为周期，f为频率；所绘方波为被测信号的示意波形，每刻度一个周期；所测周期误差≤5 μs。

实验表明，基于STC12C单片机的图文菜单系统采用模块设计，系统运行稳定可靠。系统操作直观、简便，功能达到预期目标，为下一步开发多级菜单系统奠定了基础。

[1]贾志成，程敏，宋涛，等.基于状态机的 LCD多级菜单设计[J].单片机与嵌入式系统应用，2012（2）：73-75.

[2]刘晋，王政林，薛凯方.基于STC12C5A60S2单片机的LED 显示屏硬件设计[J].微型机与应用，2011，30（22）：24-27.

[3]陈桂友.增强型 8051单片机实用开发技术[M].北京：北京航空航天大学出版社，2010.

[4]孙明利，鲍健，张烁.单总线技术及 DS18B20的温度测量实现[J].大气与环境光学学报，2010，5（4）：322-326.

[5]黄明强.DS1302在单片机系统中的应用[J].保定师范专科学校学报，2004，17（2）：30-33.

[6]田开坤.基于LCD12864显示器的数字示波器设计[J].电子制作，2011（5）：30-37.