近年来,仪器仪表取得了突破性进展,其数据处理能力、智能化程度不断提高,产品开发准则由技术驱动正转变为市场驱动.仪器仪表的人机接口作为用户和计算机的中间媒介,也正面临设计方法的转变.传统的仪器仪表中,信息输出通常采用指示灯、数码LED,键盘为"行列式"通过并行扩展接口电路接MCU.文献介绍的几种典型的人机接口方式都存在上电初始化、电路复杂、难以实现人机交互、占用机时多等缺点;文献提出的基于字符LCD的通用键盘设计方案,信息不够丰富,无法实现简洁、易于理解的人机交互.
　　大屏幕图形LCD的广泛使用,使得仪器仪表能够提供更多的信息,借此可简化操作,也改观了键盘的设计思想.另外,为了充分发挥单片机的性能,有必要将其从繁琐、耗时的人机操作中解脱出来;开发友好的人机接口,变得越来越重要了.本文提出一种基于图形LCD的菜单式的人机交互接口方案,提示信息丰富,操作简便、易于掌握,并简化了键盘设计.
　　菜单设计大屏幕图形LCD的使用,在一个菜单中可以显示足够多的参数项,通过字符间隔、提示信息等在清晰的限度内可以使菜单层次数目最少,其优点是能以少的步骤和短的时间达到目标;进入错误路径的机会少;参数项之间的关系简单明了、易于学习.
　　现代仪器仪表通常有单机、联机运行(由RS232C、IEEE-488总线等受上位机控制)等多种运行模式.本方案有运行、预置和校准三个菜单,每个菜单均为单层设计,如图1.
　　运行菜单中,LCD屏分为4个显示区:①运行模式区;在LCD屏的左侧第一列,显示系统当前的运行模式.②预置参数区:在LCD屏的上中部(三行汉字),显示重要参数的预置值.③运行参数区:在LCD屏的上右部(三行汉字),显示相应重要参数的实测值.④提示信息区:在LCD屏的右下部(一行汉字),显示当前的系统运行故障/用户操作失误,指导用户排除系统故障/正常操作;正常运行时显示当前时间.
　　LCD显示模式在预置和校准菜单中,LCD屏分为2个显示区:①参数预置区:在显示屏的上部(三行汉字),显示要预置的参数名和相应的参数值.②提示信息区:指导用户预置各项参数.
　　键盘设计基于LCD丰富的信息提示,可以用较少的键完成复杂的操作.本设计提供了9个按键,不同的菜单下的定义为:开机过程中:有2个功能键:按住"ENT"开机,进入系统校准;按住"ESC"开机,系统由联机转为单机运行模式.运行菜单下:提供9个功能键:"ENT"为进入参数预置状态;"ESC"使系统热复位、刷新显示屏;其它7个键可以是由实际系统定义用户操作,如机构的启/停、加热装置的启/停等.预置菜单下:8个键有效."ESC"退出预置菜单;用"↑"、"↓"在合法值范围内增/减当前选项的参数值:用"←"、"→"改变当前选项;F1、F2、F3作为参数设置的快捷键,如药物实验系统中,可将温度直接设置为常用的37.0℃.校准菜单与预置菜单类似.
　　接口硬件电路T6963C控制器为INTEL8080时序,访问方式可以直接方式或间接方式.直接方式接口的电路原理如图3所示,将LCD作为存储器或I/O设备直接挂在MCU的总线上.键盘采用优先权编码器74LS147.每次按键,便在74LS147的A B C D端输出相应的按键读数,送至MCU的P1口.该设计不需要上电初始化,不需要占用单片机的机时去扫描键盘,只需要以查询方式(也可以是中断方式)读P1口;也不需要再对按键进行译码,只需按已编码的读数查表转相应的处理程序.因而占用机时较少,也简化了相应程序的设计.
　　结论目前中小规模的图形LCD已完全支持用户界面的交互式菜单显示方式,在MCU控制下实现同用户的交流.基于人机工程学开发人机接口的基本原则是:可靠性:容忍、检测并屏蔽掉用户的操作失误;提高系统的容错能力.简单性:显示的信息尽可能简单、易理解;采用相同的格式、结构;菜单层数尽可能的少;对常用操作提供快捷键;符合大部分人的习惯.立即响应性:对用户的输入立即做出响应,长时间的响应延误会导致操作人员的误解而引起操作失误.效率:人机接口应具有较高的效率,尽量少的占用单片机的各种资源.
　　在若干个仪器仪表产品的应用证明,该设计遵循了上述原则,占用单片机I/O口少、机时少的最优设计,符合模块化设计思想,缩短了产品开发周期.适应产品开发的市场驱动准则,可以作为基于单片机的通用智能仪器仪表人机接口.

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