基于51單片機和FPGA的人機交互系統的設計

為使單片機的資源可以得到最大的開發，將單片機的高端口，即P4～P7接入FPGA，并通過FPGA對外部設備進行訪問。在FPGA中通過Vel-ilog HDL語言編程實現了3-8譯碼器，從而實現了對單片機地址總線的擴展。該3-8譯碼器對LCD以及鍵盤的鍵值讀取提供使能信號，如圖2所示。

2．2 T6963C及其接口設計
T6963C液晶顯示控制器多用于小規模的液晶顯示器件，常被裝配在圖形液晶顯示模塊上，以內藏控制器型圖形液晶顯示模塊的形式出現。
單片機對T6963C有2種訪問方式：直接訪問與間接訪問。直接訪問利用三總線以I／O設備訪問形式進行控制；間接訪問則由單片機提供并行接口，以程序控制時序的方式進行控制。為簡化程序，這里采用直接訪問方式。
該LCM的FS1引腳用于控制顯示字符的字體。FS1為高時，LCD顯示6x8字符；FS1為低時，LCD顯示8x8字符。經實踐，在顯示英文與數字 時，6x8字符更為美觀；在顯示中文字符時，8x8字符更為方便。一般系統采用將FS1接地或接高的方式來固定字體，而本系統采用P2．1對FS進行控 制，通過改變地址實現改變字體的功能，使得界面的顯示更靈活。
2. 3 鍵盤電路設計
鍵盤是常用的單片機輸入設備，分為編碼鍵盤和非編碼鍵盤。鍵盤上閉合鍵的識別由專用硬件譯碼器實現，并產生鍵編號或鍵值的稱為編碼鍵盤；靠軟件識別的稱為 非編碼鍵盤。在單片機組成的測控系統及智能化儀器中使用最多的是非編碼鍵盤，本系統設計在FPGA中編程實現3x6鍵盤的行掃描。
由于按鍵的機械特性，在閉合和斷開的瞬間會伴隨著一連串的抖動，鍵抖動會引起一次按鍵被誤讀多次，所以必須進行去抖處理，常用的方法為延時去抖動。 FPGA產生鍵值之后向單片機發送中斷，并等待單片機讀取鍵值。由于人腦反應時間相對較長，鍵盤中斷可以處于相對較低的優先級，因此本文將鍵盤中斷接于外 部中斷7。

3 軟件設計
軟件設計遵循結構化和層次化的設計原則。底層函數直接與硬件溝通，而上層函數直接通過調用底層函數來實現相應功能，從而使上層函數與硬件環境徹底分開。當硬件環境發生變化時，僅修改底層函數便能實現程序的移植。
3．1 液晶驅動模塊的編程設計
本模塊的底層函數需要實現寫控制字、寫參數、查忙等功能。由于采用直接訪問，寫控制字與寫參數的函數只需向控制口或數據口的地址送數即可。由于LCD是慢 速器件，因此在每次寫控制字及寫參數之前都需要進行查忙。T6963C的狀態字共有7位有效的狀態位，如表1所示。其中STA1～STA3最為常用，一般 情況下可以不需要對STA5～STA7進行杏忙的程序。