引  言

　　實(shí)驗(yàn)動物獨(dú)立通氣籠盒(Individual Ventilated Cages,，IVC)(閉環(huán))監(jiān)控系統(tǒng)，由微控制器實(shí)現(xiàn)對籠盒風(fēng)扇的通氣量,、籠盒內(nèi)部的氨含量等參數(shù)采集,，并根據(jù)這些參數(shù)來調(diào)整通氣風(fēng)扇轉(zhuǎn)速，以調(diào)整籠盒的換氣率,，從而確?；\盒內(nèi)部的空氣質(zhì)量。同時,，根據(jù)相關(guān)參數(shù)指標(biāo)發(fā)出警報(bào)以提醒更換過濾膜等，實(shí)現(xiàn)對小動物生長環(huán)境的過程控制,。

　　在整個監(jiān)控系統(tǒng)中,，人機(jī)交互界面部分用于顯示整個實(shí)驗(yàn)動物生長環(huán)境過程中的控制歷史數(shù)據(jù)、實(shí)時控制參數(shù)和環(huán)境溫度參數(shù)等,。

　　本文采用以ST7920為控制器的YMl2864R點(diǎn)陣式液晶顯示模塊(LCD Module,，LCM)構(gòu)成了整個IVC監(jiān)控系統(tǒng)的人機(jī)界面部分。YM12864R點(diǎn)陣式液晶顯示模塊具有靈活的接口方式和簡單的操作指令,，構(gòu)成的全中文人機(jī)交互圖形界面既可以顯示8×4行16×16點(diǎn)陣的漢字,，也可以顯示圖形。模塊內(nèi)部設(shè)有2MB的中文字型CGROM和64×256點(diǎn)陣的GDRAM繪圖區(qū)域,；同時,，提供4組可編程控制的16×16點(diǎn)陣造字空間。

　　1 點(diǎn)陣式液晶硬件接口設(shè)計(jì)

　　以ST7920為控制器的YM12864R點(diǎn)陣式液晶顯示模塊和單片機(jī)之間的接口方式有并行和串行兩種,。本文采用串行接口方式,，單片機(jī)選用AVR公司的ATmega16。接口電路如圖1所示,。其中,，PC4控制串行的片選信號(CS),，低電平有效；PC5控制串行的數(shù)據(jù)線(SID),；PC6控制串行的時鐘輸入(CLK),。ST7920通過VCC(+5 V)和GND之間串聯(lián)一個10 kΩ的電阻來控制背光強(qiáng)度。如果不需要調(diào)節(jié)對比度,，可以直接將VLCD引腳接VCC(+5 V),，此時對比度最大。

　　2 文本顯示及繪圖顯示

　　2.1 文本顯示

　　ST7920可以顯示半寬的HCGROM字型,、CGRAM字型以及中文CGROM三種字型,，通過在DDRAM中寫入的編碼選擇。文本顯示DDRAM提供8個×4行的漢字空間,，如下所示：

　　字型編碼如下：

　?、亠@示半寬HCGROM字型。將1字節(jié)寫入DDRAM中,，范圍為02H～7FH的編碼,。

　　②顯示半寬CGRAM字型,。將2字節(jié)編碼寫入DDRAM中,，總共有0000H、0002H,、0004H,、0006H四種編碼。

　?、埏@示中文CGROM字型,。將2字節(jié)編碼寫入DDRAM中，范圍為A1AOH～FTFFH(GB碼)或A140H～D75FH(BIG5碼)的編碼,。

　　2.2  繪圖顯示

　　繪圖顯示GDRAM提供128×8字節(jié)的記憶空間,。在更改繪圖RAM時，先連續(xù)寫入水平與垂直的坐標(biāo)值,，再寫入2個字節(jié)的數(shù)據(jù)到繪圖RAM中,，而地址計(jì)數(shù)器(AC)會自動加1。在寫入繪圖顯示RAM的期間,，繪圖顯示功能必須關(guān)閉,。整個寫入繪圖RAM的步驟如下：

　　①關(guān)閉繪圖顯示功能,；

　?、谙葘⑺降奈辉M坐標(biāo)(X)寫入繪圖RAM地址，再將垂直的坐標(biāo)(Y)寫入繪圖RAM地址,；

　?、垡来螌15～D8和D7～D0寫入RAM中,；

　　④打開繪圖顯示功能,。

　　圖形顯示坐標(biāo)如圖2所示,。其中，水平方向X以字節(jié)單位,，垂直方向Y以位為單位,。

　　3 字符反白

　　在實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互界面菜單時，字符反白可以表示菜單中不同選項(xiàng)被選中的狀態(tài),。液晶顯示模塊YM12864R的使用手冊中提供了對應(yīng)行的反白指令,，但在原理上ST7920控制器的128×64點(diǎn)陣液晶等同于256×32點(diǎn)陣，第3行對應(yīng)的文本顯示(DDRAM)地址緊接著第1行,，第4行對應(yīng)的文本顯示(DDRAM)地址緊接第2行,。因此，用戶對第1行執(zhí)行反白顯示操作時,，第3行必然也反白顯示,；對第2行執(zhí)行反白操作時，第4行也必然反白,?？梢姡褂檬謨灾凶詭У姆窗字噶畈荒軐?shí)現(xiàn)任意字符的反白,。

　　為了解決上述問題,，可以將圖形顯示和字符顯示結(jié)合起來使用。在ST7920控制器中,，文本顯示的DDRAM和圖形顯示的GDRAM是相互獨(dú)立的,，而最后顯示到液晶上的結(jié)果則是，文本顯示DDRAM中數(shù)據(jù)和圖形顯示GDRAM中數(shù)據(jù)的異或結(jié)果,。

　　如果要在液晶顯示模塊的某個點(diǎn)上呈現(xiàn)反白顯示,，那么就在該點(diǎn)繪圖并且顯示文本,；如果要取消反白,，只需用全“0”擦掉該點(diǎn)的繪圖。這樣,，就可以實(shí)現(xiàn)YM12864R的任意字符的反白,。

　　字符反白程序流程如圖3所示。其中,，base_x表示繪圖起始的行地址,；Y_Pos表示繪圖起始的列地址；第1行至第4行的起始地址分別是(0x80,，0x80),，(0xS0,，0xg0)，(0x88,，0xS0)和(0x88,，0x90)。

　　反白就是在需要反白的區(qū)域進(jìn)行繪圖,，即在這個區(qū)域?qū)戇M(jìn)0xff,。清除一個區(qū)域的反白，就是對需要清除反白的區(qū)域清除繪圖,，即在這個區(qū)域?qū)戇M(jìn)0x00,。

　　在整個繪圖的過程中，橫向地址指針是自動進(jìn)行加1運(yùn)算的,，所以只需要確定這一行的首地址橫坐標(biāo),；而縱坐標(biāo)的地址不進(jìn)行自動加1運(yùn)算，需要在程序中修正,，每次修正是以像素為基本單位的,。

　　字符反白顯示實(shí)例如圖4所示。

　　4 任意位置顯示任意大小圖形

　　在實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互界面時,，圖文結(jié)合是常見的一種方式,。本文嘗試一種任意位置顯示任意大小圖形(橫向尺寸以字節(jié)為基本單位，縱向尺寸以位為基本單位)的方法,，為人機(jī)交互界面的圖形結(jié)合設(shè)計(jì)提供了捷徑,。

　　4.1 任意位置顯示任意大小圖形程序

　　任意位置顯示任意大小圖形程序流程如圖5所示。其中,，x1和y1表示所畫圖的起始點(diǎn)相對于液晶屏幕左上角起始點(diǎn)(0xS0,，0x80)的距離(橫向x1以字節(jié)為基本單位，縱向y1以位為基本單位),；x表示所畫圖的起始橫坐標(biāo)地址,；y表示所畫圖的起始縱坐標(biāo)地址；Write_command()函數(shù)用于向液晶中寫命令,；templ表示圖形的縱向尺寸(以像素為單位),。

　　繪圖時，如果所畫的圖形只涉及上半屏(或下半屏),，那么在寫地址時可以不考慮地址跨越上下半屏的調(diào)整,，只需要在所畫圖形的初始處寫好行地址和列地址：

　　Write_command(y+templ)；

　　Write_command(x),；

　　在繪圖過程中,，橫坐標(biāo)地址指針會在寫數(shù)據(jù)的過程中自動加1，因此只需要寫出這一行的首地址,；但縱坐標(biāo)地址指針不會自動加1,，需要在程序中修正,。

　　4.2  任意位置顯示任意大小圖形實(shí)例

　　任意位置顯示任意大小圖形實(shí)例如圖6(a)～(c) 所示。

　　結(jié)  語

　　ST7920因內(nèi)置字庫而被廣泛應(yīng)用,，其圖形顯示的關(guān)鍵點(diǎn)是熟練掌握圖形顯示坐標(biāo),。在筆者所參與的獨(dú)立通氣籠盒監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，利用以ST7920為控制器的液晶顯示模塊構(gòu)建良好的人機(jī)交互界面,，以曲線和直方圖的方式顯示實(shí)時溫度,。系統(tǒng)可由用戶設(shè)定開啟密碼，可以查看相關(guān)歷史數(shù)據(jù),、實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)動物生長環(huán)境及生長過程的控制,，以及回溯歷史數(shù)據(jù)、實(shí)時控制參數(shù)和環(huán)境溫度等參數(shù),。該設(shè)計(jì)對優(yōu)化控制實(shí)驗(yàn)動物生長環(huán)境,、穩(wěn)定實(shí)驗(yàn)動物生活習(xí)性、動物形態(tài)十分有益,。